Электроснабжение железных дорог переменного тока имеет ряд специфических особенностей, которые не свойственны электрическим сетям общего назначения [1]. Первая из них состоит в нестационарности тяговых нагрузок, перемещающихся в пространстве, что приводит к значительным отклонениям и колебаниям напряжения на шинах 110–220 кВ тяговых подстанций (ТП). Вторая особенность заключается в том, что однофазные тяговые нагрузки создают значительную несимметрию напряжений на шинах ТП и зажимах потребителей, питающихся от этих шин [2]. Третья особенность состоит в значительном реактивном электропотреблении.
Перечисленные факторы создают проблемы для трехфазных потребителей, в состав которых входят асинхронные и синхронные двигатели. Особенно значительно проявляется влияние тяговой нагрузки в сетевых районах (РЭС), получающих питание от ТП, подключенных к узлам сети с малыми мощностями короткого замыкания. Негативные эффекты проявляются особенно ярко в послеаварийных режимах внешнего электроснабжения, обычно связанных с отключением питающих линий.
Снижение отклонений и несимметрии напряжений является непростой проблемой, которая может быть решена на основе применения схемы Штейнмеца [3] (рис. 1). Это устройство предполагает включение регулируемых реакторов и конденсаторных батарей на двух или трех фазах. При однофазной нагрузке в свободные фазы включаются элементы, реактивные мощности которых в раз меньше мощности симметрируемой нагрузки, а сопротивления, соответственно, в раз больше. Схема предполагает соединение элементов треугольником, причем индуктивный элемент включается в опережающую фазу, а емкостный – в отстающую.
Существенным достоинством схемы Штейнмеца является равенство номинальной трехфазной мощности трансформатора и активной мощности однофазной нагрузки. Использо вание такой схемы в системах тягового электроснабжения (СТЭ) приведет к полному использованию мощности трансформаторов и ликвидации эффекта циркуляции реактивной мощности по фазам питающей сети при чисто активной нагрузке.