Electrodynamics of Reactive Power in the Space of Inter-Substation Zones of AC Electrified Railway Line

Abstract

EN: In railway traction, the definition of “electromagnetic field” is functionally connected to the concept of the reactive power consumed by the electric rolling stock, and characterized by the running and standing electromagnetic waves in the space of the inter-substation zones from the site of the AC traction system. Such a definition is established and theoretically justified by the theory of electromagnetic fields. This article uses the methodology of this theory, in particular, a method for power balance estimation in electromagnetic fields based on Maxwell’s equations, as well as methods for the analysis of running and standing electromagnetic waves based on the theory of reflection, propagation and transmission of plane harmonic waves. The research considers the regularities of standing electromagnetic waves in the space of inter-substation zones of electric traction systems, which occur due to the incomplete reflection of incident waves from the contact wire and metal parts of the roof surface and the frontal part of the body of the electric rolling stock. The flow of electricity to the roof surface and the frontal part of the body of an electric locomotive is considered. The possibility of using existing methods to reduce wave reflections and thereby to effectively compensate for reactive power in the space of inter-substation zones is discussed.

UK: У залізничній тязі визначення «електромагнітного поля» функціонально пов’язане з концепцією реактивної потужності, споживаної електричним рухомим складом, і характеризується біжить та стоячими електромагнітними хвилями в просторі зон міжпідстанцій від сайт тягової системи змінного струму. Таке визначення встановлене і теоретично обґрунтоване теорією електромагнітних полів. У цій статті використана методологія цієї теорії, зокрема метод оцінки балансу потужності в електромагнітних полях на основі рівнянь Максвелла, а також методи аналізу діючих і стоячих електромагнітних хвиль на основі теорії відбиття, поширення та передачі плоскі гармонічні хвилі. У дослідженні розглядаються закономірності стояння електромагнітних хвиль у просторі міжпідстанційних зон систем електричної тяги, що виникають внаслідок неповного відбиття падаючих хвиль від контактного дроту та металевих частин поверхні даху та фронтальної частини кузова електричного рухомого складу. Враховується струм електроенергії на поверхню даху та лобову частину кузова електровоза. Обговорюється можливість використання існуючих методів для зменшення хвильових відбиттів і тим самим для ефективної компенсації реактивної потужності в просторі зон міжпідстанцій.