5. Выбор сечения контактной сети

Практика проектирования электрификации железных дорог позволяет проектным институтам принимать стандартные сече­ния контактных подвесок, проверять их по нагреву и потерям напряжения и по результатам этих проверок решать вопросы о числе усиливающих проводов в подвеске.

В учебном дипломном проекте для ориентировочных расче­тов определим экономическое сечение контактной подвески для конкретного участка питания (фидерной зоны).

Площадь сечения проводов в медном эквиваленте при сро­ке окупаемости 10 лет, мм²,

,

(10)

где с_эл — стоимость1 кВт ч электроэнергии на тягу поездов, руб.

Потери электроэнергии за год в проводах фидерной зоны при их сопротивлении 1 Ом, отнесенные к 1 км, кВт ч/Ом:

,

(11)

где r — сопротивление 1 км проводов контактной сети, Ом/км.

Годовые потери электроэнергии в проводах контактной сети, кВт ч:

для постоянного тока

,

(12)

для переменного тока

,

(13)

Потери энергии в контактной сети для однопутных или мно­гопутных участков при полном параллельном соединении путей (три соединения в равноудаленных точках фидерной зоны), кВт ч:

при одностороннем питании

;

(14)

при двустороннем питании

;

(15)

суммарные потери энергии на всех путях при узловой схеме питания

.

(16)

В формулах (14) — (16) приняты обозначения:

— номинальное напряжение контактной сети (3 или 25 кВт);

— сопротивление 1 км проводов контактной сети, Ом/км;

—длина фидерной зоны, км;

W_T —расход электроэнергии за время T = 24 ч на участке , кВт ч;

— суммарное время движения поездов по фидерной зоне , ч;

— суммарное время движения поездов под током по фидерной зоне , ч.;

— интервал попутного следования поездов, ч; N — число поездов за время Т.

Расход электроэнергии на участке питания за время Т = 24 ч, кВт ч:

,

(17)

где — расход электроэнергии на тягу поездов, определяется по фор­муле (6);

L — длина электрифицируемого участка, км.

Суммарное время хода всех поездов по фидерной зоне , ч,

,

(18)

где , —техническая скорость движения грузовых и пассажир­ских поездов, км/ч, может быть выбрана в табл. 1.

Число поездов на участке питания в сутки по одному пути или в одном направлении:

где — число пассажирских поездов по данному пути в сутки.

Число грузовых поездов в сутки по каждому пути можно определить в зависимости от количества перевозимого груза и массы поезда:

;	(19)
;	(20)

где и — грузопоток соответственно в груженом и обратном направле­нии,

млн. т нетто;

— коэффициент тары;

— масса грузового поезда, т.

Суммарное время хода поездов под током

,

где — отношение полного времени хода поезда к времени хода поезда под током

(задается).

Выбор проводов. По рассчитанному экономическому стечению контактной подвески выбираем в приложении 1 ближайшую площадь сечения проводов контактной подвески .

В ряде случаев для участков постоянного тока при /больших массах поездов и высоких скоростях движения может получить­ся большая площадь сечения , требующая применения двух-трех и более усиливающих проводов в подвеске каждого пути. Площадь сечения усиливающих алюминиевых проводов, мм²,

.

(21)

Чтобы получить наивыгоднейшее соотношение между капи­тальными затратами при строительстве и годовыми эксплуатационными расходами, следует выбрать стандартное сечение , ближайшее к рассчитанному минимальному . Если же требуется снизить первоначальные капитальные затраты и иметь экономию цветных металлов, можно отступить от эконо­мического сечения, отказавшись от всех или части усиливаю­щих проводов, если это будет возможно по допустимым токовой нагрузке и потере напряжения.

При этом в соответствии с нормами [13] следует проектиро­вать контактную подвеску на участках постоянного тока с дву­мя контактными проводами сечением по 100 мм². То же требо­вание распространяется на участки переменного тока, где то­коприемники электровозов при тяговом режиме снимают токи, превышающие 1000 А. При этом Главное управление электри­фикации и электроснабжения (ЦЭ МПС) рекомендовало к применению (с 1 января 1986 г.) контактный провод НЛОлО,04Ф-100. Электрические параметры этого провода близ­ки к параметрам провода МФ-100.

Для несущих тросов на постоянном токе выбирают медные провода М-120, М-95, биметаллический ПБСМ-95.

На переменном токе рекомендованы провода ПБСА 50/70 или ПБСМ сечением не менее 70 мм². В качестве усиливающих проводов как на постоянном, так и на переменном токе исполь­зуют один, два или три провода А-185. На боковых путях стан­ций в качестве несущего троса применяют биметаллические, сталемедные или сталеалюминиевые провода, контактный про­вод марки МФ-85 (НЛОлО,04Ф-85).

Проверка проводов контактной сети по нагреванию. Эта про­верка проводится сопоставлением максимальных эффективных токов подвески (в амперах) с длительно допустимыми токами для принятого сечения контактной сети (приведен в приложении 1): > .

Максимальный эффективный ток (в амперах) контактной подвески вблизи тяговой подстанции при раздельном питании путей и максимальных размерах движения за период 20 мин (ток нагрева).

где — коэффициент превышения наибольшей 20-минутной нагрузки над

ча­совой, определяется по кривым рис. 12.

Квадрат эффективного тока фидера, А²,

при одностороннем питании:

,

(22)

при двустороннем питании

,

(23)

где определяются по формулам (14) — (16).

Если по условиям нагрева эти провода не проходят, то тре­буется подвеска усиливающих проводов А-185.

Проверка проводов контактной подвески по минимально до­пустимому напряжению в контактной сети. Выбранные по усло­виям нагрева провода необходимо проверить по минимально допустимому напряжению в контактной сети:

,

где — напряжение в контактной сети, В;

— напряжение на шинах тяговой подстанции, В. Принимается: для подстанций

постоянного тока = 3600 В при двойной транс­формации, = 3450 В

при одинарной трансформации; для подстанций переменного тока — 26 500 В.

В соответствии с требованиями Правил [16] и Норм [13] ми­нимальное напряжение в контактной сети установлено равным 2700 В на постоянном токе и 21 000 В на переменном токе, а на дорогах с пассажирским движением со скоростями свыше 120 км/ч соответственно 2900 и 24 000 В.

Для проверки уровня напряжения по каждой межподстанционной зоне необходимо определить максимальные потери напряжения до токоприемника электровоза за время хода его под током по блок-участку. Причем этот блок-участок располо­жен в конце участка питания при одностороннем питании или в середине этого участка при двустороннем питании. Проверка проводится для нормальной схемы питания.

Потери напряжения в контактной сети, В:

при одностороннем питании

,

(24)

при двустороннем питании

,

(25)

где , — суточный расход электроэнергии по I и IIпутям, кВт-ч;

— длина диферной зоны, км;

— расстояние от подстанции до середины фидерной зоны при

двустороннем питании или до конца участка пита­ния при одностороннем

питании, км;

— коэффициент эффективности; = 1 при постоянном и = 0,97

при переменном токе;

— результирующее относительное сопротивление 1 км тяговой сети для

однопутного участка, Ом/км (для постоян­ного тока )

— то же для двухпутного участка при равных и одинаково направленных токах

в подвесках смежных путей, Ом/км (для постоянного тока ).

Значения , можно взять из табл. 8 в [7];

— см. пояснения к формулам (14) — (16).

Выбор проводов для питающих и отсасывающих линий. Эти провода выбирают по эффективному току линии и длитель­но допустимому току провода . Для фидерных линий приме­няют провода А-150, А-185, соединяя их параллельно. Число проводов . Полученное число округляется до бли­жайшего большего значения.

Отсасывающая линия имеет площадь сечения вдвое боль­шую по сравнению с сечением питающей линии.

Пример 2. Для двухпутного участка питания постоянного тока длиной 20 км определить экономическое сечение проводов контактной сети и выбрать провода контактной сети. Суточный расход энергии W_T= 115 000 кВт ч. Чис­ло поездов = 52, = 46, участковая скорость равна 62 км/ч.

Схема питания двусторонняя с полным параллельным соединением пу­тей: . Интервал попутного следования поездов = 12 мин.

Время хода всех поездов по фидерной зоне = 20 км по выражению (18):

.

Время хода поездов под током

.

Суточные потери энергии в тяговой сети по двум путям по формуле (15):

кВт ч.

Удельные потери энергии по выражениям (11) и (12):

кВт ч/Ом.

Экономическое сечение проводов контактной подвески двух путей нахо­дим по выражению (10), приняв стоимость электроэнергии на тягу поездов 0,018 руб./(кВт-ч):

По каждому из главных путей

Принимаем по приложению 1 контактную подвеску М-120+2НЛОлО,04Ф-100 сечением = 310 мм².

Тогда по выражению (21) площадь сечения алюминиевых усиливающих проводов

= 1,65(516—310) =340 мм².

Выбираем два провода А-185, имеющих суммарную площадь сечения 370 мм².

Следовательно, получим контактную подвеску, состоящую из проводов М-120+2НЛОл0,04Ф-100+,2А-185 площадью сечения 526 мм², что несколько больше = 516 мм².

Пример 3. Выбранное сечение проводов проверить по нагреву и потерям напряжения. Проверка проводов контактной сети по нагреву производится аналогично приведенной в примере 9.

Расход энергии по I пути

кВт ч.

Сопротивление 1 км контактной сети по приложению 1

= 0,0345 Ом/км.

Время хода всех поездов по фидерной зоне = 20 км под током по одному пути:

ч

Потери напряжения в тяговой сети определяем по выражению (25), счи­тая, что ограничивающий блок-участок расположен в середине фидерной зо­ны для раздельного питания путей:

В

Напряжение в контактной сети (см. с. 15) U_KC = 3600—254 = 3346 В. Так как 3346 В больше, чем 2700 В, то принятая подвеска проходит по потерям напряжения.