2511

r − сопротивление 1 км тяговой сети двухпутного участка, т. е. двух путей, соединенных параллельно;

Ii − ток i-го поезда;

li − расстояние от расчетной тяговой подстанции до i-го поезда; m − количество поездов на участке.

При этом m − число поездов на всех путях.

Рис.10.3. Схема, поясняющая выбор расчетных величин

Для участков переменного тока необходимо учитывать взаимное влияние проводов соседних путей друг на друга, поэтому потеря напряжения определяется для узловой схемы следующим образом.

Потеря напряжения до поезда k определяется как сумма двух слагаемых:

схемы (расчетная тяговая подстанция А – узел «С» или узел «С» − соседняя тяговая подстанция В), где и нагрузка k, в предположении, что в точке C имеется подстанция;

UkC − потеря напряжения от тока IC в узле «C» между подстанциями A и B, т. е. как бы от уравнительного тока, текущего к фиктивной подстанции C.

Первое слагаемое в этом случае определяется следующим образом.

При расположении нагрузки k между расчетной тяговой подстанцией (А) и узлом «С» поста секционирования (рис. 10.4):

При расположении нагрузки k между узлом «С» поста секционирования и соседней тяговой подстанцией (В) (рис. 10.5):

21

Второе слагаемое определяется следующим образом.

При расположении нагрузки k между расчетной тяговой подстанцией (А) и узлом «С» поста секционирования:

При расположении нагрузки k между узлом «С» поста секционирования и соседней тяговой подстанцией (В):

Рис.10.4. Схема, поясняющая выбор расчетных величин при расположении нагрузки k между расчетной тяговой подстанцией (А) и узлом «С»

Рис.10.5. Схема, поясняющая выбор расчетных величин при расположении нагрузки k между узлом «С» поста секционирования и соседней тяговой подстанцией (В)

Ток фиктивной подстанции C ( Iс ) будет определяться выражением:

22

где IC1A , IC 2 A , IC1B , IC 2B − составляющие токов, со всех 4-х участков (для двухпутного участка), перенесенных в точку С (рис. 10.6).

Под участками понимаются: IC1A − участок между расчетной тяговой подстанцией

подстанцией В на первом пути. Эти составляющие определяются следующим образом:

Рис.10.6. Схема, поясняющая выбор расчетных величин при расчете составляющей потери напряжения от тока в узле «C»

В приведенных выше формулах:

lC − расстояние между расчетной тяговой подстанцией и постом секционирования, z1' − эквивалентное сопротивление одного пути двухпутного участка, Ом/км; 1 – путь, на котором находится расчетная нагрузка; 2 – соседний путь;

(z1' − z' ) − эквивалентное сопротивление для расчета потерь напряжения от

нагрузок соседнего пути, Ом/км,

z0 − эквивалентное сопротивление 1 км тяговой сети переменного тока всех путей, соединенных параллельно.

23

Величина (z1' − z' ) изменяется в достаточно узких пределах и в большинстве случаев может быть принята (z1' − z' ) = 0,11 ÷ 0,13 Ом/км.

Формулу 10.3 (для системы постоянного тока) или 10.4 (для системы переменного тока) необходимо рассчитать для каждого сечения графика движения поездов. Далее, используя значения, полученные по формулам 10.3 – 10.4, необходимо построить кривую Uбу = f(t) (рис. 10.2).

Потеря напряжения на тяговых подстанций ( UП) для тяговых подстанций постоянного тока определяется по формуле:

где ρп − приведенное внутреннее сопротивление подстанций и внешней системы электроснабжения, Ом;

ti − время хода поезда по условному ограничивающему перегону, ч;

tim − время хода поезда по условному ограничивающему перегону под током, ч; t − время хода поезда по фидерной зоне, ч;

С − коэффициент, зависящий от числа путей С = 1 при одном пути и С = 0,5 при двух;

Awi − расход энергии на движение поезда по условному ограничивающему перегону i, кВт ч;

U − расчетное напряжение на шинах постоянного тока, 3300–3500 В.

Условным ограничивающим перегоном в курсовом проекте принимается отрезок пути, по которому поезд идет за время (θ/3).

где U0 − напряжение холостого хода на шинах выпрямленного тока, можно принять равным 3800 В;

Iн − номинальный ток агрегата можно принять равным 3000 А; Uk% − напряжение короткого замыкания в % (от 7 до 10 %);

AТ − полный расход электроэнергии по обеим путям за сутки, расчет был приведен ранее;

SН − номинальная мощность первичной обмотки тягового трансформатора, (можно принять равной 12 МВ·А);

SКЗ − мощность короткого замыкания на шинах, от которых получают питание тяговые трансформаторы, находится в пределах до 100 МВ·А;

n − число включенных в момент короткого замыкания агрегатов (обычно 1); n0 − число рабочих агрегатов (обычно 2);

A − коэффициент относительного наклона внешней характеристики агрегата. Для схем звезда-звезда с уравнительным реактором или мостовой А = 0,5.

24

Для тяговых подстанций переменного тока по упрощенной формуле:

где z'п − приведенное сопротивление тяговой подстанции к первичной сети, Ом; Kэф − коэффициент эффективности для выпрямительных электровозов, 0,97; U − расчётное напряжение на шинах переменного тока 25000 В;

tim − время хода рассматриваемого поезда по автоматической характеристике на перегоне i, (автоматической характеристикой в курсовом проекте принимается отрезок пути, по которому поезд идет за время (θ/3) (см. рис. 9.1);

l − длина фидерной зоны, км;

loi − расстояние в км от расчетной тяговой подстанции до середины условного ограничивающего перегона, т. е. перегона, проходимого поездом за промежуток времени, (см. рис. 10.1).

11. Определение перегонной пропускной способности участка

Наибольшее количество поездов за сутки необходимо находить по действительному времени хода поезда по ограничивающему перегону. Условный ограничивающий перегон до этого был определен по кривой потери напряжения до расчетного поезда, построенной по данным расчета мгновенных схем. Время хода поезда по условному перегону на этом этапе составляет одну треть наименьшего межпоездного интервала.

Действительное время хода поезда tg по ограничивающему перегону для системы постоянного тока определяется по выражению:

где tm − время хода поезда по условному ограничивающему перегону под током, мин; θ о − минимальный межпоездной интервал, заданный выше, мин;

Up − напряжение, для которого приведены тяговые расчёты, равное 3 кВ (для участков дорог постоянного тока) и 25 кВ (для участков переменного тока);

Ucp − действительное среднее напряжение в тяговой сети у поезда за время tm, кВ (определение приведено далее).

Действительное время хода поезда по условному ограничивающему перегону при системе переменного тока определяется по формуле:

Среднее напряжение в тяговой сети определяется следующим образом:

25

где U0 − напряжение на шинах подстанции в режиме холостого хода, можно принять 3,6 кВ (для системы постоянного тока) и 27,5 кВ (для системы переменного тока);

Uтср − средняя величина напряжения в тяговой сети, кВ;

Uпср − средняя величина потери напряжения на внутреннем сопротивлении подстанции, кВ (определение приведено ранее).

Величину Uтср на участках постоянного тока определяют по следующим формулам:

-параллельная схема

В этих формулах:

r0 − сопротивление 1 км тяговой сети всех путей, соединенных параллельно, Ом/км; r − то же одного пути;

Awfi − расход энергии на движение поезда по перегону i на рассматриваемом пути f,

кВт·ч (в нашем случае это расход энергии поезда за время θ );

Af − суммарный расход энергии на движение по фидерной зоне всех поездов пути f

за расчетный период T, кВт·ч;

AT − то же по всем путям;

tim − время хода рассматриваемого поезда по автоматической характеристике на перегоне i, ч (в нашем случае эта величина равна θ /3);

loim − расстояние от тяговой подстанции до середины отрезка пути на перегоне i, проходимого рассматриваемым поездом по автоматической характеристике, км

(рис. 11.1);

loi − расстояние от тяговой подстанции до середины перегона i, км (рис. 9); li − длина перегона i, км (рис. 11.1);

26

lim − расстояние, проходимое поездом за время хода по автоматической характеристике, км (рис. 11.1);

U − напряжение в контактной сети, кВ.

Рис.11.1. Схема, поясняющая определение расчетных величин (для курсового проекта перегон li соответствует межпоездному интервалу θ , а участок хода поезда по автоматической характеристике lim соответствует времени θ /3)

12.Расчёт наибольших токов нагрузки, токов короткого замыкания, выбор защиты и уставок фидеров контактной сети

Ток короткого замыкания в контактной сети постоянного тока можно найти по формуле, кА:

где Uкс − напряжение в контактной сети, 3 кВ; Uш − напряжение на шинах подстанции, 3,3 кВ;

Sнтр − суммарная мощность преобразовательных трансформаторов, МВ·А;

Sкз − мощность короткого замыкания на шинах, где подключён выпрямительный агрегат, МВ·А;

Uк − напряжение короткого замыкания, преобразовательного трансформатора, в %; N − количество выпрямительных агрегатов;

Idн − номинальный выпрямленный ток агрегата, (3000 А);

r − сопротивление 1км тяговой сети, Ом/км (берется в соответствии с выбранным типом контактной подвески);

27

lк − расстояние по контактной сети до точки короткого замыкания, км (берется исходя из соображений, что наиболее «опасным» считается удаленное короткое замыкание.

Ток короткого замыкания в контактной сети переменного тока можно найти по формуле /4, с.145/

где UHК − номинальное напряжение в контактной сети, 25 кВ

SКЗ − мощность короткого замыкания на вводе подстанции, МВ А; SН − мощность понизительного трансформатора, МВ А;

X – индуктивное сопротивление 1 км тяговой сети, Ом/км (берется в соответствии с выбранным типом контактной подвески);

ra – активное сопротивление 1 км тяговой сети, Ом/км (берется в соответствии с выбранным типом контактной подвески).

Наибольший рабочий ток фидера можно найти следующими способами.

При первом способе для определения наибольшего тока фидера строится график зависимости тока фидера от времени. Если по тяговым расчетам видно, что около подстанции производится трогание поезда, то наибольший рабочий ток определяется непосредственно по этому графику. Если же трогания около подстанции нет, то можно определить наибольший ток фидера по формуле, А:

IТР – ток трогания по тяговым расчетам, А;

Io – ток, потребляемый поездом от рассматриваемого фидера около подстанции, А; При втором способе – наибольший ток определяется в предположении, что ток

фидера составляет сумму токов трогания одного поезда и отнесенных к этому фидеру средних токов других поездов.

При узловой схеме такой подход приводит к приближенной формуле:

определяются для фидера нечетного пути. При выборе уставки защиты для фидера

28

четного пути в формуле (12.5) надо переставить местами индексы 1 и 2, а в формуле (12.4) заменить индекс 1 на 2.

Величины nф1 и nф2 уже были рассчитаны при определении средних токов фидеров, но в данном случае они должны быть округлены до ближайшего целого числа.

Уставки фидеров постоянного тока выбирают по условию

где Iу − ток уставки фидера;

Iкзнаим − наименьший ток короткого замыкания в конце зоны защиты.

Уставки защиты фидеров переменного тока должны быть выбраны так, чтобы удовлетворялись неравенства

где kз − коэффициент запаса;

kч − коэффициент чувствительности; kв − коэффициент возврата реле;

Эти коэффициенты можно принять равными: kз = 1,15-1,25; kч = 1,5; kВ = 0,850-0,90. Если максимально-токовая защита недостаточна, не удовлетворяются условия

(12.6–12.8), то надо предложить дополнительную защиту /1/.

29

Библиографический список

1.Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. − М.: Транспорт, 1982. − 528 с.

2.Пакулин А.Г. Уменьшение потерь и повышение качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения : Учебное пособие. − Самара.: СамИИТ, 1991.− С. 5−10.

3.Тер-Оганов Э.В. Определение трансформаторной мощности тяговых подстанций.

−М.: ВЗИИТ, 1980. − 42 с.

4.Бесков Б.А. и др. Проектирование систем электроснабжения электрических железных дорог. − М.: Трансжелдориздат, 1963. − 471 с.

5.Григорьев В.Л. Рельсовая сеть в системе электроснабжения электрических железных дорог: учебное пособие. − М.:ВЗИИТ, 1988. − 68 с.

6.Справочник по электроснабжению железных дорог. − т.1. / под ред. К.Г. Марквардта. − М.: Транспорт, 1980. − 256 с.

30