Электрические железные дороги

align:justify">Полученные результаты заносим в таблицу 2.1 в столбец № 17.

Среднее значение тока ТП определим по формуле:

                                                                      (2.5)

Рассчитаем средний ток ТП Б

кА.

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.1 в столбец 18.

Используя данные таблицы 2.1, строим график зависимости токов фидеров Iф1, Iф2, Iф3 и Iф4 и тока ТП Б Iтп от времени, имеющие вид, изображенный на рисунке 2.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор сечения проводов контактной подвески и составление схемы

 

Площадь сечения проводов контактной подвески, которая представляет собой несущий трос и один или два контактных провода, выбирают по условиям токосъема. В настоящее время для главных путей перегонов и станций предусмотрено при системе постоянного тока использование двух контактных проводов сечением 100 мм2 (2МФ-100). В качестве несущего троса используют медный провод сечением 95 или 120 мм2 (М-90 или M-I20).

Экономичную площадь сечения контактной сети определяют на основании технико-экономического сравнения различных вариантов по минимуму потерь энергии в тяговой сети при наименьших капитальных затратах на её сооружение и обслуживание. Если необходимая площадь контактной сети не может быть обеспечена контактными проводами и несущим тросом, то она восполняется усиливающими проводами, которые подвешивают на опорах контактной сети с напольной стороны.

Для нормальной работы контактной сети нагрев проводов должен находиться в допустимых пределах. Чтобы проверить нагрев, сравнивают эффективный ток с допустимым, при котором температура медных проводов не превышает 100оС, для алюминиевых – 80оС.

Для одной межподстанционной зоны с целью удобства монтажа и технического обслуживания рекомендуется выбирать одинаковую подвеску для каждого пути по максимальному току фидера соответствующей зоны, для разных зон могут быть использованы разные подвески. В курсовой работе следует предварительно принять контактную подвеску М-120 + 2МФ-100 и проверить её на нагрев по эффективному току фидера для наиболее тяжелого режима работы – раздельном питании четного и нечетного путей. Если условие (3.1) не выполнимо, то нам придется увеличивать сечение, добавляя один или два усиливающих.Для нашего участка между станциями А и Б возможно применение контактной подвески М-120 + 2МФ-100, допустимое  значение тока для которой 1880А (IДОП = 1,88 кА).

Для нечетного направления:

                                            IАБ ЭФФ= 1,09 <  IДОП;

                                            IБВ  ЭФ= 1,59<  IДОП.

Для четного направления:             

IАБ  ЭФФ= 1,72 <  IДОП;

         IБВ  ЭФФ= 1,42 <  IДОП.

 

Схема секционирования для подстанции Б приведена на рисунке 3.1 для двухпутной линии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

4. Составление однолинейной схемы тяговой подстанции и выбор основного оборудования

 

4.1 Структурная схема тяговой подстанции постоянного тока

Общая компоновка тяговой подстанции (ТП) постоянного тока зависит от способа подключения ТП к питающей линии электропередач (ЛЭП), от напряжения ЛЭП, от количества преобразовательных агрегатов (ПА), от наличия районных (не тяговых) потребителей (РП) и их расчетной мощности.

Структурная схема ТП при питании её от ЛЭП110 или 220 кВ изображена на рисунке 4.1 (Приложение 6)

Рисунок 4.1 – Структурная схема тяговой подстанции постоянного тока:

РУ – распределительное  устройство; ПТ1, ПТ2 – понижающие  трансформаторы; РП 35кВ, РП10кВ – фидера районных потребителей; пт1, пт2 – преобразовательные трансформаторы; В1,В2,В3,В4 – выпрямители;  РУ 3,3кВ – сглаживающее устройство; ФКС1,…,ФКСN – фидера контактной сети; С – сглаживающий реактор.

В целях уменьшения стоимости оборудования подстанций используют двойную трансформацию: понижающий трансформатор ПТ снижает напряжение со 110 (220) до 10 кВ для питания ПА, который состоит из специального трансформатора и выпрямителя. От распределительных устройств с напряжением 10 кВ (РУ-10) получают питание районные потребители.

По способу присоединения к ЛЭП различают отпаечные (4.2-а), транзитные (4.2-б) и опорные (4.2-в) тяговые подстанции.

Рисунок 4.2 – Способы подключения ТП к линиям электропередач

На участках электрических железных дорог чередуют опорные, транзитные и отпаечные ТП таким образом, чтобы при аварии на любом из участков ЛЭП терялось питание не более чем на одной ТП (см. рисунок 4.3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2. Выбор количества преобразовательных агрегатов и мощности трансформаторов

 

Преобразовательный агрегат состоит из преобразователя, трансформатора и вспомогательных устройств, необходимых для преобразования энергии. Бывают выпрямители (преобразуют постоянный ток в переменный) и инверторы (переменный ток в постоянный).   Количество преобразователей на ТП выбираем по суммарному среднему значению токов всех ее фидеров, учитывая необходимое резервирование мощности из условия: выход из строя, ревизия или ремонт одного ПА не должен нарушать нормального электроснабжения участка.

Средний ток ТП, приходящийся на один преобразователь, не должен превышать его номинального значения

                                                                                                             (4.1)

где  Iпн – номинальное значение тока преобразователя;

        Nп – количество преобразователей.

Количество преобразователей определяем по формуле:

                                                                           (4.2)

Рассчитаем количество преобразователей по формуле (4.2), считая Iпн=3000A:

где полученное число округляем до целого числа в большую сторону. Если отношение Iпср/Iпн не превышает целое число на 0,2, то величину Nп можно округлить в меньшую сторону, так как оборудование имеет запас по мощности. Мощность трансформатора согласована с мощностью преобразователя, поэтому количество трансформаторов будет равно количеству преобразователей. Принимаем Nп=1 шт.

Так как  в курсовой работе не предусмотрены выбор схемы выпрямления и применение рекуперативного торможения, то используем преобразовательный агрегат, состоящий из трансформатора ТДП – 12500/10 ЖУ1 и преобразователя ПВЭ-5АУ1.

Полная мощность понижающего трансформатора должна быть достаточной для питания тяговой нагрузки, районных потребителей и собственных нужд ТП.

Мощность ПТ для обеспечения тяговой нагрузки:

                                                                                       (4.3)

где Ud.СР= Uн. = 3,3 кВ – напряжение на шинах постоянного тока ТП;

        χ =0.93 – коэффициент мощности тяговой нагрузки.

Мощность собственных нужд ТП можно принять:

                                          Sсн  0,01Sт,                                                         (4.4)

Тогда расчетная полная мощность ПТ

                                      Sптр = Sт + Sсн + Sрп,                    (4.5)

где Sрп – заданная мощность районных потребителей, кВ·А.

Выбор типа трансформатора осуществляется по величине расчетной мощности исходя из условия:

                                         Sптр  Sптн,                    (4.6)

где Sптн – номинальная мощность ПТ, кВ·А из установленного стандартом ряда.

На тяговой подстанции всегда устанавливается два трансформатора расчетной мощности, т. е. обеспечивается 100%-й резерв.

Из формулы (4.3) находим мощность понижающего трансформатора:

кВ·А

Тогда, учитывая формулу (4.4) имеем:

                                           Sсн= кВ·А

Рассчитываем полную мощность понижающего трансформатора по формуле (4.5):             

      Sптр = кВ·А

Из расчета видно, что в качестве понижающего трансформатора будем использовать трансформатор типа ТДН –25000/110 –трехфазный, с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха, который оборудован устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), мощностью 25000 кВ·А на первичное напряжение 110 кВ. В качестве преобразователя используем ПВЭ–5АУ1 – преобразователь выпрямительный для электрифицированной железной дороги с естественным воздушным охлаждением, предназначенный для наружной установки в условиях умеренного климата.

В обозначении типа трансформатора: Т – трехфазный, Д – с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха. Цифры указывают типовую мощность в кВ·А (числитель) и класс напряжения (первичной) обмотки в кВ (знаменатель), остальные буквы в обозначении типа трансформатора характеризуют некоторые его конструктивные особенности или область применения.

Первые три буквы означают: П – преобразователь, В – выпрямительный, Э – для электрифицированных железных дорог, цифры и буквы после дефиса указывают на различные конструктивные исполнения преобразователя.

 

 

 

 

 

5. Определение потери напряжения в тяговой сети и напряжения на токоприемнике электровоза

 

5.1. Напряжение на токоприемнике электровоза

Уровень напряжения в контактной сети оказывает существенное влияние на работу электровоза. Различают постепенное плавное изменение напряжения в контактной сети (отклонение) и резкое мгновенное изменение напряжения (бросок или колебание). Постепенное изменение происходит из-за того, что электровоз при движении по перегону удаляется от тяговой подстанции. При этом растет сопротивление контактной сети между электровозом и тяговой подстанцией, а, следовательно, растет и падение напряжения в контактной сети. Согласно стандарта напряжение для системы постоянного тока не должно быть меньше 2,7 кВ.

Напряжение на токоприемнике одного электровоза может увеличиться (или уменьшиться) мгновенно в результате прекращения режима тяги (или его возобновления) на другом, находящемся с первым в одной межподстанционной зоне. Такие броски напряжения отрицательно сказываются на работе тяговых двигателей и могут привести в нежелательным броскам силы тяги. Снижение напряжения на токоприемнике оказывает влияние на работу вспомогательных машин ЭПС.

Расчет величины потери напряжения выполняют с помощью мгновенных схем. Однако, для оценки характера изменения напряжения на токоприемнике электровоза в процессе его движения по перегону, целесообразно выполнять расчет для характерных сечений графика, т. к. в этом случае будут учтены как постепенное изменение напряжения, так и его мгновенные толчки (броски).

 

5.2 Расчет потери напряжения

Допустим, что в некоторый момент времени электровоз находится в межподстанционной зоне А – Б, изображенное на рисунке 5.1. Выполним расчеты и полученные значения занесем в таблицу 5.1.

Ток подстанции Б определяем по формуле:

                                                                                               (5.1)

Потеря напряжения до к-й нагрузки ΔUк, В

                                                                   (5.2)

где               Sк – расстояние до к-й нагрузки от ТП  А, км;

              m – общее количество нагрузок;

              r – сопротивление 1 км тяговой сети.

Сопротивление 1 км тяговой сети

                                                            r = rк + rp,                         (5.3)

где rк и rp – сопротивления контактной и рельсовой сети соответственно, Ом/км.

          Будем использовать рельсовую сеть, выполненную из рельсов марки Р75 с сопротивлением двух путей 0,0062 Ом на один километр.

Сопротивление rк для выбранной контактной сети М-120 + 2МФ-100 +А-185 определяем через проводимость, сопротивления элементов тяговой сети принимаем согласно таблицы 5.1 в методичке ( значения взяты для одного провода).

км/Ом;

rк = 0,028363 Ом/км.

Таким образом, получили результат:

r = 0,02836+0,0075=0,03586Ом/км..

В данной  курсовой работе рассчитаем потерю напряжения для одного из поездов при его движении между двумя станциями путем составления и решения мгновенных схем для характерных сечений графика, определим напряжение на токоприемнике по формуле:

                                                        Uэк = Uтп - ΔUк,                                           (5.4)

где Uэк  напряжение на токоприемнике электровоза к-го поезда, В;

       Uтп  напряжение на шинах тяговой подстанции, В.

Изображаем график движения поездов и кривые потребления тока для одной межподстанционной зоны на рисунке  5.1. Выделяем на графике поезд, для которого предполагается построить зависимость ΔUк(S) – толстая линия. Проводим горизонтальные линии, соответствующие переломам в кривых тока поездов до пересечения с «нитками» графика, четных поездов на четные «нитки», нечетных – на нечетные . Через точки пересечения проведем вертикальные линии, которые и будут являться характерными сечениями графика и обозначаем цифрами 0,1,2… на рисунке 5.1. Сечение 0 принадлежит моменту времени t = 0, а последнее моменту проследования принятым для анализа поездом ст. Б. Каждому сечению соответствует одна или две мгновенных схемы. Значения, получаемые при расчете, заносим в таблицу 5.1.