Электроснабжение железнодорожного транспорта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

2. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

3. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ

С точки зрения электроснабжения железнодорожного транспорта «Электромагнитная совместимость» - это прежде всего взаимные влияния друг на друга контактных сетей соседних путей многопутных участков, влияние тяговой сети на смежные линии низкого напряжения, линий связи и на любые протяженные проводящие объекты, расположенные вблизи электрифицированной железной дороги.

Создаваемые тяговыми сетями и высоковольтными цепями автоблокировки и продольного электроснабжения электромагнитные поля, наводят напряжения и токи, в обесточенных сетях или сетях более низкого напряжения, которые могут быть опасными для людей или производить разрушения аппаратуры, а также нарушать нормальную работу устройств электроснабжения.

В данных методических указаниях предлагается провести расчеты электрического и магнитного влияний однопутного участка переменного тока, электрифицированного по системе 1х25 кВ или по системе 2х25 кВ, на смежную воздушную линию и расчеты мешающего влияния. При расчете допускаются некоторые упрощения, связанные с рассмотрением одной фидерной зоны при постоянной ширине сближения, а также предполагается и упрощенный расчет мешающих влияний. Дополнительно предусмотрено проведение параллельных расчетов на персональном компьютере с применением программного комплекса «КОРТЭС». Результаты расчетов должны быть оформлены в виде пояснительной записки, которая должна содержать: перечень расчетных заданий; исходные данные по варианту расчета; расчетные схемы по пунктам расчетов опасных и мешающих влияний; собственно расчеты и выводы по ним.

При составлении данных указаний были использованы материалы методических указаний ИрГУПСа.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Для участка однопутной железной дороги электрифицированной на переменном токе по системе 1х25 кВ или по системе 2х25 кВ и расположенной параллельно ей двухпроводной воздушной линии связи, необходимо выполнить следующее.

1. В соответствии с вариантом расчета изобразить расчетную схему для расчета опасных влияний.

2. Определиться с расчетными точками для расчета тока короткого замыкания и влияния его на смежную линию.

3. С помощью программного комплекса «КОРТЭС» подготовить расчетную схему и рассчитать по ней сопротивление тяговой сети.

4. Рассчитать токи короткого замыкания и вынужденного режима, используя сопротивление тяговой сети.

5. Определить величину эквивалентного влияющего тока вынужденного режима.

6. Рассчитать наводимые в смежной воздушной линии опасные напряжения при коротком замыкании в тяговой сети и при вынужденном режиме. Расчеты провести в предположении заземления удаленного конца провода связи, а для вынужденного режима дополнительно рассчитать наводимые напряжения при изолированном от земли проводе.

7. Определить необходимое увеличение расстояния между линией связи и электрифицированной железной дорогой, при котором опасные влияния на линию связи не будут превышать нормированных значений.

8. Рассчитать напряжение мешающего влияния на воздушную линию. Расчет проводить для случая расположения двухсекционного электровоза с суммарным потребляемым током 300 А возле отключенного поста секционирования в середине фидерной зоны.

9. Составить чертеж формата А3, где представить расчетные схемы с изображением в примерном масштабе взаимного расположения по длине сближения линии связи и тяговых подстанций а, также сравнительные графики и гистограммы основных расчетных величин полученных при расчетах.

По пунктам 6, 7 и 8 необходимо сделать соответствующие выводы.

Сравнить результаты расчетов с допустимыми значениями опасных и мешающих напряжений.

Принять значения допустимых напряжений при коротком замыкании равным 1500 В, при вынужденном режиме 60 В, допустимое мешающее напряжение - 1,5 мВ.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Расчетные схемы для расчета опасных влияний тяговой сети системы 2х25 и 1х25кВ кВ приведены на рис. 2.1 и 2.2 соответственно. Исходные данные в соответствии с двухзначным вариантом даны в таблицах 2.1 - 2.4. Расчетная схема должна отражать соотношение расстояний по исходным данным и заданное число поездов в зоне для вынужденного режима. В таблицах приняты обозначения в соответствии с рисунками 2.1 и 2.2, а также следующие обозначения:

б - ширина сближения, м;

с - высота подвеса проводов воздушной линии связи, м;

S_1КЗ, S_2КЗ, S_1Н, S_2Н - мощности короткого замыкания и мощности трансформаторов подстанций 1 и 2, МВА;

m - число поездов на участке при вынужденном режиме работы тяговой сети, шт;

- удельная проводимость земли, См/м.

Рис. 2.1. Схема для расчета опасных влияний тяговой сети системы 2х25кВ



Рис. 2.2. Схема для расчета опасных влияний тяговой сети системы 1х25кВ

Таблица 2.1

Исходные данные расстояний между различными устройствами на электрифицируемом участке по системе 1х25 кВ

Параметры	Предпоследняя цифра учебного шифра
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
, м	30	40	25	35	20	45	15	50	10	55
км	30	35	45	30	30	40	50	45	40	50
км	30	45	50	45	45	40	35	45	50	50
км	15	0	10	0	5	15	5	10	10	5
,м	6,5	6,5	6,0	5,0	7,0	7,5	7,3	6,8	5,4	4,5

Таблица 2.2

Исходные данные расстояний между различными устройствами на электрифицируемом участке по системе 2х25 кВ

Параметры	Предпоследняя цифра учебного шифра
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
, м	30	40	25	35	20	45	15	50	10	55
км	30	35	45	30	30	40	50	45	40	50
км	20	30	35	25	15	30	40	40	35	30
км	15	0	10	0	5	15	5	10	10	5
L АТ1,км	7	8	11	8,5	6	9	12,5	12	10	13
L АТ2,км	7	7,5	10	6,5	7,5	8,5	12,5	10,5	10	12
L АП, км	8	8,5	12	7	8	10	11	9	10	11
,м	6,5	6,5	6,0	5,0	7,0	7,5	7,3	6,8	5,4	4,5

Таблица 2.3

Параметры энергосистемы

Параметры	Последняя цифра учебного шифра
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
, МВА	930	1170	510	940	2370	1680	600	780	1230	1010
,МВА	50	63	80	80	63	50	50	63	80	80
,%	10,5	10,5	12,5	12,5	10,5	10,5	10,5	10,5	12,5	12,5
,МВА	810	1140	490	750	1000	1650	550	760	1150	1230
,МВА	80	63	50	50	63	80	80	63	50	50
,%	12,5	10,5	10,5	10,5	10,5	12,5	12,5	10,5	10,5	10,5
, шт.	4	3	2	4	3	2	4	3	2	4
, См/м	0.09	0.08	0.07	0.06	0.05	0.04	0.03	0.02	0.01	0.10

Таблица 2.4

Данные по типу контактной подвески для системы 1х25 и 2х25кВ

Предпоследняя цифра учебного шифра	Марка несущего троса (НТ)	Высота подвеса НТ, мм	Марка контактного провода (КП)	Высота подвеса КП, мм	Марка питающего провода (ПП)	Высота подвеса ПП, мм
0	М-150	7670	МФ-100	6500	АС- 185	10800
1	М-120	7630	МФ-85	6420	А-185	10750
2	М-95	7550	МФ-100	6300	АС- 185	10700
3	ПБСМ-95	7510	МФ-85	6400	А-185	10650
4	ПБСМ-70	7430	МФ-100	6220	АС- 185	10600
5	М-150	7390	МФ-85	6150	А-185	10550
6	М-120	7320	МФ-100	6030	АС- 185	10500
7	М-95	7200	МФ-85	5950	А-185	10450
8	ПБСМ-95	7120	МФ-100	5870	АС- 185	10400
9	ПБСМ-70	7000	МФ-85	5750	А-185	10350

Воздушная линия связи со стальными проводами характеризуется коэффициентом чувствительности и коэффициентом распространения, приведенными в табл. 2.5, а также значения коэффициента акустического воздействия для расчета мешающих влияний.

Таблица 2.5

Коэффициенты чувствительности двухпроводной воздушной линии связи и акустического воздействия

№ гармоники,	Коэффициент чувствительности,	Коэффициент акустического воздействия,	Коэффициент затухания, , мНп/км	Коэффициент фазы, ,мрад/км
1	0,0025	0,0007	4,0	3,1
3	0,0028	0,0350	5,2	7,8
5	0,0032	0,1780	6,1	12,0
7	0,0035	0,3760	7,2	16,1
9	0,0038	0,5820	8,2	20,0
11	0,0042	0,7330	9,2	23,7
13	0,0045	0,8510	10,2	27,5
15	0,0048	0,9550	11,2	30,6
17	0,0051	1,0350	12,1	34,0
19	0,0055	1,1080	13,0	37,0
21	0,0058	1,1090	13,7	40,2
23	0,0061	1,0350	14,4	43,4
25	0,0065	0,9770	15,2	46,5
27	0,0068	0,9280	15,8	49,7
29	0,0071	0,8810	16,5	52,8
31	0,0075	0,8420	17,2	55,8
33	0,0078	0,8070	17,8	58,8
35	0,0081	0,7750	18,5	61,8
37	0,0084	0,7450	19,0	64,6
39	0,0086	0,7200	19,7	67,5
41	0,0088	0,6980	20,2	70,8

Величина тока в зависимости от номера гармоники представлена в табл. 2.6

Таблица 2.6

Величина тока электровоза в зависимости от номера гармоники k, в удаленном от тяговой подстанции конце тягового плеча однопутного участка

№ гармоники,	Частота, Гц	Ток гармоники, А
1	50	147,00
3	150	25,50
5	250	13,10
7	350	5,00
9	450	3,50
11	550	2,30
13	650	1,60
15	750	1,20
17	850	0,80
19	950	0,71
21	1050	0,54
23	1150	0,40
25	1250	0,34
27	1350	0,28
29	1450	0,25
31	1550	0,23
33	1650	0,21
35	1750	0,19
37	1850	0,18
39	1950	0,16
41	2050	0,15

Примечание. Значение тока электровоза [1] дано в удаленном от тяговой подстанции конце тягового плеча одностороннего питания однопутного участка для одной секции восьмиосного электровоза, потребляющего ток 150 А в режиме тяги. При работе секций электровоза расчетное значение влияющего тока следует увеличить в раз.

2. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Подготовка расчетной схемы;

Расчетная схема изображается аналогично рис. 2.1 и рис. 2.2, но с изображением в примерном масштабе взаимного расположения по длине сближения линии связи и тяговых подстанций.

Выбор расчетных точек короткого замыкания;

Расчетными точками при определении токов короткого замыкания являются концы участка . Эти точки необходимо отметить на расчетной схеме;

Подготовка компьютерной модели для расчетов сопротивления тяговой сети в программном комплексе «КОРТЭС»;

Запустите программный комплекс и зайдите в подпрограмму «База данных устройств системы 25 кВ» или « База данных устройств системы 2х25кВ» и выберите пункт «Тяговые сети»;

Двойным щелчком указателя мыши откройте контактную подвеску, соответствующую варианту задания. В случае отсутствия таковой, создайте новую;

Укажите в окне «Параметры тяговой сети» проводимость земли согласно исходным данным, а также высоты контактного провода и несущего троса, а при системе 2х25 кВ еще и высоту питающего провода указанную в исходных данных;

После чего нажмите на кнопки «ОК» и «Расчет», для получения значений активного и реактивного сопротивлений тяговой сети;

Расчет токов короткого замыкания;

Построение расчетной схемы производится аналогично схемам, изображенным на рисунках 2.1 и 2.2, но с учетом примерного масштаба взаимного расположения по длине сближения линии связи и тяговых подстанций. Расчетная схема для определения опасных влияний для системы 1х25кв приведена на рис. 3.1, для системы 2х25кВ на рис.3.2.

Рис. 3.1. Расчетная схема для определения опасных влияний системы 1х25 кВ

Рис. 3.2. Расчетная схема для определения опасных влияний системы 2х25 кВ

Расчетными точками при определении токов короткого замыкания являются концы участка , которые отмечены на расчетной схеме точками КЗ 1 и КЗ 2;

3.4.2 Ток короткого замыкания как для системы 1х25 кВ, так и для системы 2х25 кВ в данной работе определяется как ток двухфазного короткого замыкания [1] по формуле

, (3.1)

где - мощность короткого замыкания на стороне первичного напряжения тяговой подстанции, ВА;

- мощность тяговой подстанции, ВА;

- номинальное напряжение на шинах тяговой подстанции, В;

- напряжение короткого замыкания тягового трансформатора, %, которое берется из базы данных трансформаторов программы «Кортэс»;

, - активное и реактивное сопротивления 1 км тяговой сети, Ом/км;

- расстояние от подстанции до места короткого замыкания, км.

Определение эквивалентного влияющего тока при системе 1х25 кВ

Под эквивалентным влияющим током подразумевается ток, одинаковый на всем участке сближения, который наводит в смежной линии связи такое же опасное напряжение, какое возникает при действительном (ступенчатом) распределении токов в контактной сети, его величина определяется по формуле:

, (3.2)

где - результирующий ток расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети, А;

- коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока по сравнению с результирующим в зависимости от количества поездов , одновременно находящихся в пределах расчетного плеча питания при вынужденном режиме.

Результирующий ток находится [1] по формуле:

, (3.3)

где - максимальная потеря напряжения в тяговой сети между подстанцией и наиболее удаленным от нее электровозом, равная 6500 В при более 30 км и 3500 В при от 15 км до 30 км включительно;

- коэффициент мощности электровоза, равный 0,8;

L_Т - длина плеча питания тяговой сети, при работе её в вынужденном режиме, км. электроснабжение железнодорожный ток воздушный

Коэффициент находится [1] по выражению:

, (3.4)

где L_Н, L_Э, L_Т - расстояния, соответствующие рисунку 3.1

Входящая в формулу (3.3) величина находится по выражению:

. (3.5)

Определение эквивалентного влияющего тока при системе 2х25 кВ

Эквивалентный влияющий ток системы 2х25 кВ определяется по формуле 3.2

Результирующий ток системы 2х25 кВ находится [1] по формуле:

, (3.6)

где - максимальная потеря напряжения в тяговой сети между подстанцией и наиболее удаленным от нее электровозом, равная 8500 В при более 30 км и 5500 В при от 15 км до 30 км включительно;

К_АТ - коэффициент трансформации автотрансформаторов при системе 2х25 кВ, К_АТ=2;

r_КП, x_КП - соответственно активное и реактивное сопротивление системы «контактная сеть - питающий провод», Ом/км;

L_АП - расстояние от отключенной подстанции до ближайшего автотрансформатора, км.

Коэффициент находится по формуле 3.4.Величина находится по выражению 3.5.

Определение опасных напряжений при системе 1х25 кВ

Опасные напряжения на одном из концов провода расчетного участка цепи, обусловленные магнитным влиянием, рассчитывают при условии заземления его на противоположном конце для двух режимов работы тяговой сети: короткого замыкания и вынужденном.

Для режима короткого замыкания и параллельном сближении в курсовом проекте, наводимое напряжение ,В вычисляется [1] по формуле:

, (3.7)

Для вынужденного режима системы 1х25 кВ наводимое напряжение рассчитывается по формуле:

, (3.8)

где - угловая частота влияющего тока, равная 314 рад/с;

- взаимная индуктивность между контактной подвеской и проводом связи, Гн/км;

- коэффициент, характеризующий увеличение индуцированного напряжения вследствие несинусоидальности тока тяговой сети, обусловленной работой выпрямительных устройств электровозов, который можно принять равным 1,15;

- коэффициент экранизирующего действия рельсов, значение которого в курсовом проекте следует брать равным 0,5 при удельной проводимости земли 0,01-0,05 См/м; 0,6 при 0,06-0,1 См/м.

Взаимную индуктивность , Гн/км можно найти [1] по выражению:

, (3.9)

где - ширина сближения между контактным проводом и проводом связи, м;

- удельная проводимость земли, См/м;

- частота влияющего тока, Гц.

При изолированном от земли проводе связи на нем наводится дополнительное напряжение за счет электрического влияния, которое рассчитывается [1] по формуле:

, (3.10)

где - коэффициент, учитывающий количество влияющих проводов, расположенных на опорах тяговой сети, который для однопутного участка и двух проводов контактной подвески равен 0,4;

- высоты подвеса провода, эквивалентного контактной подвеске и провода связи над землей, высоту можно принять равной 6,5 м.

Результирующее напряжение влияния на изолированный от земли провод определяется суммированием напряжений электрического и магнитного влияний по формуле:

(3.11)

Сравнение рассчитанных наведенных напряжений с допустимыми напряжениями в случае вынужденного режима следует проводить для заземленного на конце провода связи.

Определение опасных напряжений при системе 2х25 кВ

Для режима короткого замыкания и параллельном сближении, наводимое напряжение ,В вычисляется по формуле 3.6.

Для вынужденного режима наводимое напряжение рассчитывается по формуле:

, (3.12)

где - угловая частота влияющего тока, равная 314 рад/с;

- взаимная индуктивность между контактной подвеской и проводом связи, Гн/км, определяется по формуле 3.8;

- коэффициент, характеризующий увеличение индуцированного напряжения вследствие несинусоидальности тока тяговой сети, обусловленной работой выпрямительных устройств электровозов, который можно принять равным 1,15;

S_АТ - коэффициент защитного действия системы.

Коэффициент защитного действия системы 2х25 кВ определяется по формуле

(3.13)

Коэффициенты, входящие в формулу 3.13 определяются по формулам

(3.14)

(3.15)

(3.16)

где К '_m, К ''_m,K'_mн - коэффициенты, определяемые для частей участка сближения L'_тр , L''_тр и L_АП по формулам:

, (3.17)

, (3.18)

(3.19)

- коэффициенты, определяемые из графиков в приложении 1;

- коэффициенты равные, при использовании питающего провода АС-185 - ; при использовании питающего провода А -185 -

- коэффициент, учитывающий вероятность реализации расчетного значения индуцируемого напряжения. При числе электровозов, большем единицы, , при одном электровозе ;

- коэффициенты, учитывающие часть тока нагрузки на участке линии связи длиной , определяемые по формулам:

(3.20)

(3.21)

(3.22)

Определение необходимого расстояния между линией связи и электрифицированной железной дорогой

При расчете расстояния относа линии связи для снижения наводимых напряжений необходимо принять во внимание, что напряжение электрического влияния с ростом расстояния снижается очень быстро. По этой причине рассчитывается относ с целью снижения только магнитного влияния, у которого от расстояния зависит взаимная индуктивность .

По формулам (3.7) и (3.8) с подстановкой в них допустимых значений наводимых напряжений вычисляются значения взаимной индуктивности, из которых выбирается наименьшее. Дальнейший расчет расстояния из формулы для взаимной индуктивности не составляет труда.

Расчет напряжения мешающего влияния для при системе 1х25 кВ

Расчетная схема для определения напряжения мешающего влияния изображена на рисунке 3.3.



Рис. 3.3. Расчетная схема для определения напряжения мешающего влияния

Расчет выполняют применительно к ближнему концу участка линии связи, складывая гармонические составляющие напряжения шума для гармоник с номерами от 7 до 69.

В курсовой работе допускается усеченный расчет только до 41-й гармоники [1], то есть величину напряжения мешающего влияния определяют по следующей формуле:

, (3.23)

где - мешающее напряжение для k-ой гармоники, мВ.

Величина определяется по формуле:

, (3.24)

где 314•,рад/с - угловая частота k-ой гармоники тягового тока;

- модуль взаимной индукции между контактной сетью и проводом связи для k-ой гармоники, Гн/км;

- эквивалентный ток k-ой гармоники тягового тока, А;

- коэффициент акустического воздействия для k-ой гармоники;

- коэффициент чувствительности двухпроводной телефонной цепи к помехам для k-ой гармоники тягового тока;

- результирующий коэффициент экранирующего действия для k-

ой гармоники тягового тока;

- коэффициент распространения канала провод линии связи - земля для k-ой гармоники, - комплексное число, составленное коэффициентом затухания и коэффициентом фазы;

- коэффициент перевода вольт в милливольты.

Ток гармонической составляющей тягового тока определяется [1] по выражению:

, (3.25)

где - волновой коэффициент, учитывающий изменение тягового тока по длине тяговой сети, в курсовой работе его можно принять равным единице.

- гармоника тока электровоза, работающего в конце плеча питания при нормальном режиме (см. табл. 6);

Так как мнимая часть комплексного выражения характеризует угол поворота вектора, то для дальнейших расчетов будем использовать действительную часть, то есть коэффициент распространения канала будем определять [1] по следующей формуле:

. (3.26)

Все расчеты рекомендуется свести в таблицу 3.1, «шапка» которой приведена ниже.

Таблица 3.1

Параметры линии связи в зависимости от номера гармоники

№, гармоники	, Гц	, рад/с	, Гн/км			, А	Значение дроби в формуле (12)	, мВ

Расчет напряжения мешающего влияния для при системе 2х25 кВ

Величину напряжения мешающего влияния определяют по следующей формуле:

(3.27)

где - мешающее напряжение для k-ой гармоники, мВ, определяется по формуле 3.24;

S_аш - коэффициент, характеризующий защитное действие тяговой системы, соответствующий расчетным условиям мешающего влияния. Его вычисляют по формулам (3.13-3.16), в которых коэффициенты К_рез и К_m равны единице.

Остальные расчеты производятся аналогично расчетам при системе 1х25кВ. Результаты расчета занести в таблицу 3.1

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока. - М.: Транспорт, 1989. - 134 с.

2. Бадер М.П. Электромагнитная совместимость: Учебник для вузов

железнодорожного транспорта. - М.: УМК МПС, 2002. - 638 с.

3. Закарюкин В.П. Электромагнитная совместимость устройств электрифицированных железных дорог. - Иркутск.: ИрИИТ, 2002. - 137 с.

4. Шаров В.И. Влияние электрических железных дорог на смежные

устройства: Задание на курсовой проект с методическими указаниями. - М.: ВЗИИТ, 1983. - 15 с.

5. Бабаева В.М., Минин Г.А., Семенчук В.П. Методические указания

к курсовому проекту по дисциплине "Влияние электрических железных дорог на смежные устройства". - М.: МИИТ, 1987. - 46 с.

6. Справочник по электроснабжению железных дорог. / Под ред.

К.Г.Марквардта. - М.: Транспорт, 1980. - Т. 1. - 256 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рисунок 3.4 - Зависимость коэффициентов от ширины сближения для одно - (штриховые кривые) и двухпутного (сплошные кривые) участков системы 2х25кВ

Размещено на Allbest.ru