Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Государственный Университет путей сообщения

Кафедра «Энергоснабжение электрических железных дорог»

Контрольная работа

по дисциплине: «Электроснабжение электрических железных дорог»

Исходные данные

Система электрической тяги: однофазный переменный ток промышленной частоты, 25 кВ;

Тип участка дороги: Магистральный;

Число путей на участке: Два;

Тип рельсов: Р50;

Схема соединения проводов контактной сети путей: Параллельное;

Схема участка, расположение раздельных пунктов и тяговые расчеты: Приложение №2;

Тяговые подстанции расположены в пунктах: А-Е-Л;

Расчетная тяговая подстанция: Е;

Расчетная фидерная зона: А-Е;

Число пар поездов в сутки N₁-82;

Интервал между поездами ?=10 мин.;

Коэффициент, годовой неравномерности движения k_н=1,06;

Среднее значение коэффициента мощности тяговой нагрузки cosц=0,8;

Суммарная мощность максимальных нагрузок промышленного района S_мп=8 МВА;

Суммарная мощность максимальных коммунально-бытовых и сельскохозяйственных нагрузок S_мкс=10 МВА;

Тарифная стоимость электроэнергии 3 руб/кВТ*ч.

1. Выбор расчетных размеров напряжений

Определение средних токов поездов

Для расчета мощности тяговой подстанции и сечения проводов контактной сети необходимо предварительно определить средние токи поездов за время хода их по фидерным зонам. Они определяются из заданных тяговых расчетов (рис. 1).

Рис. 1

Определяем среднее по времени значение поездного тока на двух путной линии по первому и по второму пути каждой фидерной зоны.

где: ?F₁- площадь графика зависимости тока поезда от времени за период прохода поездом фидерной зоны;

где t_ф - время хода поезда по рассматриваемому пути на данной фидерной зоне

?t_AE=30,8 мин

?t_EЛ=32 мин

?t_ЛЕ= 36 мин

?t_ЕА=29,4 мин

Величина ?F₁ определяется, выражением:

где: ?t_к - время потребление тока на элементе пути К

n - число элементов на которое разбит график поездного тока на фидерной зоне.

Токи для остальных фидеров определяются аналогично:

;

;

При двухстороннем питании ток приблизительно можно считать:

I=0.5*I_с.п.

где: I_с.п. -среднее значение поездного тока, определенное ранее

I_сн1=111,24A

I_сч2=92,33 A

I_сн3=139,79 A

I_сч4=98,51 A

Определяем число пар поездов в сутки при полном использовании по перегонной пропускной способности участка.

N₀=1440/10=144

где: И - минимальный поездной интервал-10 мин.

Определяем максимальное число поездов, которые могут занимать одновременно фидерную зону на рассматриваемом пути

n₁=3.08

n₂=3.2

n₃=3,6

n₄=2.94

Определяем число пар поездов в сутки.

N=82/1,06=77.4

где: N₁- число пар поездов в сутки интенсивного месяца;

k_н- коэффициент, годовой неравномерности движения -1,06

Приняв для токов фидеров общее обозначение I_ф определим среднее токи фидеров:

I_Ф2=168.25 А

I_Ф3=201.95А

I_Ф4=234.03 А

Определяем средние токи плеч питания питающих тяговую сеть разных путей (рис. 2).

I_л= I_Ф1+ I_Ф2

I_п= I_Ф3+ I_Ф4

I_л=195.12+201.95=397.07 А

I_п=402.28 А



Рис. 2

Определяем эффективный ток фидера через средний ток фидера с помощью коэффициента эффективности тока фидера.

I_фэ=К_фэ*I_ф

I_фэ1=1.21*195.12=236.1 А

I_фэ2=191.81 А

I_фэ3=238.3 А

I_фэ4=283.18 А

где

-коэффициент, характеризующий прерывистость потребления тока на фидерной зоне.

- время хода поезда по фидерной зоне рассматриваемого пути под током.

К_фэ2=1.14

К_фэ3=1,18

К_фэ4=1,21

Определим квадраты эффективных токов левого и правого плеч питания тяговых подстанций переменного тока, необходимые для определения эффективных токов фаз трансформаторов.

=236.1²+238.3²+2*236.1*238.3=225026.8969 А²

=191.81²+281.18²+2*191.81*281.18²=225615.5001А²

Определяем эффективные токи наиболее нагруженных фаз (АС, СВ).

I_эфвс=474.99А

2. Выбор мощности трансформатора тяговой подстанции

Определяем эффективный ток наиболее нагруженной фазы трехфазного трансформатора от тяговой нагрузки I_ЭТmax, где в место N принимаем 0,9*N₀

Самым легким для трансформатора оказывается режим равномерного движения поездов в течение суток. Соответствующий ток фазы трансформатора от тяговой нагрузки I_Этmin за сутки определяется также но в расчетах принимаем число пар поездов в сутки интенсивного месяца N₁

N=0.9N₀=0,9*144=129.6

I_Ф1=373.15 А

I_Ф2=303.14 А

I_Ф3=376.62 А

I_Ф4=447.56А

Определяем средние токи плеч питания питающих тяговую сеть разных путей.

I_л= I_Ф1+ I_Ф3=750.39А

I_п= I_Ф2+ I_Ф4=750.69 А

К_фэ1=1,21

К_фэ2=1,14

К_фэ3=1.18

К_фэ4=1.21

Определим эффективный ток фидера через средний ток фидера с помощью коэффициента эффективности тока фидера

I_фэ=К_фэ*I_ф

I_фэ1=373.15 А

I_фэ2=303.14 А

I_фэ3=376.52 А

I_фэ4=447.56 А

Определяем квадраты эффективных токов левого и правого плеч питания тяговых подстанций переменного тока

А²

А²

Определяем эффективные токи наиболее нагруженных фаз (АС, СВ).



A

A

Для определения мощности трансформатора определяем максимальную районную нагрузку которая берется больше из двух возможных ее значений. (Мощности даны в задании).

S_MP=S_МП+0,7*S_M.K.C. =8+0,7*10=15 МВА

S_MP=0,8*S_МП+S_M.K.C.=0,8*8+10=16.4 МВА

Где S_МП - максимальная промышленная нагрузка

S_M.K.C. - максимальная коммунально-бытовая и сельскохозяйственная нагрузка.

При совместном питании тяги и района определяем пределы необходимой мощности трансформатора

Где U_ш- номинальное напряжение на шинах тяговой подстанции (U_ш=27,5 кВ),

К_Д - коэффициент учитывающий дополнительный расход энергии на производство маневров и собственные нужды подвижного состава (К_д=1,02),

К_ф - коэффициент учитывающий неравномерность нагрузки фаз трансформатора (К_ф=1)

S_р.рас- расчетное значение мощности трансформатора для питания только районной нагрузки

К_у - коэффициент участия районной нагрузки в максимальной нагрузке трансформатора (К_у=0,97).

S_max=71 кВА

S_min=52.37 кВА

После определения пределов необходимой мощности трансформатора, выбираем стандартный трансформатор номинальная мощность которого должна, лежать в полученных пределах, но не выше чем S_max/1,5 т.к. ГОСТ 14209-85 допускает систематические перегрузки не более чем в 1,5 раза (25000*1,5=37500 кВА), следовательно, выбираем трансформатор с мощностью 25 мВА. Выбираем трансформатор марки ТДТНЖУ-25000/110.

3. Определение сечения проводов контактной сети

Сечение проводов контактной сети переменного тока определяем экономическим расчетом с последующей проверкой проводов на нагревание. Оптимальное сечение при этом находим по наименьшем ежегодным расходам.

Сечение получено для двух путей (у нас питание двухстороннее).

Для получения сечения для одного пути необходимо полученное сечение поделить пополам:

F=F_2п/2=256.14 мм²

где: С_э - стоимость электроэнергии;

с_м - удельное сопротивление медных проводов (с_м=18,2 Ом*мм²/км);

В₀ - величина, равная потерям энергии за год в проводах данной фидерной зоны;

Т_н - нормативный срок окупаемости капиталовложений (Т_н=10 лет);

б_к- амортизационные отчисления в контактной сети;

К₀- капитальные затраты на 1мм² контактной сети длиной 1км (К₀=562,17 руб/м²*км).

=394459,296 Вт*ч

где: ?А_г- годовые потери энергии, в проводах контактной сети рассматриваемой фидерной зоны;

r_окс - сопротивление 1км проводов контактной сети;

l- длина фидерной зоны.

Определяем среднегодовое суточное число пар поездов

N=77,4

где: N₁-число пар поездов в сутки интенсивного месяца;

k_н- коэффициент годовой неравномерности движения.

Определяем расход энергии на движение всех поездов за период Т по одному плечу

W_T1=3140,676*77,4=243088,32 ВА*ч

W_T3=178,16*77,4=205484,96 ВА*ч

W²_T =243088,32 ²+205484,96 ²=101345997687,03 ВА*ч

где: N- число поездов на рассматриваемом пути за расчетный период Т;

W_n- расход энергии на движение одного поезда порассматриваемой фидерной зоне.

W₁=222,48*25000*30,8/60*1,1*10^-3 =3140,676 ВА

W₃=197.02*25000*30,8/60*1,1*10^-3=2654,8445 ВА

Определяем годовые потери энергии в проводах контактной сети рассматриваемой фидерной зоны

=1080.71кВт*ч/год

Согласно определенному сечению F=мм² выбираем по справочнику марки проводов для несущего и контактного проводов. Для несущего троса выбираем провод марки ПБСМ-70 а контактный провод М-120+МФ-100. Подвеска ПБСМ-70+МФ-100.Допустимый ток для данной подвески составляет 1230 А.

4. Проверка выбранного сечения проводов по нагреванию

контактный сеть подстанция тяговой

Проверка проводов по нагреванию при питании на переменном токе производится путем сравнения величины эффективного тока фидера питающего контактную сеть с допустимым током по нормам, устанавливаемым в технических условиях.

На листе миллиметровой бумаги, согласно выданного задания (Приложение №4), строим поездной ток для заданного участка. Затем после этого строим средний ток для наиболее нагруженного фидера тяговой подстанции. Затем строим графики нагрузок для каждого поезда, который находится на фидерной зоне (Выше мы рассчитали максимальное количество поездов, которое может максимально находиться на участке). После построения токов для каждого поезда строим сумму всех токов от каждого поезда. После этого исходя из полученных данных определяем среднеквадратичный ток, строим его на графике и определяем средний ток на заданном фидере подстанции.

где: ?F₁- площадь графика зависимости тока поезда от времени за период прохода поездом фидерной зоны;

где t_ф - время хода поезда по рассматриваемому пути на данной фидерной зоне

?t_к-время потребление тока на элементе пути К

n- число элементов на которое разбит график поездного тока на фидерной зоне.

После вычислений, полученный ток сравниваем с допустимым током для выбранной ранее подвески.

Величина тока не превышает допустимого значения тока по нагреванию, оставляем принятое сечение подвески.

5. Определяем поперегонную пропускную способность участка

Применяем метод характерных сечений графика движения и используем расчетные мгновенные схемы, выбираемые по характерным точкам кривых тока не только рассматриваемого расчетного поезда с номером К, но и других сопутствующих поездов, находящихся на том же пути и расположенных в интервале времени t_Т. В каком-либо сечении графика движения могут совпасть две характерною точки кривой тока сопутствующего поезда, определяющие большее и меньшее значения тока при. резком его изменении (например, при включении или отключении тока). Для этого сечения графика движения следует рассчитать две мгновенные схемы (при обоих значениях изменяющегося тока сопутствующего поезда, полагая токи остальных поездов одинаковыми для обеих мгновенных схем).

Входящее в формулы, для определения потери напряжения до рассматриваемого поезда, погонное (на I км) сопротивление тяговой сети при постоянном токе определяется как сумма сопротивлений контактной сети и рельсов, причем для двухпутного участка в соответствии со сказанным выше принимается сопротивление контактной сети одного пути и сопротивление рельсов двух путей. При выпрямительных электровозах скорость поезда, а следовательно, и время хода определяется средним значением выпрямленного напряжения, а недействующим значением.

Потери напряжения для участков переменного тока определяем с заменой сопротивления r на эквивалентное приведенное полное сопротивление одного пути двухпутного участка z₁ значения, которого для нашей подвески М-95+МФ100 и рельсов Р65 выбираем 0,33Ом Полученная при этом потеря напряжения в тяговой сети переменного тока приведена, к выпрямленному на электровозе напряжению, пересчитанному к напряжению первичной обмотки электровозного трансформатора.

Выполнив расчет мгновенных схем, строим график ?U_к=f(t) и из него определить среднее значение потери напряжения в тяговой сети до рассматриваемого (расчетного) поезда с номером к ?U_dk.ср средней потере напряжения определяется среднее значение напряжения U_cp в тяговой сети у рассматриваемого поезда за время его хода на автоматической характеристике t_T по ограничивающему перегону. Приближенно можно полагать, что в среднем за время t_T напряжение на тяговых шинах подстанций равно номинальному (приведенному) напряжению U_dн.

После расчета падений напряжений строим график падений, и по начерченному графику производим расчет среднего падения напряжения на расчетной фидерной зоне.

?U_dk.ср =11857/5,8=2044В

Тогда среднее напряжение в тяговой сети у поезда, равно

23625-2044=21581В

На участках переменного тока номинальным считается напряжение подстанций при холостом ходе, действующее значение которого U_o =27500

В. С другой стороны, в тяговой сети принимается действующее значение расчетного номинального напряжения U_р =25000 В, при котором выполняются тяговые расчеты. Полагая приближенно, что потери напряжения на подстанции и в тяговой сети примерно одинаковы, можно считать условное номинальное напряжение на подстанции при номинальной нагрузке ее (действующее значение) Uн =26250 В.

Среднее значение выпрямленного напряжения на двигателях электровоза (при двухполуперйодной схеме выпрямления) составляет 90% от действующего значения напряжения вторичной обмотки трансформатора электровоза (в режиме холостого хода). Исходя из этого, приближенно можно считать, что номинальное напряжение на тяговых шинах подстанции при ее номинальной нагрузке, приведенное к выпрямленному напряжению, составляет

От этого напряжения и следует отнимать приведенную к выпрямленному напряжению потерю напряжения в тяговой сети при определении по формуле среднего напряжения в тяговой сети на участках переменного тока.

При определении действительного времени хода среднее напряжение тяговой сети сравнивается с расчетным (приведенным) напряжением, при котором выполняются тяговые расчеты.

Для участков переменного тока расчетное напряжение в тяговой сети, как и среднее, должно быть приведено к выпрямленному напряжению, т. Е

Теперь находим действительное значение периода графика движения

где И- расчетное значение периода максимального графика (расчетное время, хода по ограничивающему перегону)

t_T - расчетное время хода рассматриваемого поезда по автоматической характеристике на ограничивающем перегоне.

Действительная поперегонная пропускная способность во всех случаях находится из выражения

где 1440 - число минут в сутках.

6. Разработка схемы электроснабжения заданного участка

В настоящее время тяговые подстанции электрических железных дорог обеспечивают питание не только контактной сети (тяги), но и других потребителей, расположенных как вдоль железной дороги, так и в стороне от нее. Имеется в виду питание устройств автоблокировки, различных не тяговых потребителей, расположенных по трассе железной дороги (станции, разъезды, путевые здания и прилегающие к железной дороге поселки, небольшие предприятия и т. и.), районных потребителей, для которых прокладываются линии 10-35 кВ от тяговых подстанций (в том числе и в сторону от железной дороги).

Выполнение состоит в разработке схемы электроснабжения всех упомянутых выше потребителей.

При выполнении предполагается, что вдоль железной дороги идут две одноцепные ЛЭП 110 кВ, имеющие двустороннее питание: от источника питания (ИП) и опорной тяговой подстанции. Количество и расположение тяговых подстанций дано в задании. Одну из тяговых подстанций, примыкающих к расчетной фидерной зоне, принимаем за опорную.

На схеме электроснабжения участка показано каким образом тяговые подстанции участка подключаются к ЛЭП 1 10 кВ. Причем, принципиальную схему коммутации даем для двух тяговых подстанций, питающих расчетную (дана в задании) фидерную зону, или соседнюю с ней. Из этих двух подстанций одна принята опорной, другая - транзитная. В схеме коммутации подстанции показаны основные элементы: силовые понизительные трансформаторы, высоковольтные выключатели, шины, трансформатор собственных нужд подстанции, фидерные выключатели. Для упрощения схемы разъединители различного назначения, разрядники, предохранители в схемах 110, 27,5 и 10 кВ не показываем.

На схеме электроснабжения участка представляем принципиальную схему питания и секционирования контактной сети перегонов и станций, в том числе указываем посты секционирования и пункты параллельного соединения контактной сети, если таковые имеются.

Питание электрической энергией устройств автоблокировки осуществляем также от тяговых подстанций по специальным высоковольтным линиям СЦБ напряжением 6 -10 кВ. От линий СЦБ через понизительные однофазные трансформаторы получают питание сигнальные точки автоблокировки. Схема питания сигнальных точек автоблокировки представлена на общей схеме электроснабжения участка.

Для питания трехфазных и однофазных нетяговых потребителей,

расположенных вдоль железной дороги (линейных потребителей)

используются линии переменного тока 27,5 кВ (ДПР). Провода этих линии подвешиваются на опорах контактной сети. Присоединение линейных потребителей к ДПР 27,5 кВ осуществляется через трехфазные или однофазные комплектные трансформаторные подстанции (КТП). От линий ДПР-27,5 кВ осуществляется также резервное питание сигнальных точек автоблокировки, а также питание собственных нужд постов секционирования.

На схеме электроснабжения участка показываем упомянутые КТП.

Питание районных потребителей осуществляем по высоковольтным линиям 10 -35 кВ, отходящим от шин 10 -35 кВ тяговых подстанций. Эти шины и отходящие ЛЭП также показываем на схеме электроснабжения.

Размещено на Allbest.ru