Электрификация участка железной дороги

(5.28)

Уставка срабатывания защиты, Ом:

;

.

Расчёт направленной дистанционной защиты Д33

Срабатывание по условию к.з. найдено по формуле, Ом:

(5.29)

где - нормируемый коэффициент чувствительности,

Уставка срабатывания защиты, Ом:

;

.

Далее расчёт токов короткого замыкания для разных схем питания участка Нигозеро - Медвежья Гора произведён при помощи пакета программы КОРТЭС. Данные расчётов сведены в табл. 5.1-5.7.

5.3 Расчёт токов короткого замыкания при помощи пакета программы КОРТЭС

Расчёт токов короткого замыкания при существующей схеме питания на участке Нигозеро - Медвежья Гора

Таблица 5.1

Ток короткого замыкания при к.з. на правых шинах тяговой подстанции Нигозеро

Параметры измеряемые устройствами защиты
Наименование объекта	Выключатель	Ток, А	Z, Ом
ЭЧЭ Нигозеро	Ф5	1124	0,0
ПС Новый Посёлок	С1	1124	10,7
	С5	562	21,3
	С4	562	21,3
ЭЧЭ Медвежья Гора	Ф1	562	41,0
	Ф2	562	41,0

Таблица 5.2

Ток короткого замыкания на левых шинах поста секционирования Новый Посёлок

Параметры измеряемые устройствами защиты
Наименование объекта	Выключатель	Ток, А	Z, Ом
ЭЧЭ Нигозеро	Ф5	1998	10,7
ПС Новый Посёлок	С1	1997	0,0
	С5	997	0,0
	С4	997	0,0
ЭЧЭ Медвежья Гора	Ф1	997	19,7
	Ф2	997	19,7

Таблица 5.3

Ток короткого замыкания на правых шинах поста секционирования Новый Посёлок

Параметры измеряемые устройствами защиты
Наименование объекта	Выключатель	Ток, А	Z, Ом
ЭЧЭ Нигозеро	Ф5	1998	10,7
ПС Новый Посёлок	С1	1997	0,0
	С5	997	0,0
	С4	997	0,0
ЭЧЭ Медвежья Гора	Ф1	997	19,7
	Ф2	997	19,7

Таблица 5.4

Ток короткого замыкания на левых шинах тяговой подстанции Медвежья Гора

Параметры измеряемые устройствами защиты
Наименование объекта	Выключатель	Ток, А	Z, Ом
ЭЧЭ Нигозеро	Ф5	1165	20,5
ПС Новый Посёлок	С1	1165	9,8
	С5	583	19,7
	С4	583	19,7
ЭЧЭ Медвежья Гора	Ф1	583	0,0
	Ф2	583	0,0

Расчёт токов короткого замыкания при схеме питания с тяговой подстанцией Новый Посёлок на участке Нигозеро - Медвежья Гора

Таблица 5.5

Ток короткого замыкания при к.з. на правых шинах тяговой подстанции Нигозеро

Параметры измеряемые устройствами защиты
Наименование объекта	Выключатель	Ток, А	Z, Ом
ЭЧЭ Нигозеро	Ф5	197	0,0
ЭЧЭ Новый Посёлок	Ф1	197	10,8
	Ф5	837	6,2
	Ф4	837	6,2
ЭЧЭ Медвежья Гора	Ф1	837	25,0
	Ф2	837	25,0

Таблица 5.6

Ток короткого замыкания на левых шинах тяговой подстанции Новый Посёлок

Параметры измеряемые устройствами защиты
Наименование объекта	Выключатель	Ток, А	Z, Ом
ЭЧЭ Нигозеро	Ф5	1995	10,8
ЭЧЭ Новый Посёлок	Ф1	1995	0,0
	Ф5	870	4,9
	Ф4	870	4,9
ЭЧЭ Медвежья Гора	Ф1	870	23,8
	Ф2	870	23,8

Таблица 5.7

Ток короткого замыкания на правых шинах тяговой подстанции Новый Посёлок

Параметры измеряемые устройствами защиты
Наименование объекта	Выключатель	Ток, А	Z, Ом
ЭЧЭ Нигозеро	Ф5	1636	13,8
ЭЧЭ Новый Посёлок	Ф1	1636	3,1
	Ф5	107	18,9
	Ф4	107	19,0
ЭЧЭ Медвежья Гора	Ф1	107	0,0
	Ф2	107	0,0

6. Зависимость себестоимости перевозок от массы поезда брутто

6.1 Определение себестоимости перевозок грузов методом единичных расходных ставок

При определении себестоимости перевозок методом единичных расходных ставок большое значение имеет правильный расчёт калькуляционных измерителей, приходящихся на единицу рассматриваемых перевозок.

При расчёте методом расходных ставок эксплуатационные расходы и себестоимость грузовых перевозок определено на 1000 т-км эксплуатационных. Для получения себестоимости тарифных тонно-километров умножаем на коэффициент соотношения между ними.

Зависящие от размеров движения расходы по каждой группе расходов, связанных с тем или иным измерителем, определяю умножением величины измерителей, затрата которых необходима для выполнения 1000 т-км, на соответствующие расходные ставки. Суммированием отдельных групп расходов устанавливаю общую величину зависящих от размеров движения расходов.

Для определения полной себестоимости перевозок, помимо зависящих, установлено и так называемые независящие от размеров движения расходы, которые рассчитаны в процентах к расходам, зависящим от размеров движения.

В ходе дипломного проектирования произведены расчёты для пропуска поездов массой 6000 тонн с интервалом времени 10 минут. Чтобы доказать экономическую эффективность данного мероприятия, необходимо произвести экономический расчёт.

Количество пар поездов в сутки N_сут, определено по формуле:

(6.1)

где (24·60) - количество минут в сутках, мин;

Q - межпоездной интервал, мин.

Для межпоездного интервала Q=10 минут количество пар поездов в сутки, N_сут равно:

Количество перевозимых грузов за сутки О_сут, найдено по формуле, тонн/сутки:

(6.2)

где Q_бр,чёт - вес поезда брутто, следующего в чётном направлении,

Q_бр,чёт=6000 тонн;

Q_{бр,нечёт} - вес поезда брутто, следующего в нечётном направлении,

Q_{бр,нечёт}=6000 тонн.

Количество перевозимых грузов за сутки О_сут при межпоездном интервале Q=10 минут равно:

(тонн).

Количество тонно-км на участке за сутки W_сут, определено по формуле:

(6.3)

где L - длина участка Нигозеро - Медвежья Гора, L=95 км.

Количество тонно-км на участке Нигозеро - Медвежья Гора за сутки W_сут, равно:

(тонно-км).

Рассчитаем зависимость себестоимости грузовых перевозок от массы поезда брутто по участку Нигозеро - Медвежья Гора с электровозной тягой, обозначим показатель символом Q.

Вагонно-километры гружёных вагонов УnS определены по формуле, вагонно-км:

(6.4)

где б- коэффициент порожнего пробега, б=0,637;

Р^гр- динамическая нагрузка гружёного вагона, тонно/вагон.

Вагонно-километры гружёных вагонов УnS на участке Нигозеро - Медвежья Гора:

(вагонно-км).

Вагоно-часы рабочего парка грузовых вагонов Уnt найдены по формуле, вагоно/часы:

(6.5)

где S_В- среднесуточный пробег вагонов, S_B=157,6 км.

Вагоно-часы рабочего парка грузовых вагонов Уnt па участке Нигозеро - Медвежья Гора:

(вагоно-часов).

Пробег поездов УNS, равный пробегу локомотивов во главе поездов УМS_лок, определён по формуле, локомотиво-км:

(6.6)

где g_т- вес тары, g_т=24,5 тонн/вагон.

Пробег поездов УNS на участке Нигозеро - Медвежья Гора равен:

(локомотиво-км).

Локомотиво - километры поездных локомотивов УМS_о найдены по формуле, локомотиво-км:

(6.7)

где в₀- коэффициент общего вспомогательного пробега локомотивов, в₀=0,217.

Локомотиво - километры поездных локомотивов УМS_о на участке Нигозеро - Медвежья Гора равны:

(локомотиво-км).

Линейный пробег локомотивов, приходящийся на 1000 тонно-км нетто:

(6.8)

где в_л- коэффициент вспомогательного линейного пробега, в_л=0,180.

Линейный пробег локомотивов на участке Нигозеро - Медвежья Гора равен:

(локомотиво-км).

Среднесуточный пробег локомотива S_л определён по формуле, км/сутки:

(6.9)

где L- протяжённость участка Нигозеро - Медвежья Гора, L=95 км.

Среднесуточный пробег локомотива S_л по участку Нигозеро - Медвежья Гора равен:

(км/сут).

Локомотиво-часы эксплуатируемого парка поездных локомотивов УМН на участке Нигозеро - Медвежья Гора равны:

(локомотиво-часы).

Бригадо-часы локомотивных бригад УМh определены по формуле, бригадо-часы:

(6.10)

где k^л_пс- коэффициент, учитывающий дополнительное время, затрачиваемое локомотивной бригадой в основном депо и пунктах оборота,

k^л_пс =1,6;

V_уч- средневзвешенная участковая скорость локомотивов, V_уч=44 км/ч.

Бригадо-часы локомотивных бригад УМh на участке Нигозеро - Медвежья Гора равны:

(бригадо-часы).

Тонно-километры брутто вагонов и локомотивов УQL_бр найдены по формуле, тонно-км:

(6.11)

где Р_лок- масса локомотива, тонны.

Тонно-километры брутто вагонов и локомотивов УQL_бр на участке Нигозеро - Медвежья Гора:

УQL^в_бр =1748 (тонно-км);

УQL^л_бр=(тонно-км);

УQL^в.л_бр=(тонно-км).

При расчёте электроэнергии следует учитывать, что удельная норма расхода на измеритель 10⁴ т-км брутто меняется при изменении массы поезда брутто. При увеличении Q на 1% средняя норма расхода электроэнергии уменьшается на 0,2-0,22%. Расход электроэнергии для тяги поездов определён по основным составляющим энергетических затрат: на передвижение вагонов, на передвижение локомотивов и на простой локомотивов в рабочем состоянии. При этом нормы расхода электроэнергии установлены соответственно на 10⁴ т-км брутто, на 100 локомотиво-км линейного пробега и на 1 час простоя локомотива в рабочем состоянии

При изменении массы поезда брутто изменяется расход электроэнергии на передвижение и простой локомотивов.

Расход электроэнергии на тягу поездов Э определён по формуле, кВтч:

(6.12)

где а_э^в- норма расхода электроэнергии на передвижение вагонов,

а_э^в= 67,46 кВт·ч/10⁴ т-км брутто;

а_э^л- норма расхода электроэнергии на передвижение локомотива;

а_э^л= 268,9 кВт·ч на 100 локомотиво-км;

а_э^пр- норма расхода электроэнергии на 1 час простоя локомотивов в рабочем сотоянии;

а_э^пр= 152,35 кВт·ч на 1 час;

k_м- коэффициент, учитывающий использование мощности двигателя электровоза при простое в рабочем состоянии, k_м=0,5;

k_пот- коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в тяговой сети, k_пот=1,20.

Расход электроэнергии на тягу поездов Э на участке Нигозеро - Медвежья Гора равен:

(кВт·ч).

Маневровые локомотиво-часы рассчитаны по четырём составляющим, из которых меняется только одна часть затрат маневровых средств, а именно маневровые локомотиво-часы, зависящие от пробега поездов и изменяющиеся обратно пропорционально изменению массы поезда брутто. Остальная величина маневровых локомотиво-часов остаётся стабильной.

Маневровые локомотиво-часы УМН_m определены по формуле, локомотиво-часы:

(6.13)

(локо-мотиво-часы).

Расчёт расходов, приходящихся на 1000 т-км, и себестоимость перевозок в зависимости от массы поезда брутто приведены втабл.6.1.

Таблица 6.1

Расчёт зависимости себестоимости перевозок от массы поезда брутто Q

Калькуляционный измеритель	Условное обозначение	Расходная ставка, руб.	Величина измерителя на 1000т-км	Расходы, руб./1000т-км
Вагоно-километры	УnS	0,14	30,54	4,28
Вагоно-часы	Уnt	7,75	4,65	36,03
Электровозо-км	УMS	6,21	2127,32/Q	13210,70/Q
Электровозо-часы	УMH	122,34	110,7/Q	13543/Q
Бригадо-часы электровозных бригад	УMh	354,04	75,01/Q	26556,5/Q
Расход электроэнергии	Э	1,12	14,15+12568,9/Q	15,85+14076,03/Q
Маневровые локомотиво-часы	МТман	612,7	0,0256+14,51/Q	15,69+8890,3/Q
Тонно-км брутто вагонов и локомотивов	УQLбр	0,007	1748,0+391970/Q	8,18+1833,67/Q
Количество грузовых отправок	О	128,98	0,013	1,66
Итого зависящие расходы	Езав		73,83+78181,38/Q
Условно-постоянные расходы	Еvn	Еvn=95,3 коп/10 ткм	95,3
Всего расходов	Еобщ			176,99+78181,38/Q
Себестоимость 10 эксплуатационных т-км, коп.	Сэкспл			176,99+78181,38/Q
Себестоимость 10 тарифных т-км, коп.	Стар	Kp=1,074	190,09+83966,80/Q

Зависимость себестоимости перевозок от массы поезда брутто выражается формулой, коп.:

Зависимость себестоимости перевозок от массы поезда брутто на участке Нигозеро - Медвежья Гора отражены графически на рис 6.1. Исходные данные для графика рассчитаны посредством электронных таблиц Excel (табл. 6.2.). Как видно из графика, масса поезда брутто существенно влияет на себестоимость перевозок,она уменьшается.

Повышение массы поезда позволяет экономить эксплуатационные расходы в части затрат на электроэнергию, оплату работы локомотивных бригад, ремонт и амортизацию поездных локомотивов, маневровые локомотивы.

Увеличение средней массы поезда приводит также к увеличению резервов пропускной способности железных дорог.

Таблица 6.2

Зависимость себестоимости

Масса поезда брутто, тонн	Себестоимость перевозок, руб.
3500	214.0805
3700	212.7837
3900	211.6199
4100	210.5697
4300	209.6172
4500	208.7493
4700	207.9553
4900	207.2261
5100	206.5541
5300	205.9328
5500	205.3567
5700	204.821
5900	204.3217
6000	204.0845
6100	203.855
6300	203.4181
6500	203.008
6700	202.6224
6900	202.2591
7100	201.9163
7300	201.5923
7500	201.2856
7700	200.9948
7900	200.7187
8100	200.4563
8300	200.2065
8500	199.9684
8700	199.7414
8900	199.5245
9100	199.3171
9300	199.1187
9500	198.9286
9700	198.7464
9900	198.5715
10100	198.4035
10300	198.2421
10500	198.0868
10700	197.9374
10900	197.7934
11100	197.6546
11300	197.5207
11500	197.3915
11700	197.2666
11900	197.146
12000	197.0872

Рис 6.1

Увеличение средней массы поезда приводит к увеличению пропускной способности железных дорог.

Повышение массы поезда позволяет снизить эксплуатационные расходы в части затрат на электроэнергию, оплату работы локомотивных бригад и их количество, уменьшить требуемое количество локомотивов в депо.

7. Охрана труда на электрифицированном участке железной дороги переменного тока

При работе на электрифицированном участке железной дороги переменного тока, электротехнический персонал подвергается воздействию опасных и вредных факторов, что неблагоприятно влияет как на его здоровье, так и на процесс перевозок в целом. В этой связи вопрос охраны и безопасности труда, а также здоровья работников является первостепенным.

7.1 Действие воздушных линий на организм человека

При систематическом пребывании электротехнического персонала в зоне высокой напряжённости электрического поля у него через несколько месяцев появляются нарушения функционального состояния центральной нервной и сердечно - сосудистой систем, изменение в крови, наблюдается повышенная утомлённость, изменение кровяного давления и пульса, появляются боли в области сердца и т.д.

Эффект воздействия электромагнитного поля принято оценивать количеством электромагнитной энергии поглощаемой объектом при нахождении в этом поле.

При малых частотах, до 100Гц электрическое и магнитное поле практически не связаны друг с другом, и допустимо рассматривать их воздействие отдельно, т.к. в любой точке электромагнитного поля поглощаемая человеком энергия магнитного поля примерно в пятьдесят раз меньше энергии электрического поля.

Значение индуцируемого тока в теле человека зависит от: номинального напряжения электроустановки, местонахождения человека, изоляции его от земли и др. Степень отрицательного воздействия можно оценить по следующим критериям:

количество поглощаемой телом человека энергии электрического поля;

ток, проходящий через тело человека в землю;

напряженность электрического поля в месте нахождения электротехнического персонала.

Согласно ГОСТ 12.1.002-99, а также на основании проведённых исследований утверждены “Нормы и правила по охране труда при работах на подстанциях и ВЛ напряжений 400, 500 и 750 кВ переменного тока промышленной частоты”, для охраны здоровья людей установлены нормы нахождения человека в электрическом поле, представлены в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Допустимое пребывание персонала и напряженность электрического поля в электроустановках

Напряжённость электрического поля, кВ/м	5	10	15	20	25
Допустимое время пребывания персонала, мин	480	180	90	10	5

Указанные нормы распространяются на персонал, который по условиям работы систематически находиться в зонах воздействующего электрического поля. При этом имеется ввиду, что всё остальное время суток человек находится в местах, где напряжённость электрического поля равна или меньше 5кВ\м, и исключена возможность воздействия на организм человека электрических разрядов с металлических частей. При исследовании влияния электрического поля на организм человека принято, что предельный допустимый уровень напряжённости электрического поля должен гарантировать с высокой достаточной вероятностью сохранения здоровья работающих на протяжении всей их трудовой деятельности.

Для примера произведён расчёт допустимого времени пребывания персонала работников контактной сети на высоте.

Допустимое время пребывания персонала работников контактной сети на высоте найдено по формуле, мин:

(7.1)

где - напряжённость электрического поля, кВ/м.

Так как напряжённость электрического поля на высоте четырёх метров от уровня головки рельса равна , что соответствует работе на лейтере, то получено:

Исходя из найденного значения допустимого времени, можно сказать, что персонал контактной сети может работать на высоте 7 часов 48 минут. Так как часть времени смены электромеханики, и монтёры контактной сети находятся в местах, где напряжённость электрического поля меньше 5 кВ/м, то можно не прибегать к средствам защиты от электромагнитных полей, и сокращению рабочей смены.

Предельно допустимый уровень напряжённости воздействующего электрического поля равен 25 кВ/м. При уровне выше 25 кВ/м нахождение в зоне действия поля без средств защиты запрещено.

Защита от электрических полей переменного тока - это комплекс мер по защите работающих от влияния электромагнитных полей переменного тока промышленной частоты.

Для защиты применяют коллективные и индивидуальные средства. К индивидуальным средствам относится экранирующий костюм, он применяется при напряженности электрического поля более 25 кВ/м. К коллективным средствам защиты относят стационарные экранирующие устройства (навесы, козырьки, перегородки), которые обеспечивают снижение электрического поля, а также токопроводящие экраны, палатки, щиты. Необходимо соблюдать допустимые расстояния установки экранов от токоведущих частей и частей находящихся под напряжением, так для установок находящихся под напряжением 400-500 кВ расстояние до экрана должно быть не менее 4,5м, а для 750 кВ не менее 6м. Необходимо обязательное заземление экрана проводником с сопротивлением не более 10 Ом.

7.2 Назначение заземляющих устройств

Заземляющие устройства в зависимости от назначения могут выполнять различные функции. Эти устройства разделяют на защитные, рабочие и грозозащитные.

Защитные заземляющие устройства предназначены для защиты людей и животных от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции

Рабочие заземляющие устройства необходимы для создания определенного режима работы электроустановки в нормальных и аварийных условиях.

Грозозащитные заземляющие устройства используют для заземления стержневых и тросовых молниеотводов и разрядников и предназначены для отвода импульсного тока молнии в землю.

Во многих случаях одно и то же заземляющее устройство может совмещать несколько функций (например, быть защитным и рабочим).

Заземляющие устройства должны соответствовать требованиям государственных стандартов, правил устройства электроустановок, строительных норм и правил и других нормативно-технических документов, обеспечивать условия безопасности людей, эксплуатационные режимы работы и защиту электроустановок. Допуск в эксплуатацию заземляющих устройств осуществляется в соответствии с установленными требованиями. При сдаче в эксплуатацию заземляющего устройства монтажной организацией должна быть предъявлена документация в соответствии с установленными требованиями и правилами.

7.3 Заземляющие устройства тяговых подстанций. Общие требования

На каждое находящееся в эксплуатации заземляющее устройство должен быть заведен паспорт, содержащий:

исполнительную схему устройства с привязками к капитальным сооружениям;

указание связи с надземными и подземными коммуникациями и с другими заземляющими устройствами;

дату ввода в эксплуатацию;

основные параметры заземлителей (материал, профиль, линейные размеры);

величину сопротивления растекания тока заземляющего устройства;

удельное сопротивление грунта;

данные по напряжению прикосновения (при необходимости);

данные по степени коррозии искусственных заземлителей;

данные по сопротивлению металлосвязи оборудования с заземляющим устройством;

ведомость осмотров и выявленных дефектов;

информацию по устранению замечаний и дефектов.

К паспорту должны быть приложены результаты визуальных осмотров, осмотров со вскрытием грунта, протоколы измерения параметров заземляющего устройства, данные о характере ремонтов и изменениях, внесенных в конструкцию устройства.

Каждая часть электроустановки, подлежащая заземлению или занулению, должна быть присоединена к сети заземления или зануления с помощью отдельного проводника. Последовательное соединение заземляющими (зануляющими) проводниками нескольких элементов электроустановки не допускается. Сечение заземляющих и нулевых защитных проводников должно соответствовать правилам устройства электроустановок.

Присоединение заземляющих проводников к заземлителю и заземляющим конструкциям должно быть выполнено сваркой, а к главному заземляющему зажиму, корпусам аппаратов, машин и опорам ВЛ - болтовым соединением (для обеспечения возможности производства измерений).

Открыто проложенные заземляющие проводники, должны быть предохранены от коррозии и окрашены в черный цвет

Приводы заземляющих ножей отделенного от аппаратов стенкой, должны иметь указатели отключенного и включенного положений. Все приводы заземляющих ножей, не имеющих ограждений, должны иметь приспособления для их запирания как во включенном, так и в отключенном положении

После каждой перестановки электрооборудования и монтажа нового (в электроустановках до 1000 В) перед его включением необходимо проверить срабатывание защиты при коротком замыкании.

Использование земли в качестве фазного или нулевого провода в электроустановках до 1000 В не допускается.

7.4 Грозозащита подстанций

Надежность защиты подстанций от перенапряжений должна быть значительно выше надежности защиты линий, поскольку ущерб от повреждения здесь значительно больше, а уровень изоляции ниже. Основные принципы защиты оборудования подстанций сводятся к следующему:

защита от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами;

защита оборудования от волн, приходящих с линии, с помощью разрядников или ОПН;

защита подходов линий от прямых ударов молнии.

Зоны защиты молниеотводов определены опытным путем исходя из того, что вероятность прорыва молнии в защищаемый объект не превосходит 0.05 (одно попадание прямого удара из двадцати ударов), иногда - 0.005.

Для успешной защиты оборудования от волн, набегающих с линии, разрядник должен иметь пробивное и остающееся напряжение ниже допустимого на защищаемом объекте на некоторую величину, называемую интервалом координации, который должен составлять не менее 15% уровня допустимого напряжения. Особенностью перенапряжений на подстанции является их существенная зависимость от крутизны фронта набегающей волны и слабая зависимость от амплитуды набегающей волны. Амплитуда влияет лишь на величину остающегося напряжения, слабо меняющегося благодаря пологой вольтамперной характеристике нелинейного резистора разрядника или ОПН. Величина перенапряжения зависит от крутизны набегающей волны потому, что при прохождении волны от объекта до разрядника (если объект оказался первым по ходу волны) и обратной волны от сработавшего разрядника до объекта подъем напряжения на объекте за время двойного пробега прямо определяется скоростью нарастания напряжения падающей волны.

При продвижении волны вдоль линии фронт волны сглаживается (удлиняется) за счет импульсной короны, потерь в земле и в проводах, поэтому выполняют защиту подходов линий от прямых ударов молнии на определенной длине рис. 7.1, что к тому же снижает величину тока в разрядниках подстанции. Количество и места установки ОПН и разрядников выбирают так, чтобы расстояние между разрядниками и защищаемыми объектами не превышали безопасной величины (от 30 м до 150 м для разных случаев).

Схема защищенного подхода линии электропередачи

Рис. 7.1

При защите подхода линии грозозащитные тросы подвешивают даже в случае их отсутствия на других участках линии, трос заземляют на каждой опоре, а сопротивление заземления опоры выдерживают на уровне не более 10-20 Ом. В начале подхода устанавливают трубчатый разрядник, способствующий ограничению амплитуды тока в разряднике подстанции. Второй трубчатый разрядник РТ2 предназначен для защиты выключателя. На подстанциях напряжений 110-220 кВ обычно устанавливают один комплект разрядников на каждую систему шин. Длина защищаемого подхода составляет обычно 1-2 км.

Подстанции напряжением 3..20 кВ имеют обычно кабельные вводы, поскольку подвести к подстанции большое число воздушных линий сложно. Обобщенная схема защиты от перенапряжений такой подстанции показана на рис. 7.2

Обобщенная схема защиты подстанции 3-20 кВ

Рис. 7.2

Наличие кабельной вставки на входе такой подстанции обычно не обеспечивает достаточной грозоупорности подстанции из-за неизбежных многократных отражений волн в кабельной линии. Поэтому в месте соединения воздушной линии с кабельной устанавливают вентильный или трубчатый разрядник для ограничения приходящей волны. Вентильный разрядник в конце кабеля устанавливается из-за возможности повреждения кабельной муфты из-за удвоения волны при отключенном выключателе.

Для изоляции электроустановок устанавливают и поддерживают необходимое соотношение между уровнем изоляции и воздействующими на нее напряжениями, называемое координацией изоляции. Обычно принимают для линий электропередачи среднее число перекрытий изоляции линии типовой длины равным 1 раз в 10 лет, для изоляции подстанций показатель надежности принимается равным примерно одному отказу в 50-100 лет.

Для защиты линий и оборудования подстанций от перенапряжений используют искровые промежутки, разрядники и ОПН, тросы и заземления опор на линиях, роговые разрядники, трубчатые разрядники на контактной сети, молниеотводы, конденсаторы для снижения грозовых перенапряжений.

Основные принципы защиты оборудования подстанций сводятся к защите от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами, защите оборудования от волн, приходящих с линии, с помощью разрядников или ОПН, и к защите подходов линий от прямых ударов молнии.

7.5 Расчет молниезащиты

Для правильного проектирования, выполнения и сооружения здания трансформаторной подстанции необходимо произвести расчет молниезащиты здания. Воздействие молнии принято подразделять на две основные группы первичные вызванные прямым ударом молнии, и вторичные, индуцированные близкими ее разрядами или занесенные в объект протяженными металлическими коммуникациями. Опасность прямого удара и вторичных воздействий молнии для зданий и сооружений и находящихся в них людей определяется, с одной стороны, параметрами разряда молнии, а с другой - технологическими и конструктивными характеристиками объекта. Необходимость молнии защиты промышленных зданий и сооружений устанавливается РД 34. 54. 300 - 97 «Инструкция по устройству молнии защиты зданий и сооружений», который регламентирует комплекс защитных устройств предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, загораний и разрушений при воздействии молнии.

В расчете необходимо определить:

минимальное расстояние от молниеотвода до защищаемого объекта;

радиус защиты Rx на уровне верхней границы защищаемого объекта Hx;

высоту стержневого молниеотвода в зависимости от радиуса защиты и высоты объекта;

необходимое минимальное расстояние от заземлителя молниеотвода до подземных подводящих коммуникаций.

В расчетах принято, что амплитуда тока молнии равна 200 кА, удельная индуктивность токоотвода - 1,7 мкГ/м, крутизна фронта молнии - 60 кА/мкс, расчетная импульсная прочность воздуха - 500 кВ/м, расчетная импульсная прочность грунта - 300 кВ/м, высота здания - 3380мм, длинна здания - 8700мм, ширина - 5150мм.

Расстояния между заземлителями молниеотводов и подземными частями защищаемого сооружения

Для исключения заносов высоких потенциалов молниеотводными устройствами наземная часть молниеотводов и их заземлители должны располагаться на определенном расстоянии, как от самого объекта, так и от наземных проводящих коммуникаций. Нормируемое расстояние определено выражением, м:

, (7.2)

где а - коэффициент, зависящий принятый величины тока молнии

а = 0,6 при кА;

Rи - величина импульсного сопротивления растекания тока молнии через заземлитель молниеотвода.

(м).

амплитуда импульсного напряжения () должно быть, кВ:

, (7.3)

где, Iмакс - расчетный ток молнии, кВ,

Rи - импульсное сопротивление заземления, Ом,

L - индуктивность токоотвода от заземлителя до рассматриваемой точки, мкГн.

Исходя из выше указанных данных и учитывая, что =60 кА/мксек, и зная получим расчетные формулы для определения допустимых расстояний в воздухе и по дереву для значений тока 200кА.

Зона защиты одиночного стрежневого молниеотвода показана на рисунке рис 7.3, габаритные размеры трансформаторной подстанции изображены на рис 7.4

Зона защиты стержневого молниеотвода

Рис 7.3

Габаритные размеры трансформаторной подстанции

Рис 7.4

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода при высоте менее 150м представляет собой конус, вершина которого находиться на уровне ho < h зона защиты образует круг радиусом Ro, Rx - складывается из расстояния от молниеотвода до сооружения и протяженности самого сооружения.

Находим оптимальную высоту молниеотвода h относительно строения, м:

, (7.4)

где Rх - радиус защиты, hx - высота защищаемого объекта.

(м) ;

, (7.5)

(м );

, (7.6)

(м) ;

В данном разделе по охране труда произведён расчёт времени при нахождении работников в зоне электромагнитного влияния на контактной сети. Произведён расчёт молниезащиты подстанции.

Заключение

В дипломном проекте произведён выбор способа усиления тяговой сети переменного тока 27,5 кВ участка Нигозеро - Медвежья Гора.при помощи графическо - аналитического метода расчёта и пакета программы КОРТЭС. Расчёт произведён при различных графиках движения поездов с массой поездов 6000 т. с интервалом времени 10 минут в чётном и нечётном направлениях.

Выбор способа усиления определён по следующим критериям:

графику движения поездов;

напряжению на токоприемниках электровозов;

нагреву проводов контактной подвески;

по условию работы защиты от токов к.з.

В итоге дипломного проектирования сделаны следующие выводы:

при схеме с включением продольной компенсации на тяговых подстанциях Нигозеро, Медвежья Гора и строительством компенсирующего устройства на станции Новый Посёлок можно пропустить 3 поезда в чётном направлении и 4 поездов в нечётном направлении. Минимальное напряжение составляет U_min=21,39 кВ, но при этом происходит значительный нагрев отсасывающего провода до 115⁰С на тяговой подстанции Медвежья Гора. Предложено увеличить сечение отсоса до шести проводов А-185;

при строительстве и включении в работу тяговой подстанции на станции Новый Посёлок можно пропустить 5 поездов в чётном направлении и 5 поездов в нечётном направлении. Минимальное напряжение составляет U_min=21,32 кВ, но при пропуске по участку 5 пар поездов приходится повышать напряжение на шинах 27,5 кВ до 28,5 кВ.

Анализ и сравнение различных вариантов усиления системы электроснабжения показал, что наиболее эффективным решением рассматриваемой задачи будет строительство тяговой подстанции Новый Посёлок, что более целесообразно с точки зрения пропускной и провозной способностей, а так же с перспективой дальнейшего повышения массы грузовых поездов, а так же с точки зрения обеспечения благоприятных условий работы релейной защиты.

При разработке раздела охрана труда рассмотрены вопросы по определению времени пребывания персонала зоне высокой напряжённости электрического поля. Так же приведены виды заземляющих устройств. Рассмотрен вопрос грозозащиты подстанций.

В технико - экономическом разделе дипломного проекта определена себестоимость перевозок грузов методом единичных расходных ставок.

Увеличение средней массы поезда приводит к увеличению пропускной способности железных дорог.

Повышение массы поезда позволяет снизить эксплуатационные расходы в части затрат на электроэнергию, оплату работы локомотивных бригад и их количество, уменьшить требуемое количество локомотивов в депо.

Библиографический список

1. Федеральный закон “ О железнодорожном транспорте Российской Федерации ”.// Российская газета от 18.01.2003 г.

2. Федеральный закон от 26.03.2003г., № 35-Ф3 «Об электроэнергетике» Российская газета от 01.04.2003 г.

3. Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта. Специальный проект.// Железнодорожный транспорт. № 8, 2003. с. 33-40.

4. Концепция модернизации устройств электроснабжения железных дорог-М.: МПС, Департамент электрификации и электроснабжения, 1999. 147 с.

5. Основные направления развития и повышения эффективности работы Октябрьской железной дороги на 2000 - 2005 г.г. СПб.: МПС, 2000. 113 с.

6. Электрифицированные железные дороги России ( 1929 - 2004 г.г. )./ Под общ. ред. П.М. Шилкина. М.: Интекст, 2004. 336 с.

7. Межотраслевые правила по охране труда ( Правила безопасности ) при эксплуатации электроустановок. ПОТ Р М - 016 -2001 РД 153 -34.0 - 03.150 -00. С изменениями и дополнениями, утвержденными Минтруда России и Минэнерго России. 2003.

8. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог. ЦЭ-462- М.: МПС, 1997, 147 с.

9. Мамошин Р.Р., Зимакова А.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Учебник для техникумов ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1980. 296 с.

10. Правила технической эксплуатации железных дорог РФ (утверждены 26.05.2000 года, ЦРБ 756). СПб.: « Техинформ », 2000. 190 с.

11. Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог. Министерство Путей Сообщения Российской Федерации. ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИЖТ/277. М. Транспорт: 1994. 116 с.

12. Вождение поездов. Пособие машинисту/Под ред. Черепашенца Р.Г. М.: Транспорт, 1994. 304 с.

13. Беляев Н.А., Павлов И.В., Тренихин O.K. Устройство и эксплуатация контактной сети переменного тока. М.: Трансжелдориздат, 1961. 220 с.

14. Ефанов А.Н. и др. Оценка экономической эффективности инвестиций и инноваций на железнодорожном транспорте: Учебное пособие. СПб.: ПГУПС, 2001. 149 с.

15. Разработка экономических вопросов в дипломных проектах: Метод. указ, к вып. экономич. части дипл. проектов для спец. « ЭТ ». СПб.: ПГУПС, 2002. 44 с.

16. Сибаров Ю.Г.. Охрана труда на железнодорожном транспорте: - Учебник для вузов ж/д транспорта. М.: Транспорт, 1981. 287 с.

17. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 2006 году. М.: Департамент электрификации и электроснабжения ОАО « РЖД », 2007. 112 с.

18. Оформление текстовых документов Методические указания Издание третье/В.А. Болотин, В.В. Ефимов, В.П. Игнатьева, Н.В. Фролова; Под общей редакцией В.П. Игнатьевой. СПб.: ГГГУПС, 2002. 44 с.

19. Правила безопасности при эксплуатации контактной сети и устройств электроснабжения автоблокировки железных дорог. ЦЭ - 750.-05.04.2000 г.

20. Правила эксплуатации электроустановок потребителей. М.: Энергоатомиздат, 2000. 451 с.

21. Программа обновления и развития хозяйства электроснабжения на 2000 - 2005 годы. ЦЭ МПС, 1999. 64 с.

22. Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах ( ЦЭ - 191 10.06.93г.) 68 с.

23. Правила тяговых расчётов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985. 287 с.

24. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги. М.: Транспорт, 1983. 328 с.

25. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. М. Транспорт, 1983. 183 с.

26. Митрофанов А.Н. Моделирование процессов прогнозирования и управления электропотреблением тяги поездов. Самара, СамГАПС, 2005. 174 с.

Размещено на Allbest.ru