Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

Расчетно-графическая работа

по

Магистральным Железным Дорогам .

Вариант №07

Выполнил:

Вовненко В.В.

гр 801

Проверила:

Теплякова Н.В

Самара 2012

ВВЕДЕНИЕ

Основными параметрами системы тягового электроснабжения, которые подлежат расчету, являются: мощность тяговых подстанций и расстояние между ними; площадь сечения контактной подвески. Для расчета этих основных параметров необходимо рассчитать токи фидеров смежных подстанций; токи, протекающие по всем участкам контактной подвески; уровни падения напряжения до каждого поезда, находящегося на фидерной зоне.

Контактная сеть – одна из составных частей системы тягового электроснабжения. Надежность контактной сети должна быть достаточно высокой при любых атмосферных условиях, так как она не имеет резерва. В связи с этим оптимальный выбор ее параметров имеет важное практическое значение. Одним из основных параметров контактной сети является расстояние между опорами в анкерном участке. На расчет этого расстояния решающее влияние оказывают нагрузки, действующие на провода контактной сети в различных метеорологических условиях. Нагрузки на провода принимают равномерно распределенными по длине пролета и называют распределенными линейными, так как относят их к 1 м длины провода. В настоящей работе для определения распределенных линейных нагрузок принята размерность даН/м.

Нагрузки, действующие на провода контактной сети, разделяют на вертикальные (нагрузки от силы тяжести проводов и от гололеда на проводах), горизонтальные (от воздействия ветра на свободные от гололеда провода и на покрытые гололедом) и результирующие (определяемые совместным действием вертикальных и горизонтальных нагрузок).

В курсовой работе приняты следующие допущения: все поезда однотипные и движутся по фидерной зоне по параллельному графику; сопротивление контактной и рельсовой сетей одинаково по всей фидерной зоне; напряжение на шинах смежных тяговых подстанций равно и поддерживается стабильным, путем применения автоматического регулирования; сопротивление питающих и отсасывающих фидеров подстанций равно нулю; расчет производится для одного пути двухпутного участка; междупутные соединители на перегонах отсутствуют; токи, потребляемые электровозами, возвращаются на тяговые подстанции только по рельсам.

В первом разделе курсовой работы используется один из методов расчета параметров системы тягового электроснабжения – метод с использованием графика движения поездов и кривых зависимости потребляемого тока электровозами и электропоездами от координат пути (диаграммами токов электровозов).

В процессе выполнения курсовой работы студент должен изучить вопросы взаимосвязи графика движения поездов, потребляемых токов электровозами и напряжения в контактной сети; произвести расчет этих величин по приведенным аналитическим выражениям. Определить вертикальные, горизонтальные и результирующие нагрузки, действующие на провода контактной сети в трех режимах.

ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Тип дороги – двухпутная, магистральная.

Система тяги – постоянного тока 3,3 кВ.

Минимальный межпоездной интервал Θ = 6 мин.

Площадь сечения контактной сети выбирается из табл.1.

Тип рельсов Р65. Продольное удельное сопротивление рельсовой сети одного пути с учетом сопротивления рельсовых стыков R=0,0152 Ом/км (для всех вариантов одинаковое).

Диаграммы токов строятся по данным табл.4.

График движения поездов на рис.1, б (для всех вариантов одинаковый).

Питание контактной сети двустороннее.

Напряжение на шинах подстанции U = 3600 В.

Удельное сопротивление проводов - по данным табл.3.

Тип контактной подвески выбирается по табл.5. При двухконтактных проводах расстояние между ними принимается равным 40 мм.

Нагрузка от силы тяжести проводов, расчетный диаметр проводов – из табл. 6.

Аэродинамический коэффициент принимается для контактного провода и несущего троса одинаковым – из табл.9.

Гололед цилиндрической формы на всех проводах.

В ходе выполнения курсовой работы должны быть определены следующие величины:

1) токи фидеров смежных тяговых подстанций;

2) токи, протекающие по всем участкам контактной сети фидеров зоны;

3) потери напряжения в контактной сети до каждого поезда, находящегося на фидерной зоне;

4) вертикальные, горизонтальные и результирующие нагрузки, действующие на провода контактной сети при режимах:

- без дополнительных влияний;

- при ветре наибольшей интенсивности;

- при гололеде и одновременном воздействии ветра.

1. Контактная подвеска

Тип подвески	Наибольший допустимый по условиям нагрева ток, А
М120+2МФ100+3А185	3450

2. Время для выбора характерного сечения графика

7, 8, 10

3. Удельные сопротивления проводов

Тип провода	Сопротивление, Ом/км
М-120 М-95 МФ-100 А-185	0,158 0,2 0,177 0,17

5. Типы контактных подвесок

Система тягового тока	Контактная подвеска на главных путях станций и перегона	При повторяемости 1 раз в 10 лет
		Ветровой район – из табл. 7	Толщина стенки гололеда – из табл. 8.
Переменный	ПБСМ95+2МФ100	2	4

6. Параметры проводов контактной подвески

Марка провода	МФ-100	МФ-150	М-95	М-120	ПБСМ-70	ПБСМ-95
Расчетный диаметр, dР ,мм			12,6	14,00	11,00	12,5
Распределенная линейная нагрузка, g, даН/м	0,873	1,309	0,834	1,037	0,586	0,759

4. Данные для построения диаграмм токов электровозов

I, А	L, км
0	0
523
523	6,2
0
0	7,8
452
452	8,3
938
938	8,5
1217
1217	9,5
860	11,3
720	12,9
523	18,5
523	12,8
0

7. Нормативная скорость ветра для заданного ветрового района

Ветровой район	2
Vн, м/с	25

8. Нормативная толщина стенки гололеда в зависимости от гололедного района

Гололедный район	4
bн, мм	20

9. Значение аэродинамического коэффициента

Провода контактной подвески и условия рельефа рассчитываемого участка	Аэродинамический коэффициент СХ
Одиночный контактный провод МФ-100 с учетом зажимов и струн	1,25
Двойные контактные провода - при расстоянии между ними 40 мм на нулевых местах - то же на насыпях более 5 м	1,55 1,85
Контактный провод МФ-150	1,30

10. Расчетная скорость ветра в зависимости от ветровых районов

Тип местности	Расчетная скорость ветра VР, м/с
	2
открытая местность	29
Насыпь	31

1. Расчет параметров системы тягового электроснабжения участка железной дороги, электрифицированного на постоянном токе

Диаграмма токов электровозов (пример на рис.1, а) – кривая зависимости потребляемого тока электровозами или электропоездами от координат пути. Диаграммы токов определяются по данным тяговых расчетов или опытных поездок по участку и характер их изменений зависит от типа электровоза, профиля пути, массы состава, типа вагонов и режима ведения поезда.

График движения поездов (рис.1, б) – семейство кривых (прямых) зависимости пройденного пути от времени, которые строятся для всех типов поездов, движущихся по заданному участку.

Расчетный поезд – поезд, линия движения которого по заданному участку полностью показана на приведенном элементе графика движения поездов (на рис. 1, б поезд №8 ).

Мгновенная схема (пример на рис.2, а) – фиксированное расположение поездов на заданном участке в определенное мгновение.

Точка токораздела (на рис.2, б точка А) – место расположения поезда, получающего электрический ток от двух смежных тяговых подстанций.

Удельное сопротивление тяговой, контактной или рельсовой сети – сопротивление одного километра тяговой, контактной или рельсовой сети.

Выполнение расчетов начинается с построения диаграммы токов электровозов, используя данные табл.4. Затем к диаграмме токов достраивается график движения поездов, как это показано на рис.1. По данным табл.2. строятся расчетные мгновенные схемы. На графике движения поездов находится время, для которого делается сечение t_x - t_x . Полученные точки поднимаются по вертикали на диаграмму токов, что позволяет нам определить величину тока каждого поезда в данный момент времени.

Мгновенные схемы составляются для фидерной зоны между подстанциями А и Б. На примерной мгновенной схеме t_x - t_x (рис. 1,б и рис. 2,а) ток нагрузки, приходящийся на подстанцию А обозначим через I_А, а на подстанцию Б – I_Б. Тогда общий ток I, потребляемый всеми поездами на фидерной зоне, будет равен сумме токов I_А и I_Б в соответствии с первым законом Кирхгофа

I = I_А + I_Б. (1)

Составляющие тока каждого поезда, приходящиеся на подстанцию А и Б, определяются независимо от токов других поездов.

I_n = I_Аn + I_Бn, (2)

где I_Аn и I_Бn - токи n-го поезда, приходящиеся соответственно на подстанции А и Б.

Вследствие равенства напряжений U_А и U_Б соответственно на подстанциях А и Б, по 2-му закону Кирхгофа

I_Аn∙R_ТС∙l_Аn = I_Бn∙R_ТС∙l_Бn , (3)

где R_ТС – удельное сопротивление тяговой сети.

Определяя из уравнений (2) и (3) I_Аn и I_Бn, получим:

(4)

.

При t=7

При t=8

Если теперь токи всех поездов имеют какие-то значения, то токи от подстанций А и Б определяются по принципу суперпозиции как сумма токов, приходящихся на данную подстанцию от каждой из этих нагрузок.

(5)

При t=7

При t=8

Сумма токов, потребляемых всеми n поездами, определяется по формуле (1).

Для определения потерь напряжения до нагрузок I₁₀, I₈, I₆, I₂ необходимо построить диаграмму изменения тока в контактной сети на каждом ее участке (рис.2,б). Для этой цели из нагрузки I_А последовательно вычитаются токи I₁₀, I₈, I₆ и строится диаграмма с учетом знака. Точка А на диаграмме является точкой токораздела, в которой поезд № 6 получает питание от подстанции А - I_6А, а от подстанции Б - I_6Б. Поскольку в курсовой работе принято, что сопротивление тяговой сети на всех участках одинаково, то потери напряжения вдоль участка будут изменяться линейно. По закону Ома с учетом знаков находим:

U₁₀ = R_ТС∙l_А10∙I_А;

(6)

U₈ = U₁₀ + R_ТС( l_А6 - l_А8)∙(I_А – I₈);

и т.д.,

где U₈ и U₆ - потери напряжения соответственно до поездов № 8 и №6.

При t=7

U₁₀ = 0,0432∙1,2∙860=45

U₈ = 0,0432∙5,8∙337=84

U₆ = 0,0432∙6∙337=87

U₄ =0,0432∙3∙905=117

U₆ = 0,0432∙6∙383=99

При t=8

U₁₀ = 0,0432∙2∙1065=92

U₈ = 0,0432∙6∙542=140

U₆ = 0,0432∙6∙90=23

U₄ = 0,0432∙2∙1132=98

U₆ = 0,0432∙6∙610=158

Удельное сопротивление тяговой сети равно

R_ТС = R_К + R_Р, (7)

где R_К - удельное сопротивление контактной сети;

R_Р - удельное сопротивление рельсовой сети.

R_Р =0,0152Ом/км

Поскольку в табл.1 заданы типы контактных подвесок, а в табл.3 – удельные сопротивления входящих в них проводов для расчета R_ТС можно воспользоваться формулой:

, (8)

где n – количество проводов;

R_НТ, R_КП, R_УП - сопротивление одного километра соответственно несущего троса, контактного провода, усиливающего провода.

На основании полученных значений строится диаграмма потерь напряжения в тяговой сети, которая имеет вид, показанный на рис.2, в.

При нахождении поезда за точкой токораздела расчеты следует производить от подстанции Б.

В заключение необходимо сопоставить:

1. Токи диаграммы рис.1,а с допустимыми по условиям нагрева токами из табл.1

2. Уровни напряжения у каждого поезда с уровнем по требованиям ПТЭ железных дорог (не менее 2700 В в любой точке фидерной зоны), используя формулу

U_К = U_Р - U_К, (9)

где U_К - напряжение в контактной сети у поезда К;

U_К - потери напряжения до поезда К;

U_Р - напряжение на шинах тяговых подстанций.