5.12. Определение расхода электрической энергии на движение поезда

Электрическая энергия:

полная

активная (полезная)

реактивная .

Зная кривые поездного тока и времени хода поезда по участку можно найти расход электрической энергии на его движение.

Рассмотрим определение расхода электрической энергии на движение одиночного поезда.

Рис. №5.18 Кривая поездного тока

Задавшись некоторым значением можно записать:

Т.е. ( для 1-го элемента ) поезд потребляет средний ток, равный , за время и т.д.

V = 3 кВ (для постоянного тока) V = 25 кВ (для переменного тока)

t – необходимо перевести в часы

W – необходимо перевести в кВт·ч.

Тогда запишем:

Для постоянного тока 3кВ:

Для переменного тока 25кВ:

где n – количество элементов кривой поездного тока.

Рассмотрим определение расхода электрической энергии для каждой тяговой подстанции для 2-х стороннего питания.

Рис. №5.19 Определение тока тяговой подстанции

Как было определено выше, расход электрической энергии на движение поезда фактически равен площади многоугольников, образованных кривыми поездного тока. По такому же принципу определяется и расход электрической энергии для тяговых подстанций при 2-х стороннем питании.

W – общий расход электрической энергии (определен выше). W’ – расход электроэнергии ТП1. Расход электроэнергии ТП2 определяется как W – W’.

Если определяется расход электроэнергии вместе с потерями (W_полн=W_полезн+∆W), тогда вместо V(3 и 25 кВ) подставляется V_хх(3,3 и 27,5 Кв).

5.13. Распределение тяговой нагрузки между фазами 3-х фазного тягового трансформатора

Рассмотрим схему питания тяговой сети переменного тока при помощи трехфазного трансформатора (рис. №5.20)

Рис. №5.20 Схема и диаграммы работы трехфазного трансформатора тяговой подстанции переменного тока

Представим схему в другом виде (рис. №5.21)

Рис. №5.21 Схема протекания токов в фазах трехфазного трансформатора

Запишем систему

Решив эту систему, получим.

Рис. №5.22 Определение токов фаз вторичной обмотки

Рис. №5.23 Схеме протекания токов в фазах вторичной обмотки

Вынесем отдельно вектора так, как это показано на рис.5. В результате получим треугольник (рис. №5.24).

Рис. №5.24 Геометрическое определение тока фазы вторичной обмотки

Определим угол между векторами токов плеч тяговой подстанции

Аналогично для остальных токов и получаем систему, по которой можно определять токи.

5.14. Схема распределенного питания

На участках электрифицированных железных дорог с малыми расстояниями между подстанциями тяговую нагрузку питает одновременно несколько тяговых подстанций. Такая ситуация характерна для участков, электрифицированных по системе постоянного тока 3,3 кВ и метрополитенов. На этих участках сопротивление тяговой сети межподстанционных зон невелико, вследствие чего уравнительные токи между подстанциями, вызванные неравенством напряжений, могут быть значительными.

В этом случае ряд соседних подстанций питает нагрузку совместно, разгружая уравнительными токами более загруженные и нагружая менее нагруженные подстанции. На пиковые значения нагрузок подстанций падающие характеристики оказывают благоприятное для работы системы энергоснабжения влияние. Максимальные нагрузки подстанций и фидеров при таких характеристиках снижаются.

Рассмотрим участок железной дороги с m подстанциями (рис. 5.25) все нагрузки, расположенные на тяговой сети, по правилу переноса токов могут быть заменены нагрузками, приложенными непосредственно к подстанциям (рис. №5.26). На рис. 5.26 показаны нагрузки I₀₁, I₀₂,…, I_0h,…, I_0m, приложенные к подстанциям с соответствующими номерами. Обозначим напряжения холостого хода на шинах этих подстанций через E₁, E₂,…, E_m. Проводимости межподстанционных зон равны G₁, G₂, G₃,…G_m-1. Проводимости подстанций равны g₁, g₂, g₃,…g_m.

Для данной схемы необходимо определить распределение токов I₀₁, I₀₂,…,I_0m, между подстанциями, т.е. найдем токи I₁, I₂,…, I_m. Для этого необходимо найти распределение токов I₀₁, I₀₂ между всеми подстанциями при равных э.д.с., а так же найти уравнительные токи, вызванные неравенством э.д.с.

Результирующий ток подстанции h

(5.36)

где ‑ суммарный ток подстанции h от нагрузок, приложенных в узлах 1,2,…m при равных э.д.с. E₁, E₂,…, E_m;

- суммарный ток подстанции h, вызванный неравенством э.д.с. E₁, E₂,…, E_m.

Ток можно определить следующим образом:

(5.37)

где - токи нагрузок, приложенных непосредственно к подстанциям;

‑ весовой коэффициент.

Весовой коэффициент определяется следующим образом:

при h=j; (5.38)

при h>j; (5.39)

при h<j; (5.40)

где - проводимость подстанции h;

- проводимость схемы слева от подстанции h;

- проводимость схемы справа от подстанции h;

- проводимость подстанции в узле j;

- проводимость схемы слева от узла j;

- проводимость схемы справа от узла j;

- проводимость подстанции в узле k;

- проводимость схемы слева от узла k;

- проводимость схемы справа от узла k.

Напомним, что символ П указывает на то, что берется произведение членов последовательности в пределах, указанных под символом и над ним.

На рисунке 3 приведена схема в которой все проводимости слева от узла (j‑1) заменены эквивалентной g_л,j-1, а справа от узла (j+1) – эквивалентной проводимостью g_л,j+1.

Рис. №5.27 К расчету распределения нагрузки узла

Понятие «проводимость схемы» включает в себя суммарную проводимость схемы с учетом всех проводимостей межподстанционных зон G₁, G₂, G₃,…G_m-1 и всех проводимостей тяговых подстанций g₁, g₂, g₃,…g_m.

Взаимное влияние нагрузок различных подстанций быстро уменьшается с увеличением числа находящихся между ними подстанций. Поэтому, как правило, при расчете нагрузки какой ‑ либо подстанции достаточно учесть влияние нагрузок в узлах, соответствующих только рассматриваемой и соседним подстанциям.

Суммарный ток, вызванный неравенством э.д.с., определяется

(5.41)

где - э.д.с. подстанции h;

- эквивалентная э.д.с. для части схемы левее подстанции h;

- эквивалентная э.д.с. для части схемы правее подстанции h.

На рисунке 5.28 приведена схема, поясняющая понятие эквивалентной э.д.с.

На рисунке 5.29 представлен характер токораспределения нормированной тяговой нагрузки на участке Пенза – Сызрань, электрифицированном по системе постоянного тока 3,3 кВ.

Как видно из рисунка, при расположении поезда между тяговыми подстанциями, он получает питание, не только от соседних тяговых подстанций, но так же и от тяговых подстанций, находящихся за ними. При чем, от соседних тяговых подстанций поезд получает только около 80 % своей токовой нагрузки.

Рис. №5.29 Зоны питания тяговых подстанций участка Пенза – Сызрань