ВВЕДЕНИЕ

Электрификация железных дорог ‑ комплекс мероприятий, выполняемых на участки железной дороги для возможности использовать на нём электроподвижной состав: электровозы, электропоезда.

Обычно используют постоянный или однофазный переменный ток. При этом в качестве одного из проводников выступает рельсовый путь.

Новы этап массовой электрификации железных дорог начался с 1956 года. В течении 10 лет были введены самые длинные электрифицированные железные дороги Москва – Куйбышев; Челябинск – Новосибирск; Красноярск – Иркутск; Ленинград – Москва – Харьков – Ростов на Дону – Сочи – Тбилиси – Ереван; Москва – Горький – Киров – Пермь; Москва – Рязань – Воронеж – Ростов на Дону – Минеральные воды.

Высокая оценка электрической энергии в развитии общества объясняется большим преимуществом ее перед всеми другими видами энергии, а именно транспортабельностью на большие расстояния, дробимостью и легкостью превращения в другие виды энергии, что позволяет применить ее для самых разных нужд общественного производства и потребностей населения.

Электрическая тяга является основным потребителем электроэнергии на железнодорожном транспорте. Удовлетворение потребностей железнодорожного транспорта в электроэнергии осуществляется в основном путем присоединения железнодорожных установок к районным сетям энергосистемы.

Энергию на тягу поездов получают от энергосистемы через их высоковольтные линии и районные подстанции и, непременно, через специальные тяговые подстанции. Каждая тяговая подстанция является ответственным электротехническим сооружением, оснащенным мощной современной силовой аппаратурой (трансформаторы, автотрансформаторы, полупроводниковые преобразователи, батареи конденсаторов, разъединители, короткозамыкатели) и усилительной аппаратурой, большая часть которой работает в режиме телеуправления.

Тяговые подстанции переменного тока предназначены для преобразования

электрической энергии, поступаемой из энергосистемы по напряжению и по току. Потребителями тяговой подстанции переменного тока являются электрическая тяга, устройства СЦБ, районные потребители, железнодорожные не тяговые потребители и собственные нужды подстанции. Номинальное напряжение, подаваемое в контактную сеть 27500 В. Подстанции переменного тока питаются в основном по линиям напряжением 110 или 220 кВ. При питающем напряжении 27,5 кВ на районных подстанциях устанавливаются специальные трансформатор, имеющие обмотку напряжением 27,5 кВ. Фаза C заземляется и соединяется с рельсами железной дороги без каких-либо коммутационных аппаратов. Напряжение фаз A и B через открытое распределительное устройство подается в контактную сеть двух путей соответственно, а также в линию ДПР ("Два Провода ‑ Рельс") для питания не тяговых потребителей. Устройства СЦБ требуют качественного и стабильного напряжения, для их снабжения прокладываются линии СЦБ (Сигнализация-Централизация-Блокировка) напряжением 6 или 10 кВ, которые запитываются через повышающий трансформатор 0,23(0,4)/6(10) кВ от сборных шин напряжением 0,4 кВ тяговой подстанции.

Комплектация оборудованием тяговой подстанции зависит от конструктивного исполнения распределительных устройств подстанции. К силовому оборудованию подстанции относятся силовые и измерительные трансформаторы, коммутационное оборудование. Для защиты подстанции от коммутационных и грозовых перенапряжений предусматривается установка защитного оборудования. Для защиты оборудования подстанции от термического и электродинамического воздействия токов короткого замыкания на подстанции предусмотрен комплекс релейных защит и автоматики. Управление работой коммутационного оборудования возможно как дистанционно так и по телеуправлению.

1 Создание схемы внешнего электроснабжения

Схема внешнего электроснабжения подстанции представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1- Схема внешнего электроснабжения

2 Расчет мощности подстанции

Подстанция получает питание по вводам от сети внешнего электроснабжения. Целью расчета является определение суммарной мощности всех потребителей для определения расчетной ной мощности подстанции.

Структурная схема тяговой подстанции переменного тока 27,5 кВ изображена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Структурная схема тяговой подстанции переменного тока 27,5 кВ

2.1 Определение мощности районных потребителей

Для определения полной мощности указанных потребителей S_max, кВА, используют формулу 2.1.

S_max = P_ц*К_с/ cosα, кВА, (2.1)

где P_ц – активная мощность;

К_с – коэффициент спроса;

cosα – коэффициент мощности.

S_max = 2000*0.8/0.8 = 2000

Полная мощность остальных потребителей определяется аналогично и полученные данные записываются в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Мощности районных потребителей

Потребители	Тип, длина линии	Р, кВт	Кс	cosφ	Smax, кВА/ Iрmax,А
ОРУ-27,5кВ
ФКС-1					I=230
ФКС-2					I=280
ФКС-3					I=460
ДПР	ВЛ-35км	4500	1	0,85	Smax=5294 Imax=113
РУ – 10кВ СЦБ
ФСЦБ	ВЛ-35км	35	1	0,8	Smax=43,75 Imax=2,5
РУ-0,4кВ
СН					Smax=294,2

2.2 Схема питания и секционирования контактной сети

На рисунке 1.2 изображена схема питания и секционирования станции, на которой обозначены токи потребления электроподвижным составом на тягу.

Рисунок 2.2 – Схема питания и секционирования контактной сети

Токи, потребляемые поездами определяют мощность на электрическую тягу плеч питания подстанции. Первый электроподвижной состав потребляет ток I₁=230 А, второй I₂=280А, третий I₃=460 А. Мощность на электрическую тягу S_тяг, кВА, определяется по формуле 2.2.

S_тяг=(2S′_э+0,65*S″_э)*К_р*К_к*К_м, кВА, (2.2)

где К_р=0,9 - коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки фаз трансформатора;

К_к=0,93-коэффициент,учитывающий влияния компенсации реактивной мощности;

К_м=1,45-коэффициент,учитывающий влияние внутри суточной неравномерности движения на износ обмоток трансформатора(для двухпутного участка);

Мощность S′_э равна 11000 кВА, а мощность S″_э = 7000 кВА.

S_тяг=(2*11000+0,65*7000)*0,9*0,93*1,45=32222,3