Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроснабжение железных дорог. Учебное пособие
.pdf
Если допустить, что сечение проводов может изменяться непрерывно, то оптимальная величина его, соответствующая минимуму приведенных годовых расходов, является корнем уравнения
ddSэ
пр
= 0.
м
Взяв первую производную по Sм от правой части уравнения
(10.21) и приравняв ее к нулю, получим
ж
17
,.к
ar+
з
акс
и
ц
к
1
Т
н
B
эм
0
-=
ч
ш
2
S
м
0
(10.22)
Отсюда экономическое сечение проводов контактной подвески
r
кТ
B
эмн
S
эк
17 1
0
a,( )
кТ=+
аксн
.
(10.23)
Трудность определения Sэк по формуле (10.23) заключается в том,
что если aкс и Тн определены нормативными документами [2, 5],
то значения кэ и ка постоянно меняются в зависимости от отпускной цены снабжающих организаций. Обычно несущий трос, один
или два контактных провода выбирают заранее по техническим соображениям исходя из тока трогания электровоза, массы грузового
поезда и т. д. [5]. Недостающее по расчету сечение проводов контактной подвески восполняется усиливающими медными проводами марки М95 или М12О.
При проектировании участков переменного тока определение
экономического сечения проводится также по формуле (10.23).
Формулы для определения В0 для различных схем питания контактной сети постоянного и переменного тока приведены в [15].
10.7. Проверка контактной подвески на нагревание
Для нормальной работы контактной сети необходимо, чтобы нагрев проводов под действием протекающего по ним тока
не выходил за допустимые пределы. В соответствии с действующими нормами [2] наибольшая допустимая температура проводов
211
контактной подвески при неблагоприятных сочетаниях нагрузок
и атмосферных явлений не должна превышать для медных 100 °C
и для алюминиевых 80 °C.
При чрезмерном нагревании контактные провода утрачивают свои первоначальные качества, становятся менее износостойкими и частично теряют механическую прочность. Это происходит потому, что более уплотненный поверхностный слой проводов, полученный за счет так называемого наклепа при протяжке
их в холодном состоянии, разрушается под действием высокой
температуры.
Точный расчет, учитывающий влияние нагрева и охлаждения
проводов контактной подвески на их механическую прочность,
весьма сложен, так как необходимо учитывать режим изменяющейся тяговой нагрузки, температуру окружающей среды, скорость движения воздуха, оценивать влияние температуры и времени ее действия на качество материалов. Если принять температуру
окружающей среды равной 40 °C, то наибольшее допустимое превышение над ней температуры медных проводов составит 60 °C,
а алюминиевых — 40 °C.
Охлаждение и нагрев разных проводов неодинаковы вследствие
разной их теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи зависит от формы и геометрических размеров провода, состояния его поверхности
и скорости ветра. Провода с окисленной и покрытой копотью поверхностью обладают значительно лучшей теплоотдачей, чем новые, имеющие блестящую поверхность. Теплоотдача с поверхности проводов, обдуваемых воздухом в открытых установках, больше, чем в закрытых при свободной конвекции воздуха. В открытых
установках при неблагоприятных метеорологических условиях охлаждения на основе опытных данных скорость воздушного потока, обдувающего провод, принимают равной 1 м/с.
При тепловых расчетах контактной сети необходимо правильно
выбрать реальные расчетные схемы, определяющие наиболее тяжелые режимы в отношении нагрева проводов, например пропуск
«пачки» поездов с минимальным интервалом между ними. Кроме того, надо учитывать удельную проводимость медных и алюминиевых проводов, соединенных параллельно, а при переменном
токе — разные ЭДС взаимной индукции, наводимые токами других проводов, влияющие на распределение нагрузки между проводами. Допустимый по условиям нагревания суммарный ток во всей
подвеске получается меньшим, чем сумма допускаемых токов отдельных проводов.
212
Длительно допустимые по нагреву токи для проводов контактной подвески участков постоянного и переменного тока приведены в [2, 16].
Постоянная времени при нагревании проводов контактной
сети такова, что по прошествии 15–20 мин температуру проводов
можно считать установившейся. Поэтому в проектной практике
расчетный ток для сравнения с длительно допустимым по нагреву берется как средний квадратический (эффективный) за наиболее нагруженные 1, 3 и 20 мин [2]. На двухпутных участках расчет
нагревания проводов всегда производится при раздельном питании путей, т. е. для наиболее тяжелого режима [2].
Максимальный эффективный ток фидера тяговой подстанции
при сравнительно равномерном потреблении тока поездами в общем случае определяется по формуле [5]:
ў-ў
()
AAN
трод
=
I
эф
ў
где
— расход электроэнергии на движение поезда в тяговом ре-
A
т
TU
к
CT
1
+
()
Nt t
от р
()
AA
Ч
()
AA
2
ў+ў
тр
2
ў-ў
тр
+-
1
CT
2
NNt
о
,
(10.24)
жиме, отнесенный к рассматриваемому фидеру;
ў
— то же в режиме рекуперации;
A
р
Nо — пропускная способность участка;
кд — коэффициент, учитывающий потребление электроэнергии на собственные нужды электровозов;
Т — расчетный период (сутки);
U — расчетное напряжение в контактной сети;
С1 и С2 — коэффициенты, определяемые схемой питания кон-
тактной сети (при двустороннем питании соответственно 1,4 и 1,33
и при одностороннем — 1,1 и 1);
tт — время хода поезда под током по рассматриваемому пути
межподстанционной зоны;
tр — то же в режиме рекуперации;
t — полное время хода поезда по межподстанционной зоне.
Зная значение Iэф, можно определить части этого тока, протекающего по контактным проводам I
усиливающим проводам I
, и сравнить эти токи с допустимы-
эфуп
, несущему тросу I
эфкп
эфнт
ми токами для соответствующих проводов
S
II
=<[];
эфкп эф
кп
I
S
дкп
п
,
213
S
II
=<[];
эфнт эф
II
=<[].
эфуп эф
нт
I
(10.25)
S
S
S
днт
п
уп
I
днт
п
где Sкп, Sнт, Sуп — сечение контактных проводов, несущего троса
и усиливающих проводов в медном эквиваленте;
Sп — сечение контактной подвески в медном эквиваленте;
[I
], [I
], [I
дкп
днт
] — соответственно допустимый ток по нагре-
дуп
ванию для контактных проводов, несущего троса, усиливающих
проводов.
При системе переменного тока формулы (10.25) дадут погреш-
ность, так как большая часть тока будет протекать по контактному проводу, даже когда Sкп = Sнт, из-за электромагнитного влияния тока в рельсовой цепи (см. гл. 6).
Если проверка на нагревание проводов контактной подвески
не проходит, то необходимо принимать меры для ее выполнения (10.25). Данная проблема может быть решена за счет увеличения сечения контактной подвески на зонах, прилегающих к тяговым подстанциям, или уменьшения максимального эффективного тока фидера, например за счет увеличения минимального
межпоездного интервала.
214
Гла ва 11
РАСЧЕТ МГНОВЕННЫХ СХЕМ
РАСПОЛОЖЕНИЯ НАГРУЗОК
НА УЧАСТКАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
11.1. Понятие мгновенной схемы
расположения нагрузок и способы их получения
Особенность тяговых нагрузок заключается в непрерывном изменении их числа, величины и месторасположения на межподстанционных зонах. При расчетах в ряде случаев удобно заменить непрерывный процесс прерывистым, рассматривая отдельные моменты
времени, что позволяет свести рассматриваемую задачу к расчету
известных схем с неподвижными нагрузками определенной величины. Такие схемы называются мгновенными.
Мгновенные схемы в зависимости от поставленной задачи могут составляться для межподстанционной, подстанционной зоны
или для участка дороги с несколькими подстанциями. Составление мгновенных схем зависит от характера электрифицированного участка, а их расчеты — от режима работы тяговых подстанций
на контактную сеть (раздельная или параллельная работа), схем
соединения контактных подвесок путей (раздельная, узловая или
параллельная схема питания контактной сети).
Расчет мгновенных схем участков постоянного и переменного
тока отличаются друг от друга.
215
Рассмотрим один из способов формирования мгновенной схемы для одного пути двухпутного участка при двустороннем питании контактной сети и раздельной работе контактных подвесок,
рис. 11.1.
а
тп Бтп А
L
1
I
5
I
7
35
9
11
l
l
5
l
I
9
7
13
15
I
б
тп А
t
1
I
9
I
I
5
7
тп Б
l
9
l
7
l
5
7
l
9
t
l
Рис. 11.1. К одному из способов получения мгновенных схем:
б — мгновенная схема расположения нагрузок для момента времени t
а — условный график движения поездов;
1
Условный график движения по одному из путей двухпутного
участка, совмещенный с кривой поездного тока для данного пути
I = f (L), приведен на рис. 11.1, а. Если в пределах межподстанци-
онной зоны типы поездов различны, то необходимо иметь кривую
поездного тока для всех их типов. Рассмотрим сечение графика движения в момент времени t1. Поезд № 9 располагается на расстоянии l9 от подстанции А и потребляет ток I9, соответственно поезд
№ 7 имеет координату относительно подстанции А l7 и потребляет ток I7, а поезд № 5 располагается на расстоянии l5 от подстанции А и потребляет ток I5. На основе этих данных получают мгновенную схему расположения нагрузок (см. рис. 11.1, б) с последующим ее расчетом.
216
Для двухпутного участка при узловой и параллельной схемах питания составление мгновенной схемы практически ничем не отличается от рассмотренного. В качестве исходного материала для получения мгновенной схемы с указанием точек расположения поста
секционирования и пунктов параллельного соединения (см. 1.5)
выступают кривая поездного тока I = f (L) и график движения по-
ездов для каждого пути.
Возможны и другие способы формирования мгновенных схем.
Так, для расчета максимального тока фидера, который необходим
для выбора уставки максимальной токовой защиты на фидере подстанции, мгновенную схему составляют исходя из имеющегося месторасположения напольных сигналов светофоров при расположении поездов с минимальным межпоездным интервалом с учетом
конфигурации кривой поездного тока. Теоретически мгновенную
схему можно сформировать, зная закон распределения межпоездного интервала, разыгрывая месторасположение поездов случайным образом [6].
Рассчитать мгновенную схему расположения нагрузок — это
значит определить следующие основные показатели работы:
1. Токи фидеров тяговых подстанций и подстанций.
2. Потерю напряжения в тяговой сети до нагрузок и уровень
напряжения на них.
3. Потерю мощности в тяговой сети.
11.2. Расчет мгновенных схем
расположения нагрузок на однопутном участке
при односторонней схеме питания контактной сети
Мгновенная схема при одностороннем питании контактной
сети с четырьмя нагрузками приведена на рис. 11.2, а.
Нагрузка фидера подстанции, и если фидер подстанции единственный, то и нагрузка подстанции в целом будет равна сумме
всех нагрузок на рассматриваемой зоне
Iтп = IА = I1 + I2 + I3 + I4,
или
4
II
=
е
А
i
=.1
i
217
Примем следующие обозначения:
m — число поездов, находящихся на рассматриваемой зоне пи-
тания;
i — текущий номер поезда;
k — номер поезда, до которого определяется потеря напряже-
ния, 1 Ј k Ј m;
I1, I2, … Ik … Im — токи, потребляемые отдельными поездами;
l1, l2, li, lk, lm — расстояние от подстанции до соответствующих
поездов;
r — сопротивление 1 км тяговой сети, считаем его постоянным
по всей длине.
а
А
б
I
кс
в
D
U
кс
I
1
I
А
l
I
IА – I
1
l
2
А
IА – I
I
2
IА – I1 – I
1
l
3
l
4
1
IА – I1 – I
D
U
D
U
1
2
I
3
I
2
4
2
I
4
D
U
3
Рис. 11.2. К расчету мгновенной схемы
при одностороннем питании нагрузок:
а — мгновенная схема расположения нагрузок;
б — диаграмма изменения тока в контактной сети;
в — диаграмма изменения потери напряжения до нагрузок
I
4
D
U
4
В общем случае при «m» нагрузках на рассматриваемой зоне
(рис. 11.2)
m
II
=
е
(11.1)
А
i
=.1
i
218
Диаграмма изменения тока в контактной сети приведена
на рис. 11.2, б.
При выводе формулы для определения потери напряжения
в тяговой сети до соответствующих нагрузок будем предполагать,
что сопротивление рельсовой цепи постоянно по длине и определяется формулами, изложенными в гл. 5, т. е. будем пренебрегать
уменьшением сопротивления рельсовой цепи за счет шунтировки
ее землей. Для нахождения потери напряжения только в проводах
контактной сети или только в рельсах в нижеизложенные формулы
следует подставлять соответствующие значения сопротивлений.
Если на участке в рассматриваемый момент времени имеются
электровозы в режиме рекуперации, то их токи входят во все приводимые формулы со знаком минус.
Зная распределение токов по участкам контактной подвески
и удельное сопротивление тяговой сети, можно определить потерю напряжения в тяговой сети до любой нагрузки. Например, для
нагрузки № 2
DU2 = (I1 + I2 + I3 + I4)rl1 + (I2 + I3 + I4)r(l2 – l1) =
= r[I1l1 + I2l2 + (I3 + I4)l2].
Отсюда
2
DUr IllI
ж
=+
з
22
1
и
4
ее
ii i
==
ii
3
ц
.
(11.2)
ч
ш
Тогда в общем случае потеря напряжения в тяговой сети до поезда с номером k при m поездах на рассматриваемой зоне определится из следующего выражения:
k
DUrIll I
ж
=+
з
kiiki
i
и
m
ее
ik
=+= 11
ц
.
(11.3)
ч
ш
Максимальная потеря напряжения будет до наиболее удаленного от подстанции поезда с номером m
DDUUrIlIlIlIlrIl
max
( ... ) .==++++=
11 22
miimmii
m
(11.4)
е
=
1
i
Диаграмма изменения потери напряжения в контактной сети
до нагрузок приведена на рис. 11.2, в.
219
При расчете мгновенных схем с односторонним питанием
на многопутных участках при параллельном соединении контактных подвесок смежных путей определение нагрузки фидеров и подстанций, потерь напряжения в тяговой сети ведется по тем же формулам (11.1) и (11.3) с учетом следующего. Все нагрузки на смежных
путях переносятся с теми же координатами на один эквивалентный путь с удельным сопротивлением тяговой сети rэ.
Величина rэ равна
r
r
= ,
э
n
где n — число путей многопутного участка.
Потери мощности в тяговой сети DР можно определить как
разность между мощностью, снимаемой с шин тяговой подстанции, Ртп, и мощностью, потребляемой электровозами на рассматриваемой зоне, Р
н
DР = Ртп – Рн, (11.5)
PIU P IU
тп тп тп н
и =Ч =
m
,
е
ii
=1
i
где Uтп, Iтп — напряжение и токовая нагрузка подстанции.
Ui, Ii — напряжение и токовая нагрузка i-того электровоза.
Так как Ui = Uтп – DUi, то выражение (11.5) может быть представлено как
DDPIU IU U
=- -
тп тп тп
m
().
е
ii
=
1
i
Или
m
DDPU I U I IU
m
=-+
тп тп
i
m
iiii
еее
===
i
i
.
111
Окончательно
m
DDPIU
=
е
=.1
i
(11.6)
ii
Таким образом, потеря мощности в тяговой сети может быть
определена как сумма произведений нагрузок на величину потери напряжения до этих нагрузок.
220
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]