Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электроснабжение железных дорог. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 389 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

у входных сигналов, рис. 4.2. В этом случае одна рельсовая нитка используется для протекания тягового тока, а другая — для протекания тока автоблокировки.

I путь

II путь

300 м

Рис. 4.1. Рельсовые тяговые сети

двухпутного участка железной дороги

при отсутствии автоблокировки:

1 — стыковой соединитель; 2 — междурельсовый

соединитель; 3 — междупутный соединитель

I путь

II путь

Рис. 4.2. Однониточные рельсовые тяговые сети

двухпутного участка железной дороги при автоблокировке:

1 — изолированный стык; 2 — соединения тяговых рельсов;

3 — междурельсовые соединители; 4 –тяговые рельсы;

400 м

5 — рельсы автоблокировки

600 м

На перегонах применяется схема соединения рельсовых цепей с путевыми дросселями-трансформаторами на изолированных стыках, в которой для протекания тягового тока и тока автоблокировки используются все рельсовые нитки однопутного или двухпутного участка, рис. 4.3.

Обмотки путевого дросселя присоединяют к обеим нитям рельсов. Тяговый ток минует изолированный стык по перемычке, соединяющей между собой средние точки каждой половины дросселя. Обмотки путевых дросселей выполнены из провода большого сечения и обладают малым активным и большим индуктивным

сопротивлением, поэтому они свободно пропускают постоянный тяговый ток и создают значительные сопротивления прохождению сигнального переменного тока автоблокировки. На дорогах однофазного тока промышленной частоты прохождение тяговых токов в рельсовых цепях у изолирующих стыков также обеспечивается путевыми дросселями-трансформаторами, которые включают по таким же схемам, как и на дорогах постоянного тока. В этом случае для тягового тока обмотки дросселей не представляют индуктивного сопротивления, так как магнитные потоки в каждой половине обмотки направлены навстречу друг другу (рис. 4.4) и взаимно компенсируются.

I путь

II путь

2…2,5 км

Рис. 4.3. Двухниточные рельсовые тяговые сети

двухпутного участка железной дороги при автоблокировке:

1 — путевой дроссель-трансформатор;

2 — напольный сигнал светофора автоблокировки;

3 — нормальное направление движения поездов по I и II пути;

4 — междупутный соединитель

тяг

СЦБ

тяг

Рис. 4.4. Схема прохождения тягового тока

в обмотках путевого дросселя

на участке с автоблокировкой

Фидер обратного тока тяговых подстанций на участках, не оборудованных автоблокировкой, присоединяют ко всем рельсовым нитям; на станциях с электрической централизацией с однониточными рельсовыми цепями — ко всем электротяговым нитям, связанным в этом месте между собой; при двухниточных рельсовых цепях — к средней точке ближайшего путевого дроссель-трансформатора. Фидеры обратного тока выполняют как кабельными, так и воздушными с кабельной вставкой для присоединения к рельсам, такая вставка должна быть изолирована от земляного полотна.

Километровое сопротивление рельсовой цепи тягового тока определяют в зависимости от их массы в килограммах на погонный метр и удельного сопротивления рельсовой стали [5]. Масса погонного метра рельса mр равна

100

1000 100

783,,

кг/м, (4.3)

где 7,83 — удельный вес рельсовой стали, г/см3;

Sр — площадь поперечного сечения рельса, мм2.

Отсюда

1000 100

100 7 83,

(4.4)

Тогда сопротивление одиночного рельса без учета сопротивления рельсовых стыков

при удельном сопротивлении рельсовой

ор.

стали 210 Ом · мм2/км равно

783 210

ор

1000

164

рр

Ом/км

(4.5)

Сопротивление одиночного рельса с учетом сопротивления стыков увеличится в отношении

+ll

зв ст

(4.6)

зв

где lзв — длина одного звена рельсов;

lст — эквивалентная длина стыкового соединения, т. е. длина

целого рельса, имеющего такое же сопротивление.

Тогда сопротивление одиночного рельса с учетом сопротивления стыков r

равно

о.р

=Чў=

ор ор

164,

зв ст

зв

(4.7)

ч ш

При числе рельсовых нитей N

, используемых для протекания

тягового тока, километровое сопротивление рельсовой цепи rр можно определить по выражению

зв ст

lmN

зв р р

164,

ч ш

(4.8)

Для однопутного участка (Np = 2) rр равно

082,

зв ст

зв

(4.9)

ч ш

Приняв эквивалентную длину стыка lст = 3 м при lзв = 12,5 м,

получим

082 125 3

рр

ж з

12 5

1,,

ч ш

(4.10)

Для двухпутного участка при Np = 4 сопротивление рельсовой

цепи без учета проводимости земли

05,

(4.11)

При lзв = 25 м значение километрового сопротивления рельсо-

вой цепи может быть определено по этим же формулам путем умножения их на коэффициент 0,92.

Питающие и отсасывающие линии (фидеры). Присоединение тя- говой сети к шинам тяговой подстанции осуществляется при помощи воздушных линий и редко кабельными линиями. Кабельные линии применяют в метрополитенах и тогда, когда тяговая подстанция расположена на больших станциях, где установка опор между путями затруднена. Для воздушных линий обычно применяют многожильные алюминиевые провода.

Тяговая сеть. Сопротивление тяговой сети до нагрузки R

скла-

тс

дывается из сопротивлений питающего фидера Rпф, контактной сети Rкс, рельсовой цепи Rр и фидера обратного тока (отсасывающей линии тяговой подстанции) R

, рис. 4.5.

ф.от

Контактная сеть

Рельсы

Рис. 4.5. Принципиальная схема питания

= Rпф + Rкс + Rр + R

тс

пф

тяговой сети однопутного участка

кс

. (4.12)

ф.от

Нагрузка

Сопротивление питающего фидера и фидера обратного тока во много раз меньше сопротивления контактной сети и рельсовой цепи, поэтому обычно сопротивление тяговой сети до нагрузки, находящейся на расстоянии l от подстанции определяют следующим образом:

= Rкс + Rр, (4.13)

тс

где Rкс = rксl и Rр = rрl;

rкс, rр — километровые сопротивления контактной сети и рель-

совой цепи.

Зависимости сопротивлений рельсовой цепи, контактной сети и тяговой сети от длины для отдельных типов рельсов и контактных подвесок представлены на рис. 4.6 [6].

кс

тс

, Ом

1,4

P50 P75

тс

1,2

0,8

0,6

0,4

0,2

0481216

Рис. 4.6. Составляющие сопротивления

тяговой сети электрифицированных

железных дорог без учета сопротивления земли

M120 + + 2МФ100

M120 + + 2МФ100 + + 3А185

P50

P75

l, км

кс

4.2. Распределение потенциала и тока в рельсах. Влияние проводимости земли на сопротивление тяговой сети

На железных дорогах рельсы не изолированы от земли, а укладываются на шпалы, лежащие на балластном слое. Рельсы, непрерывно соединенные с землей через переходные сопротивления шпал, балластного слоя и земляного полотна, обладают определенным электрическим сопротивлением. Ток, протекающий по ним между электровозом и фидером обратного тока, вызывает падение напряжения. Под воздействием падения напряжения часть тока из рельсов через переходное сопротивление ответвляется в землю (ток утечки) и протекает по ней, как по параллельному рельсам проводнику. Затем этот ток из земли через переходное сопротивление возвращается в рельсовую цепь в зоне присоединения фидера обратного тока. В любом поперечном сечении х–х на участке между электровозом и подстанцией сумма токов в рельсах Iрх и земле (блуждающий ток) Iзх равна току электровоза I, рис. 4.7.

Рис. 4.7. Схема протекания токов в тяговой сети:

4 — тяговые рельсы; 5 — фидер обратного тока

1 — подстанция; 2 — контактная сеть;

3 — электроподвижной состав;

Iкс = I

Блуждающие токи протекают не только по земле, но и по всем металлическим подземным и наземным сооружениям, имеющим контакт с землей. В местах выхода токов с тяговых рельсов и металлических сооружений происходит вынос металла вследствие электрохимической коррозии, поэтому протекание тока по земле есть явление нежелательное, хотя в результате шунтировки рельсовой цепи землей общее сопротивление ее уменьшается, а значит, уменьшаются потери напряжения и потери электрической энергии в обратном проводе. Следует заметить, что на практике приходится часто встречаться с весьма сложным распределением токов и потенциалов в рельсах, земле и металлических сооружениях в связи с неодинаковым переходным сопротивлением. Поэтому в теоретических расчетах потенциала и тока в рельсах и соответственно тока в земле приходиться принимать ряд существенных допущений:

1. В переходное сопротивление «рельсы–земля» включается так называемое сопротивление растеканию (сопротивление самой земли на пути тока утечки в верхних слоях земляного полотна рельсового пути).

2. Сопротивление земли, являясь практически неограниченным объемным проводником тока, обладает малым сопротивлением блуждающему току и может быть принято равным нулю. Следует заметить, что блуждающие токи обнаруживались на расстоянии 50 км и более от тяговых рельсов, что говорит о приемлемости такого допущения.

3. Сопротивление рельсовой цепи и переходное сопротивление «рельсы–земля» постоянно по длине межподстанционной зоны.

В результате таких допущений схема (рис. 4.7) заменяется схемой рис. 4.8, на которой показано соединение рельсов с землей через переходные сопротивления.

= I

III

–

Рис. 4.8. Расчетная схема для определения токов в рельсах и земле

1 — подстанция; 2 — нагрузка; 3 — контактная сеть; 4 — рельсы;

(с сопротивлением, равным нулю), заменяющий землю

на участке железной дороги постоянного тока:

5 — переходное сопротивление; 6 — проводник

кс

Как видно из рис. 4.8, ток I из точки Б будет протекать к точке А, ответвляясь от точки Б не только влево (участок рельсовой цепи I, но и вправо (участок II). Точно так же и возвращаться на подстанцию ток будет не только через рельсы участка I, но и через рельсы участка III. Расчет распределения потенциалов и токов в рельсовой цепи для такой схемы с одной подстанцией и одной нагрузкой можно вести сразу, учитывая, что ток подстанции равен току, протекающему от рельсов к подстанции через фидер обратного тока, т. е. току электровоза I. Однако проще рассчитать распределение токов в рельсах и земле и потенциалов «рельсы–земля» для электровоза и фидера обратного тока как для отдельных сосредоточенных нагрузок, а затем, воспользовавшись известным из электротехники методом наложения, получить полную картину распределения потенциалов и токов как результат совместного действия этих одиночных нагрузок.

Рассматривая схему рельсовой цепи с одной нагрузкой, представим, что рельсы имеют бесконечную протяженность, а для обеспечения контура току утечки имеется заземлитель З нулевого сопротивления, отнесенный в бесконечность и связанный с нагрузкой проводом нулевого сопротивления и источником напряжения, достаточным для протекания в этом контуре тока I, рис. 4.9.

l = Ґ

Рис. 4.9. Расчетная схема с одной сосредоточенной нагрузкой

Выделим элементарный участок рельсовой цепи dx, расположенный справа (или слева) от нагрузки I на расстоянии х. Обозначим продольное сопротивление 1 км рельсов как rр и удельное переходное сопротивление от рельсов к земле как rп. Сопротивление рельсовой цепи на длине dx равно rр dx. Переходное сопротивление этого элемента равно rп/dx. Ток в рельсах на расстоянии х от нагрузки I, равен Iрх. Ток в земле на этом расстоянии Iзх. По- тенциал рельса на расстоянии х от нагрузки jрх. Тогда приращение потенциала рельсов на элементе длины dx, очевидно, равно по величине и противоположно по знаку потере напряжения на нем [5]

djрx = –lрxrрdx, (4.14)

откуда

=- .

(4.15)

рр

Положительное направление тока принято здесь совпадающим с положительным направлением оси Х. Утечка тока на протяжении элемента длины dx определяется потенциалом рельса jрх и переходным сопротивлением между рельсами и землей на длине dx, которое равно rп/dx. Следовательно, утечка тока из рельсов в землю на длине dx равна

dx r

dx= .

(4.16)

Так как приращение тока dIрх в рельсах на длине dx равно току утечки и обратно ему по знаку, то можно написать

xxр

(4.17)

откуда получаем

xxрр

=-j.

dx r

(4.18)

Знак минус показывает, что с увеличением х (см. рис. 4.9) ток

в рельсах уменьшается. Два дифференциальных уравнения (4.15) и (4.18) представляют собой систему уравнений с двумя неизвестными jрх и Iрх. Для исключения из них одного неизвестного продифференцируем уравнение (4.15) по х

=- ,

(4.19)

откуда имеем

xxр

dx r

(4.20)

Левые части уравнений (4.18) и (4.20) одинаковы, тогда

-=-

(4.21)

или

a= rr

где

рп

-=,

(4.22)

Общим решением уравнения (4.22), как известно, будет вы-

ражение

= Aeax + Be

–ax

. (4.23)

Продифференцируем уравнение (4.23) по х

().

Ae Be

(4.24)

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 389 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]