7. Расчет площади сечения проводов контактной сети для двух схем питания

Площадь сечения проводов контактной сети определяется экономическим расчетом с последующей проверкой на нагревание.

Для проводов контактной сети можно принять, что с ростом площади сечения уменьшаются потери энергии, но возрастают капитальные затраты. Отсюда следует, что необходимо найти оптимальное сечение, при котором приведенные расходы будут наименьшими. Общеизвестно, что зависимость приведенных затрат от площади сечения в области экономического сечения имеет пологий минимум, а это дает возможность при выборе типа подвески, допустить некоторое отклонение от экономического сечения. Если решается вопрос пропуска поездов с наибольшими скоростями движения, то не следует площадь сечения брать больше экономической, т. к. её увеличение от этого уровня на 30 % даёт приращение скорости всего на 1 %.

Расчет необходимой площади сечения проводов контактной сети производится для двух схем питания. Для системы постоянного тока это узловая и параллельная схемы питания путей, а для переменного тока это раздельная схема питания путей.

Расчет производится для одной межподстанционной зоны, для этого выбирается наиболее нагруженная зона.

Расчет экономической площади сечения проводов контактной сети в медном эквиваленте для одной фидерной зоны двухстороннего питания, при сроке окупаемости 8 лет, можно провести по формуле, мм²:

, (7.1)

где В_о − годовые удельные потери в проводах контактной сети рассматриваемой фидерной зоны, кВтч/Ом в год.

Величина удельных потерь энергии находится по формуле, :

, (7.2)

где А_год − годовые потери энергии в проводах фидерной зоны, кВтч;

r_экв − сопротивление омическое, или активное, параллельно соединенных проводов контактной сети одного пути (при узловой и параллельной схемах − сопротивление всех проводов всех путей, как параллельно соединенных), Ом/км;

l – длина фидерной зоны, км.

При раздельной схеме питания контактной сети путей величины В_о и S_мэ рассчитываются для каждого пути отдельно.

Величина годовых потерь определяется по формуле, :

(7.3)

где А_сут − потери энергии в контактной сети фидерной зоны за сутки, кВтч.

Для определения величины А_сут на одном пути при отсутствии рекуперации, двустороннем питании, однотипных поездах можно воспользоваться следующими формулами.

Раздельная схема питания путей при отсутствии рекуперации,

. (7.4)

Узловая схема питания путей,

(7.5)

Параллельная схема питания путей,

(7.6)

В формулах 7.4 – 7.6:

А_чет, А_неч − расход энергии на движение одного поезда по четному и нечетному пути соответственно, кВч;

t_чет, t_неч − время хода поездом на четном и нечетном пути соответственно, час;

t_mчет, t_mнеч − время хода поездом под током на четном и нечетном пути соответственно, час;

N_чет, N_неч − среднесуточные размеры движения по четному и нечетному пути;

n − наибольшее число пар поездов, могущих одновременно занимать

фидерную зону (см. формулу 5.14);

r_экв – сопротивление всех проводов обеих путей, Ом/км;

l – длина фидерной зоны;

А_T − расход энергии на движение всех поездов за период Т = 24 часа по обоим путям фидерной зоны, кВч;

U − напряжение в контактной сети, кВ.

Величина А_T определяется следующим образом:

А_{T =} N_чет ∙ А_чет + N_неч ∙ А_{неч .} (7.7)

Расход электрической энергии на движение одного поезда определяется по неразложенной кривой по следующим формулам:

Для участков постоянного тока,

, (7.5)

где U_ср − среднее расчетное напряжение в контактной сети, 3 кВ.

Для участков переменного тока,

, (7.6)

где U_ср − среднее расчетное напряжение в контактной сети, 25 кВ;

К_м − коэффициент мощности нагрузки, равный 0,85.

При расчете потерь электроэнергии в проводах контактной сети переменного тока в формулу 5.5 необходимо вместо величин расхода электроэнергии на тягу поездов подставить произведение К_эфА, где К_эф − условный коэффициент эффективности, который может быть принят равным 0,97. Величина напряжения, входящая в эти же формулы, должна быть заменена расчетным значением выпрямленного напряжения, приведенного к стороне высшего напряжения трансформатора электровоза U_d, равной 22,5кВ.

В общем случае при расчете расхода энергии необходимо учитывать повышенный расход энергии в зимнее время введением коэффициента К_з = 1,08 и дополнительные расходы энергии на производство маневров и собственные нужды электровозов введением коэффициента К_А = 1,03.

При узловой и параллельной схеме питания полученное значение площади сечения проводов контактной сети необходимо разделить на два и далее выбрать тип контактной подвески с указанием допустимой нагрузки по току, а также найти электрическое сопротивление.

Таблица 7.1