Исследование системы постоянного тока 3,3 кВ

Цель работы: исследовать работу системы тягового электроснабжения постоянного тока межподстанционной зоны двухпутного участка.

Краткие теоретические сведения

В системе постоянного тока к токоприемникам электроподвижного состава подводится ток напряжением 3000 В. Такой ток обеспечивают тяговые подстанции, на которых переменный ток высокого напряжения общепромышленных энергосистем понижается до нужного значения и выпрямляется мощными полупроводниковыми выпрямителями. Одним из основных преимуществ системы постоянного тока является применение коллекторных двигателей постоянного тока, обладающих превосходными тяговыми и эксплуатационными свойствами. А к числу ее недостатков относится сравнительно низкое значение напряжения в контактной сети, ограниченное допустимым значением напряжения двигателей. Следствием этого являются значительные токи в контактной сети, которые вызывают потери энергии и затрудняют процесс токосъема. Интенсификация железнодорожных перевозок и увеличение массы поездов привели на некоторых участках постоянного тока к трудностям питания электровозов из-за необходимости увеличения площади сечения проводов контактной сети и обеспечения эффективности токосъема.

Несмотря на это система постоянного тока получила широкое распространение во многих странах, более половины всех электрических линий работают по такой системе. Так в России на половине электрифицированных участков используется система постоянного тока. Также система постоянного тока распространена во Франции и Японии.

Можно объединить все достоинства и недостатки этой системы следующим образом /5, 6/.

Преимущества:

1. Использование в качестве тяговых двигателей последовательного возбуждения, характеристика которых наиболее полно удовлетворяет требованиям, предъявляемым со стороны электрифицированных железных дорог.

2. Возможность рекуперации энергии (энергия поступает или на соседний электровоз, или на инверторы тяговых подстанций).

3. Высокий коэффициент мощности питающей системы. Обеспечение равномерной загрузки фаз.

4. Малое влияние на линии связи (влияние только при КЗ или грозовых перенапряжениях).

Недостатки:

1. Невысокая величина напряжения, допускаемая на коллектор тягового двигателя (допускается 1,5 кВ).

2. Небольшое расстояние между подстанциями (10 - 15 км).

3. Большие токи электровоза (до 4000 А и более) требуют большого сечения контактной сети (400 – 500 мм²) /6/.

4. Большие потери энергии в пусковых сопротивлениях при разгоне поезда.

5. Большое разъедающее влияние на подземные сооружения.

6. Тяговые подстанции являются дорогими и сложными.

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется на базе ЭВМ в лаборатории «Электроснабжение железных дорог» кафедры ЭСЖТ СамГАПС.

1. Загрузить файл «3,3_кВ.xls». Размещение указанного файла на жестком диске компьютера необходимо уточнить у преподавателя. После загрузки появится экранная форма программы (рис.11), на которой представлена расчетная схема, представляющая собой одну межподстанционную зону.

2. Сгенерировать новые значения токовых нагрузок для 8-ми поездов. Для этого необходимо нажать кнопку «Сгенерировать значения токовых нагрузок». После этого амперметры, размещенные в схеме, покажут значения токовых нагрузок для 8-ми поездов. Кроме этого вольтметры, размещенные в схеме, покажут уровни напряжения в различных точках схемы.

Рис.11. Экранная форма с расчетной схемой

3. Реализовать первую схему питания (раздельное соединение контактных подвесок смежных путей при одностороннем питании) и записать показания приборов в таблицы по примеру таблиц 3 и 4.

4. Повторить расчет для других схем:

- узловая схема, одностороннее питание;

- параллельная схема, одностороннее питание;

- раздельная схема, двустороннее питание;

- узловая схема, двустороннее питание;

- параллельная схема, двустороннее питание.

5. Определить потери мощности в тяговой сети для всех схем по формуле

, (8)

где ,- токи тяговых подстанций;

, - уровни напряжения на шинах тяговых подстанций;

N – количество поездов на участке;

- токовая нагрузка каждого поезда;

- напряжение на токоприемнике каждого поезда.

6. Полученные результаты расчетов свести в таблицу 4.

7. Сделать выводы по работе.

Таблица 3

Результаты замеров

Схема питания	Схема соединения контактных подвесок	Токовые нагрузки ТП «А», А			Токовые нагрузки ТП «В», А			Напряжение на шинах, В
		Ф1	Ф2	ТП 1	Ф1	Ф2	ТП 2	ТП 1	ТП 2
Одно-сторон.	Раздельная	2072	1880	3952	- 40	40	0	3000	3500
	Узловая	1571	1495	3066	- 67	67	0	3000	3500
	Параллельная	1880	1852	3730	- 26	26	0	3000	3500
Двух-сторон.	Раздельная	1154	950	2104	998	1082	2080	3000	3396
	Узловая	913	829	1742	784	939	1723	3000	3414
	Параллельная	965	937	1902	914	966	1880	3000	3406

Таблица 4

Результаты замеров и расчетов

Схема питания	Схема соединения контактных подвесок	Уровни напряжения на токоприемниках ЭПС, В								Потери мощности в тяговой сети, кВт
		1	2	3	4	5	6	7	8
Одно-сторон.	Раздельная	3004	2990	2467	2487	2190	2180	2057	2043	2069.33
	Узловая	3120	3099	2715	2696	2502	2459	2386	2362	2065.01
	Параллельная	3042	3007	2550	2517	2280	2242	2135	2126	2059.29
Двух-сторон.	Раздельная	3230	3236	3006	3070	717	598	359	598	224.17
	Узловая	3281	3275	3110	3123	3095	3098	3267	3214	216.26
	Параллельная	3266	3250	3080	3084	3053	3071	3236	3199	213.59

Порядок оформления работы

1. Название и цель работы.

2. Схема расчетного участка.

3. Таблицы с показаниями приборов и результатами расчетов.

4. Расчеты потерь мощности.

5. Выводы по лабораторной работе.

Вопросы для защиты лабораторной работы

1. Какие достоинства имеет система постоянного тока 3,3 кВ по сравнению с другими системами?

2. Какие недостатки имеет система постоянного тока 3,3 кВ по сравнению с другими системами?

3. Какие схемы питания тяговой сети вам известны?

4. При какой схеме потери мощности меньше? Почему?

5. При какой схеме потери мощности больше? Почему?

Лабораторная работа № 6