1 Проект участка контактной сети постоянного тока

1. Электрический расчёт

1.1.1 Определение минимального экономического сечения проводов

контактной подвески.

Сечение проводов контактной сети должно определяться экономическим расчётом с последующей проверкой на нагревание и по допустимой потере напряжения. Наибольшей простотой и достаточной точностью обладает способ расчёта по приближенным аналитическим формулам.

Экономическое сечение проводов контактной сети в медном эквиваленте может быть определено по следующей формуле:

, (1)

где - экономическое сечение проводов всех путей фидерной зоны (в медном эквиваленте), ;

- коэффициент, учитывающий влияние ряда факторов: стоимости 1 электроэнергии, нормативного срока окупаемости, удельного сопротивления медных проводов подвески, степени использования пропускной способности участка, амортизационных отчислений – на размер условных годовых затрат по контактной сети;

- удельные потери энергии за год в проводах данной фидерной зоны, измеряемые в .

Используя нижний возможный предел, получим формулу для определения минимального экономического сечения проводов контактной сети:

, (2)

где - минимальное экономическое сечение проводов всех путей фидерной зоны (в медном эквиваленте), ;

-коэффициент, учитывающий влияние ряда факторов: стоимости 1 электроэнергии, нормативного срока окупаемости, удельного сопротивления медных проводов подвески, степени использования пропускной способности участка, амортизационных отчислений – на размер условных годовых затрат по контактной сети;

-удельные потери энергии за год в проводах данной фидерной зоны, измеряемые в .

Удельные потери энергии определяются по формуле:

(3)

где - удельные потери энергии за год в проводах данной фидерной зоны, измеряемые в ;

- годовые потери энергии в проводах фидерной зоны от движения всех поездов, ;

- длина фидерной зоны, ;

- сопротивление проводов контактной сети фидерной зоны (сопротивление «эквивалентного контактного провода»), .

Годовые потери энергии для участков без резко выраженной неравномерности распределения поездов по часам суток и сезонам (магистральные участки железных дорог) могут быть определены по формуле:

, (4)

где -годовые потери энергии в проводах фидерной зоны от движения всех поездов, ;

-суточные потери энергии в проводах фидерной зоны от движения всех поездов, ;

-коэффициент, учитывающий дополнительный расход энергии на собственные нужды подвижного состава и на маневры, а в пригородном движении также на отопление и освещение;

-коэффициент, учитывающий дополнительный расход энергии в зимних условиях на увеличение сопротивления движению.

При схеме двухстороннего питания при узловом соединении проводов путей двухпутного участка суточные потери электроэнергии в проводах фидерной зоны могут быть определены по формуле:

, (5)

где - суточные потери энергии в проводах фидерной зоны от движения всех поездов, ;

-сопротивление проводов контактной сети фидерной зоны (сопротивление «эквивалентного контактного провода»), ;

- длина фидерной зоны, ;

- суточный расход энергии на движение всех поездов по фидерной зоне, ;

- среднее расчётное напряжение в контактной сети, ;

-суммарное время потребления энергии всем расчетным числом поездов за расчетный период (за 24 часа) при проходе фидерной зоны, ;

- суммарное время занятия фидерной зоны всем расчётным числом поездов за расчётный период (за 24 часа) с учётом графиковых стоянок внутри фидерной зоны, .

, (6)

где - суммарное время занятия фидерной зоны всем расчётным числом поездов за расчётный период (за 24 часа) с учётом графиковых стоянок внутри фидерной зоны, ;

, - заданное число пар поездов в сутки: пассажирских и грузовых;

, - заданные средние участковые скорости поездов, пассажирских и грузовых.

, (7)

где - суммарное время потребления энергии всем расчетным числом поездов за расчетный период (за 24 часа) при проходе фидерной зоны, ;

- суммарное время занятия фидерной зоны всем расчётным числом поездов за расчётный период (за 24 часа) с учётом графиковых стоянок внутри фидерной зоны, ;

- заданный коэффициент, отношение времени хода поезда по участку питания ко времени его хода под током поэтому участку.

Суточный расход энергии может быть определён по формуле:

, (8)

где - суточный расход энергии на движение всех поездов по фидерной зоне, ;

- длина фидерной зоны, ;

, - удельный расход энергии на тягу для пассажирского и грузового поездов, брутто;

, - заданный вес локомотива, пассажирского и грузового, ;

, - заданный вес поезда, пассажирского и грузового, ;

, - заданное число пар поездов в сутки: пассажирских и грузовых.

Удельный расход электроэнергии на тягу может быть определён по формуле:

, (9)

где - удельный расход энергии на тягу, ;

4 - коэффициент, учитывающий средние потери электроэнергии в контактной сети, на тяговых подстанциях и расход на собственные нужды электро воза. Они определены опытным путём;

- величина эквивалентного подъёма, ;

-среднее удельное сопротивление движению пассажирского поезда при средней участковой скорости, принимается в зависимости от типа поезда и его участковой скорости, .

-среднее удельное сопротивление движению грузового поезда поезда при средней участковой скорости, принимается в зависимости от типа поезда и его участковой скорости, .

Приведённые выкладки позволяют для заданных условий определить минимальное экономическое сечение проводов контактной сети всех путей рассматриваемой фидерной зоны.

Таким образом, для двухпутного участка получаем двух путей.

Сечение проводов в медном эквиваленте по каждому из главных путей определяется по формуле:

, (10)

где - сечение проводов в медном эквиваленте по каждому из главных путей, ;

- сечение проводов в медном эквиваленте двух путей.

Произведём расчёты по приведённым выше формулам:

;

;

;

;

;

;

.

1.1.2 Выбор типа контактной подвески

По рассчитанному сечению принимается стандартное сечение цепной контактной подвески и определяется минимальное экономическое сечение алюминиевых усиливающих проводов по формуле:

, (11)

где - минимальное экономическое сечение алюминиевых

усиливающих проводов, ;

- сечение проводов в медном эквиваленте по каждому из главных путей, ;

- стандартное сечение цепной контактной подвески, .

Число усиливающих алюминиевых проводов определяем по формуле:

, (12)

где - число усиливающих алюминиевых проводов

- минимальное экономическое сечение алюминиевых усиливающих проводов, .

Следует принимать в качестве усиливающих проводов именно провода

А-185.

Произведём расчёты по приведённым выше формулам:

Принимаю цепную контактную подвеску М-120+2МФ-100 с по меди.

;

провод.

1.1.3 Проверка проводов контактной сети на нагревание

Проверка проводов контактной сети на нагревание производится сопоставлением максимальных эффективных рабочих токов фидеров с токами, допустимыми по нагреванию.

Проверка производится по максимальной расчётной нагрузке на тягу при максимальной пропускной способности участка и при условии, что провода контактной сети параллельных путей между собой не соединены.

Максимальная эффективная токовая нагрузка фидера при относительно равномерном электропотреблении по путям двухпутной линии при двустороннем питании определяется по формуле:

, (13)

где - максимальная эффективная токовая нагрузка фидера, ;

- расчетная максимальная нагрузка на 1 км на один путь (на токоприёмнике электровоза), ;

- длина фидерной зоны, ;

-коэффициент неравномерности потребления по путям (при равномерном распределении потребления электроэнергии по путям =1;

-коэффициент запаса, учитывающий неравномерность электро-потребления в течение 1 часа (отношение средней нагрузки за 15 20 минут к средней за 1 час). При интервале между поездами >10 минут рекомендуется принимать =1,1; при 10 мин =1,0.

- коэффициент эффективности для двухпутной линии при двустороннем питании;

- среднее расчётное напряжение в тяговой сети, ;

- коэффициент, учитывающий схему питания.

Расчетная максимальная нагрузка на 1 км на один путь определяется по формуле:

, (14)

где - расчетная максимальная нагрузка на 1 км на один путь, ;

- суточный расход энергии на движение всех поездов по фидерной зоне, ;

- максимальная пропускная способность участка, ;

- длина фидерной зоны, ;

- заданное число пар пассажирских поездов в сутки

- заданное число пар грузовых поездов в сутки.

Величина - минимального интервала между попутными поездами (периода максимального графика) получается делением числа часов в сутках на максимальную пропускную способность участка:

, (15)

где - минимальный интервал между попутными поездами, ;

- максимальная пропускная способность участка, ;

Коэффициент эффективности при двустороннем питании может быть определён по формуле:

, (16)

где - коэффициент эффективности для двухпутной линии при двустороннем питании;

-заданное отношение времени хода поезда ко времени хода под током;

- среднее число поездов, одновременно находящихся на фидерной

зоне при полном использовании пропускной способности линии:

, (17)

где -среднее число поездов, одновременно находящихся на фидерной зоне при полном использовании пропускной способности линии;

- максимальная пропускная способность участка, ;

- суммарное время занятия фидерной зоны всем расчётным числом поездов за расчётный период (за 24 часа) с учётом графиковых стоянок внутри фидерной зоны, ;

- заданное число пар пассажирских поездов в сутки

- заданное число пар грузовых поездов в сутки.

Полученную величину сопоставляют с допустимой по нагреванию нагрузкой для выбранного типа (сечения) контактной подвески. Для выбранного сечения контактной подвески с усиливающими проводами должно выполняться условие: . В этом случае можно сказать, что выбранное сечение проводов контактной сети проходит по нагреванию.

Произведём расчёт по вышеприведённым формулам:

;

, при ;

;

;

.

Для цепной контактной подвески М-120+2МФ-100+А-185 .

Как видно при сравнении выполняется условие ; 849 А<2510 А это значит, что данная контактная подвеска проходит по нагреву.

1.1.4 Выбор сечения и числа проводов питающих и отсасывающих линий

Воздушные питающие и отсасывающие линии выполняются из алюминиевых проводов А-185 или А-150. В соответствии с действующими нормами сечение питающих и отсасывающих линий выбирается по условиям нагревания и при условии выпадении одной смежной тяговой подстанции.

Выполняя эти условия получим следующее число проводов А-185 в питающей линии:

, (18)

где - число проводов А-185 в питающей линии;

- допустимый по нагреву длительный ток для провода А-185, ;

- максимальный эффективный ток фидера, подсчитанный

при условии выпадения смежной подстанции (при этом получается схема одностороннего питания двухпутного участка при раздельном питании путей, .

- рассчитывается аналогично току :

, (1 9)

где -максимальный эффективный ток фидера, подсчитанный

при условии выпадения смежной подстанции (при этом получается схема одностороннего питания двухпутного участка при раздельном питании путей, ;

-расчетная максимальная нагрузка на 1 км на один путь (на токоприёмнике электровоза), ;

- длина фидерной зоны, ;

- коэффициент неравномерности потребления по путям (при

равномерном распределении потребления электроэнергии по путям =1;

-коэффициент запаса, учитывающий неравномерность электропотребления в течение 1 часа (отношение средней нагрузки за 15 20 минут к средней за 1 час). При интервале между поездами >10 минут рекомендуется принимать =1,1; при 10 мин =1,0.

- коэффициент эффективности для двухпутной линии при

двустороннем питании;

- среднее расчётное напряжение в тяговой сети, ;

- коэффициент, учитывающий образовавшуюся схему питания.

Поскольку при выпадении смежной подстанции изменилась схема питания, то изменился и . Рассчитать его можно по следующей формуле:

, (20)

где - коэффициент эффективности для двухпутной линии при

двустороннем питании;

- заданное отношение времени хода поезда ко времени хода под током;

- среднее число поездов, одновременно находящихся на фидерной зоне при полном использовании пропускной способности линии.

Число проводов А-185 в отсасывающей линии определяется по формуле:

, (21)

где - максимальный эффективный ток подстанции при условии выпадения одной из смежных подстанций, считая вторую фидерную зону аналогичной заданной может быть найден по формуле:

, (22)

где - максимальная эффективная токовая нагрузка фидера, ;

-максимальный эффективный ток фидера, подсчитанный при условии выпадения смежной подстанции (при этом получается схема одностороннего питания двухпутного участка при раздельном питании путей, .

Полученные по формулам и округляются до целого числа в большую сторону.

Произведём расчёты по приведённым выше формулам:

;

;

А-185 питающей линии;

;

А-185 отсасывающей линии.

Итак, по данным расчётов 3 провода А-185 питающей линии и 7 проводов А-185 отсасывающей ли нии.

1.1.5 Проверка выбранного сечения контактной подвески по потере напряжения

Проверка выбранного сечения контактной подвески по потере напряжения производится сопоставлением с . При этом: - расчётная величина потери напряжения в тяговой сети, полученная при максимальной расчётной нагрузке на тягу на рассматриваемом электрифицируемом участке при

выбранном сечении контактной подвески и заданном типе тяговых рельсов; - допускаемая для каждого рода тока наибольшая величина потери напряжения в тяговой сети.

В случае стабилизации напряжения на шинах тяговой подстанции с помощью стабилизирующих устройств может быть найдено по формуле:

, (23)

где - допускаемая для каждого рода тока наибольшая величина потери напряжения в тяговой сети, ;

- напряжение, поддерживаемое на тяговых шинах подстанции за счёт стабилизирующих устройств, ;

- допустимое минимальное напряжение на пантографе электровоза, .

Расчётная величина потери напряжения в тяговой сети может быть определена по формуле:

, (24)

где - расчётная величина потери напряжения в тяговой сети, полученная при максимальной расчётной нагрузке на тягу на рассматриваемом электрифицируемом участке при выбранном сечении контактной подвески и заданном типе тяговых рельсов, ;

- погонное омическое сопротивление тяговой сети (контактной сети и рельсов) постоянному току, ;

- расчетная максимальная нагрузка на 1 км на один путь, ;

- длина фидерной зоны, ;

, - коэффициенты, учитывающие схему питания участка. При схеме двустороннего питания при узловом соединении подвесок путей (двухпутный участок с постом секционирования посередине) , ;

- среднее расчётное напряжение в контактной сети, ;

- суммарное время занятия фидерной зоны максимальным расчётным числом поездов за сутки, ;

- коэффициент, учитывающий дополнительный расход энергии на собственные нужды подвижного состава и на маневры, а в пригородном движении также на отопление и освещение;

- коэффициент, учитывающий дополнительный расход энергии в зимних условиях на увеличение сопротивления движению.

Суммарное время занятия фидерной зоны максимальным расчётным числом поездов за сутки можно определить по формуле:

, (25)

где - суммарное время занятия фидерной зоны максимальным расчётным числом поездов за сутки, ;

- суммарное время занятия фидерной зоны всем расчётным числом поездов за расчётный период (за 24 часа) с учётом графиковых стоянок внутри фидерной зоны, ;

- максимальная пропускная способность участка, ;

, - заданное число пар поездов в сутки: пассажирских и грузовых.

Погонное омическое сопротивление тяговой сети (контактной сети и рельсов) постоянному току определяем по формуле:

, (26)

где - погонное омическое сопротивление тяговой сети (контактной сети и рельсов) постоянному току, ;

- сопротивление проводов контактной сети фидерной зоны

(сопротивление «эквивалентного контактного провода»), ;

- сопротивление 1 км параллельно соединённой рельсовой цепи

двухпутного участка постоянному току, .

Для двухпутного участка при узловой схеме соединения контактных подвесок (М-120+2МФ-100+А-185) путей . Для заданного типа рельсов Р50 .

Если при сравнении и соблюдается условие , можно сделать вывод, что сечение контактной подвески выбрано правильно. В противном случае нужно увеличить сечение подвески усиливающими проводами; это приведёт к уменьшению сопротивления тяговой сети, а, значит, и к уменьшению .

Произведём расчёты по приве дённым выше формулам:

;

;

;

;

; .

Выбранное сечение контактной подвески (М-120+2МФ-100+А-185) проходит по допустимой потере напряжения.

В соответствии с ранее проводимыми проверками можно окончательно сказать, что цепная контактная подвеска М-120+2МФ-100+А-185 полностью соответствует предъявляемым требованиям и может быть принята в качестве контактной подвески главных путей в данном дипломном проекте.