5. Определение годового объема и стоимости израсходованной электрической энергии в пассажирском вагоне.

5.1. Определение годового объема израсходованной электрической энергии:

А_год = (Р_{ср зим в/в отопл} + Р_{ср зим.ГЕН}) Т_отопл + Р_{ср лет. ГЕН}(Т_год – Т_отопл) = (13,8 + 41,4)8760 + 34,24380 =

= 633348 кВтч.

где Р_{ср зим в/в отопл} - среднее значение мощности электрической энергии, которая израсходована высоковольтными нагревателями отопления и подогрева наружного воздуха в системе вентиляции для зимнего периода эксплуатации вагона;

Р_{ср зим.ГЕН} - среднее значение мощности электрической энергии, которая выработана вагонным генератором (преобразователем) в зимний период эксплуатации вагона;

Т_отопл, Т_год - продолжительность отопительного сезона, продолжительность года, час (примем Т_год = 8760 ч, Т_отопл = Т_зим = Т_лет = 4380 ч).

Принято соотношение между зимним и летним сезонами как: 1:1. Кроме того, принято что при зимних перевозках вагон находится в расчетных условиях (t_{окр среды} = -40°С).

2) Данные ВНИИВ 80-х годов показывали, что среднестатистическое потребление электрической энергии в купейном вагоне с кондиционированием и электроводяным отоплением составляют: 80000 кВтч/год от ВПМ на высоковольтные нагреватели водяного отопления и 75000 кВтч/год от вагонного генератора с приводом от ОКП на обеспечение работы низковольтного оборудования. В настоящее время для вагонов нового поколения следует ожидать возрастания потребления низковольтным электрооборудованием вагона до 10⁵ кВтч/год.

5.2. Определение затрат на электроэнергию:

С_эл.год = с_{э вар}А_год = 3,42633348 = 2,17 млн. руб.

где с_{э вар} = 3,42 руб/кВтч (данные за 2010 г.) - себестоимость электрической энергии в пассажирском вагоне (табл. А26);

А_год - объем годового потребления электрической энергии в течение года, кВтч.

6. Расчет и выбор проводов и кабелей, коммутационной и защитной аппаратуры при подключении электротехнических устройств

6.1 Общие положения

Электротехнические устройства в вагонах подключаются с использованием проводов (кабелей), коммутационной и защитной аппаратуры. Для коммутации используется аппаратура ручного (рубильники, пакетные переключатели, контроллеры) и аппаратура релейно-контакторного (реле, контакторы, комплектные устройства и аппараты защиты) управления.

Выбираем цепь подключения устройств А2 ( устройство для зарядки аккумуляторной батареи) к питающим шинам DC 110 В через контактор К1, а защита осуществляется предохранителями F3 и F4 ( рис. 6.1.)

Т

110 В
					К1
				F3
		A2
		F4
					K1

акое подключение используется для коммутирующих устройств, которые работают в системе автоматического управления, длительной работы и проверены по условиям короткого замыкания. Поэтому токоведущие части электрических установок выбирают по экономической плотности тока и нагреву в рабочем- режиме.

Рис. 6. Схема подключения устройства для зарядки аккумуляторной батареи А2 к питающим шинам DC 110.

6.2. Расчет и выбор проводов (кабелей) для подключения основного источника.

Провода, кабели и аппараты должны быть выбраны по условиям длительной работы и проверены по условиям короткого замыкания. Поэтому токоведущие части электрических установок выбирают по экономической плотности тока и нагреву в рабочем режиме. Эти требования будут выполнены, если сечение проводов выбрано с учетом выполнения четырех условий:

1) нагрев проводов не должен превышать допустимого значения, то есть I_{пр расч}  [I_пр]_доп. Зная расчетное значение тока провода (кабеля) и материал токоведущей жилы можно выбрать её сечение по таблице А. 27;

2) провод должен выбираться на термическую устойчивость при коротких замыканиях, то есть [I_пр]_доп = k₃I_з.

где k_з - коэффициент защиты или кратность длительно допустимого тока провода к номинальному току предохранителя или току «уставки» автоматического выключателя (табл.. 17.1 [5]);

I_з - номинальный ток предохранителя или ток «уставки» автоматического выключателя (табл. А. 28).

Таблица 8. - Коэффициент защиты аппаратов и устройств защиты.

Вид аппарата (устройства) защиты	Коэффициент защиты
Автоматический выключатель: - максимальный расцепитель -тепловой расцепитель Плавкая вставка предохранителя	1,25 1,0 1,25

3) потери напряжения в проводах не должны превышать допустимого значения, то есть

U_np < [U]_доп = 10 % или 11 В:

для сетей вагонов постоянного тока:

U_np = 200I_пикr_пр/U_н = 20093,90,0132/110 = 2,2 В, отсюда имеем 2,2 < 11 В.

где максимальный суммарный пиковый ток в системе электроснабжения вагона составляет I_{пр.ср.расч} = 93,9 A, напряжение сети U_н = 110 В, сопротивление провода r_пр = l_пр/(_прS_пр) = 12/(5716) = 0,0132 Ом, вычисленное из расчета длины провода, равное половине длины вагона; для медного провода _пр = 57 м/(Оммм²).

Проверим выбранное сечение в соответствии с табл. А27; I_{пр расч}  [I_пр]_доп. Для 16 мм² длительно допустимый ток 100 А, что больше расчетного значения.

Для подключения источников электрической энергии (генератора, преобразователя, поездной магистрали) к пульту управления вагона и примем три провода с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией длиной 12 метров. Для защиты от механических повреждений провода прокладываем в алюминиевой трубе.

6.3. Расчет и выбор коммутационной аппаратуры электропривода вентиляционного агрегата вагона

При выборе силовой коммутационной аппаратуры (контакторов, рубильников, переключателей и контроллеров) должны быть выполнены три условия:

1. номинальное напряжение аппарата должно быть равно или больше напряжения сети, то есть

U_{н апп}  U_{н сеть} = 110 В;

2. номинальное напряжение обмоток электромагнитов контакторов и реле должно быть равно напряжению сети вагона, то есть U_{н. обмотки аппарата} = U_{н сеть};

3) номинальный ток контактов (аппарата) должен быть равен или больше расчетного тока коммутации, т.е. I_{н апп}  I_расч.

Для вентиляционного агрегата вагона Р = 0,46 кВт, U_{н апп} = 110 В, I_{н апп} = 2,1 А.

Выбираем к установке на вагон автоматический выключатель типа А-50-ЭМТ, с номинальным током автоматического выключателя 2,5 А; диапазоном регулирования теплового расцепителя 1,6...2,5 А; время отключения автоматического выключателя 18 мс, номинальное напряжение 110 в.

6.4. Расчет и выбор защитной аппаратуры вагонной аккумуляторной батареи

Предохранители применяются для защиты оборудования от токов короткого замыкания. Время отключения зависит от типа предохранителя и кратности тока замыкания по отношению к номинальному току плавкой вставки. При выборе типа предохранителя и плавкой вставки должны быть выполнены три условия:

1) номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или больше напряжения сети, т.е. U_{н пред}  U_{н сеть};

2) плавкая вставка не должна плавиться при расчетном токе, то есть I_{н вставки}  I_{н расч};

3) плавкая вставка не должна плавиться при пусковых (пиковых) токах, то есть I_{н вставки}  I_пик/, где  = 2,5 при защите одного потребителя электроэнергии, например, электродвигателя, и  = 1,6...2,0 при защите группы потребителей.

При анализе таблицы 8 видно, что электрокипятильник мощностью 3,5 кВт имеет наибольший расчетный ток: I_{н расч};= 3500/110 = 31,8 А, выбираем предохранитель ПР-2-50, номинальный ток предохранителя 50 А, остальные приемники имеют суммарный ток 91 А разделяем на две группы, чтобы суммарный ток от батареи на данную группу не превышал 50 А

После определения технических характеристик предохранителей (U_н, I_н) по таблице А 28 выбираем к установке в цепь подключения аккумуляторной батареи вагона 3 предохранителя ПР-2-100 и один ПР-2-200.