5.2. Электрические расчеты системы тягового электроснабжения

Электрические расчеты системы тягового электроснабжения сводятся к расчету удельного электропотребления, определению числа, мощности тяговых подстанций и расстояния между ними, определению сечения проводов контактной подвески, а также к выбору мест расположения постов секционирования и пунктов параллельного соединения.

Вместе с этим оценивается влияние на действительную пропускную способность параметров и показателей системы электроснабжения при оптимальном размещении тяговых подстанций.

5.2.1. Выбор варианта размещения тяговых подстанций

Варианты размещения тяговых подстанций принимаются по среднему расстоянию между ними l_cp. Это расстояние определяется по эмпирической формуле:

,

(5.1)

где W_г – годовой расход электрической энергии, кВтч; Р_ср – средняя годовая мощность нагрузки, приходящаяся на 1 км, кВт/км; 8760 – число часов в году.

Графическая зависимость среднего расстояния между тяговыми подстанциями от средней годовой мощности нагрузки показана на рис. 5.1.

Число подстанций в рассматриваемых вариантах можно определить следующим образом: ; (5.2) ; (5.3) , (5.4)	Рис. 5.1. Влияние средней мощности нагрузки на расстояние между тяговыми подстанциями
где L – длина электрифицируемого участка железной дороги, км.

При каждом n возможно несколько вариантов размещения тяговых подстанций и выбирается оптимальный из них.

Теоретической основой оптимизации варианта является функция приведенных затрат З_пр от расчетного расстояния между тяговыми подстанциями l_cp (рис. 5.2).

Кроме приведенных затрат (суммы капитальных вложений и эксплуатационных расходов с учетом коэффициента эффективности) необходимо учитывать технический фактор – целесообразность сооружения тяговых подстанций на станциях, где всем поездам предусматриваются оста-
	Рис. 5.2. Выбор оптимального варианта размещения тяговых подстанций

новки и имеют место большие токи трогания. При удалении подстанций от мест наибольшего потребления электрической энергии (сюда можно отнести подъемы, кривые и др.) будут существенные потери напряжения и мощности;

социальный фактор – необходимость размещения тяговых подстанций по возможности в населенных пунктах.

Задача оптимального размещения тяговых подстанций решается методом сравнения вариантов.

5.2.2. Расчет мощности тяговой подстанции

Расчет мощности тяговой подстанции переменного тока производится по току наиболее загруженной фазы I_фз (рис. 5.3).

	На векторной диаграмме (см. рис. 5.3) показано, что ток наиболее загруженной фазы равен геометрической сумме одной третьей тока менее загруженного плеча I2 и двух третьей тока более загруженного плеча I1 тяговой подстанции. Следовательно, ток наиболее загруженной фазы можно определить как
Рис. 5.3. Векторная диаграмма тока наиболее загруженной фазы тяговой подстанции

;

(5.5)

;

(5.6)

,

(5.7)

где , – расход электрической энергии за сутки по наиболее загруженному и наименее загруженному плечам питания тяговой подстанции соответственно.

С учетом неравномерности движения в пределах суток, неравномерности нагрузок фаз, потерь электрической энергии в контактной сети, районной нагрузки мощность трансформатора тяговой подстанции можно определить по выражению:

,

(5.8)

где к_ф – коэффициент, учитывающий отвод тепла от более загруженной и менее загруженной обмоток через масляную ванну и магнитопровод, к_ф = 0,9; к_с –коэффициент, учитывающий потери электрической энергии в контактной сети, к_с = 1,05 – для постоянного тока и к_с = 1,03 – для переменного; к_нер – коэффициент неравномерности движения поездов в течение суток; к₀ – коэффициент, учитывающий долю участия районной нагрузки в суточном максимуме потребления электрической энергии, к₀ = 0,57; S_р – мощность районной нагрузки.

Подставляя значение I_фз из выражения (5.5) в уравнение (5.8) и учитывая формулы (5.6) и (5.7), получим:

,

(5.9)

где ,  – коэффициенты, учитывающие суточную неравномерность движения поездов по плечам тяговой подстанции; , – расход электри- ческой энергии по плечам тяговой подстанции за интенсивный месяц, кВтч.

Мощность одного трансформатора определяется из условия стопроцентного резерва на к-й тяговой подстанции при отказе рабочего трансформатора.

Расчет ведется на обеспечение 90 % пропускной способности с учетом допустимой перегрузки. Мощность трансформатора определяется как

,

(5.10)

где N₀ – максимальные размеры движения за сутки, пар поездов; N_сим – средние размеры движения за интенсивный месяц, пар поездов.

На подстанции устанавливается два понизительных трансформатора. Номинальная мощность одного трансформатора должна быть такой: .