Потери напряжения в тяговой сети

Для выполнения п. 6 задания необходимо, прежде всего, произвести расчет средней потери напряжения до поезда (только для одной схемы раздельного питания).

Скорость поезда зависит от выпрямленного напряжения, которое пропорционально среднему за полупериод напряже­нию переменного тока. Поэтому, нас, в первую очередь, бу­дут интересовать именно эти значения напряжений и потерь напряжения.

В связи с этим, расчет потери напряжения необходимо вести по приведенной величине сопротивления тяговой сети выпрямленным токам, приведенным к напряжению кон­тактной сети.

Второй особенностью расчета потери напряжения до по­езда на двухпутных линиях однофазного тока при раздель­ном питании путей является индуктивная связь их контакт­ных подвесок. Это обстоятельство, так же как и относитель­но большее значение сопротивления рельсового пути, приво­дит к существенному влиянию нагрузок соседнего пути на потерю напряжения до рассматриваемого поезда даже при раздельном питании путей.

С учетом этого определение потери напряжения до рас­четного поезда следует производить по эквивалентным со­противлениям отдельно в контактной сети, от нагрузок рас­сматриваемого пути и в рельсах от нагрузок на обоих пу­тях. Общая потеря напряжения может быть представлена в виде суммы двух слагаемых:

(4.1)

где - потеря напряжения до расчетного поезда в кон­тактной сети; - то же, в рельсах.

Расчет обеих величин практически не отличается от рас­чета аналогичных величин при постоянном токе. Разница за­ключается только в замене сопротивления одного км кон­тактной сети и рельсов постоянному току соответствующими приведенными сопротивлениями [2, 4]. С учетом этого и могут быть определены по формулам (7.154) и (7.158) [2] соответственно. В первом случае в формуле (7.154) надо заменить r на приведенное сопротивление контактной сети рассматриваемого пути Z_K_ и учитывать нагрузки только этого пути. Для расчета надо заменить в формуле (7.158) r на приведенное сопротивление рельсов двухпутного участка Z_p_ и принимать во внимание нагрузки обоих путей.

Приведенные сопротивления контактной сети в Ом/км даны в таблице 4.1. Они рассчитаны по формулам (2.103) на ос­нове данных таблицы 2.10 - 2.13 [2]. Приведенное сопротивление рельсов Z_p = 0,156 Ом/км.

Таблица 4.1

Для корректировки пропускной способности следует ус­реднять за время Т_пер. При этом необходимо помнить, что среднее значение относится ко времени хода по автома­тической характеристике. Следовательно, периоды пуска, вы­бега и торможения в t_kgA [2] не входят.

Определяем потерю напряжения до расчетного поезда в контактной сети (для четного пути)

, (4.2)

где - сопротивление контактной подвески, которая уже выбрана ; U – напряжение контактной сети, 27, 5 кВ; - энергия, потребляемая расчетным поездом за время прохода на условном перегоне, кВтч; - время прохода расчетным поездом условного перегона, ч. - расстояние от подстанции до расчетного поезда; - расстояние фидерной зоны; - потребленная энергия расчетным поездом за время прохода всей фидерной зоны - наибольшее количество поездов на фидерной зоне; - общее время хода поезда по фидерной зоне, ч; - расстояние от подстанции 2 до границы условного перегона, км; - расстояние от подстанции 1 до границы условного перегона, км; - длина условного перегона;

=737,73 В;

Определяем потерю напряжения до расчетного поезда в рельсах (для обоих путей)

(4.3)

где -приведенное сопротивление рельсов ; - потребленная энергия поездом нечетного пути при проходе всей фидерной зоны; - наибольшее число поездов на фидерной зоне для нечетного пути; - общее время хода поезда по фидерной зоне для нечетного пути;

Определяем общую потерю напряжения до расчетного поезда

В первую очередь надо наметить расположение условного перегона и блок участка. Условный перегон располагается примерно в середине фидерной зоны. Время хода поезда по нему должно быть равно Т_пер, что следует из самого опре­деления условного перегона. Если в середине зоны ток мал, то условный перегон надо сдвинуть в сторону больших токов. В пределах условного перегона надо выделить блок-участок, равный примерно 1/3 длины условного перегона (длина блок-участка в точности равна 1/3 длины условного перегона при постоянной скорости хода поезда по нему). Расположе­ние условного перегона и блок-участка надо показать на специальной схеме по типу рисунка 7.26 в [2].

Допустимо указать расположение условного перегона не­посредственно на графике зависимости тока поезда от пути, т. е. совместить графическую часть, предусмотренную (п. б и в) к составлению пояснительной записки.

В курсовом проекте используются приближенные форму­лы, при выводе которых сделано допущение, что токи поездов во время движения остаются неизменными и равными сред­ним. При таком допущении средние потери напряжения за время хода по условному перегону и блок-участку получатся одинаковыми. Поэтому достаточно определить значение од­ной из этих величин.

Если фидерная зона присоединена к выводу «а» транс­форматора, то потеря действующего напряжения первой гар­моники на тяговой подстанции (при равных сопротивлениях подстанций) может быть определена по формуле:

; (4.4)

Здесь - условный коэффициент эффективности, вводимый для перехода от выпрямленных токов (которые даны в диаграммах, приложение 2) к действующим;

Сопротивление подстанции и внешней сети:

, (4.5)

где - напряжение короткого замыкания трансформатора, 10,5%; - номинальная мощность подстанции, кВА; - мощность короткого замыкания на вводах тяговой подстанции, в приложении 4 ; - номинальное напряжение на шинах тяговой подстанции; φ – угол сдвига первой гармоники тока относительно напряжения, можно принять 37⁰.

.

Если фидерная зона присоединена к выводу трансформа­тора, «в», то в формуле (4.4) надо поменять местами токи и .

Верхний знак + в этой формуле принимается, если рас­сматриваемая зона присоединена к плечу с напряжением, отстающим по фазе от напряжения смежного плеча, а ниж­ний - в противном случае.

Потерю напряжения до поезда, расположенного на рас­стоянии от первой подстанции, вызванную потерей на­пряжения на тяговых подстанциях, питающих рассматривае­мую фидерную зону (рисунок 4.1), можно найти по формуле

, (4.6)

где - потеря напряжения на подстанции 1; - то же, на подстанции 2; 0,9 - коэффициент перехода от действующего к среднему значению.

Рисунок 4.1 Фидерная зона от тяговой подстанции до поезда

Для нагрузок плеч можно принять их средние значения, а в качестве взять расстояние до середины расчетного пе­регона за время хода, по которому определяется средний уровень напряжения. Тогда по формулам (4.4) и (4.6) можно будет непосредственно найти среднее значение потери на­пряжения до расчетного поезда, вызванное потерями напря­жения на подстанциях.

В курсовом проекте для упрощения расчетов примем максимальные значения нагрузок плеч всех подстанций оди­наковыми и равными полусумме нагрузок плеч расчетной подстанции при полном использовании пропускной способно­сти:

, (4.7)

где - нагрузки плеч, определенные при расчете мощности подстанции по формуле (3.7) при .

Кроме того, примем также равными для обеих подстан­ций значения Х_в1. ,

Полагая, что подстанция 2 питает расчетную зону опережающей фазы, определяем потерю напряжения на подстанции

(4.8)

где - условный коэффициент эффективности; - угол сдвига первой гармоники тока относительно напряжения, принимаем 37 , - средний выпрямленный ток подстанции при максимальных размерах движения, для которых определяется уровень напряжения

;

После того как найдены значения средней потери напряжения в контактной сети и на подстанции, определяется общая потеря напряжения и средний уровень напряжения у поезда.

, (4.9)

где - средняя потеря напряжения в сети до поезда номер m; - имеет прежнее значение.

Кроме среднего значения напряжения U и за время потреб­ления поездами энергии на участке, соответствующем меж­поездному интервалу, согласно существующим нормам долж­но быть найдено среднее значение напряжения за время хода повода по блок-участку, что при разграничении поездов тремя блок-участками соответствует времени Т_пер/3.

Для определения значения этой величины надо найти наибольшее среднее значение из формулы:

(4.10)

.

где приравниваем.

Здесь коэффициент 1,11 введен для перехода к потере действующего напряжения. Согласно существующим нормам эта величина не должна быть ниже 21 кВ. В случае, если норма не удовлетворяется, студент должен предложить меры по повышению уровня напряжения.

По найденному значению U можно откорректировать ми­нимальный интервал между поездами и перегонную пропу­скную способность (задание 7).

Так как потеря напряжения в электровозе переменного тока составляет существенную величину, то она должна быть учтена при этой корректировке. В этом случае откорректиро­ванный интервал можно найти по формуле:

(4.11)

где - приведенное сопротивление электровоза (его в проекте можно принять равным 12 Ом); I – средний ток электровоза за время , приведенный к выпрямленному напряжению; = 25 кВ - номинальное напряжение в контактной сети, для которых выполнены тяговые расчеты; - межпоездной интервал, в исходных данных;

Коэффициент 0,9 в формулах (4.9) и (4.11) введен для перехода к приведенному выпрямленному напряжению.

Средний ток электровоза, входящий в формулу (4.11), мож­но найти приближенно, разбив все время t_э на два-три про­межутка. Если в течение этого времени ток электровоза ма­ло изменяется, то его среднее значение может быть взято непосредственно из тяговых расчетов.

По откорректированному значению нетрудно найти пропускную способность, которая является важнейшим па­раметром участка железной дороги:

, (4.12)

пар поездов в сутки.