1 часть. 1 расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения

• Название: 1 расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения
• Дата: 31.03.2023
• Размер: 487.5 Kb.
• Имя файла: 1 часть.doc
• Тип: Документы; #1028363

1 РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Расчет системы тягового электроснабжения включает определение основных параметров системы, которыми являются:

- мощность тяговых подстанций;

- расстояние между тяговыми подстанциями;

- площадь сечения проводов контактов сети.

Все эти параметры тесно взаимосвязаны друг с другом. Увеличение мощности подстанции ведет к увеличению расстояния между ними. Из этого следует, что могут быть различные варианты размещения тяговых подстанций, разная площадь сечения проводов контактной сети и схемы ее питания. Поэтому вопрос выбора этих параметров является сложной задачей и не всегда поддается экономической оценке, хотя основным критерием все же остается экономический.

Основную сложность расчета составляют случайные изменения тяговой нагрузки, которые в свою очередь обусловлены неравномерностью движения поездов и их разнотипностью. Это положение очень сильно влияет на выбор трансформаторов и всего оборудования с позиции повышения качества электрической энергии /23/.

1.1 Определение мощности транзитной тяговой подстанции.
Указав расположение тяговых подстанций на участке, выбрав из них расчетную фидерную зону, найдем средние и квадраты эффективных токов поездов отнесенных к фидерам расчетной подстанции, используя для этого разложенную и неразложенную кривые поездного тока, а также кривую времени отраженных на рисунке 1.1.
После чего среднее значение поездного тока и среднее значение его квадрата (квадрат эффективного тока) могут быть определены по формулам /1/:

, (1.1)

, (1.2)
где n₀ – количество отрезков на кривой поездного тока;

I_iср – среднее значение тока поезда за рассматриваемый промежуток времени t_i ;

t – время хода поезда по фидерной зоне.
Определим среднее значение тока для неразложенных участков

четных путей:




Определим среднее значение тока для неразложенных участков

нечетных путей:


Определим среднее значение тока для разложенных участков

четных путей:


Определим среднее значение тока для разложенных участков

нечетных путей:




Определим значение квадрата эффективное тока для неразложенных участков четных путей:





Определим значение квадрата эффективное тока для неразложенных участков нечетных путей:




Определим значение квадрата эффективное тока для разложенных участков четных путей:






Определим значение квадрата эффективное тока для неразложенных участков нечетных путей:


Таблица 1.1 - Средние и эффективные токи фидеров

		Ф1	Ф2	Ф3	Ф4
Неразложен-ный ток	Средний, А	151,2	139	71,5	148,6
	Квадрат эф-фективного, А2	28773,9	26690	11011	27664,8
Разложенный ток	Средний, А	52,8	67,1	19,9	66,2
	Квадрат эф-фективного, А2	4324,2	6983,9	1344,1	4219,9

Зная среднее и эффективное значения поездного тока, отнесенного к фидеру, можно найти среднее и эффективные токи фидера от всех поездов. Для этого воспользуемся формулами, которые при однотипных поездах имеют вид /1/:

, (1.3)

где n_ф – наибольшее число поездов в фидерной зоне,

Ө₀ =7 мин. – заданный минимальный интервал между поездами,

t – время хода по фидерной зоне.
Определим наибольшее число поездов по фидерным зонам:

n _ф1 = 47,97/7=5,4; примем n_ф1=6;

n _ф2 = 37,1/7=5,3; примем n_ф2=6;

n _ф3 = 29,5/7=4,2; примем n_ф3=5;

n _ф4 =25,37/7=3,6 ; примем n_ф4=4.
Число пар поездов в сутки при нормальном режиме можно найти по формуле /3/:

, (1.4)

где N – число пар поездов в сутки при нормальном режиме,

М – грузопоток, т км/км,

- коэффициент тары, равный 0,45,

Q – масса поезда, т.,

- коэффициент годовой не равномерности движения.
Определим число пар поездов в сутки при нормальном режиме:

;

.

Пропускная способность участка дороги в сутки находиться по формуле /1/:

N₀ =1440/ Ө₀ , (1.5)

где 1440 – число минут в сутках.

N₀=1440/7=206 .
Коэффициент использования пропускной способности находиться по формуле /1/:

. (1.6)

Его следует брать каждый раз соответствующим расчетному режиму:

для заданного пропускного режима

для четного пути ,

для нечетного пути ;

для режима после окна /1/;

для режима наибольшей пропускной способности /1/.
Средние токи фидера от всех поездов находиться по формуле /1/:

, (1.7)

где n_ф - наибольшее число поездов по фидерным зонам,

y - коэффициент использования пропускной способности,

I - среднее значения поездного тока.
1 Нормальный режим:

а) четное направление при γ = 0,325

I _Ф2 =5,3∙0,325∙139=115,6 А,

I _Ф4 =3,6∙0,325∙148,6=77,4 А;

б) нечетное направление при γ = 0,322

I _Ф1 =5,4∙0.322∙151,2=91,8 А,

I _Ф3 =4,2∙0,322∙71,5=26,8 А.
2 Режим после окна при γ = 0,9:

I_Ф2=5,3∙0,9∙139=320А; I _Ф4 =3,6∙0,9∙148,6=214,3 А;

I _Ф1 =5,4∙0,9∙151,2=256,7 А;

I _Ф3 =4,2∙0,9∙71,5= 75 А.
3 Режим максимальной пропускной способности при γ = 1:

I _Ф2 =5,3∙1∙139= 355,6 А;

I _Ф4 =3,6∙1∙148,6= 238,1А;

I _Ф1 =5,4∙1∙151,2=285,2 А;

I _Ф3 =4,2∙1∙71,5=83,3 А.
Эффективные токи фидера при двустороннем питании найдем по формуле /3/:

. (1.8)
Определим эффективные токи фидера:

при нормальном режиме работы на четном пути

,

;

при нормальном режиме работы на нечетном пути

,

;

режим после окна

,

,

,

;

режим наибольшей интенсивности движения

,

,

,

.
Для двухпутного участка находим средние токи плеч по формуле /1/:

. (1.9)
Определим средние токи плеч:

при нормальном режиме работы

;

режим после окна

;

режим наибольшей интенсивности движения

.
Для двухпутного участка находим квадраты эффективных токов плеч по формуле /1/:

. (1.10)
Определим квадраты эффективных токов плеч:

при нормальном режиме работы на четном пути

;

режим после окна

;

режим наибольшей интенсивности движения

.
Нагрев масла в трехфазном силовом трансформаторе определяется потерями в обмотках трёх фаз, которые при несимметричной нагрузке неодинаковы. Для учета этого обстоятельства можно оперировать эквивалентным эффективным током фазы, который вызовет при симметричной нагрузке те же потери, что и действительные несимметричные нагрузки /3/.

Формулы для расчета квадрата эффективного тока обмоток "а" и "с", в предположении, что углы сдвига фаз средних нагрузок на обеих плечах равны, имеют вид /1/:

. (1.11)
Для определения наибольшего эффективного тока обмотки значения величин I_аэ, I_вэ, должны быть рассчитаны при , поэтому выбираем режим наибольшей интенсивности движения /1/:

.
За ток I_{э наиб}. принимается больший из токов I_аэ и I_сэ.

I²_max=259930,5 A² .

I_max =509,8 А.
Эквивалентные по нагреву масла токи обмотки (при том же предположении) находятся по формуле /1/:

. (1.12)

По этой формуле находим эквивалентный по нагреву масла ток обмотки при заданных размерах движения I_эо и ток в период восстанов-ления нормального графика движения после окна I_сг, подставляя соот-ветствующие этим режимам величины I_аэ, I_вэ, /1/:

нормальный режим

I² _эк =(1/9) ∙[2∙ (63632,4+25545,7)+207,4∙104,2]=22220 А²,

I_эк =149 А;

режим после окна

I² _эк =(1/9) ∙ [2∙ (376985,8+94770,3)+576,7*∙289,3]=123371,6 А²,

I_эк =351,2 А.

После расчета величин I_{э наиб} ≈ 510 А, I_эс = 149 А, I_эо= 351,2 А

следует определить необходимую трансформаторную мощность для питания тяговой нагрузки.
1.2 Определение количества понизительных трансформаторов.
Выберем по каталогу трансформатор мощностью S_н, принимаемой в качестве базовой для подстанций переменного тока можно принять ее равной 40 МВ А.

Мощность трансформатора, которую допустимо использовать для тяги S_нт, можно будет найти из выражения /1/:
, (1.13)

где К_у – коэффициент участия районной нагрузки в максимуме.

S_р – мощность районной нагрузки, МВ А.
Определим мощность трансформатора, которую допустимо использовать для тяги:

.

Находим часть номинального тока, приходящаяся на тягу поездов по формуле /1/:

, (1.14)

где U_ш – напряжение на вторичной обмотке силового понизительного трансформатора, равное 27,5кВ.

Определим часть номинального тока, приходящаяся на тягу поездов:

.
Для расчета средней интенсивности износа изоляции обмотки трансформатора определим отношения /1/:

(1.15)
Найдем среднюю интенсивность износа изоляции обмотки трансформатора:

Т.к. к_мах ≈1, т. е. к_мах<1,5 то продолжаем расчет /3/.
Найдем среднюю интенсивность износа изоляции обмотки

трансформатора в сутки предоставления окна по формуле /1/:

, (1.16)

где Ө_0ном – номинальная температура наиболее нагретой части обмотки, равная 98⁰С,

Ө_0ссг – температура окружающей среды в период восстановления нормального движения поездов, задается в зависимости от района,

α – коэффициент равный 0,115 1/⁰С.

, (1.17)

в последнем выражении

, (1.18)

где в формулах (15), (16) величины b, a, g и h постоянные, аппроксимирующие зависимости разности температур “обмотки - масло” и “масло - окружающая среда” (b=2,5, a=20,5, g=39,7 и h=15,3⁰С),

t₀ – среднее время хода по фидерной зоне поездов основного типа в четном и нечетном направлениях,

τ_м – постоянная времени масла её можно принять 3,5 ч для транс-форматоров мощностью до 32 МВА.

Определим значения по формулам (1.16)-(1.18):

А_сг=е^{-0,115(98-25)}=0,000226;

t₀ =(51+50+48+46)/2∙60=1,63 ч.;

;



По полученной средней интенсивности износа Х производится пересчет номинального тока. Находится такой расчетный номинальный ток, при котором относительная интенсивность износа изоляции будет нормальной, по формуле /1/:

, (1.19)

где n_сг – число суток с предоставлением окон за год, в дипломном проекте можно принять равным 2/3 числа суток в весенне-летний период.
Определим расчетный номинальный ток:

.
Так как выполняется условие I_оном ≤ I_НТ /1/ трансформатор выбран правильно то продолжаем расчет.

Выбранные по износу изоляции трансформаторы должны быть проверены по наибольшему допустимому току и наибольшим допустимым температурам обмотки и масла /3/.
Наибольшая температура масла может быть определена по формуле/1/:

. (1.20)

Определим наибольшую температуру масла:

Ө _{м наиб}=25+39,7(0,32∙1,03+(1-1,03)∙0,72)+15,3=43,8⁰С.
Наибольшая температура обмотки определим по формуле /1/:

Ө _{об наиб}=Ө_{м наиб}+а∙к²_мах+b . (1.21)

Определим наибольшую температуру обмотки:

Ө_{об наиб}=43,8+20,5∙12+2,5=66,8⁰С.

Т.к. Ө_{м наиб}<95⁰С и Ө_{об наиб}<140⁰С, то принятые к установке трансформаторы типа ТДТНЖ – 40000/110 выбраны верно.
Таблица 1.2 - Характеристики трансформатора ТДТНЖ – 40000/110

Uк в-н, %	Uк в-с, %	Uк с-н, %	Ркз, %	Рхх, %	I0, %
17	10,5	6	200	65	1,0

1.3 Расчет площади сечения проводов контактной сети
Площадь сечения проводов контактной сети определяется экономическим расчетом с последующей проверкой на нагревание /3/.

Расход электрической энергии на движение одного поезда, так и всех поездов по участкам переменного тока определяется по неразложенной кривой по следующим формулам /1/:
,кВт∙ч , (1.22)

А _{т четн}=А _четн∙N _четн , (1.23)

А _{т нечетн}=А _нечетн∙ N _нечетн , (1.24)

А _т =А _{т четн}∙ N _четн+ А _{т нечетн}∙ N _нечетн , (1.25)
где U_cp - среднее расчетное напряжение в контактной сети, 25 кВ,
К_м -коэффициент мощности нагрузки, равный 0,85,

N _чет, N _нечет - среднесуточные размеры движения по четному и нечетному пути,

А _т- расход энергии на движение всех поездов за период Т=24 часа по фидерной зоне, кВт∙ч.
Определим расход электрической энергии на движение одного поезда:





Определим расход электрической энергии на движение всех поездов:

А _{т четн} =2683∙67,04=179868 кВт∙ч;

А _{т нечетн} =2110∙66,4=140104 кВт∙ч;

А _т =179868+140104=319969 кВт∙ч.
Расход электрической энергии на питание путей при отсутствии рекуперации определяется по формулам /3/:

при раздельной схеме питание путей

∆А_сут= , (1.26)

при узловой схеме питания путей (1.27)

где ∆А_сут - расход энергии на движение одного поезда по фидерной зоне, кВт∙ч,

r_экв - сопротивление контактной подвески одного пути, Ом/км,

А_Т- расход энергии на движение всех поездов за период Т=24 часа по фидерной зоне, кВт∙ч,

U - напряжение в контактной сети, кВ,

N_чет, N_нечет - среднесуточные размеры движения по четному и нечетному пути,

n - наибольшее число пар поездов, могущих одновременно занимать фидерную зону, вычисляется как средняя величина от поездов по обоим путям,

А_чет, А_неч - расход энергии на движение одного поезда по четному и нечетному пути соответственно, кВ∙ч;

t_тчет, t _тнечет -время потребления тока поездом на четном и нечетном пути соответственно, час.
Определим значения расхода электрической энергии по формулам (1.26) и (1.27):







Величина годовых потерь находиться по формуле /1/:

∆А_год= кВт∙ч . (1.28)

Определяем величину годовых потерь:

для раздельной схемы питания

∆А _год= кВт∙ч,

∆А _год= кВт∙ч;

для узловой схемы

∆А _год= кВт∙ч.
Расчет экономической площади сечения проводов контактной сети в медном эквиваленте для одной фидерной зоны двухстороннего питания, при сроке окупаемости 8 лет, можно провести по формуле /1/:

S_мэ =0,35÷0,55√В₀,мм², (1.29)

где В₀-годовые удельные потери в проводах контактной сети рассматриваемой фидерной зоны, кВт∙ч/Ом∙год.

Величина удельных потерь энергии находится по формуле:

, (1.30)

где ∆А_год - годовые потери энергии в проводах фидерной зоны, кВт-ч.
Определим величину удельных потерь энергии:

для раздельной схемы питания

В₀=150380 кВт∙ч/Ом∙год,

В₀=149650 кВт∙ч/Ом∙год;

для узловой схемы

В₀=169360 кВт∙ч/Ом∙год.

Определим экономическую площадь сечения проводов контактной сети в медном эквиваленте:

для раздельной схемы питания

S_мэ = 0,5 ∙ =136 мм² ,

S_мэ = 0,5 =136 мм² ;

для узловой схемы

S_мэ =0,5∙ =143 мм² .
Выберем тип контактной подвески с указанием допустимой нагрузки по току, а также найдем электрическое сопротивление.

Примем контактную подвеску МФ 100+ПБСМ 70 /2/ со следующими характеристиками:

активное сопротивление r₀=0,138 ом/км;

индуктивное сопротивление х₀=0,11 ом/км;

полное сопротивление Z₀=0,145 ом/км;

допустимый ток I_доп=670 А.
1.4 Проверка выбранной площади сечения проводов контактной сети на нагревание
Проверка на нагревание проводов как при постоянном так и при переменном токе производится сравнением наибольших эффективных рабочих нагрузок фидеров с допустимыми для данного типа подвески /3/.

Определение величины эффективного тока фидера выполняется для одного пути наиболее нагруженной фидерной зоны при раздельном питании путей по формуле /1/:

, (1.31)

где А_т - расход электроэнергии на движение всех поездов за период Т=24 часа на наиболее нагруженном пути расчетной фидерной зоны от расчетной подстанции в кВт∙ч или кВА∙ч для участков переменного тока, в период наибольшей перегрузки;

U -среднее расчетное напряжение в контактной сети 25000В;

-суммарное полное время хода всех поездов по фидерной зоне, ч;

-тоже под током, ч;

Ө₀ - наименьший межпоездной интервал, ч;

n - количество поездов, проходящее за сутки по наиболее нагруженному пути фидерной зоны в нормальном режиме.

Найдем величину эффективного тока фидера

.

Полученное значения I _эф =602 А меньше максимально допустимого тока 670 А, отсюда следует, что подвеска выбрана правильно и защита выбранной контактной подвески по условиям короткого замыкания будет обеспечена.
1.5 Экономическое сравнение двух схем питания контактной сети
Капитальные вложения при раздельной работе путей могут быть определены по формуле /1/:

К = С_кп∙ l ∙ n , (1.32)

где С_кп - стоимость 1км. контактной подвески;

l - длина фидерной зоны, км.;

n - число путей.
Определим объем капитальных вложений при раздельной работе путей:

К = 100 ∙ 43 ∙ 2 = 8600 тыс. руб..
Капитальные вложения при узловой схеме питания путей могут быть определены по формуле:

К = С_кп∙l∙n + К_пc , (1.33)

где К_пс - стоимость поста секционирования.
Определим объем капитальных вложений при узловой схеме питания:

К = 100 ∙ 43∙ 2 + 500 = 9100 тыс.руб.
Эксплуатационные расходы могут быть определены по формуле /1/:

С_э=Кα + С_а∙∆А_год , (1.34)

где α -амортизационные отчисления, составляющие 4,6% от капитальных затрат;

С_а - стоимость 1кВт∙ч активной энергии;

∆А_год - годовые потери электроэнергии в контактной сети рассматриваемого варианта, кВт∙ч.
Определяем эксплуатационные расходы:

при раздельной схеме

С_э = 8600∙0,046+0,001∙615390=1011 тыс.руб.;

при узловой схеме

С_э =9100∙0,046+0,001∙345655=764,3 тыс.руб..
Экономическое сравнение двух схем питания фидерной зоны производится по приведенным затратам /1/:

С_пр=С_э+Е_нК , (1.35)

где С_пр -приведенные затраты на сооружение и содержание контактной сети;

Е_н - коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, равный 0,15.
Определим приведенные затраты:

при раздельной схеме

С_пр = 1011 + 0,15∙8600 = 2301тыс. руб.;

при узловой схеме

С_пр = 764,3+0,15∙9100 = 2129,3 тыс. руб..
Экономически выгодным является вариант с наименьшими приведенными затратами в нашем случае это вариант с узловой схемой питания контактной сети /1/:

2301 тыс. руб./год > 2129,3 тыс. руб./год,

т.е. С_пр при раздельной > С_пр при узловой.
1.6 Расчет потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда
Среднее значение напряжения на блок-участке U_бу за время хода поезда под током для участка переменного тока находятся по формуле /1/:

U_6y=U_o-1,11(ΔU_бу +ΔU_n), (1.36)

где U_o - напряжение на шинах тяговой подстанции 27,5 кВ для подстанций переменного тока;

ΔU_бу - падение напряжения в тяговой сети до расчетного поезда на лимитирующем блок-участке за время Θ₀/3, определяемое из кривой

ΔU_6y=f(t); (1.37)

ΔU_n - падение напряжения на внутреннем сопротивлении подстанции;

коэффициент 1,11 введён для перехода к потере действующего напряжения.
Для построения кривой ΔU_6y=f(t) используем метод равномерного сечения графика движения поездов с составлением мгновенных схем нагрузок поездов представленных на рисунке 1.3. Предварительно следует для расчетной зоны построить график движения поездов представленного на рисунке 1.2.

Из графика взять фрагмент, равный наименьшему межпоездному интервалу в том месте, где предполагаются наибольшие потери напряжения. Для построения кривой потери напряжения в тяговой сети до поезда необходимо использовать метод равномерного сечения графика движения, с последующим составлением мгновенных схем.
Потерю напряжения при узловой схеме можно рассчитывать по формуле /1/:

ΔU₁=ΔU_kl0+ΔU_klc, (1.38)

где ΔU_k10 -потеря напряжения до расчетного поезда при раздельной схеме питания и наличии подстанций в точке С,

ΔU_klc - составляющая потери напряжения до расчетного поезда от нагрузки фиктивной подстанции в точке С.
Потеря напряжения до расчетного поезда и составляющая потери напряжения до расчетного поезда при раздельной схеме питания и наличии подстанций в точке С находится по формулам /1/:



при l_k2< l_k1≤ l_k2+1, (1.39)

, (1.40)

где z₁',-полное эквивалентное сопротивление одного пути двухпутного участка, приведенное к выпрямленному напряжению, Ом/км;

I_i1- i-ая нагрузка первого пути;

I_i2- i-ая нагрузка второго пути;

(z₁'-Δ z') - сопротивление, по которому следует рассчитывать потерю напряжения от нагрузок соседнего пути, равное 0,11-0,13 Ом/км;

I_c -ток узла С (поста секционирования).
Для нахождения тока поста секционирования нам потребуются еще две формулы /3/:

I_c=I_ca1+I_ca2+I_cb1+I_cb2 ; (1.41)

(1.42)
Определим по формулам (1.38) – (1.43) все необходимые данные.

Сечение 0



I_c=168+192+431+98=889A;



;
ΔU=1535+1657=3192 В.
Сечение 1



I_c=194+162+441+188=985A;


ΔU=1364+1861=3225B.
Сечение 2



Ic=243+358+219+299=1119A;



;
ΔU=1468+1808=3276 В.
Сечение 3



I_c=233+256+276+332=977A;

;
ΔU=1543+1974=3517 B.
Сечение 4



I_c=205+266+224+289=984 A;

;
ΔU=1909+1613=3522B.
Сечение 5



I_c=198+343+325+261=1127 A ;



;
ΔU=2134+1393=3527 B.
Сечение 6



I_c=223+292+307+277=1119 A;

;
ΔU=2669+1808=4477B.
Сечение 7



I_c=234+269+188+354=1045 A ;

;
ΔU=2335+1572=3907B.
По полученным восьми значениям ΔU строим кривую ΔU_6y=f(t) представленную на рисунке 1.4.

Находим по построенной кривой падение напряжения в тяговой сети до расчетного поезда на лимитирующем блок-участке за время Θ₀/3, получается ΔU_бу =4038 В.

Определяем среднее значение напряжения на блок-участке U_бу за время хода поезда под током:

U_6y=27500-1,11(4038+264)=22725 В.
Вывод: полученный результат среднего значения напряжения на блок – участке равный 22678 В, при сравнении с минимально допустимом значении напряжении по ПТЭ в 21000 В – данное полученное значение удовлетворяет условиям ПТЭ.

1.7 Определение перегонной пропускной способности участка
Наибольшее количество поездов за сутки необходимо находить по действительному времени хода поезда по ограничивающему перегону. Условный ограничивающий перегон определяется по кривой потери напряжения до расчетного поезда, построенной по данным расчета мгновенных схем. Время хода поезда по условному перегону на этом этапе составляет одну треть наименьшего межпоездного интервала.

Среднюю величину напряжения в тяговой сети при узловой схеме найдем по формулам /1/:

(1.43)

где ∆U_TCP - средняя величина напряжения в тяговой сети, кВ;

z₁, -сопротивление подвески одного пути двухпутного участка, Ом/км;

К_эф -коэффициент эффективности для выпрямительных электровозов, равный 0,97;

A_T1, А_T2 -суммарный расход энергии на движение по фидерной зоне всех поездов по первому и второму путям за период Т, кВт-ч.;

A_wi -расход энергии на движение рассматриваемого поезда w по перегону f, кВт-ч;

A_wfi, - расход энергии на движение рассматриваемого поезда w по перегону на рассматриваемом пути f, кВт∙ч;

A_f - суммарный расход энергии на движение по фидерной зоне всех поездов пути f за расчётный период Т, кВт∙ч;

А_т - то же по всем путям;

t_im - время хода рассматриваемого поезда по автоматической характеристике на перегоне i, ч;

l -длина фидерной зоны, км;

l_0im - расстояние от тяговой подстанции до середины отрезка пути на перегоне i, проходимого рассматриваемым поездом по автоматической характеристике, км;

l_0i - расстояние в км от тяговой подстанции до середины перегона i, км;

l_i- -длина перегона i, км;

l_iт -длина участка перегона i, проходимого под током по автоматической характеристике, км.;

для тяговых подстанций переменного тока по упрощенной формуле

, (1.44)

где z_n - приведенное сопротивление тяговой подстанции к первичной сети, Ом;

К_эф -коэффициент эффективности для выпрямительных электровозов, 0,97;

А_т -полный расход электроэнергии по обеим путям за сутки, кВт-ч;

U -расчётное напряжение на шинах переменного тока 25000 В.



Значение действительного среднего напряжения в тяговой сети у поезда за время tm находится по формуле:

U_ср= U₀ - U_ТСР - U_ПСР , (1.45)

где U₀ - напряжение на подстанции, равное 27,5 кВ,

U_р - напряжение, для которого проведены тяговые расчеты, 25 кВ.

Определим значение действительного среднего напряжения в тяговой сети у поезда за время t_m при узловой схеме:

U_cp = 27,5 -0,085 - 0,013 = 27,402 кВ ≈ 27,4 кВ.
Действительное время хода поезда по условному ограничивающему перегону при системе переменного тока определяется по формуле /1/:

, (1.46)

где U_cp -действительное среднее значение напряжения в тяговой сети у поезда за время t_т , кВ.

Определим действительное время хода поезда по условному ограничивающему перегону:

мин..

1.8 Расчёт наибольших токов нагрузки, токов короткого замыкания, выбор защиты и уставок фидеров контактной сети
Ток короткого замыкания в контактной сети переменного тока можно найти по формуле:

, (1.47)

где U_нk -номинальное напряжение в контактной сети, 25 кВ;

S_КЗ – мощность короткого замыкания на вводе подстанции, MB-А;

S_h - мощность понизительного трансформатора, МВ-А;

Х- индуктивное сопротивление 1 км тяговой сети, Ом/км;

r_а - активное сопротивление 1 км тяговой сети, Ом/км.

Определим ток короткого замыкания в контактной сети переменного тока:

.

Наибольший рабочий ток фидера можно найти следующими способами. Для определения наибольшего тока фидера строится график зависимости тока фидера от времени. Если по тяговым расчетам видно, что около подстанции производится строгание поезда, то наибольший рабочий ток определяется непосредственно по этому графику. Если же строгания около подстанции нет, то можно определить ток по формуле /1/:

. (1.48)

Определяем наибольший рабочий ток фидера:

,

I _фнаиб =651А.

Уставки защиты фидеров переменного тока должны быть выбраны так, чтобы удовлетворялись неравенства:

I_у> I_наиб , (1.49)

к_ч I_у < I_КЗнаим , (1.50)

где к₃- коэффициент запаса;

к_ч- коэффициент чувствительности;

к_в- коэффициент возврата реле.

Определим уставки защиты фидеров и проверим неравенства:

Iу> 651=904A,

примем ток уставки Iу= 1000 А тогда неравенство примет вид

1,5∙1000 < 3527.
Вывод: условия неравенства (1.49) выполняются и поэтому принимаю данные коэффициенты равные: к₃=1,15-1,25; к_ч=1,5; к_в=0,850-0,90, т.е.

I_у= 1000 А.
1.9 Заключение
В результате выполнения первой части дипломного проекта получены следующие основные результаты:

1. Произведен расчет фидерных токов.

2. Выбраны силовые понижающие трансформаторы транзитной тяговой подстанции (2 тр-ра марки ТДТНЖ-40000/110).

3. Произведен расчет потери напряжения в тяговой сети для двух схем питания.

4. Произведен расчет и проверка площади сечения проводов контактной сети для двух схем питания.

5. Произведен расчет потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда.

6. Определили перегонную пропускную способность участка.

7. Произведен расчёт наибольших токов нагрузки, токов короткого замыкания, выбор защиты и уставок фидеров контактной сети.