7 вариант Эл.об. Определение количества, выбор типа и схемы включения нагревателей
 Скачать 90.85 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (РУТ (МИИТ)» «НЕТЯГОВЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ» Курсовой проект по дисциплине: «Электрическое оборудование, системы кондиционирования и отопления пассажирских вагонов» на тему: «Определение количества, выбор типа и схемы включения нагревателей» _______________________ (отметка о зачете) Рецензент: Студентка: Лоханков В.А. Шифр: 1315-пПСс-1187 ______________________________ ____________________________ Подпись Подпись Дата__________________________ Дата________________________ Москва 2019 г Содержание Введение 1. Краткая характеристика электрооборудования пассажирских вагонов 4 2. Расчет мощности основных потребителей электроэнергии вагона 12 3.Определение расчетных нагрузок 17 4. Определение пиковых токов 20 5. Определение мощности источника электроэнергии вагона 21 6. Выбор сечения провода и жил кабеля 22 7. Выбор защитной и коммутационной аппаратуры 24 Заключение 26 Список литературы 27 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время широко распространено применение кондиционирования воздуха, электрического отопления, люминесцентного освещения и автоматической вентиляции. Это привело к значительному усложнению электрического оборудования пассажирских вагонов. Современный пассажирский вагон представляет собой весьма сложный агрегат с разнообразным электрооборудованием, большим числом аппаратов и приборов, значительной длиной распределительных электрических сетей. Общая мощность системы электроснабжения вагона колеблется от 4,5 до 50 кВт, напряжение - от 50 В до 3000 В постоянного -или однофазного переменного тока. Это сложное электрооборудование должно надежно и безотказно работать, обеспечивая пассажирам полную безопасность, комфорт и удобства. Работа вагонного электрооборудования имеет ряд характерных особенностей. Она проходит в условиях вибрации, изменяющейся по величине и времени при изменении скорости движения поезда от 0 до 160 км/ч. Часто это оборудование работает в резко переменном температурном режиме, при воздействии атмосферных осадков, пыли, потока воздуха (подвагонное оборудование), конденсата и влаги. Из-за большой стесненности и ограничения возможности удобного расположения осмотр аппаратуры и машин значительно затруднен; кроме того вагоны обычно эксплуатируются вдали от ремонтных баз, но в то же время от электрооборудования требуется повышенная надежность и безопасность работы. На железных дорогах России эксплуатируются пассажирские вагоны, построенные на отечественных и зарубежных заводах. Хотя принципиально схемы электрооборудования однотипных вагонов этих заводов не отличаются между собой, их конструктивное выполнение применяемое оборудование различны. Отдельные узлы, машины, аппараты и даже провода изготавливаются по стандартам соответствующих стран и имеют свои особенности. На сети российских железных дорог эксплуатируются следующие основные типы пассажирских вагонов: - некупированные (открытые) вагоны Тверского вагоностроительного завода, оборудованные системой электроснабжения ЭВ-10.02; некупированные межобластного сообщения; купированные вагоны без и с кондиционированием воздуха. Электрические схемы вагонов представляют собою определенные комбинации включения источников электроэнергии с потребителями, которыми являются: электродвигатели систем вентиляции, кондиционирования, отопления и водоснабжения; электронагревательные приборы; сеть освещения; аппаратура управления указанных групп потребителей. В вагонах без кондиционирования воздуха обычно имеются электродвигатели для привода вентилятора, циркуляционного насоса отопления, водяного насоса калорифера, компрессора холодильного шкафа, преобразователя люминесцентного освещения, преобразователя для электроснабжения переменным током радиоузла. На вагонах с кондиционированием воздуха имеются также электродвигатели компрессора и вентилятора конденсатора. 1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ На железных дорогах России большая часть пассажирских вагонов имеет собственные источники электрической энергии: генератор и аккумуляторную батарею. В последние годы в связи с ростом мощности установленного в вагонах электрооборудования более широко стало применяться централизованное электроснабжение. 1.1. Системы электроснабжения вагонов. Существующие системы электроснабжения пассажирских вагонов в зависимости от расположения источников электрической энергии и их использования делятся на основные группы: системы автономного и централизованного электроснабжения. Применение той или иной системы обусловлено потреблением энергии в пассажирских вагонах и скоростью их движения. Значения суммарной мощности, приходящейся на один вагон при наличии на нем различных электрических потребителей следующие: сеть освещения, электробытовые приборы, цепи сигнализации и управления 2,5-4 кВт; сеть освещения, электробытовые приборы, электрокипятильник, цепи сигнализации и управления, система принудительной вентиляции 6,5 - 10 кВт; сеть освещения, электробытовые приборы, электрокипятильник, цепи сигнализации и управления, система принудительной вентиляции и установка для охлаждения воздуха 20 - 30 кВт; сеть освещения, электробытовые приборы, электрокипятильник, цепи сигнализации и управления, система принудительной вентиляции, установка для охлаждения воздуха и электрическое отопление 30-50 кВт. Следовательно, по мере оснащения пассажирских вагонов различным электрооборудованием значительно возрастает мощность электрических потребителей вагона, что требует соответственного увеличения мощности системы электроснабжения. В пассажирском вагоне с системой АВТОНОМНОГО электроснабжения имеются собственные источники электрической энергии (генератор и аккумуляторная батарея ), обеспечивающие питание потребителей электроэнергии при движении и на стоянках, генератор приводится во вращение от оси колесной пары вагона с помощью специального привода. При движении поезда вращение передается от колесной пары генератору, который вырабатывает электрическую энергию. В вагонах без кондиционирования воздуха мощность генератора обычно не превышает 10 кВт, а в вагонах с кондиционированием она достигает 20-30 кВт. Существуют различные варианты рассматриваемой системы с генераторами постоянного и переменного токов разной мощности: с генератором постоянного тока с параллельным или смешанным возбуждением и с индукторным генератором переменного тока и полупроводниковым выпрямителем. Как резервный и аварийный источник энергии используется аккумуляторная батарея, которая питает основные потребители вагона при неработающем генераторе ( при его неисправности, на стоянке, а также при малой скорости движения поезда. Кроме того, аккумуляторная батарея воспринимает пики нагрузки, возникающие при одновременном включении нескольких потребителей большой мощности, пуске электрических двигателей, кратковременных перегрузках и др. Это позволяет уменьшить потребную мощность генератора, а следовательно, его габаритные размеры и массу. Основным преимуществом системы электроснабжения с приводом генератора от оси колесной пары является то, что питание электрических потребителей в каждом вагоне не зависит от внешних источников электрической энергии. Вследствие этого обеспечивается высокая эксплуатационная маневренность пассажирских вагонов (возможность передачи вагонов из одного поезда в другой и их отцепки от локомотива и от поезда без нарушения нормального электроснабжения других вагонов, легкость переформирования поездов и т.д.) Автономная система электроснабжения обеспечивает также резервирование электроснабжения. В случае выхода из строя собственного генератора электрическую сеть вагона можно подключить к сети соседнего вагона. Однако индивидуальная система имеет серьезные недостатки. Главные из них - большая масса и недостаточная надежность электрооборудования, обусловленная наличием коллекторных электрических машин постоянного тока, повышенные эксплуатационные расходы на содержание и ремонт электрооборудования. Увеличение установленной мощности электрооборудования от 3-4 до 60-70 кВт на современных вагонах привело к тому, что индивидуальные генераторы не в состоянии обеспечить электроэнергией всех потребителей вагона. Поэтому наряду с усовершенствованием индивидуальной системы электроснабжения все шире начинает применяться централизованная и смешанная системы электроснабжения. Централизованная система электроснабжения предусматривает питание потребителей электроэнергии всех вагонов поезда от одного или нескольких источников электроэнергии, расположенных в специальном вагоне-электростанции или на локомотиве. На электрифицированных железных дорогах электроэнергия может быть получена непосредственно из контактной сети или от электровоза. При движении поезда по не электрифицированным участкам электроэнергию вагоны получают от тепловоза или вагона-электростанции. Централизованное электроснабжение позволяет выполнить систему на переменном токе напряжением 380 В. Электрооборудование переменного тока работает более надежно, оно легче, меньше по габаритам и дешевле, особенно электрооборудование трехфазного переменного тока. Аккумуляторные батареи могут быть выбраны меньшей емкости и иными, так как они обеспечивают электроэнергией потребителей вагона только во время смены локомотива, что происходит не часто и требует не более 10-15 мин. Централизованная система электроснабжения пассажирских вагонов может иметь следующие исполнения. Источник трехфазного переменного тока частотой 50 Гц стандартного напряжения находится на локомотиве или в специальном вагоне-электростанции. Электроэнергия в вагоны передается по трехфазной подвагонной магистрали. Недостатком этой системы является повышенный расход меди на прокладку подвагонной магистрали, так как номинальное напряжение в сети в этом случае относительно невысокое (220/380 В) из-за применения стандартного электрооборудования. Источник постоянного или однофазного переменного тока напряжением 3000 В на локомотиве или 3000 В -напряжение контактной сети электрифицированных железных дорог постоянного тока. Напряжение 3000 В переменного тока также может быть сравнительно просто получено на электровозах переменного тока. В этой системе электроэнергия передается в вагоны по высоковольтной магистрали. Так как освещение, бытовые приборы, аппараты управления не могут быть высоковольтными, то вагоны оборудуются и индивидуальными преобразователями. С помощью преобразователей, установленных на вагонах, высоковольтный постоянный или однофазный, ток преобразуется в трехфазный частотой 50 Гц стандартного напряжения. Если после преобразователя установить выпрямительное устройство, то в сеть электрооборудования вагона будет подано напряжение постоянного тока. Наличие на каждом вагоне относительно сложного одного или нескольких преобразователей является недостатком системы. На локомотивах находятся два источника: постоянного или переменного токов напряжением 3000 В и трехфазного переменного тока частотой 50 Гц стандартного напряжения. Электроэнергия передается в вагон по двум подвагонным магистралям - высоковольтной для питания приборов отопления и низковольтный - для питания остального оборудования. Недостатком системы является наличие двух подвагонных магистралей. Централизованная система электроснабжения пассажирских вагонов более экономична, чем индивидуальная. Наибольшее распространение на наших железных дорогах получила система первого исполнения. Смешанная система электроснабжения находит в настоящее время все большее применение. При этом пассажирский вагон имеет как высоковольтную магистраль, так индивидуальный генератор. Энергоемкое электрооборудование- приборы электроотопления получают питание от магистрали, остальное низковольтное электрооборудование - от генератора. Смешанная система электроснабжения наиболее целесообразна при использовании на вагоне электроводяного отопления. 1.2 Освещение вагонов. Для освещения вагонов применяются как лампы накаливания, таки люминесцентные лампы. По сравнению с лампами накаливания применение люминесцентных ламп позволяет обеспечить более высокий уровень освещенности помещений вагона, поскольку люминесцентные лампы имеют большую светоотдачу . В некоторых наиболее комфортабельных вагонах люминесцентные лампы практически вытеснили лампы накаливания. Примером может служить мягкий вагон типа 23С постройки завода имени Егорова. В вагонах этого типа осветительные приборы и светильники софитов оборудованы специальными люминесцентными лампами. Опыт эксплуатации позволил наметить наиболее рациональную схему освещения пассажирских вагонов. Для освещения служебных и пассажирских помещений ( купе, салоны, отделения ) применяются люминесцентное освещение. Остальные помещения вагона (тамбуры, туалеты, коридоры, котельное отделение и др.) освещаются лампами накаливания. Лампы накаливания одинаково хорошо работают как на постоянном, так и на переменном токе. Люминесцентные лампы работают более надежно и экономично при питании их переменным током повышенной частоты. По этой причине они питаются от преобразователей. Наибольшее распространение получили электромагнитные преобразователи. На зарубежных вагонах, поставленных к нам по импорту, в светильники встроены полупроводниковые преобразователи. Наряду с основным освещением помещений вагонов применяется АВАРИЙНОЕ освещений лампами накаливания, которые располагаются в тех же светильниках, что и лампы основного освещения. При выходе из строя основного освещения автоматически включается аварийное . Для повышения комфортабельности в вагонах предусмотрено ночное освещение. Оно обеспечивается либо специальными синими лампами накаливания, встроенными в светильники с люминесцентными лампами и лампами аварийного освещения. В последнем случае две лампы накаливания включаются последовательно. Лампы горят при этом в полнакала, не мешают сну пассажиров и в тоже время обеспечивают минимальный уровень освещенности. В пассажирских вагонах применяется также местное освещение. Это настольные и настенные светильники - софиты. Благодаря местному освещению достигается более равномерное освещение пассажирских помещений, повышается комфорт. 1.3. Вентиляция вагонов. Все цельнометаллические вагоны имеют приточную принудительную вентиляцию. Наружный воздух при этом прежде чем он будет подан в вагон очищается от пыли и подогревается или охлаждается в зависимости от времени года.! Только естественная вентиляция в настоящее время не применяется, так как она не удовлетворяет требованиям санитарно-гигиенических норм. Наружный воздух нагнетается в вагон с помощью центробежных вентиляторов , приводимых во вращение электродвигателем. Центробежные вентиляторы при меньшей собственной массе и меньших размерах по сравнению с вентиляторами других типов позволяют получить требуемым напор. Вентиляционный агрегат находится в тамбуре котлового конца вагона между потолком и крышей вагона. Поскольку это помещение имеет небольшие размеры и разместить один вентилятор необходимой производительности не представляется возможным, вентиляционный агрегат, как правило, состоит из двух спаренных центробежных вентиляторов, роторы которых посредством муфт присоединяются к двум концам вала электродвигателя. Чтобы иметь возможность регулировать производительность вентиляторов при двигателях трехфазного переменного тока последние выбираются многоскоростными. От вентиляторов воздух по воздуховоду подается в вагон. Воздуховод расположен между крышей и потолком вагона и проходит по всей его длине. В начале воздуховода располагается водяной калорифер, если вагон имеет водяное или электроводяное отопление. В вагонах с кондиционированием воздуха в воздуховоде расположен также воздухоохладитель (или испаритель). В зависимости от времени года функции вентиляторов изменяются. В зимний период эксплуатации вагона это будут вентиляторы воздухоподогревателя (калорифера), а в летний - вентиляторы воздухоохладителя, если вагон имеет кондиционирование воздуха. В летнее время подогрев воздуха не нужен. И если вагон не имеет системы кондиционирования воздуха, то вентиляторы выполняют функции вентиляторов нагнетательной вентиляции вагона. 1.4 Отопление вагона Отопительные устройства вагона предназначены для компенсации потерь тепла, возникающих из-за разницы температур между холодным наружным воздухом и воздухом внутри вагона, а также для подогрева подаваемого в вагон системой вентиляции холодного наружного воздуха. Наибольшее распространение получила конвекционно-циркулярная система отопления вагонов. При этой системе наружный воздух подогревается калорифером до температуры, равной температуре внутри вагона, и подается в вагон подогретым. Потеря тепла через стены вагона, на инфильтрацию (потери тепла при открывании дверей, окон) и другие потери компенсируются нагревательными элементами печей, расположенных внутри вагона. Конструкция отопительных устройств определяется видом энергии, используемой для отопления. Очень широко применяется система индивидуального водяного отопления вагонов. Вагон имеет котел, который работает на твердом топливе. Вода, нагретая в котле, по трубам поступает в калорифер и приборы отопления , расположенные в вагоне вдоль боковых его стен. Циркуляция воды может быть естественной, чаще принудительной. В последнем случае для циркуляции воды в вагоне имеется циркуляционный насос с электродвигателем. Индивидуальная система одинаково работает как при движении вагона, так и на стоянках, в том числе и длительных, когда вагон отцеплен. Невысокая температура труб и приборов отопления исключает подгорание пыли, появления неприятного запаха. Высокая теплоемкость воды при прекращении топки котла, например при его ремонте, обеспечивает медленное снижение температуры внутри вагона. Система индивидуального водяного отопления проста, безопасна и надежна в работе. Недостатком этой системы является необходимость иметь топливо на вагоне. Для периодического его пополнения требуется организация баз снабжения вагонов топливом в пути следования. Масса системы водяного отопления относительно большая. Это мешает снижению тары всего вагона. Весьма сложной задачей является автоматизация этой системы отопления. Электроводяное отопление. При этой системе вода в котле нагревается высоковольтными электронагревательными элементами, вмонтированные в водяную рубашку котла. При отсутствии источника электроэнергии котел работает на твердом топливе. Электроводяное отопление вагонов весьма универсально. Вагоны с этой системой отопления могут эксплуатироваться как на электрифицированных, так и неэлектрифицированных железных дорогах. В настоящее время практически все вагоны оборудуются комбинированными котлами, т.е. системой электроводяного отопления. Широкое применение находит электрическое отопление пассажирских и грузовых вагонов, вагонов пригородных электропоездов. По сравнению с индивидуальным водяным и электроводяным электрическое отопление проще в обслуживании, легко автоматизируется, масса приборов электрического отопления меньше. При электрическом отоплении исключается тяжелый труд проводников вагона, улучшаются санитарные условия, освобождается котловое помещение, уменьшается тара вагона. Приборы электрического отопления, однако, являются самыми энергоемкими потребителями вагона. Их мощность достигает 50 кВт. Поэтому электрическая система отопления применяется лишь при централизованном электроснабжении вагонов. При этом приборы электрического отопления могут получать электроэнергию следующим образом: а) на железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, непосредственно от контактной сети через пантограф электровоза; б) на железных дорогах, электрифицированных на переменном токе, от специальной обмотки тягового трансформатора электровоза напряжением 3000 В; в) от электрического генератора, установленного на тепловозе; г) от дизель-электрических генераторов, установленных в специальном вагоне-электростанции. Серьезным недостатком электрического отопления является повышенная электроопасность. Высоковольтные электрические печи распределяются по всем помещениям вагона, и доступ к ним пассажиров не исключен. 1.5. Системы охлаждения воздуха. Значительная часть современных пассажирских вагонов имеет систему кондиционирования воздуха. Кондиционирование воздуха – это комплекс мероприятий, включающих вентиляцию и отопление вагона, подогрев подаваемого при вентиляции в вагон воздуха в холодное время года, охлаждение подаваемого в вагон воздуха в летний период эксплуатации. В ряде случаев производится дополнительное осушение или увлажнение воздуха. Цель этих мероприятий - создание внутри вагона заданного микроклимата. Для охлаждения воздуха на вагонах применяют компрессорные хо-лодильные установки с электроприводом, хладогентом в которых являются фреон или хладон. Холодильная установка состоит из компрессора, конденсатора, испарителя, терморегулирующего вентиля, вентиляторов конденсатора и испарителя. Воздух вентилятором системы вентиляции вагона подается в воздуховод. Между вентилятором и воздуховодом расположены испаритель (воздухоохладитель), каплеотделитель и калорифер (водяной при водяном и электрический при электрическом отоплении вагона). Около 75% воздуха, поступающего в воздуховод, забирается из вагона через рециркуляционный канал, заборная решетка которого находится в потолке коридора. Остальная часть воздуха - наружный воздух Жидкий фреон поступает в испаритель (воздухоохладитель) (ИВ), кипит при температуре - 30°С и отбирает тепло от продуваемого вентилятором воздуха. ИВ представляет собой батарею, выполненную из ребристых медных или стальных оцинкованных труб. Воздух, подаваемый в вагон, охлаждается. Пары фреона отсасываются компрессором , приводимым во вращение электродвигателем, сжимаются (до 12- 15 кгс/см2 и нагнетаются в конденсатор. Здесь они конденсируются за счет охлаждения их воздухом, продуваемым через батарею конденсатора вентилятором. Жидкий фреон собирается в ресивере и по трубопроводу поступает в фильтросушильный аппарат. Далее он направляется в воздухоохладитель через дросселирующее устройство, которое понижает давление фреона до давления испарения. Затем цикл работы холодильной установки повторяется. В воздухоохладителе вместе с охлаждением происходит и осушение воздуха за счет конденсации паров влаги, содержащихся в теплом воздухе, при его контакте с холодными трубами и ребрами. Попадание капель воды в воздуховод предотвращается каплеотделителем. Воздухоохладитель, как указывалось выше, располагается в воздуховоде в пространстве между крышей и потолком котлового конца вагона. Компрессорный и конденсаторный агрегаты размещаются под вагоном. Все агрегаты функционально связаны в общую систему, режим которой задается, как правило, вручную. Управление же холодильной системой в заданном режиме осуществляется системой автоматики и контролируются с помощью датчиков температуры, которые устанавливаются в различных частях вагона. 2. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ОСНОВНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ВАГОНА. Исходные данные: Вариант 7 Межобластной с кондиционированием воздуха 68 пассажиров Система электроснабжения - СМ Род тока электрической сети вагонов - постоянный Номинальное напряжение - 220 В Материал проводов - медь Продолжительность солнечного облучения в течение суток - 11 Температура внутри вагона лето - 25 Температура внутри вагона зимой - 21 Температура снаружи вагона лето - 38 Температура снаружи вагона зимой - (-40) Количество тепла, выделяемое одним пассажиром - 121 Дж/с Подача вентилятора испарителя - 1,8 Подача вентилятора конденсатора - 4,45 Напор вентилятора испарителя - 53 Напор вентилятора конденсатора - 16 |