Электроснабжение электроподвижного состава


Петрозаводский колледж железнодорожного транспорта - филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

"Петербургский государственный университет путей сообщения"

Контрольная работа 1

По дисциплине: Электроснабжение электроподвижного состава

Студента: Звягина Алексея Алексеевича

Курс: 6

Шифр: Т306/З-101

2013

Вопрос 1

Начертите общую схему электроснабжения электрических железных дорог. Поясните, какие устройства участвуют в выработке, передаче и распределении электрической энергии.

Ответ

Электровозы и моторные вагоны электрифицированных железных дорог не являются автономными локомотивами. Они, находясь на линии, потребляют электроэнергию от энергосистемы общего пользования.

Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанции 1 (рис. 1), поступает на повышающую трансформаторную подстанцию 2 и далее по воздушным линиям электропередачи (ВЛ) высокого напряжения 3 передается на тяговые подстанции 4, расположенные вдоль железной дороги. На тяговых подстанциях трехфазный переменный ток преобразуется в ток соответствующего рода и напряжения для питания устройств электрической тяги и районных потребителей. Питание электрических локомотивов 9 осуществляется от контактной сети 7 через токоприемники. Рельсовая цепь 8 является вторым проводом тяговой сети.

Электрические станции, подстанции и ВЛ до тяговых подстанций называют первичной, или внешней частью системы электроснабжения. Тяговая подстанция, контактная и рельсовая сеть, а также питающие 5 и отсасывающие 6 линии образуют тяговую часть этой системы. На электрических станциях вырабатывается трехфазный переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 6,3; 10,5; 21 кВ. Электроэнергия поступает на расположенную рядом трансформаторную подстанцию, где напряжение повышается до 35, 110, 150, 220, 330, 500 и 750 кВ, при этом значении напряжения электроэнергия передается на большие расстояния.

Передача электроэнергии на большие расстояния более экономична при высоком напряжении. Принято считать, что экономически выгодно передавать 1 кВ на 1 км (например, 35 кВ выгодно передавать на 35 км, но не более 50 км). С повышением напряжения ток уменьшается, и от него зависит площадь сечения проводов, следовательно, затраты металла на них и стоимость линии. С уменьшением тока снижаются также потери энергии в электрических сетях. Уровень напряжения определяет изоляцию ВЛ. Экономически выгодное напряжение для передачи в каждом отдельном случае находят выполняя соответствующий технико-экономический расчет.

Для бесперебойного электроснабжения потребителей, лучшего использования установленного электрооборудования на электростанциях и подстанциях и лучшего качества энергии электрические станции и подстанции одного района соединяют линиями передачи и таким образом создают энергетическую систему. Все электрифицированные дороги РФ питаются от энергосистем.

На железных дорогах РФ применяют две системы электрической тяги:

Постоянного тока с номинальным напряжением в тяговой сети 3 кВ;

Однофазного переменного тока 50 Гц с номинальным напряжением 25 кВ.

В качестве преобразователей переменного тока в постоянный на подстанциях дорог постоянного тока используют экономичные и надежные в эксплуатации полупроводниковые преобразователи. На подстанциях дорог переменного тока 50 Гц преобразователями являются трансформаторы промышленного или специального типа.

Тяговые подстанции используют также для питания промышленных, сельскохозяйственных и нетяговых железнодорожных нагрузок. Для этого на подстанциях устанавливают дополнительные трансформаторы. Тяговые подстанции расположены вдоль железной дороги через 15--20 км на дорогах постоянного тока и через 40--60 км на дорогах переменного тока.

Контактная сеть служит для подведения электроэнергии к электроподвижному составу (э. п. с.) и может быть выполнена в виде воздушной подвески или дополнительного контактного рельса (на метрополитенах). Контактная и рельсовая сети соединены воздушными или кабельными линиями с шинами тяговой подстанции.

Питание подстанций осуществляется по двум ВЛ, каждая из которых рассчитана на полную мощность тяговых подстанций. Основное оборудование тяговых подстанций (выпрямительные агрегаты, трансформаторы, выключатели) резервируется. Помимо этого, предусматривают передвижные тяговые подстанции, которые могут заменить стационарные при их отключении или выходе из строя.

Надежность контактной сети обеспечивается повышенным запасом прочности ее элементов и секционированием, т. е. разделением контактной сети на секции, изолированные друг от друга и нормально соединяемые с помощью резъединителей или выключателей. Питание секций осуществляется от тяговых подстанций ло самостоятельным питающим линиям (фидерам).

Все потребители электроэнергии Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) разделены на три категории. К 1-й категории относятся наиболее ответственные потребители, не терпящие прекращения подачи электроэнергии. Питание таких потребителей осуществляется от двух и более источников, резервное питание включается автоматически. Для потребителей 2-й категории (также ответственных) допускаются перерывы электроснабжения на время, необходимое, для включения питания дежурным персоналом. К 3-й категории относят все остальные потребители. Для них допускается перерыв в электроснабжении на время, необходимое для ликвидации повреждения, сроком до одних суток. В соответствии с категорией потребителя принимают схемы внешнего электроснабжения и первичной коммутации установок. Электрифицироваиные железные дороги относят к потребителям 1-й категории.

Вопрос 2

Укажите типы фиксаторов контактной сети, поясните их конструкцию. Приведите поясняющие эскизы

Ответ

Для создания зигзагов контактного провода на прямых участках пути и выносов у опор на кривых служат фиксаторы. Фиксаторы должны быть легкими и легко перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

схема расположения фиксированной воздушной стрелки на стрелочном переводе

Рис. 2 Схема расположения фиксированной воздушной стрелки на стрелочном переводе

Фиксаторы выполняют изогнутыми, чтобы при отжатии контактного провода полоз токоприемника не задевал их. В зависимости от направления зигзага фиксаторы работают на растяжение или сжатие. При плюсовом зигзаге на фиксатор действует сжимающее усилие, а при минусовом -- растягивающее. У сжатого фиксатора (рис. 3, а) вертикальная составляющая N усилия направлена вниз, что увеличивает сосредоточенную массу и жесткость, а у растянутого (рис. 3, б) -- вверх, что уменьшает сосредоточенную массу и жесткость при проходе токоприемника под этим фиксатором. Условия токосъема в последнем случае будут лучше, а износ контактного провода меньше. Сжатые фиксаторы по возможности; заменяют обратными сочлененными фиксаторами и консолями с обратными фиксаторными стойками.

схемы, поясняющие работу сжатого (а) и растянутого (б) фиксаторов

Рис. 3 Схемы, поясняющие работу сжатого (а) и растянутого (б) фиксаторов

По конструкции фиксаторы делят на жесткие, сочлененные, гибкие и обратные. Сочлененный фиксатор (рис. 4, а, б) состоит из основного 1 и дополнительного 2 стержней. Дополнительный стержень работает на растяжение. Его крепят к основному с помощью специальной стойки 3. Основной стержень подвешивают двумя струнами к несущему тросу на расстоянии 1,5--2 м. по обе стороны от консоли. При этом на контактный провод передается только нагрузка от веса, дополнительного стержня. На участках с двумя контактными проводами применяют фиксаторы для каждого контактного провода с дополнительными стержнями. Обратные фиксаторы устанавливают на прямых участках пути при плюсовых зигзагах и на опорах, располагаемых внутри кривых. При расположении опор на внешней стороне кривых малых радиусов применяют гибкие фиксаторы (рис. 4, в), которые состоят из изогнутого фиксатора 4 и проволоки 5 диаметром 5--6 мм, прикрепленной к изолятору 6 у опоры.

прямой сочлененный (а), обратный сочлененный (б) и гибкий (в) фиксаторы

Рис. 4 Прямой сочлененный (а), обратный сочлененный (б) и гибкий (в) фиксаторы

На насыпях высотой более 10 м обратные фиксаторы цепных подвесок с одним контактным проводом снабжают ограничителями подъема дополнительного стержня фиксатора.

Для обеспечения надежной работы фиксаторов, в том числе и оборудованных жесткими распорками на участках, подверженных сильным ветровым воздействиям, и при одном контактном проводе в полукомпенсированных подвесках при беспровесном положении контактных проводов и в компенсированных подвесках должны соблюдаться минимально допустимые расстояния по вертикали от контактного провода до основного стержня фиксатора.

В обозначениях фиксаторов буквы и цифры указывают на его конструкцию, напряжение в контактной сети, для которого он предназначен, и геометрические размеры: Ф -- фиксатор, П -- пряной, О -- обратный, А -- анкеруемой ветви, Т -- троса анкеруемой ветви, Г -- гибкий, С -- воздушных стрелок, Р -- ромбовидных подвесок, И -- изолированных консолей, У -- усиленный; цифра 3 -- на напряжение 3 кВ (для линий постоянного тока), 25 -- на напряжение 25 кВ (для линий переменного тока); римские цифры I, II, III и т. д. -- характеризуют длину основного стержня фиксатора

Задача 3

Дано:

I1 (А)

I2 (А)

I3 (А)

L 1 (км)

L 2 (км)

L 3 (км)

L ( км)

100

800

300

3

8

16

20

Решение

Чертим мгновенную схему (рис.2) и наносим на схеме исходные данные

При одностороннем питании контактной сети автомат "С" на посту секционирования отключен, получается два консольных участка длиной 11 км, каждый из которых получает питание от одной типовой подстанции (рис. 2 а, б)

Рис. 4

1. Определяем нагрузки питающих линий подстанции "А" и "В" имея ввиду, что нагрузка подстанции равна сумме нагрузок всех поездов

От подстанции "А" получает питание током два поезда (рис.2, а) тогда:

IА = I1 + I2 = 100 + 800 = 900 А

От подстанции "В" получает питание один поезд (рис.2, б) тогда

IВ = I3 = 300 А

2. Определяем потери напряжения на каждой из нагрузок

На первом консольном участке (получаем питание от подстанции "А")

ДU1 = (I1 + I2)-r0-L1 = (100 +800)-0,1-3 = 270 В

ДU2 = I1-r0-L1 + I2-r0-L2 = 100-0,1-3 + 800-0,1-8 = 670 В

На втором консольном участке подстанции "В"

ДU3 = I3-r0-(L - L3) = 300-0,1-(20 - 16) = 120 В

3. Определяем потери мощности на первом участке

ДР1 = I1-ДU1 + I2-ДU2 = 100-270 +800-670 = 563000 Вт = 563 кВт

На втором участке

ДР2 = I3-ДU3 = 300-120 = 36000 Вт = 36 кВт

На всем участке питания ДР = 563 + 36 = 599 кВт

При двухстороннем питании контактной сети автомат "С" на посту секционирования включен (рис.7)

Рис. 7

1. Определим токи питающей линии

Где ?1А - расстояние нагрузки до подстанции "А"

Проверка правильности расчетов

IА + IВ = I1 + I2 + I3 = 625 + 575 = 100 + 800 + 300 = 1200 А

2. Определим потери напряжения

ДU1 = IА-r0-L1 = 625-0,1-3 = 187,5 В

ДU2 = I1-r0-L1 +(IА - I1)-r0-L 2 =100-0,1-3 +(625 - 100)-0,1-8= 450 В

Или

ДU2 = I3-r0-(L - L з) + (IВ - I3)-r0-( L - L 2) =

= 300-0,1-(20 - 16) + (575 - 300)-0,1-(20 - 8) = 450 В

ДU3 = IВ-r0-(L - L 3) = 575-0,1-(20 - 16) = 230 В

Определяем потери мощности на всем участке питания

ДР = I1-ДU1 + I2-ДU2 + I3-ДU3 =

= 100-187,5 + 800-450 + 300-230 = 616500 Вт = 616,5 кВт

Далее результаты расчетов сводим в таблицу и сделать выводы о качестве одностороннего питания.

Схема питания

Нагрузки питающих линий в А

Потерн напряжения в сети до поездов в В

Потерн мощности в сети в кВт

I "А", А

I "Б", А

ДU1 В

ДU2 в

ДU3 В

Односторонняя

900

300

270

670

120

599

Двухсторонняя

625

575

187,5

450

230

616,5

При одностороннем питании нагрузка на подстанцию "А" больше, потери напряжения на первом и втором участках больше, а на третьем участке меньше. Общие потери мощности при односторонней схеме питания меньше.

Электроснабжение железный сеть

Литература

    1. Звездкин М. Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М. Транспорт. 1985 2. Бондарев Н. А., Чекулаев В. Е. Контактная сеть. Москва. 2006 3. Электроснабжение подвижного состава. Методические указания. 2006

Похожие статьи




Электроснабжение электроподвижного состава

Предыдущая | Следующая