2 Порядок виконання курсової роботи

Метою виконання даної курсової роботи є оволодіння методикою виконання розрахунків системи електропостачання наземного міського електротранспорту.

Приблизний порядок виконання курсової роботи можна запропонувати такий (допускається застосування різних методів і підходів):

1. Спочатку згідно з заданою ділянкою руху електротранспорту міста Вінниці, знаючи інтервал руху машин (надалі це слово може бути еквівалентним до слів “поїздів”, “потягів”) на даному маршруті, що припадає на цю ділянку, перелік маршрутів, кількість машин на маршруті, тип машин тощо слід визначити середню кількість всіх пар машин, які знаходяться на заданій ділянці (розрахунок ведеться для часу “пік” і для зимових умов роботи транспорту) . Треба вважати, що поїзди розташовані на маршруті рівномірно.

Суть цього підходу полягає в тому, що дійсно рухомі і змінні за величиною навантаження змінюються рівномірно розподіленим по лінії навантаженням, які дорівнюють середній арифметичній величині дійсного навантаження. Після цього розрахунок мережі відбувається методом розрахунку стаціонарних мереж.

2. Середні навантаження визначаються аналітично, виходячи з величини роботи поїзда (на `ободі колеса). В курсовій роботі межі розрахункової ділянки слід вважати заданими. Навантаження мережі при аналітичному розрахунку визначаються через питомі витрати електричної енергії на пересування рухомого складу по лінії. Взагалі треба мати на увазі, що межами розрахункових ділянок служать точки розгалуження ліній, місця закінчення маршрутів і точки зміни поздовжнього профілю траси. Отже, в межах розрахункової ділянки зберігаються приблизно незмінні (на одиницю довжини) питомі витрати електроенергії на пересування рухомого складу. Для кожної розрахункової ділянки визначаються витрати електроенергії на рух поїзда в одному напрямку,

:

де -питомий основний опір руху, =7 -:- 13 в залежності від типу рухомого складу;

- довжина розрахункової ділянки в одному напрямку, м;

- еквівалентний підйом, % (проміле);

- коефіцієнт, який враховує додаткові пуски і гальмування, приймається рівним 1,2-:-1,5;

- кількість перегонів на ділянці;

- к.к.д. тягових двигунів і передатних механізмів, приймається рівним 0,72-:-0,83;

- швидкість виходу на автоматичну характеристику, км\год;

- швидкість початку гальмування, км\год;

- коефіцієнт, який залежить від системи пуску і дорівнює 1 – при відсутності послідовно-паралельного пуску і 0,5 – при його наявності;

- коефіцієнт інерції обертових мас вагона, дорівнює 1,1 -:- 1,12;

- прискорення при пуску, \ , ( =0,7 -:- 0,97);

b - уповільнення при гальмуванні, \ , (b =0,8);

А_вп - витрати електроенергії на власні потреби поїзда, ;

G - маса поїзда при середньому наповненні, т.

Як видно з виразу (1), питомі витрати електроенергії залежать від еквівалентного підйому (схилу) ділянки, проміле (0\00). В геодезії схилом вважається показник крутизни (стрімкості): відношення підвищення місцевості до горизонтальної відстані, на якій воно спостерігається, виражається десятковим дробом або проміле (наприклад, схил, рівний 0,015, відповідає підйому 15 м на 1000 м відстані і дорівнює 15 0\00).

Середній еквівалентний підйом ділянки для двостороннього руху, 0\00 :

,

де - значення шкідливих схилів, тобто таких схилів, які за абсолютним значенням більші від основного питомого опору руху ( );

- довжина шкідливого схилу, м;

- довжина кривої, м;

- питомий опір руху від кривих ( =530\R_k для двовісних вагонів; =420\R_k для чотиривісних вагонів);

R_k- радіус кривої, м.

Еквівалентний підйом розраховується за даними розрахункового профілю колії.

В курсовій роботі він може бути визначений приблизно, це саме стосується параметрів , R_k (причому враховується явно виражена кривизна).

Інші параметри формули (1): вагу тролейбуса (всіх типів) з пасажирами прийняти рівною 16 т, вагу трамвая КТ-4 з пасажирами 29 т, для трамвая KARPFEN – 34 т;

Для всіх машин прийняти =25 км\год; =30 км\год.

Щодо розмірностей: в формулі (1) присутні коефіцієнти 3600 –

переведення годин в секунди і коефіцієнт 10³ – переведення кілометрів в метри, отже, швидкість повинна бути в км\год; наявність коефіцієнта 3,6² очевидно переводить прискорення у відносні одиниці. Детальніше про динамічні характеристики рухомого складу можна дізнатися з [1], с. 22-24.

Витрати електроенергії на власні потреби вимірюються в :

А_вп= , (2)

де v - середня експлуатаційна швидкість, км\год; для трамвая v=16 км\год, для тролейбуса v=17 км\год;

Р_вп - потужність споживачів власних потреб, Вт, вираховується для кожного типу рухомого складу; згідно з таблицею 3 [2] в курсовій роботі споживання струму на власні потреби для різного типу рухомого складу можна прийняти такими: для трамваїв КТ-4 – 27 А, для KARPFEN – 35 А, для тролейбусів – 18 А; в подальших розрахунках ці струми ввійдуть як складова в формулу (3), тобто формулою (2), при бажанні, можна й не користуватися.

Розрахувавши витрати електроенергії А_рі на пересування рухомого складу і-го типу по розрахунковій ділянці, визначаємо навантаження в амперах на цій же ділянці:

І_діл= , (3)

де U_c - середня напруга в мережі (550 В);

N_i= - частота руху поїздів на ділянці, поїздів\год (може бути знайдена простіше безпосередньо за вихідними даними до курсової роботи);

L_mi - довжина і-го маршруту по осі вулиці, км;

п_i - кількість поїздів на і-му маршруті.

Треба зауважити, що отримані результати можна і необхідно порівняти з даними, отриманими узагальненням ходових випробувань рухомого складу та статистичними показниками роботи реальних систем електропостачання. Середній струм на розрахунковій ділянці визначається за базовим значенням, яке приведене до експлуатаційної швидкості (вказана вище), еквівалентного схилу і_е 5о\оо та середньої довжини перегону 350-:-400 м з врахуванням споживання струму на власні потреби одиниці рухомого складу (враховується окремо і вказано вище). Згідно з [2], базовий струм для трамваїв КТ4 дорівнює 78 А, для трамваїв KARPFEN 82 А, для тролейбусів 74 А. Нагадаємо, що всі приведені дані подані для зимових умов, що відповідає режиму максимуму, для якого й робиться розрахунок в даній курсовій роботі (саме цей період визначає максимальні струми, а, отже, і всі пов’язані з цим параметри).

1. Далі слід визначити місця розташування секційних ізоляторів (СІ), з метою подальшого визначення найвигіднішого розташування і потужності тягових підстанцій (ТП) та мінімально необхідну їх кількість. Треба виходити з того, що переважно проектуються системи децентралізованого живлення (рисунок 2.1), які мають ряд переваг над централізованими (рисунок 2.2), при цьому суттєво скорочуються витрати праці і часу на виконання розрахунків. Такими перевагами є: висока надійність децентралізованих систем, простота та гнучкість схем живлення і комутаційних схем тягових підстанцій, суттєво менші витрати кольорових металів і, в більшості випадків, більша економічність. Застосування модульного принципу побудови схем живлення дозволяє розповсюдити переваги децентралізованого живлення на тягові мережі будь-якої конфігурації. Нарешті, є ще одна перевага, обумовлена перспективою

впровадження рухомого складу з тиристорно-імпульсними засобами керування. При цьому буде мати досить велике значення створення сприятливих умов для передачі енергії рекуперації вздовж тягової мережі. Це питання найбільш повно розв’язується децентралізацією електропостачання.

Рисунок 2.1 – Схема децентралізованого живлення

Рисунок 2.2 – Схема централізованого живлення

У випадку децентралізованого живлення кількість і потужність перетворювальних агрегатів тягових підстанцій визначається на основі результатів оптимізаційних розрахунків. Після визначення координат тягових підстанцій, відкривається можливість також обгрунтованого вибору схеми високовольтного живлення. Економічно вигідне проектування системи таким чином, може виконуватись в певній логічній послідовності.

При розробці методики розрахунків децентралізованих систем необхідно вияснити чи є принципові відмінності в розрахунках електропостачання трамвайних і тролейбусних тягових мереж.

В трамвайній мережі коло тягового струму замикається по контактному проводу і ділянці рейкової мережі великого перерізу, тоді

як в тролейбусній мережі є дві з’єднаних послідовно ділянки контактного проводу. Отже, трамвайну мережу слід характеризувати меншими значеннями питомого електричного опору. Проте для трамвайного транспорту вводиться додатковий норматив – допустимий спад напруги в рейковій мережі.

При умові суміщення пунктів приєднання додатних і від’ємних ліній, живлення в одному перерізі лінії, яка проектується, (що забезпечує мінімум вартості тягової мережі, оскільки дозволяє уникнути прокладки довгих від’ємних ліній) поставлене питання вирішується порівнянням допустимих довжин секцій мережі, які визначаються нормативами зі спаду напруги в контактній або в рейковій мережі.

Виконані попередні розрахунки показали [2], що навіть при несприятливих поєднаннях вихідних даних, допустима відстань між точками приєднання від'ємних кабелів мережі трамвая, який живиться за децентралізованим або модульним принципом, перевищує допустиму за довжину ділянки живлення. Отже, можна константувати, що специфіка трамвайних мереж не потребує принципово іншого підходу до їх розрахунку, в порівнянні з мережами тролейбуса, і повинна відображатися лише введенням відповідних значень питомого опору. Вербальний зміст самої математичної моделі можна описати так:

Ц і л ь о в а ф у н к ц і я, яка мінімізується, в найбільш загальному вигляді є сумою затрат на пристрої і споруди, які складають систему електропостачання, і вартості електроенергії, яка втрачається в тяговій мережі протягом нормативного терміну окупності. Попередньо вибравши переріз контактних проводів, тип підвішування і рейок, конструкції опор та основ рейкових шляхів і ін., можна вважати вартості контактної і рейкової мереж лінії, яка проектується, постійними величинами і, отже, не враховувати їх при мінімізації цільової функції. Оскільки децентралізовані системи не мають довгих кабельних мереж, можна не враховувати також вартості кабельних ліній і втрат електроенергії в них. Нарешті, при вирішенні питань про оптимальне розташування заданої кількості тягових підстанцій можна не враховувати й вартості самих підстанцій, оскільки вона не залежить від місця їх розташування.

Отже, при оптимізації розташування вздовж мережі заданої кількості підстанцій з цільової функції виключаються всі складові затрат, крім вартості втрат електроенергії в контактній мережі (КМ). При цьому відпадає необхідність вводити в розгляд нормативний термін окупності, цільову функцію можна визначити як потужність втрат електроенергії в тяговій мережі. В загальному ж випадку в цільовій функції повинні враховуватись витрати по тягових підстанціях і вартість втрат електроенергії в контактній мережі за нормативний термін окупності.

О б м е ж е н н я. Відповідно до діючих нормативів, в системі електропостачання нормуються втрати напруги в тяговій мережі, ефективні навантаження контактних проводів, спад напруги в рейковій мережі і навантаження кабелів постійного та змінного струму.

У відповідності до прийнятої послідовності, визначення встановлених потужностей підстанцій і вибір кабелів для під’єднання підстанцій до джерел живлення та для приєднання до контактної мережі виконуються на проектному етапі на підставі результатів розрахунку. Якщо виконуються норми з втрат напруги в контактній мережі, спад напруги в рейках, які приєднуються в найближчих до підстанцій точках, також не перевищують діючих норм. На підставі викладеного, в оптимізаційні проектні розрахунки можна ввести лише два види обмежень: по втратах напруги в контактній мережі і по навантаженнях контактних проводів.

Діючими нормами обмежуються як середня втрата напруги до струмоприймача поїзда в нормальному режимі, так і максимальна втрата напруги у вимушеному режимі. Перший норматив прийнято рівним 15%

від номінальної напруги на шинах тягової підстанції, тобто 90 В, другий дорівнює 170 В. Як показують розрахунки, в децентралізованих системах, де застосовується взаєморозвантаження тягових підстанцій через контактну мережу, вибір відстані між підстанціями за нормативами вимушеного режиму приводить до виконання й норми середньої втрати напруги в нормальному режимі. Через це при розрахунках систем такого типу досить керуватися обмеженням на втрату напруги у вимушеному режимі.

Викладені міркування дають можливість приступити до подальших дій з визначення місця розташування секційних ізоляторів, а отже, і самих ТП. Виходячи з досвіду експлуатації тягових мереж міського електротранспорту Вінниці, в курсовій роботі треба прийняти відстань між секційними ізоляторами = 500 м.

Далі слід визначити скільки поїздів буде знаходитися на секції (в одному напрямку), , і визначити середні втрати напруги на секції контактної мережі [2]:

,

де I_c - струм в секції, А , ;

N_c= - кількість секцій на ділянці;

- відношення всього часу роботи поїзда до часу споживання ним струму при відсутності рекуперації ( =1,75-:-4,5);

r₀ =0,0002 - опір одиниці довжини проводу контактної мережі, Ом\м.

Треба мати на увазі, що в умовах роботи тягових мереж неможливо підтримувати напругу на струмоприймачі потяга (трамвайного вагона, тролейбуса) незмінною. Від значення напруги в тяговій мережі залежить швидкість руху, втрати енергії в мережі, питома витрата енергії на рух, нагрівання двигунів, середній струм, споживаний поїздом, і ряд інших показників його роботи.

Існує декілька видів коливання напруги в тягових мережах. Одними з них є короткочасні коливання, викликані проходженням потяга через секційний ізолятор, відривом струмоприймача від контактного проводу, взаємодією даного потяга з рештою потягів, що знаходяться в зоні живлення тощо. Ці коливання напруги відносно невеликі, мають короткочасний випадковий характер і не створюють помітного впливу на швидкість руху потяга і на основні перераховані вище показники. Великі короткочасні коливання напруги можуть спричинити шкідливий вплив на роботу тягових двигунів і допоміжного устаткування рухомого складу.

Іншим видом коливань напруги в тягових мережах є відносно тривале зниження (відхилення) напруги, яке характеризується середнім спадом напруги на різних ділянках.

Тривалі зниження середньої напруги викликають зміну швидкості руху, збільшення споживаних поїздами струмів, навантажень ліній і підстанцій, посилення нагріву проводів контактної мережі, кабелів живлення, тягових двигунів і зростання загальної питомої витрати енергії.

Необхідно особливо відмітити вплив великих і тривалих спадів напруги на виконання графіка руху, умови пуску двигунів і на пропускну спроможність ділянки. Максимального значення тривалі спади напруги досягають в точках, найбільш віддалених від пунктів живлення. Напруга мережі на таких перегонах і визначає найважчі умови роботи рухомого складу.

Необхідно підкреслити, що для умов роботи міського електричного транспорту залежність між швидкістю руху і напругою на струмоприймачах потяга, в переважній більшості випадків, не є пропорційною, оскільки в місті на коротких перегонах і при інтенсивному вуличному русі тягові двигуни вимикаються з мережі зазвичай ще до досягнення поїздом сталої швидкості.

Отже, середня втрата напруги на ділянці живлення визначає режим роботи як рухомого складу, так і елементів системи електропостачання. Очевидно, що має існувати деякий максимально допустимий спад напруги, при якому ще забезпечується виконання технічних вимог, які ставляться до роботи пристроїв електропостачання і рухомого складу. Отже, питання зводиться до нормування середнього значення найбільшого спаду напруги в тяговій мережі.

Зрозуміло, що питання вибору нормованого спаду напруги мусить розв'язуватися на основі технічних міркувань. Проте це не означає, що в окремих конкретних випадках вибраній технічній нормі не буде властивий, зазначений вище, умовний характер. Так, проектування конкретних тролейбусних ліній на основі принципу децентралізованого живлення показує, що при всіх можливих вимушених режимах роботи системи електропостачання параметри останньої, а отже, і її економічні показники, як правило, визначаються допустимим режимом напруги в контактній мережі.

Проте слід ще раз підкреслити, що допустимий спад напруги в мережі повинен завжди розглядатися як параметр “міцності” і у жодному випадку не використовуватися як початкова умова для розрахування тягової мережі та вибору оптимальних параметрів елементів системи живлення. Ця норма встановлює можливий діапазон зміни напруг, в межах якого всі елементи системи електропостачання і рухомого складу працюють надійно і безперебійно.

Ті норми, які регламентувалися раніше в правилах технічної експлуатації трамваїв і тролейбусів, не вказували чітко, якого перегону на ділянці живлення стосується нормоване значення спаду напруги, причому значення її було встановлене без відповідних обґрунтовувань. Крім того, норма сприймалася деякими проектними організаціями як техніко-економічна, тобто як початкова умова вибору параметрів системи для всіх конкретних умов. При цьому ухвалені рішення в економічних відносинах могли тільки випадково відповідати оптимальним.

Тому, перш за все, вимагалося визначити співвідношення між спадом напруги і швидкістю руху, питомими витратами енергії, споживаними поїздами струмами і іншими величинами. Тільки на основі цих співвідношень і з урахуванням нерівномірності розподілу спаду напруги уздовж лінії, можна обґрунтувати технічне обмеження спаду напруги в тяговій мережі трамвая і тролейбуса. Також потрібно врахувати напругу на струмоприймачі потягу, що фактично змінюється, і споживаного ним струму, тобто визначити дійсне значення спаду напруги в мережі.

На етапі проектування зручніше оперувати спадом напруги, обчисленим без урахування взаємного впливу напруги на струмоприймачі потяга і споживаного ним струму. При цьому для всіх спадів напруги середній струм потяга приймається незмінним і рівним розрахунковому його значенню при напрузі 550 В. Це викликає необхідність встановити зв'язок між розрахунковими і дійсними значеннями, що забезпечує можливість виконувати перевірочні розрахунки, виходячи з відповідних розрахункових напруг в мережі та споживаних рухомим складом струмів.

Електрична мережа і рухомий склад певним чином взаємодіють між собою. В міських умовах напруга в мережі має істотний вплив на швидкість руху рухомого складу і на режим роботи тягових двигунів. У свою чергу, режим роботи двигунів значно впливає на рівень напруги. Необхідна залежність була отримана на основі тягових

розрахунків, виконаних при різних значеннях середньої напруги в мережі для двох категорій режимів водіння потягів [2]:

режим збереження незмінної заданої швидкості;

режим їзди з мінімально допустимим вибігом, за умов безпеки руху на перегоні.

Друга група тягових розрахунків виконувалась з метою з'ясування максимально досяжних ходових швидкостей на перегонах різної довжини. З цієї групи практичне застосування тут мають тільки розрахунки при напругах нижчих за 400 В. Результати розрахунків показують, що у міру подальшого зниження напруги, в мережі відбувається зменшення значень основних величин, які цікавлять проектувальника .

Найбільшу зацікавленість викликала перша група тягових розрахунків, виконана для старих та нових типів рухомого складу і при різних типових для міста довжинах перегонів. Слід зазначити, що швидкості руху бралися при цьому з урахуванням перспективи підвищення швидкостей і, в порівнянні з існуючими, були завеликими .

При виконанні тягових розрахунків коефіцієнт вибігу коливається в межах 3—15 %. За початкові дані для тягового розрахунку бралися перегони завдовжки 250, 350, 500 м; еквівалентний підйом 5 . Розрахунки виконувалися для середніх напруг на струмоприймачі 550, 500, 450 і 400 В.

Розрахунковий перегін довжиною 500 м характерний для великих міст, скорочується іноді до 350, а інколи і до 250 м. Для середніх міст характерні перегони 350—500 м. Виходячи з цього, і були взяті довжини перегонів для тягового розрахунку.

Тягові розрахунки, виконані для нових типів рухомого складу, показують, що завдяки більшій енергоозброєності вагонів типу Т-2 і тролейбусів типу ЗіУ-5, вони забезпечують можливість реалізації навіть великих (до 25 км/год) швидкостей при середніх спадах напруги в мережі 200 В [2].

Аналіз отриманих результатів показав, що підтримка сучасних швидкостей руху міського електричного транспорту можлива при спаді напруги, яка сягає 200 В за допомогою зміни режиму керування потягом. Реалізована при цьому швидкість залежить від цілого ряду чинників: типу рухомого складу, профілю лінії, довжини перегону тощо. З розрахунків видно, що питома витрата енергії для рухомого складу всіх типів залишається незмінною. Втрати при гальмуванні збільшуються внаслідок підвищення швидкості на початку гальмування при зниженні напруги. Втрати в двигуні зростають із зменшенням напруги в тяговій мережі.

При менших напругах зменшуються складові питомої витрати енергії, обумовлені втратами в пускових резисторах і роботою з подолання основного опору руху. При зниженні напруги швидкість виходу на автоматичну характеристику менша, тому пусковий період скорочується (при незмінному прискоренні під час пуску).

Отже, при зміні напруги в тяговій мережі, але підтримці незмінної швидкості руху, питома витрата енергії для рухомого складу всіх типів на всіх довжинах перегонів залишається постійною.

Тому можна констатувати, що в межах значень середніх втрат напруги в мережі, які не перевищують 200 В, забезпечуються умови для реалізації як досягнутих, так і запланованих на найближчу перспективу, швидкостей рухомого складу.

До викладеного слід додати, що при постійній щільності тягового навантаження протягом всієї довжини лінії, відстань між підстанціями буде однакова, а струморозподіли будуть знаходитися посередині між сусідніми підстанціями. Застосовуючи принцип мінімізації втрат енергії в контактній мережі, можна отримати таку систему рівнянь:

де відстань від початку лінії до середини секції (див. рис. 2.3).

Рисунок 2.3 – Ілюстративна схема

Це означає, що довжини плечей живлення всіх підстанцій в нормальному режимі однакові і дорівнюють .

4. Далі треба розглянути питання про доцільність зменшення кількості ТП шляхом більш повного використання технічних можливостей системи, вдаючись при цьому до деякого збільшення втрат енергії при мінімально можливому. Це питання слід розв’язувати на основі економічного розрахунку, виходячи із затрат на підстанції і втрат електроенергії.

Витрати на одну підстанцію за нормативний термін окупності визначимо як

,

де - вартість підстанції, у.о.;

- щорічна частка амортизаційних відрахувань;

_е - щорічні витрати на експлуатацію дистанції.

Оскільки в системах електропостачання того типу, який ми розглядаємо, застосовуються в основному одноагрегатні підстанції (див. додаток Д), вартість однієї підстанції можемо прийняти орієнтовно рівною =50,7 10³ у.о. На підставі діючих норм і досвіду експлуатації [2], приймаємо: 0,05, =3 10³; у.о. і =8,2 роки. Тоді =95 10³ у.о.

При тарифі на електроенергію =0,05 у.о./(кВт год), витрати на одну підстанцію еквівалентні втраті кВт год електроенергії.

Для того, щоб зменшення кількості підстанцій в системі на одиницю було економічно виправданим, збільшення втрат потужності при цьому повинно задовольняти нерівності:

=31 ( ,

де =4000 год – час максимальних втрат.

Втрати потужності на обох секціях, кожна з яких живиться з однієї сторони, при постійній густині навантаження:

,

де =0,8 – коефіцієнт варіації потягового струму.

5. Розрахунок перерізу контактної мережі і кабелів 600 В

Економічно доцільний переріз провідника визначається економічною густиною струму в контактних проводах і кабелях постійного струму та розраховується за формулою:

(А\мм²),

де - вартість матеріалу проводів чи кабелю, у.о.\дм³;

- сумарні відрахування ( );

- амортизаційні відрахування, %;

- нормативний термін окупності, років;

- питома провідність матеріалу проводу (чи кабелю), ;

- вартість електроенергії, ;

- річне число годин втрат електроенергії, год.

Для =4000 год і для =0,05 ( ) величини економічної щільності струму в контактних проводах і кабелях приведені в табл. 2.1.

Таблиця 2.1 - Економічна густина струму в контактних проводах і кабелях

Вартість електроенергії,	Контактний провід		Кабель 600 В
	мідний	сталеалюмінієвий	АСБ-2к	ААБ-2к
0,05	0,95	0,90	0,95	0,85

Саме цими параметрами необхідно користуватися в курсовій роботі при визначенні економічного перерізу проводу, при цьому слід мати на увазі, що сталеалюмінієві контактні проводи в трамвайних мережах не застосовуються.

Оптимальний переріз контактних проводів і кабелів (мм²)

визначається за формулою:

,

де - еквівалентне навантаження контактного проводу чи ефективне навантаження кабелю, А.

Для мережі з незмінною лінійною густиною струму еквівалентне навантаження контактного проводу для двостороннього живлення дорівнює:

,

де =0,9 квадрат відносного середньоквадратичного відхилення потягового струму від середнього значення.

Аналогічно, ефективне навантаження кабелю:

.

Найбільш поширеним для тягових мереж трамвая і тролейбуса є провід МФ-85 (мідний фасонний нормального профілю) перерізом 85 мм². Із зростанням споживання електроенергії рухомим складом, набув поширення провід МФ-100 перерізом 100 мм². Отже, вибір оптимального перерізу контактних проводів зводиться практично до вибору проводів МФ-85 і МФ-100. При цьому вибраний переріз необхідно перевірити при допустимій густині струму.

Допустима густина струму в мідних контактних проводах для нормального режиму дорівнює 5 А\мм² [3].

Густина струму в контактних проводах визначається за формулою:

, (4)

де - густина струму в контактних проводах, А\мм²;

- переріз проводу контактної мережі, мм²;

- коефіцієнт зносу контактного проводу (дорівнює 0,92 для тролейбуса і 0,85 для трамвая).

Знайдена за (4) густина струму не повинна перевищувати 5 А\мм², інакше слід вибрати провід більшого перерізу.

Допустимі тривалі струмові навантаження на проводи і кабелі при прокладці в повітрі і в землі регламентуються правилами улаштування електроустановок (ПУЕ). Розрахунок проводів на нагрівання зводиться до вибору за таблицями ПУЕ перерізу проводу чи кабелю за умовою І_доп, де І_доп – тривало допустимий струм.

Допустимі за нагрівом тривалі навантаження кабелів постійного струму і змінного 10 кВ визначаються за табл. 2.2. В курсовій роботі треба вибрати переріз кабелів постійного і змінного струмів згідно з табл. 2.2. При цьому навантаження на один кабель дорівнює навантаженню, яке припадає на тягову підстанцію (А). Кабелі постійного струму на термічну стійкість при коротких замиканнях не перевіряються.

Таблиця 2.2 – Допустимі тривалі навантаження на кабелі з алюмінієвими жилами в свинцевій чи алюмінієвій оболонці

Одножильний до 1 кВ		Трижильний 10 кВ
Переріз, мм2	Струмові навантаження, А
		Переріз, мм2	Струмові навантаження, А
240	470	70	130
300	555	95	155
400	675	120	185
500	785	150	210
625	910	185	235
800	1080	240	270

6. При вибраних контактних проводах і кабелях необхідно визначити спад напруги в тяговій мережі. Спад напруги в контактних проводах секції вже визначено, див. п.5.

Спад напруги в кабелях обчислюється за формулою:

,

де - спад напруги в додатному чи від’ємному кабелі, В;

- довжина кабелю, м;

- питома провідність кабелю для алюмінію =33 ( );

- вибраний переріз кабелю, мм².

Сумарний спад напруги в контактних проводах (+) і кабелях (+) для вимушеного режиму:

.

7. Розрахунок потужності тягових підстанцій і вибір перетворювальних агрегатів

Методика визначення потужності тягових підстанцій трамвая і тролейбуса залежить від типу системи електропостачання. В системі централізованого живлення на тяговій підстанції необхідно передбачити резервний агрегат, рівноцінний найпотужнішому агрегату підстанції. Потужність підстанції децентралізованого живлення має бути достатньою для нормальної роботи рухомого складу на лінії.

Потужність підстанції на стороні постійного струму 600 В визначається за струмом підстанції на стороні 600 В. Для підстанції централізованого електропостачання вона розраховується за струмом підстанції в нормальному режимі роботи системи електропостачання, для підстанцій децентралізованого електропостачання – за струмом підстанції у вимушеному режимі.

Струм підстанції для вимушеного режиму (децентралізована система) визначається як 2 .

На підстанціях децентралізованої системи електропостачання, як правило, встановлюється один агрегат.

Для одноагрегатних підстанцій коефіцієнт завантаження випрямлювального агрегата визначається за формулою:

,

де - номінальний струм агрегата, А.

При визначенні допустимих коефіцієнтів завантаження агрегатів К_зд треба виходити з розрахункової температури повітря на підстанції, не більше + , оскільки години пік навантаження підстанції (з 6.00 до 9.00) не збігаються з годинами максимуму денної температури. Необхідна інформація для викладеного приведена в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 – Допустимі тривалі навантаження випрямних агрегатів

Тип агрегата	Розрахункова температура повітря на підстанції,
	15 ІдопА	Кзд	25 ІдопА	Кзд	40 ІдопА	Кзд
ВАКЛ-1000	1140	1,14	1140	1,14	1020	1,02
ВАКЛ-2000	2040	1,02	1820	0,91	1540	0,77
ВАКЛ-3000	2720	0,91	2420	0,81	2040	0,68
ВАКЛЕ-1000	1140	1,14	1140	1,14	1050	1,05
ВАКЛЕ-2000	2280	1,14	2280	1,14	2100	1,05

Примітка: абревіатура ВАКЛЕ-1000 викладається повністю так: випрямлювальний агрегат лавинного типу з “естественным” (природним) охолодженням, =1000 А.

Потужність підстанції Р_ТП на стороні постійного струму визначається за формулою:

Р_ТП= U_ном,

де U_ном – номінальна напруга на шинах підстанції, 600 В.

Номінальна потужність агрегатів з номінальним струмом 1000 А дорівнює 600 кВт, номінальна потужність агрегатів з номінальним струмом 2000 А – 1200 кВт.

Установлена потужність агрегату залежить від його потужності на стороні постійного струму, схеми випрямлення та конструкції силового трансформатора і приводиться в паспортних даних трансформаторів. Для трансформатора ТМПУ (Трансформатор Масляний Перетворювальний з “уравнительной” (зрівнювальною) обмоткою) при номінальному струмі агрегату 2000 А вона (потужність) дорівнює 1385 кВА, при струмі 1000 А – 695 кВА.

8. Розрахунок втрат електроенергії в тяговій мережі

Втрати електроенергії в елементах тягової мережі розраховуються лише для нормального режиму роботи, оскільки вимушений режим (і тим більше, аварійний) є короткочасним і суттєвого впливу на вартість втрат електроенергії в тяговій мережі не чинить.

Втрати електроенергії при двосторонньому живленні в контактних проводах ділянки тягової мережі з рівномірно розподіленим навантаженням незмінної лінійної щільності струму можна записати у вигляді:

,

де , для міді;

п - кількість одиниць рухомого складу на ділянці ( в одному напрямку);

f - кількість контактних проводів, f = 1 - для трамвайних ліній, f = 2 – для тролейбусних мереж.

В додатних кабелях ліній живлення втрати електроенергії вираховується за формулою:

,

де п_{ТП_}- кількість тягових підстанцій на ділянці;

(м) – відстань від шин ТП до контактної мережі.

Втрати електроенергії у від’ємних кабелях:

.

Вартість втрат електроенергії складає:

.

ЛІТЕРАТУРА

1. Ефремов И. С., Кобозев В. М., Шевченко В. В. Технические средства городского электрического транспорта: Учеб. пособие для студ. вузов спец. «Гор. электрич. транспорт». – М.: Высш. шк., 1985. – 448 с.

2. Тарнижевский М. В., Томлянович Д. К. Проектрирование устройств электроснабжения трамвая и троллейбуса. – М.: Транспорт, 1986.– 376 с.

3. Нормы и технические условия проектирования систем электроснабжения трамваев и троллейбусов. – М.: Отдел научно-технической информации АКХ, 1972. – 54 с.

4. Электрические расчёты систем электроснабжения трамвая и троллейбуса. М.: 1982. – 58 с.

5. Програма, контрольні роботи та методичні вказівки до самостійної роботи з курсу "Електропостачання електричного транспорту" (для студентів 3-5 курсів всіх форм навчання спеціальності 7.092202 - "Електричний транспорт". Укл.:

Нем В. К., Гаряжа В. М., Лукашова Н. П. - Харків: ХНАМГ, 2007. - 32 с.

Додаток А

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут електроенергетики та електромеханіки

ЗАТВЕРДЖУЮ

Зав. кафедри проф., д.т.н.

__________М.Й. Бурбело

(підпис)

„___” __________ 2010 р.

ІНДИВІДУАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

на курсову роботу з дисципліни “Системи електропостачання електрорухомого складу”

студенту Школьніку А.В. факультету ЕМЕЕМ групи ЕТЗ-06

ТЕМА “Електропостачання міського наземного електротранспорту”

Вихідні дані:

–вид рухомого складу; №№ маршрутів/інтервали руху/тип рухомого складу/кількість одиниць на маршруті ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________; маршрут________________________________________________________;

– радіус кривої повороту r= (м);

– величина схилу (підйому) ; (0\00).

Зміст ПЗ до курсової роботи

Індивідуальне завдання

Вступ

1. Розбиття мережі на елементарні ділянки.

2. Визначення середнього та ефективного струмів машини.

3. Визначення середнього числа рухомих одиниць.

4. Складання схеми електропостачання ліній руху транспорту.

5. Визначення точок струморозподілу, вибір перерізів кабелів.

6. Вибір робочої потужності підстанцій.

7. Визначення втрат енергії в елементах системи.

8. Вибір найбільш вигідного варіанту електропостачання.

Висновки

Література

Додатки (за необхідністю)

Дата видачі ”____” _________ 2010 р. Керівник _________________

(підпис)

Завдання отримав _________

(підпис)

Додаток Б

Зразок заповнення титульного листа до курсової роботи

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут електроенергетики та електромеханіки

Кафедра ЕСЕЕМ

РОЗРОБКА СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ МІСЬКОГО НАЗЕМНОГО ЕЛЕКТРОТРАНСПОРТУ

Пояснювальна записка

з дисципліни ”Системи електропостачання електрорухомого складу”

до курсової роботи за спеціальністю

“Електротехнічні системи і комплекси електрорухомого складу”

08-17.РС.014.00.000 ПЗ

Керівник курсової роботи

ст. викл. Іванков В. О.

_______________________

”___” ____________2010 р.

Розробив студент гр. ЕТЗ 06

Школьнік В. А.

_______________________

”___” ____________2010 р.

Вінниця ВНТУ 2010

Додаток В

Календарний графік виконання курсової роботи

№ розділу	% від повного обсягу	Термін виконання
1	5	26.01.10
2	8	31.01.10
3	10	10.02.10
4	12	21.02.10
5	10	01.03.10
6	8	09.03.10
7	7	14.03.10
8	9	23.03.10
9	8	30.03.10
10	5	05.04.10
Оформлення роботи	18	11.05.10

Додаток Г

Однолінійна електрична схема одноагрегатної тягової підстанції

Додаток Д

Структурна схема тягової підстанції

Додаток Е

Методика опрацювання деяких додаткових розділів