- •Рассмотрено на заседании утверждаю
- •Рабочая программа учебной дисциплины Введение
- •Раздел 1. Электрические сети и системы
- •Тема 1.1. Общие сведения об энергосистемах
- •Тема 1.2. Электрические сети
- •Раздел 2. Электроснабжение потребителей
- •Тема 2.1. Электроснабжение нетяговых потребителей
- •Тема 2.2. Электроснабжение устройств автоблокировки
- •Тема 2.3. Электрическое освещение железнодорожных объектов
- •Раздел 3. Тяговые сети
- •Тема 3.1. Параметры тяговых сетей и их влияние на линии связи
- •Тема 3.2. Защита от токов короткого замыкания в тяговых сетях
- •Тема 3.3. Электрические расчеты тяговых сетей
- •Тема 3.4. Качество электроэнергии и способы его повышения в тяговых сетях
- •Тема 3.5. Посты секционирования, пункты параллельного соединения, пункты группировки
- •Тема 3.6. Общие сведения о проектировании устройств тягового электроснабжения
- •Перечень вопросов для подготовки к экзамену
- •Задание на контрольную работу № 2
- •Методические указания по выполнению контрольной работы № 2
Методические указания по выполнению контрольной работы № 2
К решению задач 1-10 контрольной работы следует приступить после изучения принципа действия устройства электронной дистанционной защиты, рассмотренного в теме 3.2. "Защита от токов короткого замыкания в тяговых сетях" программы дисциплины. Рекомендуется при этом воспользоваться не только основным учебником [1], но и дополнительной литературой [11], [12].
Решение задачи следует выполнить в следующем порядке:
Вычертить структурную схему электронной дистанционной защиты и определить назначение ее элементов. Пример структурной схемы защиты приведен на с.210 [1] и на с.425 [11].
По таблице 20 [11] определить параметры тяговой сети для заданного типа подвески и рельсов:
Z11 – удельное сопротивление тяговой сети однопутного участка, Ом/км;
Z21 – удельное сопротивление тяговой сети для одного пути двухпутного участка при отключенном смежном пути, Ом/км;
Z22 – удельное сопротивление тяговой сети для одного пути двухпутного участка при одинаковых величинах и направлениях токов в подвесках смежных путей, Ом/км.
Определить сопротивление срабатывания первой ступени дистанционной ненаправленной защиты:
- для двухпутного участка, Ом
- для однопутного участка, Ом:
Определить сопротивление уставки срабатывания реле первой ступени защиты:
- для двухпутного участка, Ом
,
где kI – коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока, определяется из исходных данных;
kU – коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения,
.
- для однопутного участка, Ом
Проверить расчетное значение на селективность защиты по отношению к токам нагрузки.
Условие проверки
,
где Uраб min – наименьшее напряжение на шинах подстанции, Uраб min =25000В;
kВ=0,9 – коэффициент возврата реле;
kН=1,25 – коэффициент надежности.
Рассчитать сопротивление срабатывания второй ступени дистанционной направленной защиты.
Наибольшее сопротивление, замеряемое защитой, при КЗ на шинах смежной подстанции однопутного участка, Ом:
Наибольшее сопротивление, замеряемое защитой, при КЗ на шинах смежной подстанции двухпутного участка, Ом:
Сопротивление срабатывания второй ступени дистанционной защиты для однопутного участка, Ом:
,
где kч=1,5 – коэффициент чувствительности защиты.
Сопротивление срабатывания второй ступени дистанционной защиты для двухпутного участка, Ом:
,
Определить сопротивление уставки срабатывания реле второй ступени защиты:
- для двухпутного участка, Ом
,
- для однопутного участка, Ом
При составлении ответов на вопросы 11-20 следует учитывать современные требования к устройствам тягового электроснабжения и качеству электроэнергии, ответы обязательно сопровождать поясняющими схемами, рисунками, графиками.
Помощь в выполнении ответа может оказать использование дополнительной литературы, производственных инструкций и схем, интернет-ресурсов.
При ответе на вопрос 11 можно воспользоваться дополнительной литературой [11] и производственными схемами. Ответ должен содержать краткое описание оборудования, приведенного на схеме, условные буквенные и графические обозначения в схемах должны соответствовать ГОСТу.
Перед составлением ответов на вопросы 12 и 13 необходимо предварительно изучить материал главы IV учебника [1] . Схемы установки поперечной компенсации желательно изучить на производстве, так как в последнее время в этой области была проведена значительная реконструкция оборудования.
Методы электрических расчетов, описание которых требуется привести в вопросах 14 и 15, рассматриваются в главе VI учебника [1]. Аналитический метод расчета является достаточно сложным, поэтому его описание желательно сократить, не следует переписывать весь параграф.
Для ответа на вопрос 16 рекомендуется изучить основные этапы проектирования, изложенные в § 48-50 [1].
Виды защит тяговых сетей постоянного и переменного тока можно изучить не только по основному учебнику, но и по дополнительной литературе [9, 11, 12]. При составлении ответов на вопросы 17 и 18 , следует учесть, что в настоящее время применяются защиты тяговых сетей на различной элементной базе, в том числе и микропроцессорные.
Для описания современных показателей качества электроэнергии и средств по ее повышению по заданию вопросов 19 и 20 можно воспользоваться дополнительной литературой [2] или нормативными документами, а также производственными примерами. При составлении ответов следует учесть современные тенденции по переходу на скоростное и высокоскоростное движение поездов, что влечет за собой повышенные требования к качеству электроэнергии и уровню напряжения в контактной сети.
Перед выполнением задач 21-30 должна быть изучена тема 3.6 "Общие сведения о проектировании устройств тягового электроснабжения" программы дисциплины. В данных задачах используется аналитический метод электрического расчета основных параметров системы тягового электроснабжения. Этот метод позволяет по приближенным формулам определить основные электрические величины. В качестве исходных данных расчета используются средние размеры движения, длина фидерной зоны, средний расход энергии на движение поездов по фидерной зоне, принятая система тока и схема питания.
Порядок решения задачи:
1. Переписать полное условие задачи, выписав из таблицы 11 исходные данные своего варианта.
2. Прежде чем приступать к расчетам, необходимо внимательно разобраться в основных расчетных формулах метода электрического расчета системы тягового электроснабжения по средним размерам движения и в примерах расчета, которые приведены на страницах 179-191 учебника [1]. Из расчетных формул следует выбрать те, которые соответствуют двухпутному участку и двухсторонней параллельной схеме питания путей.
Средний расход энергии на тягу АТ определяется по формуле (162) [1].
Средний ток фидера IФ и эффективный ток фидера IЭФ находятся соответственно по формулам (163а) и (173) [1].
Для расчета среднесуточных потерь энергии в тяговой сети Δ АТ может быть использована приближенная формула (180) [1].
Средняя потеря напряжения в тяговой сети до электровоза рассчитывается по приближенной формуле (182) [1].
3. Выполнить предварительный расчет.
3.1. Расчетный период Т принимается равным суткам. Т=24 ч.
3.2.Среднее время хода одного поезда по фидерной зоне, ч:
для грузового поезда
для пассажирского поезда
,
где l – длина фидерной зоны, км;
υгр, υпас – технические (средние, без учета стоянок) скорости движения поездов по фидерной зоне, км/ч.
3.3. Суммарное время хода заданного числа поездов за сутки, ч:
по I пути фидерной зоны:
,
по II пути фидерной зоны:
,
по обоим путям фидерной зоны:
,
3.4. Суммарное время потребления энергии всем расчетным числом поездов за время хода по фидерной зоне, ч:
,
3.5. Общее заданное число поездов (пропускная способность участка):
3.6. Суммарное время хода поездов за сутки при использовании максимальной пропускной способности линии N0 , ч:
по I пути фидерной зоны
,
по II пути фидерной зоны
,
по обоим путям
,
3.7. Суммарное время потребления энергии максимальным числом поездов N0 по обоим путям фидерной зоны за сутки, ч:
,
3.8. Минимальный интервал попутного следования, ч:
4. Подсчитать, руководствуясь формулой (162) учебника [1]:
4.1. Среднесуточный расход энергии по I пути фидерной зоны при заданной пропускной способности участка, кВт·ч:
,
где kд – коэффициент, учитывающий дополнительное электропотребление на собственные нужды и маневры электровозов, при наличии пригородного движения kд=1,12;
kз - коэффициент, учитывающий дополнительное электропотребление в зимних условиях, kз=1,08;
kd – коэффициент, учитывающий переход от среднего значения выпрямленного тока к действующему значению переменного тока, при постоянном токе kd =1, а при переменном токе kd =0,97;
ku - коэффициент, учитывающий переход от среднего выпрямленного к действующему значению переменного тока, при постоянном токе ku =1, а при переменном токе ku =1,11;
kс – коэффициент, учитывающий в приближенных расчетах потери электроэнергии в тяговой сети, при постоянном токе kс =1,05, а при переменном токе kс =1,03.
4.2. Среднесуточный расход энергии по II пути фидерной зоны при заданной пропускной способности участка, кВт·ч:
,
4.3. Суммарный среднесуточный расход энергии по I и II путям при заданной пропускной способности участка, кВт·ч:
5. Пересчитать среднесуточный расход энергии по каждому из путей фидерной зоны на условия использования максимальной пропускной способности участка, кВт·ч:
по I пути
по II пути
.
Суммарный среднесуточный расход энергии по I и II путям фидерной зоны при максимальной пропускной способности участка, кВт·ч:
.
Определить, руководствуясь формулой (163а) учебника [1], средний ток фидера, А:
,
где АТ – рассчитанный в п.4.3. суммарный среднесуточный расход энергии при заданной пропускной способности участка, кВт·ч;
U – напряжение, при котором определяется расход электроэнергии, В. При постоянном токе U=3000 В, при переменном – U = 25000 В.
7. Определить, используя формулу (173) учебника [1], эффективный максимальный ток фидера, А:
Выбрать минимальное сечение и соответствующий тип контактной подвески по условию:
/
Значение Iдоп принимается по таблице 11 на с.278 учебника [1] или по другой нормативно-справочной литературе.
Для выбранного типа контактной подвески и заданного типа рельсов определить сопротивление тяговой сети.
9.1. При постоянном токе удельное электрическое сопротивление 1 км тяговой сети двухпутного участка при параллельном соединении путей, Ом/км:
,
где rн.тр, rк.пр, rус.пр – значения удельных электрических сопротивлений 1 км несущего троса, контактного провода и усиливающего провода; принимаются для выбранных марок проводов по данным, приведенным на с.28 учебника [1] или по другой нормативно-справочной литературе;
nк.пр. nус.пр – число контактных и усиливающих проводов в контактной подвеске;
r0р – сопротивление 1 км рельсовой цепи, принимается по Таблице 2 на с.28 учебника [1] для двухпутного участка при рельсах Р65.
9.2. При переменном токе комплекс удельного полного сопротивления 1 км тяговой сети, Ом/км:
,
принимается по Таблице 5 на с.41 учебника [1] или другой нормативно-справочной литературе.
Определить по формуле (180) учебника [1] среднесуточные потери энергии в тяговой сети на двухпутном участке при параллельном соединении путей и при заданной пропускной способности участка N, кВт·ч:
,
где ΔАТI, ΔАТII – значения среднесуточного расхода энергии по каждому из главных путей фидерной зоны при заданной пропускной способности участка, подсчитаны в п.4.1, 4.2;
zA – полное сопротивление 1 км тяговой сети, Ом/км,
при постоянном токе zA = r0;
при переменном токе zA = Rez0 (действительной части помплекса z0).
Подсчитать по формуле (182) учебника среднюю потерю напряжения в тяговой сети до поезда, находящегося в середине фидерной зоны двухпутного участка при двухстороннем питании и при использовании максимальной пропускной способности, В:
,
где kэф = 1;
zuI = zuII = r0 - для постоянного тока;
zuI = zuII =0,9z0 - для переменного тока.
12. Сопоставив полученное значение ΔUmax с допустимой величиной потери напряжения ΔUдоп при заданной системе тока, сделать выводы, достаточно ли выбранное сечение контактной сети для заданных размеров движения, расстояния между тяговыми подстанциями и схемы питания.
.
ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Практическое занятие № 1-2
Электрический расчет воздушной или кабельной линии электропередач
Практическое занятие № 3
Определение места расположения ГПП, ЦРП
Практическое занятие № 4
Составление схемы и плана распределительных сетей 10 кВ
Практическое занятие № 5
Расчет внутреннего или наружного освещения
Практическое занятие № 6
Расчет токов короткого замыкания на шинах тяговой подстанции и в тяговой сети постоянного тока
Практическое занятие № 7
Расчет мгновенных схем для участка питания на постоянном токе
Практическое занятие № 8
Расчет мгновенных схем для участков переменного тока консольного питания
Практическое занятие № 9
Определение экономичного расстояния между подстанциями
Практическое занятие № 10
Определение экономичного сечения контактной сети
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Мамошин Р.Р., Зимакова А.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог: учебник для техникумов ж.-д. трансп. – М.: Транспорт, 1980. – 296 с.
2. Москаленко А.В. Электрические сети и системы: учебник для техникумов и колледжей ж.-д. трансп. – М.: ГОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2007. – 252 с.
3. Чекулаев В.Е., Зимакова А.Н. Техническое обслуживание и ремонт устройств электроснабжения нетяговых потребителей на железных дорогах: Учебное иллюстрированное пособие. – М.: Маршрут, 2006. – 68 с.
4. Электроснабжение нетяговых потребителей железнодорожного транспорта. Устройство, обслуживание, ремонт: Учебное пособие/ Под ред. В.М.Долдина. – М.: ГОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2010. – 304 с.
5. Гринберг-Басин М.М. Тяговые подстанции: Пособие по дипломному проектированию; Учебное пособие для техникумов ж.-д. трансп. – М.: Транспорт, 1986. – 186 с.
6. Марикин А.Н., Мизинцев А.В. Новые технологии в сооружении и реконструкции тяговых подстанций: Учебное пособие для вузов ж.-д.транспорта. – М.: ГОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2008. – 220 с.
7. Шеховцов В.П. Осветительные установки промышленных и гражданских объектов. – М.: ФОРУМ, 2009. – 160 с.
8. Правила устройства электроустановок. – М.:КНОРУС, 2011. – 488 с.
9. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог (ЦЭ-462). – М.: МПС РФ, 1997.
10. Инструкция по защите железнодорожных подземных сооружений от коррозии блуждающими токами (ЦЭ-518). – М: МПС РФ, 1997.
11. Прохорский А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции: Учебник для техникумов ж.-д.трансп. – М.: Транспорт, 1983.
12. Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2 ч. Ч.2. – М.: ГОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2009. – 604 с.