Практичне заняття № 5. ПРОГНОЗУВАННЯ ВИКИДІВ АВТОМОБІЛЬНОГО ТРАНСПОРТУ ТА ПОБУДОВА БАГАТОФАКТОРНОЇ МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ

Тема:Схеми зовнішнього та внутрішнього електропостачання залізниць.

Мета: Ознайомлення зі схемами зовнішнього та внутрішнього електропостачання залізниць.

Залізничний транспорт споживає до 5% електроенергії всієї країни. Значна частина цієї енергії йде на тягу поїздів, частина – на живлення нетягових споживачів (станцій, депо, заводів, майстерень). Пристрої елект­ропостачання, згідно з ПТЕ мають забезпечувати безперебійний і безпеч­ний рух поїздів з установленими швидкостями і за графіком, надійне жив­лення пристроїв СЦБ і зв’язку, інших об’єктів залізничного транспорту. Для реалізації електрозабезпечення залізниці мають відповідні технічні засоби і енергетичне господарство.

Основним лінійним підприємством в електропостачанні та енергетич­ному господарстві залізниці є дистанція електропостачання (ЕЧ). Дис­танція обслуговує тягові підстанції і контактну мережу на лініях про­тяжністю від 200 до 300 км.

Система електропостачання електрифікованих залізниць складається з двох частин:

• зовнішньої системи електропостачання (електростанції, районні трансформаторні підстанції, мережа і лінії електропередачі);

• внутрішньої системи або тягової мережі, яка починається з тягової підстанції залізниці, що підключається до районної трансформаторної підстанції зовнішньої системи.

Промислова електроенергія виробляється на теплоелектростанціях, гідроелектростанціях і атомних електростанціях.

Тягову мережу (рис. 5.1.) складають тягові підстанції, фідери, кон­тактна мережа, рейкові ланцюги і відсмоктувальна лінія. Струм, що протікає від тягової підстанції до електрорухомого складу, розподіляється між проводами контактної мережі. Повернення струму на підстанцію здійснюється через рейкові ланцюги, землю і відсмоктувальну лінію.

Тягові підстанції залізниць відносять до споживачів 1 категорії. Щоб забезпечити надійне функціонування електричної тяги, передбачається подвійне живлення тягової підстанції від двох незалежних джерел. У ви­падку живлення з одного джерела резервується паралельна лінія електро­передачі від цього джерела.

Контактна мережа заліз­ничної лінії підключається, як правило, до двох тягових під­станцій, від яких електрорухо­мий склад отримує двосто­роннє живлення.

На залізницях України і країн СНД, залежно від роду струму і спосо­бу живлення ним контактної мережі, застосовуються такі системи елект­ротяги:

• система постійного струму, яка забезпечує напругу в контактній ме­режі 3 кВ (не нижче 2,7 кВ і не вище 4 кВ). Контактну мережу з’єднують живлячими проводами з шинами «+», а рейкову колію – відсмоктувальними про­водами з шинами «-» тягових підстанцій. До недоліків системи відно­сять порівняно низьку напругу в тяговій мережі (3 кВ), яка обме­жується максимально допустимою напругою, що має подаватись без­посередньо з контактної мережі на тягові двигуни без проміжного пе­ретворення її на локомотиві. Крім того, в цій системі виникають значні блукаючі струми, що спричиняють електрокорозію підземних металевих споруд, і останні потребують спеціального захисту;

• система однофазного змінного струму промислової частоти 50 Гц, яка забезпечує напругу в контактній мережі 25 кВ (не нижче 21 кВ і не вище 29 кВ). Для рівномірного навантаження фаз системи зовнішньо­го електропостачання, яка подає на тягову підстанцію трифазний струм, недопущення викривлень напруги на шинах тягових підстанцій, до рейкової мережі приєднують одну і ту ж фазу трансфор­маторів, а в контактній мережі між кожною парою суміжних підстанцій для живлення тягової мережі використовують різні фази. Рейкова мережа завжди приєднана до фази С. Щоб не замикались у контактній мережі різні фази (А і В) влаштовують еле­ктричні розділення – нейтральні вставки.

На відміну від системи постійного струму, система однофазного стру­му значно простіша і більш економна. Порівняно висока напруга в кон­тактній мережі і відповідно менші струми в ній дозволяють в 2,5-3 рази зменшити площу перерізу проводів контактної мережі, збільшити відстань між тяговими підстанціями. Тягові трансформатори, які установ­люються на електрорухомому складі, дозволяють постійно утримувати тягові двигуни паралельно включеними, що поліпшує тягові властивості електровоза. Тягові підстанції в цій системі перетворюються в звичайні трансформаторні, чим спрощується їх робота.

Контактна мережа призначена для подачі електроенергії від тягових підстанцій до електрорухомого складу і має забезпечити безперешкодне знімання струму локомотивами в умовах високих швидкостей руху і за будь-якої погоди.

Контактна мережа побудована у вигляді ланцюгових повітряних підвісок, що забезпечують мінімальне провисання контактного проводу. Найпростіша ланцюгова підвіска складається з:

• опор, висотою до 15 м, металевих або залізобетонних;

• консолей, розміщених на опорах і до яких через ізолятори підвішу­ється несучий трос;

• несучого тросу, до якого за допомогою струн підвішується контакт­ний провід;

• контактного проводу, призначеного для контакту із струмоприймача­ми локомотивів;

• струн, на яких підвішується контактний провід;

• фіксаторів, які утримують і фіксують контактний провід у певному положенні;

• ізоляторів, які ізолюють струмовідні проводи від опор та інших дета­лей підвіски.

Як показано на рис. 5.2, на опорі 3 установлені консоль 4 і фіксатор 6. Контактний провід 1 підвішений на струнах 5 до несучого тросу 2.

 

Рис. 5.2. Ланцюгова підвіска з консолями

В даній підвісці для кріплення несучого тросу застосовується кон­сольний підтримуючий пристрій. Консоль складається з кронштейна, до якого кріпиться несучий трос, і тя­ги, яка підтримує кронштейн. Іноді консоль виготовляється у вигляді кронштейна з підкосами.

Часто замість консолей викорис­товуються жорсткі або гнучкі поперечини.

Проводи контактної підвіски (контактний провід, несучий трос) повинні мати велику провідність і ви­соку механічну міцність, особливо на головних коліях перегонів і станцій.

Найчастіше застосовуються мідні фасонні (МФ) контактні проводи із твердої електролітної міді (рис. 5.3, а), а також низьколеговані проводи марки НлОл 0,04 Ф, в яких міститься 0,04% олова.

 

Рис. 5.3. Профілі проводів контактної мережі:

а – контактного проводу марки МФ; б – несучого троса марки М; в – несучого троса марки ПБСМ: 1 – стальна серцевина проводу; 2 – мідна оболонка проводу.

 

Фасонним провід називають тому, що він має два поздовжні пази для кріплення затискачами. На головних коліях перегонів і станцій, як прави­ло, застосовують контактні проводи МФ-100 (площею перерізу 100 мм²), а на станційних коліях –МФ-85 (85 мм²). На залізницях постійного стру­му у випадках, коли площа перерізу проводу 100 мм² недостатня, підвішу­ють два проводи МФ-100.

Для несучих тросів використовуються багатониточні проводи, спле­тені з 19 дротинок (рис. 5.3, бі в). На головних коліях ліній постійного струму застосовують несучі троси марки М з чистої міді площею перерізу 120 мм². На всіх коліях змінного струму та станційних коліях постійного струму застосовують несучі троси марки ПБСМ-95 (площею перерізу 95 мм²) та ПБСМ-70 (70 мм²) – біметалеві (сталемідні) проводи із дроти­нок, які мають сталеву серцевину і мідну оболонку.

Струни ланцюгової підвіски виготовляють із біметалевого сталемідного проводу діаметром 4 мм, відстань між точками кріплення їх на контактному проводі не має перевищувати 10 м.

Ізолятори застосовують тарільчаті (фарфорові і скляні) та стержневі (фарфорові і полімерні). Полімерні ізолятори більш міцні і компактніші, але дорожчі, ніж фарфорові і скляні.

Відстань між сусідніми опорами називають прогоном, вона визна­чається типом підвіски, маркою і площею перерізу проводів, радіусом кривих, розою вітрів та іншими факторами, буває від 30 до 70 м.

Опори, до яких кріпляться кінці контактного проводу і несучого тро­са, називаються анкерними. Відстань між сусідніми анкерними опорами називають анкерною ділянкою. Анкерні ділянки бувають довжиною до 1600 м, в кривих вони менші.

Ланцюгові контактні підвіски бувають одинарні і подвійні.

Для більш рівномірного зношування пластин полозів струмоприй­мачів контактний провід розміщують у плані зигзагом, посуваючи його за допомогою фіксаторів переміно проти кожної опори на 300 мм (на кри­вих до 400 мм) у певний бік від осі колії.

Залежно від розміщення в плані контактного проводу і несучого тро­са, ланцюгова підвіска буває вертикальна, напівкоса і коса. Як­що несучий трос розміщений у плані точно над контактним проводом, то така підвіска називається вертикальною, застосовується тільки на кривих ділянках. Якщо несучий трос підвішується строго над віссю колії, а контактний провід – зигзагом, то така підвіска називається напівкосою, застосовується на прямих ділянках колії.

У проводах контактної підвіски необхідно підтримувати постійний на­тяг, щоб забезпечити мінімальні стріли провисання контактного проводу. За способом натягування проводів ланцюгові підвіски бувають:

• декомпенсовані, коли контактний провід і несучий трос жорстко закріпленні на кінцевих (анкерних) опорах. Натягування в них і стріла провисання змінюється в повній залежності від температури, вітрового навантаження, ожеледиці; застосовувались раніше на анкер­них ділянках з невеликими швидкостями руху поїздів, на залізницях України більше не використовуються;

• напівкомпенсовані, коли за допомогою спеціальних вантажів (ком­пенсаторів) автоматично підтримується постійне натягування кон­тактного проводу незалежно від зміни температури, а несучий трос жорстко закріплюється на опорах;

• компенсовані, коли за допомогою компенсаторів у контактному про­воді і несучому тросі автоматично підтримується постійне натягування. Вантажний компенсатор у напівкомпенсованих і компенсо­ваних підвісках складається з вантажу і декількох блоків, через які за допо­могою тросу вантаж з’єднується з проводами. В компенсованій підвісці кон­тактний провід і несучий трос, як правило, мають спільний компенсатор.

Щоб забезпечити плавний перехід полоза струмоприймача з контакт­ного проводу однієї анкерної ділянки на суміжну без порушення контакту при чисто механічному (неелектричному) їх розділенні влаштовують неізолюючі спряження (сполучення) анкерних ділянок.

Для надійної роботи і зручності обслуговування контактну мережу поділяють на окремі електричні секції за допомогою секційних ізоляторів, повітряних проміжків і нейтральних вставок. Такий розподіл називається секціонуванням.

 

Рис. 5.4. Анкеровка контактного проводу напівкомпенсованої ланцюгової підвіски:

а – схема анкеровки; б – загальний вигляд напівкомпенсованої ланцюгової підвіски; 1 – залізобетонна опора; 2 – нерухомий блок; 3 – вантаж; 4 – обмежувач; 5 – рухомі блоки; 6 – контактний провід; 7 – несучий трос; 8 – коромисло.

 

Нейтральна вставка (рис. 5.5) – це окрема контактна підвіска мінімальної довжини, в яку не подається напруга (тому називається ней­тральною), влаштовується між двома секціями з різними фазами струму і з двома ізолюючими повітряними проміжками для того, щоб струмоприй­мачем не допустити електричного замикання цих проміжків і тим самим замикання суміжних секцій. При проходженні струмоприймача в зоні першого повітряного проміжку нейтральна вставка сприймає напругу першої прилеглої секції, в зоні другого повітряного проміжку – напругу другої секції, а під час проходження у власній зоні – вставка знеструмлена. Нейтральну вставку поїзд проходить без струму за інерцією. Для того, щоб поїзд не зупинився в зоні нейтральної вставки, він повинен мати відповідну швидкість. Якщо поїзд вимушено зупинився в цій зоні, його виводять, ввімкнувши спеціальний роз’єднувач 5 (рис. 5.5). Щоб ма­шиніст знав, де потрібно вимкнути і знову увімкнути тягові двигуни, вста­новлюють попереджувальні сигнальні знаки. Знак «Вимкнути струм» встановлюють за 50 м до початку нейтральної вставки, а після нейтраль­ної вставки знаки «Увімкнути струм на електровозі» – через 50 м, «Увімкнути струм на електропоїзді» – через 200 м.

Довжина нейтральної вставки розраховується таким чином, щоб не допускалось одночасне замикання контактних проводів нейтральної вставки з проводами прилеглих до неї секцій. Передусім вона залежить від виду електрорухомого складу: за використання на лінії тільки електро­возів, приймається 50 м (з урахуванням застосування кратної тяги), при електропоїздах — 200 м.

 

Рис. 5.5. Нейтральна вставка

Практичне заняття № 5. ПРОГНОЗУВАННЯ ВИКИДІВ АВТОМОБІЛЬНОГО ТРАНСПОРТУ ТА ПОБУДОВА БАГАТОФАКТОРНОЇ МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ

Мета роботи. Ознайомитися з математичними методами прогнозування викидів автомобільним транспортом за допомогою багатофакторної математичної моделі.