Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 57670-2017 "Системы тягового электроснабжения железной дороги. Методика выбора основных параметров" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 сентября 2017 г. N 1130-ст)

The railway track power supply systems. The methods of selecting fundamental parameters

ОКС 29.280
ОКП 318531

Дата введения - 1 мая 2018 г.
Введен впервые

Предисловие

1 Разработан Акционерным обществом "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" (АО "ВНИИЖТ")

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 45 "Железнодорожный транспорт"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 сентября 2017 г. N 1130-ст

4 Введен впервые

5 Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии не несет ответственности за патентную чистоту настоящего стандарта. Патентообладатель может заявить о своих правах и направить в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии аргументированное предложение о внесении в настоящий стандарт поправки для указания информации о наличии в стандарте объектов патентного права и патентообладателе

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на системы тягового электроснабжения постоянного тока напряжением 3 кВ, переменного тока напряжением 25 и 2 х 25 кВ при скорости движения поездов на электротяге до 250 км/ч и устанавливает методику выбора основных параметров этих систем.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 839-80 Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи. Технические условия

ГОСТ 2585-81 Выключатели автоматические быстродействующие постоянного тока. Общие технические условия

ГОСТ 4775-91 Провода неизолированные биметаллические сталемедные. Технические условия

ГОСТ 6962-75 Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений

ГОСТ 7746-2015 Трансформаторы тока. Общие технические условия

ГОСТ 11677 Трансформаторы силовые. Общие технические условия

ГОСТ 14209-85 Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки

ГОСТ 16772-77 Трансформаторы и реакторы преобразовательные. Общие технические условия

ГОСТ 32697-2014 Тросы контактной сети железной дороги несущие. Технические условия

ГОСТ 32895 Электрификация и электроснабжение железных дорог. Термины и определения

ГОСТ Р 51559 Трансформаторы силовые масляные классов напряжения 110 и 220 кВ и автотрансформаторы напряжением 27,5 кВ для электрических железных дорог переменного тока. Общие технические условия

ГОСТ Р 52002 Электротехника. Термины и определения основных понятий

ГОСТ Р 52565-2006 Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ. Общие технические условия

ГОСТ Р 52719 Трансформаторы силовые. Общие технические условия

ГОСТ Р 52726-2007 Разъединители и заземлители переменного тока на напряжение свыше 1 кВ и приводы к ним. Общие технические условия

ГОСТ Р 55647-2013 Провода контактные из меди и ее сплавов для электрифицированных железных дорог. Технические условия

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 32895, ГОСТ Р 52002, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 максимальный режим системы внешнего электроснабжения: Режим работы электроэнергетической системы, питающей тяговые подстанции, при котором в ней включено максимально возможное количество генераторов, трансформаторов и линий электропередачи.

3.2 пакет поездов: Два и более следующих один за другим поездов с заданным наименьшим интервалом на электротяге.

3.3 час интенсивных перевозок: Период времени суток, в котором движение поездов обусловливает максимальную нагрузку системы тягового электроснабжения.

3.4 расчетная масса (поезда): Среднее арифметическое значение массы всех поездов, включая пассажирские, обращающихся на каждом пути участка за одни сутки в среднем за год.

3.5 участок с преимущественно пассажирским движением: Участок, на котором количество пассажирских поездов составляет более 60 % общего количества поездов в сутки и для которого поезд расчетной массы относят к категории пассажирских поездов.

3.6 участок с преимущественно пригородным движением: Участок, на котором количество пригородных поездов составляет более 60 % общего количества поездов в сутки.

3.7 участок со смешанным движением: Участок, на котором количество пассажирских и пригородных поездов или количество грузовых поездов находится в интервале от 40 до 60 % общего количества поездов в сутки.

4 Общие положения

4.1 Основные требования

4.1.1 Основными параметрами систем тягового электроснабжения являются:

- расстояние между смежными тяговыми подстанциями;

- мощность и количество силовых трансформаторов, а также автотрансформаторов системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ;

- номинальный ток на выходе и количество статических преобразователей для системы тягового электроснабжения;

- номинальный ток коммутационных аппаратов и трансформаторов тока;

- номинальный ток отключения выключателей;

- марка, сечение и количество проводов контактной сети, проводов и кабелей питающих, отсасывающих и шунтирующих линий;

- марка, сечение и количество проводов сборных и соединительных шин тяговых подстанций и линейных устройств системы тягового электроснабжения.

4.1.2 Значения основных параметров, кроме расстояний между тяговыми подстанциями, выбирают из номинальных рядов, установленных стандартами на соответствующую продукцию.

Для продукции, в отношении которой стандарты не разработаны, допустимые значения перегрузки по току и времени усреднения принимают по техническим условиям.

4.1.3 При выборе основных параметров систем тягового электроснабжения принимают следующие допустимые значения расчетных величин:

а) для напряжения на токоприемнике электроподвижного состава в соответствии с таблицей 1;

Таблица 1 - Допустимые минимальные значения напряжения на токоприемнике электроподвижного состава

Напряжение	Значение напряжения, В, при системе тягового электроснабжения		Время усреднения Тс, мин, расчетного значения напряжения
	постоянного тока	переменного тока (действующее значение)
1 Наименьшее	По ГОСТ 6962-75 (пункт 2)		-
2 Расчетный уровень наименьшего напряжения при скорости движения поездов до 160 км/ч включ.	По Правилам [1] (пункт 2 приложения N 4)		3
3 Расчетный уровень наименьшего напряжения при скорости движения пассажирских поездов св. 160 до 250 км/ч включ.	2900	24 000	1

б) для температуры нагрева проводов контактной сети, питающих проводов системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ, проводов питающих, отсасывающих и шунтирующих линий в соответствии с таблицей 2;

Таблица 2 - Допустимая температура нагрева проводов тяговой сети

Тип провода	Допустимая температура нагрева, °С	Время усреднения Тс, мин, расчетного значения температуры
Контактные из меди и ее сплавов	По ГОСТ Р 55647-2013 (раздел 9)	20
Несущие тросы из меди и ее сплавов	По ГОСТ 32697-2014 (раздел 9)	1
Многопроволочные биметаллические сталемедные	По ГОСТ 4775-91 (пункт 4.3)
Медные кроме контактных проводов и несущих тросов, алюминиевые и сталеалюминиевые	По ГОСТ 839-80 (пункт 5а.2)	20

в) для тока и/или температуры нагрева каждого из элементов системы тягового электроснабжения с учетом установленных для данного элемента норм допустимых перегрузок по току и времени усреднения.

4.1.4 Температуру нагрева проводов по перечислению б) 4.1.3 рассчитывают при температуре окружающего воздуха 40 °С, скорости ветра 1 м/с в поперечном направлении относительно провода и интегральной поверхностной плотности потока солнечного излучения 900 Вт/м².

4.1.5 Проверку контактной сети по температуре нагрева проводов выполняют как при нормальной схеме, так и при раздельном питании путей с отключенными постами секционирования и пунктами параллельного соединения контактной сети при их наличии.

4.1.6 Параметры контактной сети системы тягового электроснабжения постоянного тока выбирают с учетом износа контактных проводов, равного 15 % площади полного сечения.

4.1.7 Мощность системы внешнего электроснабжения принимают для максимального режима ее работы.

4.2 Исходные данные и порядок выбора основных параметров

4.2.1 В качестве исходных данных для выбора основных параметров принимают:

а) координаты расположения станций, продольный профиль и план пути, допустимые скорости движения поездов на участке;

б) количество грузовых, пассажирских и пригородных поездов в сутки по каждому пути двухпутных и многопутных участков или по обоим направлениям движения для однопутных участков;

в) массы поездов всех категорий, серии и количество секций электровозов или моторных вагонов в поездах;

г) наименьший межпоездной интервал в пакетах поездов различных категорий;

д) график движения поездов или количество поездов в час интенсивных перевозок;

е) распределение категорий поездов по путям для многопутных участков.

4.2.2 Выбор основных параметров осуществляют по результатам тяговых и электрических расчетов. Параметры следует выбирать, как правило, без учета режима рекуперации, за исключением случаев, когда рекуперативное торможение на участках с затяжными спусками применяют для обеспечения безопасности движения поездов.

4.2.3 Тяговые расчеты производят в соответствии с параметрами, заданными в перечислениях а), в), е) 4.2.1, при движении в обоих направлениях следующих поездов:

- пассажирских и пригородных;

- грузовых наибольшей массы из заданных по перечислению в) 4.2.1;

- грузовых расчетной массы.

4.2.4 Электрические расчеты выполняют с учетом изменения потребления тока из контактной сети электроподвижным составом при его перемещении по участку в соответствии с графиком движения поездов, заданным согласно перечислению д) 4.2.1, который математически моделируют с использованием результатов тяговых расчетов.

4.2.5 При отсутствии данных по перечислению д) 4.2.1 принимают расчетные графики движения поездов, указанные в 4.2.5.1-4.2.5.6.

4.2.5.1 На двухпутных и многопутных участках в направлении наибольшего электропотребления принимают пакет из N_ич1 поездов расчетной и наибольшей массы, проложенный спустя не менее 8 ч от начала графика движения с заданным в соответствии с перечислением г) 4.2.1 интервалом J_p, мин. до и после пакета прокладывают поезда расчетной массы в количестве N_с1 - N_ич1 с интервалом J₁, мин, который вычисляют по формуле

,

(4.1)

где Т_ич - продолжительность периода интенсивных перевозок, мин: Т_ич = 60 мин, если не задано иное значение;

Т_тех - продолжительность суточного бюджета времени, выделяемого для производства плановых ремонтно-строительных работ на сооружениях железнодорожной инфраструктуры: Т_тех = 150 мин, если не задано иное значение;

N_с1 - количество поездов в сутки на данном пути.

Количество поездов N_ич1 в пакете определяют как ближайшее целое к значению, рассчитанному по формуле

.

(4.2)

Количество поездов наибольшей массы в пакете, если таких менее 5 % общего количества поездов в сутки, принимают равным одному, если от 5 до 25 % - два поезда, более 25 % - три поезда.

4.2.5.2 На двухпутных и многопутных участках в обратном направлении принимают все поезда расчетной массы в количестве N_с2, заданном в сутки для данного пути, с интервалом J₂ = 1,4 J_p, но не менее 11 мин.

4.2.5.3 На однопутных участках принимают частично-пакетный график движения при пропуске пакета из трех поездов расчетной и наибольшей массы с заданным интервалом J_p в направлении наибольшего электропотребления и при скрещении этого пакета со встречными поездами расчетной массы на всех раздельных пунктах с путевым развитием.

4.2.5.4 В случае одинакового электропотребления по железнодорожным путям или направлениям движения в расчетном графике движения поездов рассматривают отдельно пакеты поездов по каждому железнодорожному пути или направлению движения.

4.2.5.5 На участках с преимущественно пассажирским движением и на участках со смешанным движением грузовых и пассажирских поездов в расчетном графике движения поездов учитывают пакеты грузовых и пассажирских поездов.

4.2.5.6 На участках с преимущественно пригородным движением расчетный график движения поездов формируют с учетом количества пар пригородных поездов в час интенсивных перевозок.

4.2.6 Выбранные согласно требованиям 4.1 значения основных параметров проверяют на соответствие требованиям 4.1 для вынужденного режима работы системы тягового электроснабжения при условии пропуска одного поезда расчетной массы по каждому железнодорожному пути межподстанционной зоны.

Вынужденный режим системы тягового электроснабжения соответствует отключению каждой из тяговых подстанций (по одной) при введенных в работу резервирующих трансформаторах и статических преобразователях для системы тягового электроснабжения на тяговых подстанциях соседних с отключенной.

Параметры системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ проверяют дополнительно для вынужденного режима при отключении отдельно каждого из автотрансформаторных пунктов при всех включенных тяговых подстанциях.

При вынужденных режимах работы систем тягового электроснабжения расчетный уровень наименьшего напряжения согласно таблице 1 принимают по нормам Правил [1] (пункт 2 приложения N 4), допустимым в исключительных случаях.

4.2.7 В случае невыполнения требований 4.1 выбранные значения основных параметров системы тягового электроснабжения корректируют и для их проверки повторно производят электрические расчеты.

5 Выполнение тяговых расчетов

5.1 Тяговые расчеты при выборе основных параметров систем тягового электроснабжения проводят для определения электрической нагрузки контактной сети в различных точках железнодорожного участка в зависимости от профиля и плана пути, характеристик электроподвижного состава, массы поезда и параметров состава вагонов, а также режима ведения поезда и напряжения в контактной сети.

5.2 В результате тяговых расчетов получают следующие основные параметры:

- зависимости от времени координат положения поезда на участке и токов, потребляемых электроподвижным составом из контактной сети, с равномерным шагом по времени , мин, согласно 6.4;

- расходы электроэнергии (при переменном токе полные и активные) и время хода поезда по перегонам участка.

5.3 Результирующие параметры, перечисленные в 5.2, рассчитывают на основе решения дифференциальных уравнений движения поезда, выраженных формулами:

,

(5.1)

,

(5.2)

,

(5.3)

где dv/dt - ускорение (замедление) поезда, км/();

- ускорение или замедление поезда при удельной силе 1 Н/т:  = 0,2038 км/()/(Н/т);

v - скорость движения поезда, км/ч;

F_к(v) - тяговая характеристика электроподвижного состава по данным завода-изготовителя, кН;

B_т(v) - зависимость силы торможения поезда от скорости, кН;

W_о(v) - основное сопротивление движению поезда, кН;

W_i - дополнительное сопротивление движению от уклона и от кривой, кН;

m_п - масса поезда, т;

dl/dt - приращение координаты, км/мин;

- коэффициент, учитывающий размерность времени:  = 1/60;

I_э - ток, потребляемый из контактной сети электроподвижным составом поезда, А;

I_э(v) - токовая характеристика электроподвижного состава по данным завода-изготовителя, А.

5.4 Методика расчета результирующих параметров, перечисленных в 5.2, на основе интегрирования уравнений (5.1)-(5.3) в конечных приращениях приведена в приложении А.

Допускается использование других методов и способов интегрирования уравнений движения поезда при условии, что их результаты соответствуют 5.2.

5.5 В расходах электроэнергии и в токовой нагрузке контактной сети учитывают мощность собственных нужд электроподвижного состава, а для пассажирских поездов - также мощность, расходуемую на освещение, отопление и кондиционирование воздуха в вагонах.

5.6 При тяговых расчетах учитывают:

- остановки на станциях, обусловленные технологией работы железнодорожного участка;

- постоянно действующие предупреждения об ограничении скорости движения поездов;

- перегоны, на которых при движении поезда используют подталкивающие локомотивы.

6 Выполнение электрических расчетов

6.1 Электрические расчеты выполняют для определения показателей, характеризующих режимы работы устройств тягового электроснабжения, по условиям соответствия которых нормативным значениям согласно 4.1.3 осуществляют выбор основных параметров систем тягового электроснабжения.

К этим показателям относят:

- токи в силовом оборудовании, коммутационных аппаратах, сборных шинах распределительных устройств тяговых подстанций и линейных устройств, в питающих, отсасывающих и шунтирующих линиях, проводах контактной сети;

- температуры нагрева проводов контактной сети, элементов силовых трансформаторов и автотрансформаторов системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ;

- напряжения на сборных шинах питающих линий контактной сети тяговых подстанций и на токоприемниках электроподвижного состава.

6.2 Расчеты значений параметров режима, перечисленных в 6.1, производят посредством моделирования графика движения поездов, который формируют на основе результатов тяговых расчетов и исходных данных, приведенных в 4.2.1, 4.2.5.

6.3 В результате расчетов получают:

- числовые ряды значений токов и напряжений в отдельные моменты времени с равномерным шагом по времени , мин, при фиксированном в эти моменты расположении поездов на участке;

- наибольшие, наименьшие и усредненные за заданные периоды времени значения токов, напряжений и температур на основе обработки данных числовых рядов.

6.4 Значение шага по времени выбирают не более:

- при системе тягового электроснабжения постоянного тока - 0,5 мин;

- при системах тягового электроснабжения переменного тока - 1,0 мин;

- при наличии поездов со скоростями движения свыше 160 км/ч при всех системах тягового электроснабжения - 0,25 мин.

6.5 Уравнения, связывающие параметры систем тягового электроснабжения с искомыми параметрами режима, составляют на основе расчетных электрических схем этих систем.

Расчетные схемы системы тягового электроснабжения формируют из схем замещения тяговых подстанций и устройств тяговой сети, приведенных в приложении Б.

6.6 В расчетной схеме участка, на котором осуществляют проверку основных параметров системы тягового электроснабжения, учитывают смежные межподстанционные зоны, при их наличии, на границах этого участка.

6.7 Параметры режима расчетной схемы рекомендуется определять методом контурных токов или узловых напряжений с использованием электронных вычислительных машин (ЭВМ).

Допускается применять другие методы расчета электрических схем, обеспечивающие рациональное использование ресурсов ЭВМ в части способов хранения и обработки промежуточных результатов вычислений.

6.8 Порядок действий при расчетах параметров рабочего режима систем тягового электроснабжения на основе моделирования графика движения поездов приведен в приложении В.

7 Выбор расстояния между смежными тяговыми подстанциями

7.1 Расстояния между смежными тяговыми подстанциями определяют при проектировании, исходя из необходимости выполнения требований, установленных в разделе 4. Рекомендуется принимать эти расстояния не более приведенных в 7.2, 7.3.

7.2 Для железнодорожных линий, электрифицированных на постоянном токе, наибольшее расстояние между тяговыми подстанциями выбирают в зависимости от годовой приведенной грузонапряженности Г_пр, млн брутто/км, которую вычисляют по формуле

,

(7.1)

где N_cf - количество грузовых и пассажирских поездов, включая пригородные, в средние сутки года по каждому пути f двухпутных и многопутных участков или по направлениям движения для однопутных участков;

m_pf - расчетная масса поезда на пути f или на данном направлении движения, т.

Расстояния между смежными тяговыми подстанциями принимают не более, км:

20 ... при значении Г_пр св. 25 млн брутто/км;

25 ... при значении Г_пр до 25 млн брутто/км включ.

7.3 Для железнодорожных линий, электрифицированных на переменном токе, расстояние между смежными тяговыми подстанциями выбирают не более:

- при системе тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ - 50 км;

- при системе тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ с усиливающим и экранирующим проводами - 65 км;

- при системе тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ - 70 км.

7.4 Расстояния между смежными тяговыми подстанциями рекомендуется выбирать в такой последовательности.

На начальном этапе расчетов принимают наибольшие значения расстояния по 7.2, 7.3.

При принятых расстояниях между тяговыми подстанциями предварительно выбирают параметры системы тягового электроснабжения в соответствии с разделами 8, 9 и согласно 12.1.

Если предварительно выбранные параметры системы тягового электроснабжения не соответствуют требованиям 4.1, то принимают меньшие расстояния между подстанциями и электрические расчеты с целью проверки параметров выполняют повторно.

7.5 Если при системе тягового электроснабжения постоянного тока для большинства межподстанционных зон требуемые по результатам расчетов расстояния между тяговыми подстанциями составляют менее 7 км, то на проектируемом железнодорожном участке следует применять систему тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ.

На межподстанционных зонах системы тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ длиной менее 25 км рекомендуется применять систему тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ с усиливающим и экранирующим проводами или систему тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ.

8 Выбор мощности и количества силовых трансформаторов

8.1 Выбор мощности и количества преобразовательных трансформаторов тяговых подстанций постоянного тока

Показатели рабочего режима при выборе преобразовательных трансформаторов тяговых подстанций постоянного тока рассчитывают с использованием числового ряда K_тт(k) нагрузок сетевой обмотки в долях ее номинальной мощности, вычисляемых по формуле

,

(8.1)

где U_d0т - номинальное напряжение сетевой обмотки трансформатора, приведенное к стороне выпрямленного тока, кВ;

I_d(k) - числовой ряд значений токов на выходе статических преобразователей для системы тягового электроснабжения, которые подключены к данному трансформатору, полученный с заданным шагом по времени , мин, в результате электрических расчетов, А;

n_тт - количество параллельно работающих трансформаторов;

S_тт ном - номинальная мощность сетевой обмотки трансформатора, .

Значение напряжения U_d0т принимают в зависимости от схемы преобразования:

3,7 кВ ... трехфазной мостовой;

3.6 кВ ... эквивалентной двенадцатифазной мостовой.

Наибольшее эффективное значение нагрузки трансформатора K_{тт эф 30} за скользящий период времени Т_с = 30 мин рассчитывают по формуле

,

,

(8.2)

где М_k - количество элементов числового ряда токов I_d(k).

Наибольшие средние значения нагрузки трансформатора K_{тт max Тсj} за периоды времени Т_cj, мин, соответствующие ГОСТ 16772-77 (пункт 2.7.2), рассчитывают по формуле

,

.

(8.3)

Значения нагрузки трансформатора, рассчитанные по формулам (8.2), (8.3), должны удовлетворять условиям:

,

(8.4)

где K_{тт доп Тcj} - допустимые значения выходного тока, %, по ГОСТ 16772-77 (пункт 2.7.2) для соответствующих периодов продолжительности нагрузки Т_cj, мин.

Если хотя бы одно из условий (8.4) не выполнено, требуемое количество трансформаторов n'_тт и номинальную мощность сетевой обмотки трансформатора S'_тт ном, , выбирают по условию

,

(8.5)

где К_инс тт - коэффициент использования нагрузочной способности трансформатора.

Коэффициент К_инс тт рассчитывают по формуле

.

(8.6)

8.2 Выбор мощности и количества масляных трансформаторов и автотрансформаторов

8.2.1 Выбор мощности и количества силовых масляных трансформаторов и автотрансформаторов, изготовленных по ГОСТ 11677, ГОСТ Р 51559, ГОСТ Р 52719, производят с использованием числового ряда K(k) нагрузок в долях номинальной мощности трансформатора, вычисляемых по формуле

,

(8.7)

где U_ном - номинальное напряжение обмотки, питающей тяговую нагрузку, кВ;

I(k) - числовой ряд значений токов наиболее нагруженной обмотки с заданным шагом по времени , мин, полученный в результате электрических расчетов, А;

n_т - количество параллельно работающих трансформаторов;

S_т ном - номинальная мощность трансформатора, .

Расчет значений нагрузки K(k) с учетом особенностей режима работы различных видов трансформаторов (автотрансформаторов) в системах тягового электроснабжения приведен в 8.2.4-8.2.7.

8.2.2 На каждом шаге k изменения нагрузки трансформатора рассчитывают температуры масла в верхних слоях t_м(k) и наиболее нагретой точки обмотки t_ннт(k), °С, по формулам:

,

(8.8)

,

(8.9)

где - температура охлаждающей среды, °С;

- превышение температуры масла в верхних слоях над температурой охлаждающей среды, °С;

- превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки над температурой масла в верхних слоях, °С.

Превышения температур и рассчитывают по ГОСТ 14209-85 (подраздел 2.3) для условий переходного теплового режима нагрева и снижения температуры элементов трансформатора при следующих значениях расчетных параметров:

- температура охлаждающей среды  = 35 °С;

- продолжительность нагрузки на каждом шаге h = /60 ч;

- значения нагрузки в долях номинальной мощности K_h = K(k).

Максимальные значения температуры масла в верхних слоях t_м max и наиболее нагретой точки обмотки t_ннт max, °С, рассчитывают по формулам:

,

(8.10)

,

(8.11)

где M_k - количество элементов числового ряда K(k) значений нагрузки трансформатора.

Наибольшие средние значения нагрузки трансформатора K_max 1 и K_max 10 за периоды времени соответственно 1 и 10 мин. рассчитывают по формулам:

,

(8.12)

,

.

(8.13)

8.2.3 Показатели, рассчитанные по формулам (8.10)-(8.13), должны удовлетворять условиям:

,

(8.14)

,

(8.15)

где , - максимально допустимые значения температуры масла в верхних слоях и наиболее нагретой точки обмотки для систематических нагрузок по ГОСТ 14209-85 (пункт 2.1.3).

Если любое из условий (8.14), (8.15) не выполнено, требуемое количество трансформаторов n'_т и номинальную мощность трансформатора S'_т ном, , выбирают по условию

,

(8.16)

где K_инс т - коэффициент использования нагрузочной способности трансформатора.

Коэффициент K_инс т использования нагрузочной способности трансформатора рассчитывают по формуле

,

(8.17)

где K_инс м, K_инс о - коэффициенты использования нагрузочной способности трансформатора по максимально допустимым значениям температуры соответственно масла в верхних слоях и наиболее нагретой точки обмотки.

Коэффициенты K_инс м, K_инс о рассчитывают по формулам:

,

(8.18)

.

(8.19)

При несоблюдении условий (8.14), (8.15) для автотрансформаторов системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ выбирают большую номинальную мощность автотрансформатора или увеличивают количество автотрансформаторных пунктов в межподстанционной зоне.

8.2.4 Для тяговых подстанций постоянного тока значения нагрузки K(k) понижающего трансформатора в долях его номинальной мощности рассчитывают по формуле

,

(8.20)

где I_птd(k) - числовой ряд токов понижающего трансформатора, приведенных к стороне выпрямленного напряжения, которые вычисляют по формулам (В.24), (В.25) (приложение В), А;

S_н - мощность нетяговых и районных потребителей, получающих питание от данного трансформатора, ;

k_н - коэффициент, учитывающий несовпадение максимумов нагрузки на тягу поездов и нетяговых (районных) потребителей: k_н = 0,7;

n_пт - количество параллельно работающих трансформаторов;

S_пт ном - номинальная мощность трансформатора, .

Определение напряжения U_d0т, кВ, приведено в 8.1.

8.2.5 Расчетную нагрузку трехфазных трансформаторов тяговых подстанций переменного тока определяют по токам обмоток фаз ac и bc, показанных на рисунке Б.2 (приложение Б). Значения соответствующих этим токам нагрузок K₁(k), K₂(k) в долях номинальной мощности трансформатора рассчитывают по формулам:

,

(8.21)

,

(8.22)

где U_ном - номинальное напряжение обмоток, U_ном = 27,5 кВ;

, - числовые ряды токов в плечах тяговой подстанции, которые получают питание соответственно от опережающей и отстающей фазы напряжения системы внешнего электроснабжения, А;

S_н - мощность нетяговых и районных потребителей, ;

k_н - коэффициент, учитывающий несовпадение максимумов нагрузки на тягу поездов и нетяговых (районных) потребителей: k_н = 0,7;

n_т - количество параллельно работающих трансформаторов;

S_т ном - номинальная мощность трансформатора, .

Для каждого из числовых рядов нагрузок K₁(k), K₂(k) по формулам (8.8)-(8.13), приведенным в 8.2.2, рассчитывают следующие параметры:

- максимальные значения температуры масла в верхних слоях t_1 м max, t_2 м max, °С;

- максимальные температуры наиболее нагретой точки обмоток t_{1 ннт max}, t_{2 ннт max}, °С;

- наибольшие средние значения нагрузок за период времени 1 мин. K_1 max 1, K_2 max 1;

- наибольшие средние значения нагрузок за период времени 10 мин. K_1 max 10, K_2 max 10.

Выбор количества и мощности трансформаторов осуществляют согласно 8.2.3 при наибольших значениях нагрузок K_max 1, K_max 10 и максимальных температур t_м max, t_ннт max, °С, вычисленных по формулам:

,

(8.23)

.

(8.24)

8.2.6 Для тяговых подстанций переменного тока 2 х 25 кВ значения нагрузки K(k) однофазного трансформатора в долях его номинальной мощности вычисляют по данным числового ряда , А, токов в секции расщепленной вторичной обмотки, подключенной к сборным шинам питающих линий контактной сети, как показано на рисунке Б.3 (приложение Б), по формуле

,

(8.25)

где U_ном - номинальное напряжение секции обмотки, U_ном = 27,5 кВ;

n_от - количество параллельно работающих трансформаторов в данном плече тяговой подстанции;

S_от ном - номинальная мощность трансформатора, .

8.2.7 Значения нагрузки K(k) автотрансформатора системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ в долях его номинальной мощности рассчитывают по формуле

,

(8.26)

где U_ном - номинальное вторичное напряжение автотрансформатора, U_ном = 27,5 кВ;

- числовой ряд токов в обмотке, подключенной к питающему проводу тяговой сети, А;

S_AT ном - номинальная мощность автотрансформатора, .

9 Выбор номинального тока на выходе и количества статических преобразователей для системы тягового электроснабжения

9.1 При выборе параметров статических преобразователей для системы тягового электроснабжения постоянного тока определяют показатели их рабочего режима по данным числового ряда значений тока I_d(k), А, на выходе статических преобразователей, полученного в результате электрических расчетов с заданным шагом по времени , мин.

9.2 Наибольшее эффективное значение тока статических преобразователей для системы тягового электроснабжения I_d эф 30, А, за время усреднения 30 мин. рассчитывают по формуле

,

,

(9.1)

где М_k - количество элементов числового ряда токов I_d(k).

Наибольшие средние значения тока I_d max Tcj, А, за периоды длительности T_cj, мин, соответствующие допустимым нагрузкам K_{d доп Тcj} относительно номинального тока I_d ном, А, установленным в технических условиях завода - изготовителя преобразователей, рассчитывают по формуле

,

.

(9.2)

9.3 Максимальный требуемый ток I_d max, А, статических преобразователей для системы тягового электроснабжения рассчитывают по формуле

.

(9.3)

Требуемое количество n_п и номинальный ток I_d ном, А, на выходе статических преобразователей для системы тягового электроснабжения выбирают по условию

.

(9.4)

9.4 При несоблюдении условия (9.4) принимают один из следующих вариантов повышения нагрузочной способности тяговой подстанции:

- выбирают статический преобразователь для системы тягового электроснабжения с большим номинальным током;

- увеличивают количество статических преобразователей для системы тягового электроснабжения того же номинального тока.

Для принятого варианта выполняют вновь электрические расчеты и проверяют нагрузочную способность преобразовательных трансформаторов по 8.1.

10 Выбор номинального тока коммутационных аппаратов и трансформаторов тока

10.1 Номинальный ток коммутационного аппарата и трансформатора тока выбирают по максимальному значению рабочего тока при длительности его усреднения 20 мин.

Расчеты максимального рабочего тока проводят для схем и режимов системы тягового электроснабжения, при которых коммутационные аппараты и трансформаторы тока имеют наибольшую нагрузку:

- при подключении резервирующего силового оборудования;

- в ремонтных и послеаварийных режимах.

Выбор номинального тока коммутационных аппаратов и трансформаторов тока в питающей линии выполняют как при нормальном режиме, так и при наибольшем возможном количестве секций контактной сети, которые могут быть подключены к данной питающей линии в условиях эксплуатации.

Коммутационные аппараты в питающих линиях распределительного устройства 3,3 кВ выбирают на одно и то же значение номинального тока, принятого по наибольшему рабочему току из рассчитанных значений для всех питающих линий.

10.2 Для определения максимального рабочего тока в качестве первичного показателя режима коммутационного аппарата и трансформатора тока из массива результатов электрических расчетов выбирают числовой ряд с заданным шагом по времени , мин, токов I_в(k), А, той ветви расчетной схемы, которая соответствует электрической цепи данного устройства:

- питающей линии I_ф(k);

- на выходе статических преобразователей для системы тягового электроснабжения I_d(k);

- в выводах a, b трехфазного трансформатора тяговой подстанции переменного тока соответственно I_a(k), I_b(k);

- в выводах секций расщепленной обмотки однофазных трансформаторов, подключенных к сборным шинам питающих линий контактной сети, I_тк1(k), I_тк2(k) (см. рисунок Б.3, приложение Б);

- в выводах автотрансформатора системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ I_A(k).

10.3 Для данного числового ряда токов I_в(k), А, рассчитывают наибольшее среднее за период T_с = 20 мин значение рабочего тока I_в max 20, А, по формуле

,

,

(10.1)

где М_k - количество элементов числового ряда токов I_в(k).

Для числовых рядов I_а(k), I_b(k) по формуле (10.1) рассчитывают соответствующие токи I_a max 20, I_b max 20, А, из которых выбирают наибольшее значение I_в max 20.

10.4 По ГОСТ 2585-81 (пункт 1.2) для выключателей постоянного тока, по ГОСТ Р 52565-2006 (пункт 5.1) для выключателей переменного тока, по ГОСТ Р 52726-2007 (подраздел 5.1) для разъединителей переменного тока выбирают номинальное значение тока I_ном, А, при котором выполняется условие

.

(10.2)

10.5 Для трансформаторов тока выбирают то значение номинального тока первичной обмотки I_1 ном, А, которому соответствует условие

,

(10.3)

где I_1 нр - наибольший рабочий первичный ток по ГОСТ 7746-2015 (пункт 6.6.5), А.

11 Выбор номинального тока отключения выключателей

11.1 Общие положения

11.1.1 Номинальный ток отключения выключателя выбирают, исходя из максимального значения тока короткого замыкания в главной цепи выключателя.

11.1.2 При электрических расчетах определяют токи I_в кз в ветвях схемы системы тягового электроснабжения, в которых находятся проверяемые выключатели, при следующих режимах короткого замыкания:

- на сборных шинах распределительных устройств 3,3; 27,5 и 2 х 27,5 кВ для выключателей в цепи выпрямленного напряжения тяговой подстанции постоянного тока и в выводах трансформаторов тяговых подстанций переменного тока;

- в точке присоединения питающей линии тяговой подстанции и поста секционирования к контактной сети для выключателя этой линии.

11.1.3 При расчетах учитывают максимальное количество трансформаторов и статических преобразователей для системы тягового электроснабжения, которое допускается к параллельной работе на тяговой подстанции.

11.1.4 Для двухпутной и многопутной межподстанционных зон расчеты короткого замыкании в точке присоединения питающей линии к контактной сети выполняют при отключенном выключателе соседней питающей линии (при ее наличии), присоединенной к той же секции контактной сети.

11.1.5 Токи электроподвижного состава, а также устройства регулирования выпрямленного напряжения на тяговых подстанциях постоянного тока не учитывают.

11.1.6 Для определения тока короткого замыкания в режимах и при условиях, указанных в 11.1.2-11.1.5, составляют расчетную схему системы тягового электроснабжения из схем замещения ее элементов, приведенных в приложении Б.

Режимы короткого замыкания следует рассчитывать на ЭВМ методом контурных токов или методом узловых напряжений, приведенном в В.3 (приложение В).

Для однопутных и двухпутных участков при одинаковых параметрах тяговой сети путей токи короткого замыкания в цепях выключателей допускается рассчитывать по приближенным формулам, приведенным в 11.2.

11.1.7 С использованием полученного в результате расчета максимального тока короткого замыкания в главной цепи выключателя I_в кз, А, выбирают номинальный ток отключения, который должен удовлетворять условиям, приведенным в 11.1.7.1, 11.1.7.2.

11.1.7.1 Для быстродействующих автоматических выключателей постоянного тока номинальный ток отключения выбирают по условию

,

(11.1)

где I_а макс - максимальное значение аварийного тока по ГОСТ 2585-81 (подраздел 2.3), А.

11.1.7.2 Для выключателей переменного тока номинальный ток отключения выбирают по условию

,

(11.2)

где I_o ном - номинальный ток отключения выключателя по ГОСТ Р 52565-2006 (пункт 5.1), кА.

11.2 Метод расчета максимальных токов короткого замыкания в главной цепи выключателей

11.2.1 Система тягового электроснабжения постоянного тока

11.2.1.1 Ток I_d кз, А, в цепи выпрямленного напряжения тяговой подстанции постоянного тока при коротком замыкании на сборных шинах распределительного устройства 3,3 кВ рассчитывают по формуле

,

(11.3)

где U_d0 - напряжение холостого хода на сборных шинах распределительного устройства 3,3 кВ, В;

R_ТП - эквивалентное сопротивление тяговой подстанции, Ом, вычисляемое по формуле (Б.1) (приложение Б).

11.2.1.2 Ток I_фБ1 кз, А, при коротком замыкании в питающей линии, например первого пути тяговой подстанции постоянного тока Б, расположенной на участке, который назван в данном подразделе А-Б-В, рассчитывают по формуле

,

(11.4)

где I'_фБ1 - составляющая тока короткого замыкания от тяговой подстанции Б, А;

I_фА4 - ток, протекающий по контактной сети соседнего пути (при его наличии) от тяговой подстанции А, А;

I_В - составляющая тока от тяговой подстанции В, А.

Составляющую тока I'_фБ1, А, рассчитывают по формуле

,

(11.5)

где U_d0Б - напряжение холостого хода тяговой подстанции Б, В;

R_ТПБ - эквивалентное сопротивление тяговой подстанции Б, Ом;

R_фБ1 - сопротивление рассматриваемой питающей линии, Ом, вычисляемое по формуле (Б.16) (приложение Б);

r_рс - сопротивление рельсовой сети, Ом/км, вычисляемое по формуле (Б.15) (приложение Б);

L_фБ1 - координата точки подключения рассматриваемой питающей линии к контактной сети, км;

L_Б - координата тяговой подстанции Б, км.

Ток I_фА4, А, рассчитывают по формуле

,

(11.6)

где U_d0A - напряжение холостого хода тяговой подстанции А, В;

U_dБ - напряжение на сборных шинах 3,3 кВ тяговой подстанции Б, В;

R_ТПА - эквивалентное сопротивление тяговой подстанции А, Ом;

R_фА4, R_фБ2 - сопротивления питающих линий контактной сети второго пути тяговых подстанций соответственно А и Б, Ом;

r_к2 - сопротивление контактной сети второго пути, Ом/км, вычисляемое по формуле (Б.12) (приложение Б);

L_A-Б - расстояние между тяговыми подстанциями А и Б, км.

Напряжение U_dБ, В, на сборных шинах 3,3 кВ тяговой подстанции Б рассчитывают по формуле

.

(11.7)

Ток I_В, А, рассчитывают по формуле

,

(11.8)

где U_d0B - напряжение холостого хода тяговой подстанции В, В;

R_фБ3, R_фВ1 - сопротивления питающих линий контактной сети первого пути тяговых подстанций соответственно Б и В, Ом;

М_fБВ - количество электрифицированных путей в межподстанционной зоне Б-Б;

L_Б-B - расстояние между тяговыми подстанциями Б и В, км.

11.2.1.3 Ток I_фС1 кз, А, при коротком замыкании в питающей линии, например первого пути поста секционирования, находящегося в межподстанционной зоне А-Б, рассчитывают по формуле

,

(11.9)

где I_фА4 - ток, протекающий по контактной сети соседнего пути (при его наличии) от тяговой подстанции А, А;

I_Б - составляющая тока от тяговой подстанции Б, А.

Токи I_фА4 и I_Б, А, рассчитывают по формулам:

,

(11.10)

,

(11.11)

где М_f АБ - количество электрифицированных путей в межподстанционной зоне А-Б;

L_A-ПС, L_Б-ПС - расстояние от тяговых подстанций соответственно А и Б до поста секционирования, км.

11.2.2 Система тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ

11.2.2.1 Ток I_а кз, А, в выводе, например а трехфазного трансформатора, тяговой подстанции переменного тока при коротком замыкании на сборных шинах распределительного устройства 27,5 кВ рассчитывают по формуле

,

(11.12)

где U₀ - напряжение холостого хода на сборных шинах распределительного устройства 27,5 кВ, В;

k_сп - коэффициент, учитывающий подпитку короткого замыкания от соседней тяговой подстанции смежного плеча через вывод b трансформатора. При проектных расчетах принимают k_сп = 1,05;

- эквивалентное сопротивление фазы трансформатора, Ом, вычисляемое по формулам (Б.7)-(Б.9) (приложение Б);

- сопротивление устройства продольной компенсации, Ом, вычисляемое по формуле (Б.11) (приложение Б).

11.2.2.2 Ток I_фБ1 кз, А, при коротком замыкании в питающей линии первого пути тяговой подстанции Б переменного тока рассчитывают по формуле

,

(11.13)

где U_0Б, U_0A - напряжения холостого хода тяговых подстанций соответственно Б и А, В;

, - эквивалентные сопротивления фаз трансформаторов этих подстанций, Ом;

, - сопротивления устройств продольной компенсации на тяговых подстанциях соответственно Б и А, Ом;

, , - сопротивления рассматриваемой питающей линии и питающих линий контактной сети второго пути тяговых подстанций соответственно А и Б, Ом, вычисляемые по формуле (Б.26) (приложение Б);

- сопротивление контактной сети второго пути, Ом/км, которое рассчитывают по формуле (Б.34) (приложение Б).

Для однопутной межподстанционной зоны второе слагаемое в формуле (11.13) принимают равным нулю.

11.2.2.3 Ток I_фС1 кз, А, при коротком замыкании в питающей линии первого пути поста секционирования, находящегося в межподстанционной зоне А-Б системы тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ, рассчитывают по формуле

,

(11.14)

где - ток, протекающий по контактной сети соседнего пути (при его наличии) от тяговой подстанции А, А;

- составляющая тока от тяговой подстанции Б, А.

Токи и , А, рассчитывают по формулам:

,

(11.15)

,

(11.16)

где - сопротивление контактной сети, зависящее от количества M_f AБ электрифицированных путей в межподстанционной зоне, Ом/км.

Для двухпутной межподстанционной зоны сопротивление принимают равным сопротивлению параллельно соединенных контактных сетей путей , Ом/км, вычисляемому по формуле (Б.28) (приложение Б). Для однопутной зоны сопротивление принимают равным сопротивлению контактной сети одного пути , Ом/км, которое рассчитывают по формуле (Б.33) (приложение Б).

11.2.3 Система тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ

11.2.3.1 Ток I_тк кз, А, в выводе секции расщепленной обмотки однофазного трансформатора тяговой подстанции переменного тока 2 х 25 кВ при коротком замыкании на сборных шинах распределительного устройства 2 х 27,5 кВ рассчитывают по формуле

,

(11.17)

где U₀ - напряжение холостого хода на сборных шинах распределительного устройства 2 х 27,5 кВ по отношению к земле, В. В номинальном режиме U₀ = 27 500 В;

- сопротивление системы внешнего электроснабжения, Ом;

- сопротивление секции расщепленной обмотки трансформатора, Ом;

- сопротивление устройства продольной компенсации в выводе данной секции расщепленной обмотки, Ом.

Сопротивление , Ом, системы внешнего электроснабжения рассчитывают по формуле

.

(11.18)

Сопротивление , Ом, секции расщепленной обмотки трансформатора без учета активной составляющей рассчитывают по формуле

.

(11.19)

Параметры формул (11.18), (11.19) определены в Б.1.2 (приложение Б).

11.2.3.2 Ток I_{фкБ1 кз}, А, при коротком замыкании в питающей линии контактной сети первого пути тяговой подстанции Б переменного тока 2 х 25 кВ рассчитывают по формуле

,

(11.20)

где U_0Б, U_0A - напряжения холостого хода тяговых подстанций соответственно Б и А, В;

, - сопротивление системы внешнего электроснабжения на вводах тяговых подстанций Б и А, Ом;

, - сопротивление секции расщепленной обмотки трансформаторов этих подстанций, Ом;

, , - сопротивления рассматриваемой питающей линии и питающих линий контактной сети второго пути тяговых подстанций соответственно А и Б, Ом, вычисляемые по формуле (Б.26) (приложение Б);

- доля тока в контактной сети от нагрузки тяговой сети системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ;

- транзитная составляющая сопротивления тяговой сети системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ, Ом/км.

Для однопутной межподстанционной зоны второе слагаемое в формуле (11.20) принимают равным нулю.

Долю тока в контактной сети рассчитывают по формуле

,

(11.21)

где , - сопротивления соответственно питающего провода и контактной сети, Ом/км, вычисляемые по формулам (Б.23), (Б.22) (приложение Б);

- полное сопротивление взаимной индуктивности между контактной сетью и питающим проводом одного пути, Ом/км, вычисляемое по формуле (Б.24) (приложение Б).

Транзитную составляющую , Ом/км, сопротивления тяговой сети рассчитывают по формуле

.

(11.22)

11.2.3.3 Ток , А, при коротком замыкании в питающей линии контактной сети первого пути поста секционирования, находящегося в межподстанционной зоне А-Б системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ, рассчитывают по формуле

,

(11.23)

где - ток, протекающий по контактной сети и питающему проводу соседнего пути (при его наличии) от тяговой подстанции А, А;

- составляющая тока от тяговой подстанции Б, А.

Токи и , А, рассчитывают по формулам:

,

(11.24)

,

(11.25)

где - местное сопротивление тяговой сети системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ, Ом, которое учитывают, если пост секционирования не совмещен с автотрансформаторным пунктом.

Сопротивление , Ом, рассчитывают по формуле

,

(11.26)

где - сопротивление контактной сети, Ом/км. Для двухпутной межподстанционной зоны , для однопутной зоны ;

L_а-ПС - расстояние между постом секционирования и ближайшим к нему автотрансформаторным пунктом, км;

L_a - длина участка между соседними автотрансформаторными пунктами, на котором находится пост секционирования, км.

12 Выбор марки, сечения и количества проводов контактной сети, проводов и кабелей питающих, отсасывающих и шунтирующих линий

12.1 Выбор сечения и количества проводов контактной сети

12.1.1 Выбор сечения и количества проводов, включая несущие тросы, производят на основе результатов электрических расчетов с учетом требований, установленных в перечислениях а), б) 4.1.3.

12.1.2 При проверке параметров контактной сети по допустимому напряжению на токоприемниках электроподвижного состава необходимые показатели рабочего режима системы тягового электроснабжения определяют на основе числовых рядов напряжений , В, полученных при моделировании графика движения каждого поезда n по пути f участка с заданным шагом по времени , мин.

По данным числового ряда для каждого пути f межподстанционной m рассчитывают минимальное напряжение U_mnf min и наименьшее среднее напряжение U_{mnf min Тс}, В, за время усреднения Т_с, мин, в соответствии с показателем 2 или 3 таблицы 1 по формулам:

,

(12.1)

,

,

(12.2)

при ,

где M_k - количество элементов числового ряда напряжений ;

L_m, L_m+1 - координаты тяговых подстанций межподстанционной зоны m, км;

- координата расположения поезда на участке, км.

Для каждой межподстанционной зоны m из рассчитанных напряжений по формулам (12.1), (12.2) для всех поездов на пути f выбирают минимальные значения напряжения U_mf min, U_{mf min Тс}, В, по формулам

,

(12.3)

Эти напряжения должны быть не меньше соответствующих допустимых значений по показателям таблицы 1:

- U_mf min - по показателю 1;

- U_{mf min Тс} - по показателю 2 или 3.

Для тех путей межподстанционной зоны, для которых хотя бы одно из указанных условий не выполнено, выбирают контактную сеть с проводами большего сечения, меньшего сопротивления и/или с большим количеством проводов.

12.1.3 Проверку проводов контактной сети по нагреванию проводят для каждого пути межподстанционной зоны с использованием числовых рядов токов I_фр(k), А, рассчитанных с заданным шагом по времени , мин, для питающих линий р тяговых подстанций, которые подключены к контактной сети данного пути в межподстанционной зоне.

Для каждого провода i в участке контактной сети вблизи места присоединения питающей линии р рассчитывают допустимый ток I_доп i, А, методом, приведенным в Г.2 (приложение Г).

Вычисляют результирующий допустимый ток I_доп кс, А, контактной сети по формуле

,

(12.4)

где - доля тока в проводе i, метод расчета которой приведен в Б.2.1 и Б.2.2 (приложение Б);

М_п - количество проводов в данном участке контактной сети.

Определяют лимитирующий провод, которым является тот, для которого отношение I_доп i/ в формуле (12.4) имеет наименьшее значение.

Для каждого значения из числового ряда токов I_фр(k) рассчитывают ток I(k), А, лимитирующего провода по формуле

,

(12.5)

где - доля тока в лимитирующем проводе.

По значениям числового ряда токов I(k) рассчитывают соответствующий числовой ряд t_пр(k), °С, температур нагрева лимитирующего провода методом, приведенным в Г.1 (приложение Г).

На основе числового ряда температур t_пр(k) рассчитывают наибольшую среднюю температуру лимитирующего провода t_{пр max Тс}, °С, за время усреднения Т_с, мин, в соответствии с таблицей 2 по формуле

,

,

(12.6)

где М_k - количество элементов числового ряда температур t_пр(k).

Из наибольших средних температур t_{пр max Тс} лимитирующих проводов в участках контактной сети р выбирают максимальное значение t_{п max Тс}, °С, по формуле

.

(12.7)

Полученная в итоге расчетов максимальная температура t_{п max Тс} должна быть не выше допустимого значения, приведенного для соответствующего типа провода в таблице 2.

Если указанное условие не выполнено, то для данного пути межподстанционной зоны выбирают контактную сеть с проводами большего сечения и/или с большим количеством проводов.

12.1.4 На вновь электрифицируемом участке железной дороги в пределах одной и той же межподстанционной зоны следует на всех путях применять одинаковое количество и сечение проводов контактной сети, выбранные по наибольшему значению температуры t_{п max Тс}.

12.2 Выбор сечения и количества проводов питающих, отсасывающих и шунтирующих линий

12.2.1 Количество и сечение проводов в питающих, шунтирующих и отсасывающих линиях выбирают по условию допустимого нагрева в соответствии с требованиями перечисления б) 4.1.3.

Выбор сечения и количества проводов питающей линии выполняют по наибольшей температуре нагрева проводов, рассчитанной как при нормальном режиме, так и при наибольшем возможном количестве секций контактной сети, которые могут быть подключены к данной питающей линии в условиях эксплуатации.

12.2.2 Расчет температуры нагрева проводов шунтирующих линий и питающих проводов системы тягового электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ выполняют по формулам (12.5)-(12.7), приведенным в 12.1.3, с использованием тех же числовых рядов токов I_фр(k) соответствующих питающих линий. В формуле (12.5) долю тока в отдельном проводе многопроводной линии рассчитывают по формуле

,

(12.8)

где М_п - количество проводов в линии.

12.2.3 Числовой ряд токов I(k), А, в проводе любой питающей и отсасывающей линии вычисляют по формуле

,

(12.9)

где I_л(k) - числовой ряд токов соответствующей линии, А, рассчитанный с заданным шагом по времени , мин.

По значениям числового ряда токов I(k) рассчитывают соответствующий числовой ряд t_п(k), °С, температур нагрева провода методом, приведенным в Г.1 (приложение Г).

На основе числового ряда температур t_п(k) рассчитывают наибольшую среднюю температуру провода t_{п max Тс}, °С, за время усреднения Т_с, мин, в соответствии с таблицей 2 по формуле

,

,

(12.10)

где М_k - количество элементов числового ряда температур t_п(k).

Рассчитанная наибольшая температура t_{п max Тс} должна быть не выше допустимого значения, приведенного для соответствующего типа провода в таблице 2.

Если указанное условие не выполнено, то для данной линии выбирают провода большего сечения и/или увеличивают количество проводов.

12.2.4 При определении тока в проводе отсасывающей линии по формуле (12.9) для тяговой подстанции постоянного тока принимают числовой ряд токов I_d(k), А, на выходе всех статических преобразователей для системы тягового электроснабжения.

Для тяговых подстанций переменного тока 25 кВ числовой ряд токов I_c(k), А, в отсасывающей линии рассчитывают по формуле

,

(12.11)

где , - токи в плечах тяговой подстанции, А.

При выборе параметров отсасывающей линии тяговой подстанции переменного тока 2 х 25 кВ принимают расчетный режим при отключенной от сборных шин питающего провода секции вторичной обмотки однофазного трансформатора в плече с большей нагрузкой. Для этого режима числовой ряд токов I_тр(k), А, в отсасывающей линии рассчитывают по формуле

,

(12.12)

где - токи в секции вторичной обмотки трансформатора, подключенной к сборным шинам питающих линий контактной сети плеча с большей нагрузкой, А;

, - токи в секциях вторичной обмотки трансформатора, подключенных к сборным шинам плеча с меньшей нагрузкой, А.

12.2.5 Суммарное сечение проводов отсасывающей линии автотрансформаторного пункта выбирают по условию

,

(12.13)

где М_оА - количество проводов в отсасывающей линии;

I_доп оА - допустимый ток провода, А, который вычисляют методом, приведенным в Г.2 (приложение Г);

n_А - количество автотрансформаторов на автотрансформаторном пункте;

S_AT ном - номинальная мощность автотрансформатора, .

12.2.6 Количество проводов отсасывающей линии тяговой подстанции и автотрансформаторного пункта во всех случаях должно быть не менее двух.

12.3 Выбор сечения и количества кабелей питающих и отсасывающих линий

12.3.1 Для определения максимальной рабочей нагрузки кабеля выбирают числовой ряд токов I_каб(k), А, рассчитанный с заданным шагом по времени , мин:

- для питающей линии числовой ряд токов I_ф(k);

- для отсасывающей линии соответствующий числовой ряд токов, указанный в 12.2.4.

12.3.2 На основе числового ряда токов I_каб(k) рассчитывают наибольшее среднее за время усреднения Т_с = 20 мин значение рабочего тока кабеля I_{каб max 20}, А, по формуле

,

,

(12.14)

где М_k - количество элементов числового ряда токов I_каб(k).

12.3.3 Сечение и количество кабелей питающей и отсасывающей линии выбирают по условию

,

(12.15)

где М_каб - количество кабелей;

I_{доп каб} - допустимый ток кабеля, А.

13 Выбор марки, сечения и количества проводов сборных и соединительных шин распределительных устройств тяговых подстанций и линейных устройств системы тягового электроснабжения

13.1 Марку, сечение и количество проводов (проводников) сборных и соединительных шин распределительных устройств выбирают по максимальному рабочему току, равному наибольшему среднему за время 20 мин. суммарному току всех присоединенных к этим шинам питающих линий. Сечение и количество проводов системы сборных шин определяют по наибольшему рабочему току секции или фазы сборных шин.

13.2 Для определения максимального рабочего тока из массива промежуточных результатов электрических расчетов, выполненных с шагом по времени , мин, выбирают числовые ряды токов I_фf(k) питающих линий, присоединенных к соответствующим сборным шинам или их секциям (фазам) в данном распределительном устройстве.

По значениям указанных токов рассчитывают числовой ряд суммарной нагрузки проверяемых шин I_ш(k), А, по формуле

,

(13.1)

где S_сд - мощность, которую учитывают при системе тягового электроснабжения переменного тока, дополнительных трехфазных потребителей, получающих питание от данных шин (собственных нужд, линии электропередачи системы "два провода - рельсы" и т.п.), ;

U_ном - номинальное напряжение на сборных шинах, кВ.

13.3 На основе числового ряда I_ш(k) рассчитывают наибольшее среднее за время усреднения Т_с = 20 мин значение рабочего тока I_ш max 20, А, по формуле

,

,

(13.2)

где М_k - количество элементов числового ряда токов I_ш(k).

13.4 Сечение и количество проводов (проводников) проверяемой шины выбирают по условию

,

(13.3)

где М_п - количество проводов;

I_доп ш - допустимый ток, А, в соответствии с таблицами 3-5.

Таблица 3 - Допустимый длительный ток для неизолированных проводов, используемых в распределительных устройствах

Номинальное сечение, мм2		Ток, А, провода марки
провода	стального сердечника провода марки АС	АС	А	М
95	-	-	-	470
120	19	440	430	540
	27	435
150	19	495	500	625
	24	500
	34
185	24	590	570	720
	29	580
	43	590
240	32	700	680	840
	39	705
	56
300	39	805	770	960
	48	800
	66	790
330	30	860	-	-
	43
350	-	-	855	1085
400	22	950	930	1170
	51	960
	64	955
450	56	1020	1020	-
500	27	1080	1100	-
	64	1105
550	71	1190	1160	-
600	72	1230	1220	-
650	-	-	1290	-
700	86	1380	1360	-

Таблица 4 - Допустимый длительный ток для алюминиевых шин прямоугольного сечения

Размеры, мм	Ток*, А, при количестве полос на полюс или фазу
	1	2	3	4
15 х 3	165	-	-	-
20 х 3	215	-	-	-
25 х 3	265	-	-	-
30 х 4	365/370	-	-	-
40 х 4	480	-/855	-	-
40 х 5	540/545	-/965	-	-
50 х 5	665/670	-/1180	-/1470	-
50 х 6	740/745	-/1315	-/1655	-
60 х 6	870/880	1350/1555	1720/1940	-
80 х 6	1150/1170	1630/2055	2100/2460	-
100 х 6	1425/1455	1935/2515	2500/3040	-
60 х 8	1025/1040	1680/1840	2180/2330	-
80 х 8	1320/1355	2040/2400	2620/2975	-
100 х 8	1625/1690	2390/2945	3050/3620	-
120 х 8	1900/2040	2650/3350	3380/4250	-
60 х 10	1155/1180	2010/2110	2650/2720	-
80 х 10	1480/1540	2410/2735	3100/3440	-
100 х 10	1820/1910	2860/3350	3650/4160	4150/4400
120 х 10	2070/2300	3200/3900	4100/4860	4650/5200
* В числителе приведены значения переменного тока, в знаменателе - постоянного.

Таблица 5 - Допустимый длительный ток для медных шин прямоугольного сечения

Размеры, мм	Ток*, А, при количестве полос на полюс или фазу
	1	2	3	4
15 х 3	210	-	-	-
20 х 3	275	-	-	-
25 х 3	340	-	-	-
30 х 4	475	-	-	-
40 х 4	625	-/1090	-	-
40 х 5	700/705	-/1250	-	-
50 х 5	860/870	-/1525	-/1895	-
50 х 6	955/960	-/1700	-/2145	-
60 х 6	1125/1145	1740/1990	2240/2495	-
80 х 6	1480/1510	2110/2630	2720/3220	-
100 х 6	1810/1875	2470/3245	3170/3940	-
60 х 8	1320/1345	2160/2485	2790/3020	-
80 х 8	1690/1755	2620/3095	3370/3850	-
100 х 8	2080/2180	3060/3810	3930/4690	-
120 х 8	2400/2600	3400/4400	4340/5600	-
60 х 10	1475/1525	2560/2725	3300/3530	-
80 х 10	1900/1990	3100/3510	3990/4450	-
100 х 10	2310/2470	3610/4325	4650/5385	5300/6060
120 х 10	2650/2950	4100/5000	5200/6250	5900/6800
* В числителе приведены значения переменного тока, в знаменателе - постоянного.

Допустимые токи, приведенные в таблицах 4 и 5, при расположении шин прямоугольного сечения плашмя уменьшают на 5 % для шин с шириной полос до 60 мм и на 8 % для шин с шириной полос более 60 мм.

Библиография

[1]	Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (утверждены Приказом Министерства транспорта Российской Федерации от 21 декабря 2010 г. N 286)