Розрахунковий струм для групи споживачів на постійному струмі, А :
(3.7)
де - номінальна напруга мережі електропостачання.
Для спрощення розрахунків, зведемо характеристики споживачів в таблицю 3.2.
Таблиця 3.2 - Характеристика споживачів електроенергії пасажирського вагона
Споживачі вагона | Характеристика споживача вагона | ||||||
Номінальна потужність, кВт. | Номінальний струм, А. | Номінальна напруга, В. | Номінальний к.к.д. | Коефіцієнт використання | Кратність струму, л | ||
Електродвигун компресора | 11,5 | 254,34 | 50 | 0,865 | 0,7 | 3 | |
Електродвигун конденсатора | 2,2 | 51,5 | 50 | 0,865 | 0,75 | 3 | |
Електродвигун вентилятору системи вентиляції | 2,2 | 51,5 | 50 | 0,855 | 0,87 | 3 | |
Електродвигун циркуляційного насоса | 0,55 | 15,28 | 50 | 0,72 | 0,37 | 3 | |
Електрокип'ятильник | 2,6 | 61,18 | 50 | 0,85 | 0,27 | - | |
Електроохолоджувач питної води | 0,25 | 5,88 | 50 | 0,85 | 0,35 | - | |
Електронагрівачі зливних і наливних труб | 0,65 | 15,29 | 50 | 0,85 | 0,1 | - | |
Лампи розжарювання | 0,87 | 20,47 | 50 | 0,85 | 0,83 | - | |
Люмінесцентні лампи | 0,58 | 13,65 | 50 | 0,85 | 0,83 | - | |
Ланцюги керування | 0,5 | 11,76 | 50 | 0,85 | 0,83 | - |
, (3.8)
= 11+4,4+0,55+2,85+0,65+0,87+0,58+0,5= 21,4 кВт
А.
4. Визначення пікових навантажень
Пікове навантаження - це найбільше навантаження впродовж не більш 5-10 с. Пікові струми виникають, наприклад, при пуску електродвигуна найбільшої потужності при працюючих інших споживачах електроенергії.
Піковий струм групи споживачів електроенергії в мережах напругою до 1000 В, а також в мережах постійного струму з достатньою для практичних їх розрахунків точністю визначається:
, (4.1)
де - розрахунковий струм навантаження всієї групи приймачів;
- номінальний струм електродвигуна, у якого найбільший пусковий струм;
- коефіцієнт використання електродвигуна, у якого найбільший струм; п- пусковий струм електродвигуна найбільшої потужності
(4.2)
де - кратність пускового стуму по відношенню до номінального (для електродвигунів постійного струму = 2…2,5; для асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором приводиться в каталогах; для асинхронних електродвигунів з фазним ротором, при відсутності в каталозі = 2,5…3).
Повний струм одиночного електродвигуна дорівнює його пусковому струму.
А,
А.
5. Визначення потужності джерела електроенергії пасажирського вагона
При індивідуальній системі електропостачання пасажирського вагона джерело електроенергії - вагонний генератор, при централізованій системі - генератор вагона - електростанції або генератор, встановлений на тепловозі, або спеціальна обмотка силового трансформатора електровоза перемінного струму, або інший спеціально призначений для електропостачання пасажирських вагонів пристрій.
Перш ніж визначити потужність джерела електропостачання вагона, необхідно вибрати розрахунковий режим і визначити розрахунковий та піковий струми для цього режиму. Для вагонного генератора розрахунковим струмом буде розрахунковий струм тільки одного вагона, а для генератора вагона електростанції необхідно знати навантаження від усіх вагонів поїзда, тобто знати, які вагони будуть у поїзді, коли споживання електроенергії буде максимальним.
Якщо визначити час експлуатації вагона, коли максимальне споживання електроенергії буде неможливим, то знаходять розрахункові навантаження для літнього і зимового режимів роботи. Аналогічно поступають і при визначенні пікового струму.
За знайденим більшим розрахунковим струмом знаходять необхідну потужність джерела електроенергії (генератора або перетворювача).
- генератор постійного струму, кВт,
, (5.1)
кВт.
6. Вибір дротів мережі електропостачання пасажирського вагона
Дроти вибираються відповідно до вимог, які пред'являються до мережі електропостачання пасажирських вагонів. Ці вимоги будуть виконані, якщо перетин дротів обрано з урахуванням таких чотирьох умов:
а) нагрів дротів не повинен перевищувати допустимого значення.
Це буде виконано, якщо тобто, якщо номінальний струм дроту дорівнює або більше розрахункового струму. Знаючи розрахунковий струм, вибирають перетин дроту;
б) при коротких замиканнях або великих навантаженнях, коли відбувається спрацювання захисного апарата, не повинна порушуватись термічна стійкість дротів.
в) втрата напруги в дротах не повинна перевищувати допустимого значення , у відсотках .
Для дротів із немагнітних матеріалів (мідь, алюміній) для мереж електропостачання вагонів на постійному струмі втрата напруги в лінії:
, (6.1)
Для мережі електропостачання перемінного струму:
, (6.2)
де - сумарний розрахунковий струм дроту,А;
- номінальна напруга мережі електропостачання, В;
- активний (омічний для мереж постійного струму) опір лінії, Ом;
- індуктивний опір лінії електропостачання, Ом;
Активний опір лінії електропостачання, Ом
, (6.3)
де - довжина лінії, м;
- перетин дроту даної ділянки ліній електропостачання, мм2;
- питома провідність дротів (для мідних дротів ; для алюмінієвих ).
Індуктивний опір ділянок лінії електропостачання, Ом, для кабелів і дротів, прокладених в стальних трубах або металевих рукавах, можливо прийняти рівним
, (6.4)
Розрахунок ведуть в наступному порядку. Визначають втрати напруги на ділянці мережі електропостачання для більшого перетину дроту, одержаного з перших двох умов. Якщо втрата напруги в лінії при цьому перевищує допустиму, тоді вибирають більший перетин дроту і розрахунок повторюють, доки втрата не буде менше 10%;
г) дроти повинні бути обрані так, щоб їх механічна міцність була достатня. Це буде виконано, якщо перетин дротів буде взято не менше зазначеного у таблиці 6.1.
Характеристика дротів і умов прокладки | Найменший перетин дротів, мм2 | ||
мідних | алюмінєвих | ||
Ізольовані дроти для освітлювальної апаратури | 0,5 | - | |
Дроти переносних приладів | 0,75 | - | |
Незахищені ізольовані дроти стаціонарної прокладки у трубах і металевих рукавах, групової лінії силових і освітлювальних мереж при відсутності штепсельних роз'ємів. | 1 | 2,5 | |
Групові дроти силової мережі, мережі освітлення зі штепсельними роз'ємами. | 1,5 | 2,5 |
Розрахуємо перерізи дротів, використовуючи формули (6.1 - 6.4 ) і таблицю 6.2.
Таблиця 6.2 - Залежність перерізу дроту від протікаю чого в ньому струмі
Сила струму | ||||||||||||||
Переріз дроту, мм2 | 2,5 | 4 | 6 | 10 | 16 | 25 | 35 | 50 | 70 | 95 | 120 | 150 | 185 |
Вибір дроту від джерела електроенергії до пульту управління:
,
, ()
Вибір дроту від привода вентилятора системи вентиляції до пульту управління:
,
, ()
Вибір дроту від двигуна компресора до пульту управління:
,
, ()
Вибір дроту від двигуна вентилятора конденсатора до пульту управління:
,
, ()
Вибір дроту від двигуна циркуляційного насоса системи опалення до пульту управління:
,
, ()
Вибір дроту від електричного нагрівача наливних і зливних труб до пульту управління:
,
,
()
Вибір дроту від електричного кип'ятильника до пульту управління:
,
, ()
Вибір дроту від ламп розжарювання до пульту управління:
,
, ()
Вибір дроту від люмінесцентних ламп до пульту управління:
,
, ()
Вибір дроту від електричного охолоджувача води до пульту управління:
,
, ()
Вибір дроту ланцюгів керування:
,
,
().
Враховуючи вище приведене, характеристики дротів зведемо в таблицю 6.3
Таблиця 6.3 - Характеристика дротів
Споживачі вагона | Характеристика дроту | ||||
матеріал | довжина, м | переріз, мм2 | Протікаючий струм, А | ||
Джерело живлення | мідь | 18 | 185 | 428 | |
Електродвигун компресора | алюміній | 1 | 95 | 254,34 | |
Електродвигун конденсатора | алюміній | 10 | 10 | 51,5 | |
Електродвигун вентилятору системи вентиляції | алюміній | 3 | 16 | 51,5 | |
Електродвигун циркуляційного насоса | алюміній | 2 | 2,5 | 15,28 | |
Електрокип'ятильник | алюміній | 1 | 16 | 61,18 | |
Електроохолоджувач питної води | алюміній | 2 | 2,5 | 5,88 | |
Електронагрівачі зливних і наливних труб | алюміній | 20 | 2,5 | 15,29 | |
Лампи розжарювання | алюміній | 25 | 2,5 | 20,47 | |
Люмінесцентні лампи | алюміній | 24 | 2,5 | 13,65 | |
Ланцюги керування | алюміній | 8 | 2,5 | 11,76 |
7. Вибір комутаційної і захисної апаратури
До комутаційних апаратів, які служать для вмикання і вимикання ланцюгів, відносяться рубильники, контактори і реле. Рубильники служать для ручного вмикання і вимикання ланцюгів, контактори і реле -- дистанційного, автоматичного і неавтоматичного вмикання ланцюгів і споживачів електроенергії. Рубильники, реле, контактори захисних пристроїв від струмів перенавантажень і струмів короткого замикання не мають. Для цього послідовно з ними вмикають захисні апарати.
До захисної апаратури, що застосовується на пасажирських вагонах, належать запобігачі та автоматичні вимикачі.
Запобігачі застосовуються для захисту від струму короткого замикання або дуже великих перенавантажень, які діють значний час (запобігачі не повинні вимикати ділянки мережі електропостачання при пікових струмах, дія яких короткочасна).
Автоматичні вимикачі призначаються для захисту як від струму короткого замикання (за допомогою миттєводіючих електромагнітних розчіплювачів), так і від струму перенавантажень (за допомогою теплових або іншого типу розчіплювачів).
Тепловий розчіплювач автомата застосовується для захисту ланцюгів і споживачів від струмів перенавантажень. Час, через який спрацює тепловий розчіплювач автомата, залежить від величини струму перенавантаження. Час спрацювання теплового розчіплювача приблизно зворотно
пропорційний величині струму перенавантаження.
При виборі рубильників, контакторів, реле, запобігачів, автоматичних вимикачів, теплових розчіплювачів повинні бути виконані такі основні умови:
номінальна напруга елемента повинна бути рівною або більшою номінальної напруги мережі, тобто:
, (7.1)
номінальний струм елемента повинен бути рівним або більшим розрахункового струму мережі, тобто:
, (7.2)
Характеристики мережі: , .
Вибираємо запобіжник, враховуючи вище приведені вимоги, з таблиці 7.1
Таблиця 7.1 - Технічні дані запобіжників
Назва запобіжника | Тип запобіжника | Номінальний струм, А | Номінальний струм плавкої вставки, А | Найбільший струм, що відключається запобіжником, А | |
Без наповнювача (розбірні, струмообмежуючі) напругою 500В. | ПР-2-15 | 15 | 6;10;15 | 7,0 | |
ПР-2-60 | 60 | 15;20;25;35;45;60 | 3,6 | ||
ПР-2-100 | 100 | 60;80;100 | 10 | ||
ПР-2-200 | 200 | 100;125;160;200 | 10 | ||
ПР-2-350 | 350 | 200;225;260;300;350 | 11 | ||
ПР-2-600 | 600 | 350;450;500;600 | 20 |
Вибираємо запобіжник типу ПР-2-350, з номінальним струмом плавкої вставки 350А.
Вибираємо автоматичний вимикач, враховуючи вище приведені вимоги, з таблиці 7.2
Таблиця 7.2 - Технічні дані автоматичних вимикачів
Тип вимикача | Струм теплового розчеплювача, А. | Струм електромагнітного розчеплювача, А. | Найбільший струм, що відключається автоматом, кА. | |
А3140 I=600А | 250 | 1750 | 32 | |
300 | 2100 | 35 | ||
400 | 2800 | 40 | ||
500 | 3500 | 50 | ||
600 | 4200 | 50 |
Вибираємо автоматичний вимикач, з струмом теплового розчеплювача 400А.
Вибираємо контактор, враховуючи вище приведені вимоги, з таблиці 7.3
Таблиця 7.3 - Технічні дані контакторів постійного струму
Тип контактора | Тривалий струм головних контакторів | Номінальна напруга, В | ||
Головних контакторів | Включаючої котушки | |||
КМ-12А-1 | 150 | 50-70 | 45-75 | |
2КМ-002-1 | 60 | 50-70 | 45-75 | |
2КМ-002-5 | 160 | 50-70 | 45-75 | |
КН1, КНУ1 | 25 | 60-320 | 24-320 | |
КН2, КНУ2 | 60 | 60-320 | 24-320 | |
КН3, КНУ3 | 100 | 60-320 | 24-320 | |
КН4, КНУ4 | 200 | 60-320 | 24-320 | |
КН5, КНУ5 | 400 | 60-320 | 24-320 |
Вибираємо контактор типу КН5, з тривалим струмом головних контакторів 400А.
Література
1 Обуховський В.В., Методичні вказівки до виконання курсового проекту "Вибір основного електрообладнання і мережі електропостачання пасажирського вагона", частина І . - Видавництво КУЕТТ, К.2004.-26с.
2 Обуховський В.В., Методичні вказівки до виконання курсового проекту "Вибір основного електрообладнання і мережі електропостачання пасажирського вагона", частина ІІ . - Видавництво КУЕТТ, К.2004.-26с.
3 Электрическое оборудование вагонов /Под ред. проф. А.Е. Зороховича. - М.: Транспорт, 1982.
4 Зорохович А.Е., Либман АЗ. Электро- и радиооборудование пассажирских вагонов. -- М.: Транспорт, 1985.
