Politechnika Łódzka

Wydział Elektrotechniki, Elektroniki,

Informatyki i Automatyki

Instytut Elektroenergetyki

Zespół Trakcji Elektrycznej

ĆWICZENIE T6

BADANIE WPŁYWU

PARAMETRÓW UKŁADU ZASILANIA I PARAMETRÓW JAZDY

NA SPADKI NAPIĘCIA I ROZPŁYW PRĄDÓW W UKŁADZIE

Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z wpływem typu układu zasilanie, rezystancji sieci trakcyjnej i podstacji trakcyjnych oraz odległości międzypodstacyjnych na pobór prądów z podstacji oraz wartości spadków napiec w sieci trakcyjnej.

1. Wprowadzenie

Napięcie na pantografie pojazdu wpływa decydująco na prędkość pociągu. Obliczenia trakcyjne dokonywane są przy założonej wartości średniej tego napięcia. Wartość średnia napięcia na pantografie zależna jest od wielu czynników, między innymi od wartości średniej napięcia na szynach podstacji trakcyjnych, od średniej wartości spadku napięcia w sieci trakcyjnej (zależy od przekroju sieci trakcyjnej i konfiguracji układu zasilania), od liczby pociągów na trasie, itd. Nieuwzględnienie tych czynników może spowodować znaczne spadki wartości średniej napięcia w sieci trakcyjnej a tym samym znaczne obniżenie prędkości pociągów i wydłużenie czasów przejazdu. Dlatego też przyjmuje się dopuszczalny średni spadek napięcia w wysokości 15 % napięcia podstacji trakcyjnej, co dla systemu 3000 V prądu stałego daje wartość 495 V.

Równie groźne są maksymalne chwilowe spadki napięcia w sieci trakcyjnej. Ich wartość maksymalna ograniczona jest ze względu na znajdujące się w taborze zabezpieczenia zanikowo-napięciowe. W warunkach PKP przyjmuje się że chwilowa wartość napięcia na pantografie nie powinna być mniejsza od 2100 V.

2. Instrukcja obsługi programu.

Po uruchomieniu programu ukazuje się okno tytułowe, gdzie mamy do wyboru wykonanie obliczenia przejazdu teoretycznego, lub rozpływu prądów trakcyjnych, przy czym obliczenia prądów odbywają się na podstawie wyników wykonanego uprzednio przejazdu teoretycznego.

Po wybraniu opcji „Przejazd teoretyczny” ukazuje się okno do wprowadzania danych. Program wymaga podania parametrów charakterystycznych dla pociągu:

• rodzaj pociągu (jednostkowy, dalekobieżny, towarowy - wybranie rodzaju pociągu wymaga z kolei określenie ciężaru pociągu w [kN], a dla pociągu towarowego dwóch ciężarów - dla kierunku „ładownego” i „nieładownego” ),

• ciężar lokomotywy w [kN],

• typ lokomotywy (za pomocą przycisku „Wybierz”, możemy wybrać spośród dostarczonych plików, lub (przycisk „Dodaj”) ręcznie wpisać 16 - punktową charakterystykę siły pociągowej i czerpanego prądu w funkcji prędkości lokomotywy),

• współczynnik oporów ruchu,

• współczynnik mas wirujących,

• opóźnienie hamowania,

• krotność trakcji,

• krok czasu obliczeń (zazwyczaj przyjmowany jest jako 1 s).

Za pomocą przycisku „Dane o trasie” wywołuje się okno pozwalające opisać trasę, na której wykonywany jest przejazd. Najpierw należy podać w tym formularzu długość trasy oraz prędkość początkową pociągu i potwierdzić te dane przyciskiem „Wprowadź”. Wówczas można wprowadzać dane dotyczące profilu trasy, prędkości maksymalnej na danym odcinku i miejsca rozmieszczenia przystanków wraz z czasem postoju.

W polu edycyjnym „Miejsce zmiany” podajemy (w metrach) punkt na trasie, w którym ulega zmianie dany parametr, lub parametry. Następnie zaznaczamy pola wyboru przy nazwach parametrów, których wartość chcemy zmienić. Zaznaczenie takiego pola powoduje pojawienie się obok niego pola edycyjnego, w którym wpisujemy nową wartość danego parametru. Wciśnięcie przycisku „Wprowadź” powoduje zatwierdzenie wprowadzonych zmian na trasie przejazdu, a wartości wpisanych parametrów pojawiają się w kolejnych kolumnach tabeli znajdującej się powyżej.

Przy wprowadzaniu danych o trasie należy pamiętać, aby punkty zmian wprowadzać po kolei, od początku trasy do jej końca. Obowiązkowo należy podać pierwszy punkt trasy (wartość zero w polu edycyjnym „Miejsce zmiany”) wraz z co najmniej wartością prędkości maksymalnej obowiązującej na danym odcinku. Wartość profilu na początku trasy, jeżeli nie jest podana, przyjmowana jest domyślnie jako zero. Dla poprawności wykonania przejazdu teoretycznego konieczne jest również podanie końca trasy jako miejsca zmiany, przy czym w tym przypadku nie wymagane jest podawanie żadnych parametrów.

Tak przygotowane dane o pociągu zapisujemy w plikach w katalogu „Dane” wybierając kolejno z menu „Plik” i „Zapisywanie danych”. Pliki te mają rozszerzenie dan.

W przypadku korzystania z już istniejącego pliku danych w katalogu „Dane” wybieramy kolejno „Plik” i „Wczytywanie danych”. Pamiętać trzeba, że po w ten sposób wybranych danych należy zawsze wybrać typ lokomotywy.

Przed przystąpieniem do obliczeń należy jeszcze podać nazwę pliku wynikowego. Program samoczynnie zapisuje wyniki przejazdów do 4 plików o podanej przez użytkownika nazwie i rozszerzeniu jak w tabeli 1, zależnym od rodzaju i kierunku jazdy. Jeżeli wczytujemy dane z pliku również należy zawsze podać nazwę pliku wynikowego.

Tabela 1.

Rozszerzenia	Rodzaj jazdy	Kierunek jazdy
.wo1	forsowna	pierwotny
.wy1	z wybiegiem	pierwotny
.wo2	forsowna	powrotny
.wy2	z wybiegiem	powrotny

Po rozpoczęciu obliczeń (przycisk „START OBLICZEŃ - Jazda forsowna”) pojawia się nowe okno, w którym po naciśnięciu przycisku start wyświetla się wykres przebiegu V=f(s), a przyciski na formularzu oznaczone „t(s)” oraz „I(s)” wywołują odpowiednio okna z przebiegami t=f(s) i I=f(s).

Przycisk „Wyniki „ pokazuje okno z danymi dotyczącymi przejazdu: czasem, prędkością techniczną oraz zużytą energią trakcyjną.

W celu wykonania przejazdu z wybiegiem, po zamknięciu okna z wynikami, wpisujemy żądany czas przejazdu, z zakresu od 100% do 110% czasu jazdy bez wybiegu, do pola edycyjnego „Podaj czas” i wciskamy przycisk „Przejazd wybiegiem”. Podobnie jak w poprzednim przypadku, po zakończeniu obliczeń wyświetlany jest wykres przebiegu V=f(s), oraz dostępne są wyniki przejazdu jak i pozostałe wykresy.

Przejazd w drugą stronę odbywa się na tych samych zasadach i w ten sam sposób.

Obliczenia rozpływu prądów odbywają się na odcinku trasy przedstawionym na rysunku, dla którego to odcinka możemy sami ustalać odległości pomiędzy podstacjami i kabinami sekcyjnymi, jak również rezystancję jednostkową sieci trakcyjnej oraz rezystancje wewnętrzne podstacji zasilających.

Po wprowadzeniu danych zgodnie z opisem na do formularza opisującego układ zasilania musimy zdecydować, czy chcemy aby komputer przeprowadził dodatkowe obliczenia rozpływu prądów dla wartości rezystancji wewnętrznej podstacji równych zero (odpowiednie pole wyboru). Następnie zatwierdzamy wszystkie dane przyciskiem „Zatwierdź”. Przycisku tego należy używać również po wprowadzeniu jakichkolwiek zmian powyższych parametrów.

Teraz wybieramy kierunek przejazdu i wciskamy przycisk „Start symulacji”. Pojawiają się nam kolejno dwa okna dialogowe. W pierwszym wybieramy wejściowy plik zawierający wyniki przejazdu teoretycznego, w drugim podajemy nazwę pod jaką zapisane mają być wyniki obecnych obliczeń. W tabeli 2 przedstawione są rozszerzenia plików wynikowych.

Tabela 2.

Rodzaj jazdy	Kierunek jazdy	Rozszerzenie pliku wynikowego
				Przejazd teoretyczny	Obliczenia rozpływu prądów
						dla zadanej rezystancji podstacji	dla rezystancji podstacji równej zero
Forsowna	Pierwotny	.wo1	.oo1	.0o1
Forsowna	Powrotny	.wo2	.oo2	.0o2
Wybiegiem	Pierwotny	.wy1	.ww1	.0w1
Wybiegiem	Powrotny	.wy2	.ww2	.0w2

Kiedy komputer skończy obliczenia dostępne są przyciski „Wykresy” i „Wyniki”. Przycisk „Wyniki” wywołuje okno zawierające zestawienie wartości średnich i zastępczych prądu podstacji B i jej zasilaczy oraz wartości średniego spadku napięcia na pantografie pociągu za czas jazdy pod prądem dla dwóch przypadków: z podanymi wartościami rezystancji podstacji i dla przypadku, gdy rezystancje te są równe zeru.

Wciśnięcie przycisku „Wykresy” powoduje natomiast pojawienie się okna z wykresami przebiegu prądów zasilaczy podstacji B. Oprócz tych wykresów za pomocą zaznaczenia odpowiedniego pola wyboru można wyświetlić przebiegi prądów podstacji i przebieg spadku napięcia. Wszystkie te wykresy dostępne są zarówno w funkcji czasu jaki i drogi - wybór odbywa się przez kliknięcie na pole wyboru „Wykresy w funkcji czasu”.

Jeżeli wybrany był dodatkowy przejazd dla RA=RB=RC=0, to dostępne są również wyniki tego przejazdu poprzez zaznaczenie odpowiedniego pola wyboru.

3. Wykonanie ćwiczenia.

3.1. Dane pociągów

Po włączeniu programu w katalogu Dane do dyspozycji są następujące pliki z danymi pociągów:

Tabela 3.

Plik	Rodzaj pociągu	Lokomotywa	Ciężar pociągu[kN]	Prędkość max. [km/h]
20ex.dan 20d.dan 20j.dan 20t.dan 20tp.dan 20tp80.dan	dalekobieżny ekspresowy dalekobieżny jednostkowy towarowy towarowy towarowy	EP 09 EU07 EN 57 ET 22 ET 42 ET 42	4800 7000 550 33500 16700 50000 29200 49100 29500	160 120 95 70 70 80

Powyższe dane obowiązują na trasie o długości 20 km i profilu 0 ‰ . Pociągi towarowe mają inny ciężar dla kierunków powrotnych.

Dostępne też są dane identycznych pociągów ale na trasie 40 km, nazwy tych plików rozpoczynają się liczbą 40.

3.2. Rezystancje sieci trakcyjnych

Rezystancje najczęściej stosowanych na PKP sieci trakcyjnych przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4.

Typ sieci	Rezystancja jednostkowa sieci trakcyjnej dla linii dwutorowej z szynami S-60 w [Ω/km]	Dopuszczalne prądy obciążenia sieci napowietrznej w [A]
KB 95-2C C 95-2C C 120-2C 2C 120-2C 2KB 120-2C 150	0,0843 0,0803 0,0743 0,0560 0,0484	1575 1575 1725 2400 2900

3.3. Rezystancje podstacji trakcyjnych

W większości przypadków zespołem prostownikowym w podstacjach PKP jest zespół PK-17/3,3 o mocy znamionowej 4400 kVA i napięciu znamionowym 3300 V. Obecnie wprowadzane są również zespoły PD-16/3,3 o mocy 5850 kVA i napięciu 3300 V. Przykładowe rezystancje podstacji trakcyjnych wyposażonych w te zespoły (1, 2 lub 3 zespoły transformatorowo-prostownikowe) przedstawia tabela 5.

Tabela 5.

Rezystancje podstacji trakcyjnych w [Ω]
Typ zespołu prostownikowego	Liczba zespołów prostownikowych na podstacji
		1	2	3
PK - 17/3,3	0,2267	0,1133	0,0756
PD - 16,3,3	0,1063	0,0531	0,0354

3.4. Wykonanie przejazdów.

Dokonać wyboru czterech (lub więcej) rodzajów pociągów:

• 20j.dan

• 20d.dan

• 20ex.dan

• 20t.dan (20tp.dan, 20tp80.dan)

Dla każdego pociągu wypisać charakterystyczne parametry: współczynnik oporów ruchu i współczynnik mas wirujących.

Zastosować zgodną z tabelą 3 lokomotywę dla każdego z pociągów. Dokonać przejazdów w obydwu kierunkach ( uwaga: przejazdy wykonać można po uprzednim nazwaniu plików do zapisu wyników! ). Zanotować wyniki przejazdów (czas przejazdu, prędkość techniczna, prąd pobierany przez pociąg i zużycie energii).

3.5. Wykonanie obliczeń rozpływu prądów i spadków napięcia.

1. Układ zasilania jednostronny.

a1) Długość odcinka zasilania 20 km. Ustawić odległości L, LAB, LAKAB i LBKBC i rezystancje podstacji jak w poniższe tabelce.

L	LAB	LAKAB	LBKBC	RA	RB	RC
[ m ]				[Ω]
20001	20000	-99999999	0	99999999	0	99999999

Dokonać przejazdu wszystkimi rodzajami pociągów na kierunku z A do C dobierając odpowiednie pliki ( z rozszerzeniem .wo1 ). Naszkicować wykresy spadku napięcia oraz prądów IB i zasilacza IB1 podstacji B a także wyznaczyć wartości maksymalnego i średniego spadku napięcia w sieci trakcyjnej.

a2) Długość odcinka zasilania 10 km. Ustawić odległości L, LAB, LAKAB i LBKBC i rezystancje podstacji jak w poniższe tabelce.

L	LAB	LAKAB	LBKBC	RA	RB	RC
[ m ]				[Ω]
20000	10000	-99999999	99999999	99999999	0	99999999

Dokonać przejazdu wszystkimi rodzajami pociągów na kierunku z A do C dobierając odpowiednie pliki ( z rozszerzeniem .wo1 ). Naszkicować wykresy spadku napięcia oraz prądów IB i zasilacza IB1 podstacji B a także wyznaczyć wartości maksymalnego i średniego spadku napięcia w sieci trakcyjnej.

2. Układ zasilania dwustronnego bez kabiny sekcyjnej.

b1) Długość odcinka zasilania 20 km. Ustawić odległości L, LAB, LAKAB i LBKBC i rezystancje podstacji jak w poniższe tabelce.

L	LAB	LAKAB	LBKBC	RA	RB	RC
[ m ]				[Ω]
20001	20000	1	0	0	0	0

Dokonać przejazdu wszystkimi rodzajami pociągów na kierunku z A do C dobierając odpowiednie pliki ( z rozszerzeniem .wo1 ). Naszkicować wykresy spadku napięcia oraz prądów IB i zasilacza IB1 podstacji B a także wyznaczyć wartości maksymalnego i średniego spadku napięcia w sieci trakcyjnej.

b2) Długość odcinka zasilania 10 km. Ustawić odległości L, LAB, LAKAB i LBKBC i rezystancje podstacji jak w poniższe tabelce.

L	LAB	LAKAB	LBKBC	RA	RB	RC
[ m ]				[Ω]
20000	10000	1	9999	0	0	0

Dokonać przejazdu wszystkimi rodzajami pociągów na kierunku z A do C dobierając odpowiednie pliki ( z rozszerzeniem .wo1 ). Naszkicować wykresy spadku napięcia oraz prądów IB i zasilacza IB1 podstacji B a także wyznaczyć wartości maksymalnego i średniego spadku napięcia w sieci trakcyjnej.

3. Układ zasilania dwustronnego z kabiną sekcyjną.

c1) Długość odcinka zasilania 20 km. Ustawić odległości L, LAB, LAKAB i LBKBC i rezystancje podstacji jak w poniższe tabelce.

L	LAB	LAKAB	LBKBC	RA	RB	RC
[ m ]				[Ω]
20001	20000	10000	99999999	0	0	0

Dokonać przejazdu wszystkimi rodzajami pociągów na kierunku z A do C dobierając odpowiednie pliki ( z rozszerzeniem .wo1 ). Naszkicować wykresy spadku napięcia oraz prądów IB i zasilaczy IB1 i IB2 podstacji B a także wyznaczyć wartości maksymalnego i średniego spadku napięcia w sieci trakcyjnej.

c2) Długość odcinka zasilania 10 km. Ustawić odległości L, LAB, LAKAB i LBKBC i rezystancje podstacji jak w poniższe tabelce.

L	LAB	LAKAB	LBKBC	RA	RB	RC
[ m ]				[Ω]
20000	10000	5000	5000	0	0	0

Dokonać przejazdu wszystkimi rodzajami pociągów na kierunku z A do C dobierając odpowiednie pliki ( z rozszerzeniem .wo1 ). Naszkicować wykresy spadku napięcia oraz prądów IB i zasilaczy IB1 i IB2 podstacji B a także wyznaczyć wartości maksymalnego i średniego spadku napięcia w sieci trakcyjnej.

4. Wykonanie sprawozdania.

1. Sprawozdanie winno zawierać dane o pociągach oraz wyniki z przejazdów teoretycznych.

2. Wykresy spadków napięć oraz wykresy prądów: IB - prąd podstacji B, IB1, IB2 - prądy zasilaczy podstacji B, wykonanych na odległości rozpatrywanego odcinka zasilania,

3. Wartości średnie i maksymalne spadków napięcia w sieci trakcyjnej na odcinku zasilania,

4. Wartości średnie prądów IB, IB1, IB2,

5. Wnioski.

Punkty a-d dotyczą wszystkich rodzajów pociągów i wszystkich odległości między-podstacyjnych rozpatrywanych podczas wykonywania ćwiczenia.

Literatura

1. Kotarski F., Solarek T.: Sieci trakcyjne, Skrypt Politechniki Łódzkiej, Łódź 1988,

2. Mierzejewski L., Szeląg A., Gałuszewski Marek.: System zasilania trakcji elektrycznej prądu stałego, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1989.

5

---