Způsoby napájení trakční sítě Trakční síť je napájená proudem z trakční napájecích stanic. Z důvodů omezení napájecích proudů a snadnější lokalizace poruch se síť dělí na jednotlivé napájecí úseky, které jsou napájeny odděleně. Podle způsobu napájení jednotlivých úseků se napájení dělí: Jednostranné napájení Sousedící napájecí úseky jsou napájeny ze společné napájecí stanice z jedné strany, kde každý úsek má svůj napáječ. U dvojkolejných tratí se pro lepší využití vodivého průřezu zřizují příčné propojky mezi TV obou kolejí. Použití: • rozlehlá kolejiště uzlových stanic; • městská hromadná doprava. Výhody: jednoduchost lokalizace poruch, přehlednost sítě, dobré využití vodivého průřezu TV. Nevýhody: krátké délky napájecích úseků, popř. dlouhé napájecí vedení.
Obr. E.5: Jednostranné napájení. (M – měnírna, N – napáječe) Dvoustranné rozložené napájení Úseky jsou napájeny z obou konců z přilehlých napájecích stanic, což umožňuje prodloužit délku úseků vzhledem k dovolenému úbytku napětí vlivem vlastního odporu vedení. Na dvoukolejných tratích se napájejí oddělené TV sudé a liché koleje pro umožnění výlukové činnosti a snazší lokalizaci poruch. Nejhodnější poloha napájecích stanic je v místě úsekového dělení s takovým uspořádáním, že při nečinné napájecí stanici systém umožňuje podélné i příčné propojení napájecích úseků. Použití:
• napájení jednokolejných a dvojkolejných tratí stejnosměrného napájecího systému Výhody: prodloužení napájecích úseků, nezávislost napájení sudé a liché skupiny kolejí. Nevýhody: nutnost vybavení složitějším systém jisticích a spínacích systémů.
Obr. E.6: Dvoustranné rozložené napájení. (M – měnírna, N – napáječe)
Čtyřstranné napájení s příčnými spojkami Způsob napájení je obdobný jako v předchozím případě, tzn. z obou konců napájecích úseků a TV každé koleje zvlášť. V určených, proudově nejvíce zatížených, úsecích jsou TV obou kolejí propojena pomocí příčných spínačů. To umožňuje lepší využití vodivého průřezu TV především na úsecích s většími sklony. V případě poruch se příčné spínače automaticky rozpojují. Použití: • napájení dvojkolejných tratí stejnosměrného napájecího systému Výhody: lepší využití vodivého průřezu na výškově členitých tratích. Nevýhody: v případě poruchy na příčných spojkách nutnost odpojení všech čtyř napáječů.
Obr. E.6: Čtyřstranné napájení s příčnými spojkami. (M – měnírna, N – napáječe, PS – příčné spojky)
Čtyřstranné napájení se spínací stanicí Napájecí úsek je podélně rozdělen dělícími místy a ta jsou přemosťována směrovými a příčnými vypínači ve spínací stanici. V případě poruchy je možno podélně rozdělit napájecí úsek. Spínače mají vazbu na ovládání přilehlých napájecích stanic, což vede k zvýšení bezpečnosti provozu. Použití: • napájení dvojkolejných tratí stejnosměrného napájecího systému Výhody: možnost podélného rozdělení napájecího úseku. Nevýhody: nutnost budování spínací stanice.
Obr. E.7: Čtyřstranné napájení se spínací stanicí. (M – měnírna, N – napáječe, SS – spínací stanice)
Zatížení napájecích stanic stejnosměrného napájecího systému Zatížení napájecích stanic představuje časový průběh velikosti proudu, který je odebírán z napájecí stanice při jízdě vlaku v napájeném napájecím úseku. Velikost tohoto proudu je závislá na trakčním výkonu Ptr, který realizuje hnací vozidlo tohoto vlaku. Ten je závislý na sklonových poměrech trati, hmotnosti vlaku, rychlosti a zrychlení vlaku v daném místě pohybu vlaku. Hnací vozidlo pak z TV odebírá proud IC, kterým jsou zatěžovány napájecí stanice, jež úsek napájejí. Při pohybu více vlaků na daném napájecím úseku se proudová
zatížení od těchto vlaků v daném okamžiku superponují. Princip technického řešení měnírny je na obrázku Obr. E.9.
Obr. E.9: Princip technického řešení měnírny.
Výpočet proudového zatížení měníren Zatížení měnírny při jednostranném napájení Napájecí úsek napájí jediná měnírna proto zatížení měnírny je závislé na okamžité hodnotě proudu odebíraného hnacím vozidlem na tomto úseku. Časová průběh zatížení měnírny odpovídá časovému průběhu celkového odebíraného proudu HV IC =f(t) při jízdě vlaku v napájecím úseku. Tento průběh je možno získat měřením na HV v konkrétních provozních podmínkách nebo jako výsledek výpočtu parametrů jízdy vlaků na daném úseku při použití známých výpočetních metod. Pak platí: I M = I C , resp. I M (t ) = I C (t ) [A]
Stanovení okamžitého zatížení obou měníren vychází z obrázku Obr. E.10. Při pohybu více vlaků na daném napájecím úseku se proudová zatížení od těchto vlaků v daném okamžiku superponují.
Obr. E.10: Princip zatížení měnírny při jednostranném napájení.
Zatížení měnírny při oboustranném napájení Pro výpočet zatížení měníren v tomto případě se předpokládá, že výstupní napětí obou měníren je stejné a proto mezi nimi neprotéká žádný vyrovnávací proud. Stanovení okamžitého zatížení obou měníren vychází z obrázku Obr. E.11.
Obr. E.11: Princip zatížení měníren při oboustranném napájení.
Na napájení vlaku na napájecím úseku se podílí obě měnírny a to proudem IMA měnírna A a proudem IMB měnírna B. Platí: I C = I MA + I MB [A] Podíl těchto proudů je nepřímo úměrný vzdálenosti vkladu (místa odběru) od obou měníren. Platí: L AB = L AC + LBC [km]. Z předchozího vyplývá:
I MA LBC = , po úpravách pak proudové zatížení měnírny A: I MB L AC
I MA = I C ⋅
L AB − L AC [A] LAB
Při pohybu více vlaků na daném napájecím úseku se proudová zatížení od těchto vlaků v daném okamžiku superponují. Hodnocení zatížení měníren Měnírny pro napájení železničních tratí bývají nejčastěji sestaveny z 4 usměrňovacích polovodičových jednotek o jmenovitém výkonu PUn (viz Obr. E.9). Z tohoto počtu pak bývá jedna jednotka jako záložní a v běžném provozu nebývá využívána. V provozu však tyto měnírny mohou být krátkodobě přetěžovány (2 hod na 150 % a 1 min na 200 %). Pro hodnocení využití výkonu měníren se vypočítávají tři hodnotící koeficienty [Antonický, 1984]. Součinitel zatížení měnírny Součinitel zatížení měnírny cα charakterizuje stupeň rovnoměrnosti výkonového zatížení měnírny. Jeho zmenšující se hodnota signalizuje zvyšující se nerovnoměrnost časového zatížení měnírny. Jeho hodnota se vypočte podle vztahu:
cα =
Ps Pmax
[1]
kde:
Ps Pmax
[MW] [MW]
střední časovou hodnotu zatížení měnírny maximální hodnotu zatížení měnírny
Střední časová hodnota zatížení měnírny se obecně stanoví vztahem:
Ps =
1 t ⋅ ∫ P(t )dt [MW] t n − t1 t n
1
kde: [s] [s] [MW]
t1 tn P(t)
doba počátku sledovaného období doba konce sledovaného období okamžitá hodnota výkonu měnírny
Pro běžné výpočty, kdy se používají numerické postupy je možno střední časovou hodnotu zatížení měnírny stanovit vztahem: n
Ps =
∑ Pi ⋅ Δt i i =1
n
∑ Δt i
[MW]
i =1
kde:
Δti Pi
[s] [MW]
časový krok výpočtu výkon měnírny v i-tém výpočtovém kroku
Součinitel instalovaného výkonu měnírny
Součinitel instalovaného výkonu měnírny cβ charakterizuje využití instalovaného výkonu měnírny. Jeho hodnota se vypočte podle vztahu: cβ =
Ps Ps [1] = PUC nUC ⋅ PUn
kde: PUC PUnx nUC
[MW] [MW] [n]
jmenovitý výkon všech instalovaných usměrňovacích jednotek jmenovitý výkon jedné usměrňovací jednotky počet instalovaných usměrňovacích jednotek
Součinitel rezervy měnírny
Součinitel rezervy měnírny cγ vyjadřuje rezervu při požití měnírny. Jeho hodnota se vypočte podle vztahu:
cγ =
cα cβ
[1]
