Влияние напряжения на пропускную способность участка железной дороги.

Напряжение влияет на скорость движения, на время хода поезда. От времени хода поезда зависит количество поездов пропускаемых по участку (пропускная способность участка).

Тяговые расчёты на стадии проектирования выполняются при номинальном напряжении на электровозе: на постоянном токе – 3 кВ, на переменном токе – 25 кВ. В эксплуатационных условиях электровоз работает при изменяющем напряжении. Поэтому расчётные времена хода поезда и средние скорости движения его по перегону не соответствуют действительному режиму напряжения тяговой сети.

Точное решение задачи возможно с помощью методов имитационного моделирования на ЭВМ, позволяющих учесть влияние нагрузок всех поездов на потери напряжения данного участка.

Рассмотрим диаграмму изменения скорости движения электровоза рис. 3.

Время движения электровоза с поездом разбито на следующие периоды:

· T₁ – время пуска;

· T₂ – время движения по автоматической характеристике;

· T₃ – время выбега;

· T₄ - время торможения.

При пуске электровоза до выхода на автоматическую характеристику скорость поезда не зависит от напряжения в тяговой сети, так как регулируется машинистом или автоматически. Напряжение в тяговой сети также не влияет на скорость движения поезда во время выбега и торможения. Скорость зависит от напряжения только при движении по автоматической характеристике и пропорциональна величине напряжения.

Рассмотрим работу электровоза при двух разных напряжениях U₁ > U₂, не меняющихся во времени и влияние их на скорость поезда рис.4.. Средняя скорость поезда меньше при низком напряжении. Уровень напряжения тяговой сети оказывает влияние на скорость только в период его хода под током (движение по автоматической характеристике с установившейся скоростью).

В соответствии с рис 4 tа1, tа2 – время хода по автоматической характеристике с установившейся скоростью (на ходовых позициях) при напряжениях U₁ и U₂ ; t1, t2 – полное время хода по участку при напряжении U₁ и U₂; Δt – увеличение времени хода поезда. При напряжении U₁ время движения поезда по автоматической характеристике равно tа1, при напряжении U₂ tа2 = (U₁ / U₂) tа1.

Так как остальное время движения скорость поезда не зависит от напряжения, то увеличение общего времени хода поезда по перегону

Δt = tа2 - tа1= (U₁ / U₂) tа1- tа1= [(U₁ / U₂) -1] tа1.

Если полное время хода поезда по участку при напряжении U₁ равно t1, то при напряжении U₂

t2 = t1+ Δt = t1+ [(U₁ / U₂) -1] tа1,

где tа1 - время движения поезда по автоматической характеристике при напряжении U₁.

При расчётах действительное напряжение в тяговой сети заменяют средним напряжением. Тогда

t2 = t1+ [(U₁ / U_ср) -1] tа1,

где t1 - время хода поезда по перегону, U₁ – напряжение тягового расчёта; Uср = среднее напряжение за время движения по автоматической характеристике при U₁ tа1.

U_ср = U_O – ΔUтп – Δ U_КС,

U_O – напряжение холостого хода тяговой подстанции постоянного тока 3 кВ;

ΔUтп – потери напряжения в трансформаторах подстанции постоянного тока; Δ U_КС – потери напряжения вв контактной сети постоянного тока 3 кВ.

Изменение напряжения отражается на скорости движения поезда и, следовательно, пропускной способности. Наименьший интервал между поездами определяется временем занятия перегона на условном лимитирующем перегоне (три блок участка). Этот интервал при расчётном напряжении U₁ принимается равным Θ₁.

При напряжении Ucр Θ₂ = Θ₁ + [(U₁ / Uср) – 1] ta1, где tа1 – время хода по автоматической характеристике с установившейся скоростью (на ходовых позициях) при напряжениях U₁.

Перегонная пропускная способность за расчётный период времени Т (сутки) при U₁ определяется числом поездов N₀₁ = T / Θ₁ при Ucр

N₀₂ = T / Θ₂.

Для определения точного времени хода поезда необходимо проводить тяговые расчёты с учётом изменяющегося напряжения в тяговой сети.

На электровозах переменного тока 25 кВ понижение напряжение в тяговой сети компенсируется уменьшением коэффициента трансформации (Ктт) тягового трансформатора электровоза. Уменьшение Ктт трансформатора электровоза повышает напряжение на тяговом двигателе и, соответственно, скорость движения электровоза до некоторого определённого значения, при котором достигается максимум мощности, передаваемой тяговым двигателям.

Эффект регулирования обеспечивается при небольших потребляемых токах электровоза в пределах 10 -15 % номинального напряжения. Недостатком регулирования скорости снижением Ктт является резкое увеличение напряжение при отключении других электровозов.