Электроснабжение жд


Структура электроснабжения электрической железной дороги.
Поступление электрической энергии на железную дорогу (см. рис. 1.1) осуществляется в пунктах ее приема (ПП). Такими пунктами являются тяговые подстанции (ЭЧЭ), центральные распределительные подстанции (ЦРП), трансформаторные подстанции (ТП). Электроэнергия также может поступать отраслевым предприятиям железнодорожного транспорта от трансформаторных подстанций низкого напряжения (ПП НН), принадлежащих энергосистемам и промышленным предприятиям. Контактная сеть, линия СЦБ, все ЛЭП передают электроэнергию от тяговой подстанции конкретному потребителю. Трансформаторная подстанция питает потребителя по специальной линии электропередачи. Потребители электрической энергии подразделяются на два типа – предприятия железнодорожного транспорта и посторонние железнодорожному транспорту.

Структура электропотребления на железной дороге.
Предприятия железнодорожного транспорта обеспечивают потребление электрической энергии на тягу поездов и на нетяговые нужды. К последним относится обеспечение эксплуатационной работы и подсобно-вспомогательной деятельности. Эксплуатация включает в себя потребление электрической энергии, связанное с перевозочным процессом и с прочими производственными нуждами. Подсобно-вспомогательная деятельность предполагает потребление электрической энергии на производство промышленной продукции, коммунально-бытовое и др. Предприятия, посторонние железнодорожному транспорту, могут быть самые разнообразные: промышленные, сельскохозяйственные, для оказания услуг населению и пр. Вся совокупность устройств, начиная от генератора электрической станции и кончая тяговой сетью, линиями электропередач, составляет систему электроснабжения железной дороги, обеспечивающую питание электрической энергией как электрической тяги, так и нетяговой нагрузки. Основной задачей системы электроснабжения является обеспечение эксплуатационной работы железной дороги. При этом необходимо обеспечить мощность всех элементов системы такой, чтобы удовлетворялась потребность мощности каждого локомотива в любых условиях работы. Отсюда следует, что параметры системы электроснабжения должны быть выбраны так, чтобы обеспечивалась работа оборудования в допустимых для него пределах по нагрузке с учетом соответствующего резерва. При этом затраты должны быть мини-мальными. Питание различных стационарных потребителей, а также прилегающих к железной дороге районов осуществляется от одной и той же системы электроснабжения. При этом питание железнодорожных потребителей связано с работой конкретного участка железной дороги и поэтому должно обеспечиваться высокой надежностью. Излагаемый ниже материал включает в себя в основном вопросы питания тяговой нагрузки магистральных железных дорог. Вместе с тем очень коротко приводятся сведения о системах электроснабжения метрополитена, городского наземного транспорта и о нетяговых железнодорожных потребителях. Подробно эти системы рассматриваются в дисциплинах специализаций.

Принципиальная схема электроснабжения электрифицированной железной дороги.
Система электроснабжения электрифицированной железнодорожной дороги состоит [1] из внешней части системы электроснабжения, включающей в себя устройства выработки, распределения и передачи электрической энергии до тяговых подстанций (исключительно); тяговой части системы электроснабжения, состоящей из тяговых подстанций линейных устройств и тяговой сети. Тяговая сеть, в свою очередь, состоит из контактной сети, рельсового пути, питающих и отсасывающих линий (фидеров), а также других проводов и устройств, присоединяемых по длине линии и контактной подвески непосредственно или через специальные автотрансформаторы. Основным потребителем электрической энергии в тяговой сети является локомотив. Вследствие случайного расположения поездов неизбежны случайные сочетания нагрузок (например, пропуск поездов с минимальным межпоездным интервалом), которые могут существенным образом повлиять на режимы работы системы тягового электроснабжения. Наряду с этим поезда, удаляющиеся от тяговой подстанции, питаются электрической энергией при более низком напряжении, что влияет на скорость движения поезда и, как следствие, на пропускную способность участка. Кроме тяговых двигателей, приводящих в движение поезд, на локомотивах имеются вспомогательные машины, выполняющие различные функции. Производительность этих машин также связана с уровнем напряжения на их зажимах. Отсюда следует, что в системах тягового электроснабжения весьма важным является поддержание заданного уровня напряжения в любой точке тяговой сети. Питание электрифицированного участка железной дороги осуществляется от энергосистемы конкретного региона. Принципиальная схема электроснабжения электрифицированной железной дороги показана на рис. 1.3. Внешняя система электроснабжения (I) включает в себя электрическую станцию 1, трансформаторную подстанцию 2, линию электропередачи 3. Тяговая система электроснабжения (II) содержит тяговую подстанцию 4, питающие фидеры 5, отсасывающий фидер 6, контактную сеть 7 и тяговый рельс 9 (см. рис. 1.3), а также линейные устройства. Электроснабжение железных дорог осуществляется по линиям 35, 110, 220 кВ, 50 Гц. Система тягового электроснабжения может быть как постоянного, так и переменного тока.
Система тягового электроснабжения постоянного тока напряжением 3 кВ.
Схема питания электрифицированного участка железной дороги постоянного тока показана на рис. 1.4. Питание тяговой сети в большинстве случаев осуществляется от шин 110 (220) кВ через понизительный трансформатор, который обеспечивает снижение напряжения до 10 кВ. К шинам 10 кВ подключен преобразователь, который состоит из тягового трансформатора и выпрямителя. Последний обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный напряжением на шинах 3,3 кВ. Контактная сеть подключается к «плюс шине», а рельсы – к «минус шине».

Принципиальный признак системы тягового электроснабжения постоянного тока – электрическая связь тягового двигателя с контактной сетью, т. е. имеется контактная система токосъема. Тяговые двигатели для электровозов и электропоездов постоянного тока предусмотрены на 13 номинальное напряжение 1,5 кВ. Попарное последовательное соединение таких двигателей позволяет иметь в тяговой сети напряжение 3 кВ. Достоинство системы постоянного тока определяются качеством сериесного двигателя постоянного тока, характеристика которого в большей мере удовлетворяет требованиям, предъявляемым к тяговым двигателям. Недостатки системы тягового электроснабжения постоянного тока можно назвать следующие вследствие низкого напряжения в тяговой сети токовыми нагрузками и большими потерями электроэнергии (полный коэффициент полезного действия (КПД) системы электрической тяги постоянного тока оценивается рав- ным 22 %); при больших токовых нагрузках расстояние между тяговыми подстанциями равно 20 км и менее, что определяет высокую стоимость системы электроснабжения и большие эксплутационные расходы; большие токовые нагрузки определяют необходимость иметь контактную подвеску большего сечения, что вызывает значительный перерасход дефицитных цветных металлов, а также возрастание механических нагрузок на опоры контактной сети; система электрической тяги постоянного тока характеризуется большими потерями электрической энергии в пусковых реостатах электровозов при разгоне (для пригородного движения они составляют примерно 12 % от общего расхода электрической энергии на тягу поездов); при электрической тяге постоянного тока имеет место интенсивная коррозия подземных металлических сооружений, в том числе опор контакт- ной сети; применявшиеся до последнего времени на тяговых подстанциях шестипульсовые выпрямители имели низкий коэффициент мощности (0,88 ÷ 0,92) и вследствие несинусоидальности кривой потребляемого тока являлись причиной ухудшения показателей качества электрической энергии (особенно на шинах 10 кВ). На дорогах постоянного тока различают централизованную и распределенную схемы питания. Основное различие этих схем заключается в числе выпрямительных агрегатов на подстанциях и методах резервирования мощности. При схеме централизованного питания агрегатов на подстанции 14 должно быть не менее двух. В случае распределенного питания все подстанции одноагрегатные, а расстояние между тяговыми подстанциями сокращается. Существует требование [1], чтобы в случаях выхода из работы одного агрегата обеспечивались нормальные размеры движения. В первой схеме для резервирования используются дополнительные (резервные) агрегаты, а во вто- рой – сознательный отказ от резервирования оборудования подстанций по узлам и переход к резервированию подстанций целиком. Протяженность электрических железных дорог, электрифицированных по системе постоянного тока с напряжением в тяговой сети 3 кВ, на 1 января 2005 г. составила 18,6 тыс. км.
Система тягового электроснабжения однофазного переменного тока напряжением 25 кВ частотой 50 Гц.
На железных дорогах, электрифицированных на переменном токе, наибольшее распространение получила система электроснабжения напряжением 25 кВ, частотой 50 Гц. Принципиальная схема питания электрифицированного участка показана на рис. 1.5.

Питание тяговой сети осуществляется от шин 110 (220) кВ через понизительный (тяговый) трансформатор. Он имеет три обмотки: I – обмотка высокого напряжения 110 (220) кВ; II – обмотка низкого (среднего) напряжения 27,5 кВ для питания контактной сети; III – обмотка среднего (низкого) напряжения 35, 10 кВ для питания нетяговых потребителей. К шинам 27,5 кВ подключены фидеры контактной сети. При этом фазы А и В питают разные плечи тяговой подстанции. Для разделения фаз на контактной сети устраивается нейтральная вставка. Фаза С подключается к рельсам. Принципиальный признак системы тягового электроснабжения переменного тока – электромагнитная связь тягового двигателя с контактной сетью – обеспечивается посредством трансформатора электровоза. Достоинства системы: установлены независимые режимы напряжения в контактной сети и на тяговом двигателе при сохранении тягового двигателя постоянного тока; повышено напряжение в контактной сети до 25 кВ переменного тока. Вследствие этого уменьшается ток нагрузки при одинаковой передаваемой мощности; уменьшаются потери напряжения и мощности; увеличено расстояние между тяговыми подстанциями и уменьшено их число (в два – три раза); уменьшен срок строительства и повышены темпы электрификации; сокращен расход цветных металлов. Недостатки системы тягового электроснабжения переменного тока: несимметричный режим работы трехфазных трансформаторов (на двухплечевую нагрузку) и, как следствие, ухудшение показателей качества электрической энергии и значительное снижение их располагаемой мощности. Заметим, что под располагаемой мощностью трансформатора, работающего в несимметричном режиме, понимается мощность, соответствующая току прямой последовательности при такой нагрузке, когда ток в одной из фаз трансформатора принимает значение номинального; несинусоидальность системы потребляемых токов и также ухудшение качества электрической энергии в питающей системе электроснабжения (в кривой потребляемого электровозами тока при установленной на них 16 двухпульсовой выпрямительной установке содержатся негативные высшие гармоники 3, 5, 7… с большим численным значением); низкий коэффициент мощности электровозов переменного тока. Коэффициент полезного действия системы электрической тяги в целом оценивается равным 26 %; тяговая сеть переменного тока является источником электромагнитного влияния на смежные устройства, в том числе на линии связи, что определяет необходимость применения специальных мер, направленных на снижение электромагнитного влияния; наличие при двухсторонней схеме питания тяговой сети переменного тока уравнительных токов, а следовательно, дополнительных больших потерь электрической энергии. Протяженность электрических железных дорог, электрифицированных по системе переменного тока с напряжением в тяговой сети 25 кВ, частотой 50 Гц, на 1 января 2005 г. составила 24,0 тыс. км.
Схема внешнего электроснабжения электрической железной дороги постоянного и переменного тока.
Схемы питания электрифицированных железных дорог от энергосистемы весьма разнообразны. Они в большей мере зависят от применяемой системы электрической тяги, а также от конфигурации самой энергосистемы [1]. Рассмотрим принципиальные схемы питания при системах электрической тяги постоянного (рис. 1.6) и переменного (рис. 1.7) тока. Обычно линия электропередачи частотой 50 Гц получает питание от энергосистемы и расположена вдоль железной дороги. Под напряжением системы электрической тяги понимают номинальное напряжение, на которое изготавливается электроподвижной состав (ЭПС). Оно же является номинальным напряжением в контактной сети, напряжение на шинах подстанции обычно принимают на 10 % выше этого значения. На рис. 1.6 и 1.7 обозначено: 1 – энергосистема; 2 – линия электропередачи; 3 – тяговые подстанции (с выпрямителями подстации постоянного тока и трансформаторные – переменного); 4 – контактная сеть; 5 – рельсы; 6 – электровоз
.
Электрифицированные железные дороги относятся к потребителям первой категории [2]. Для таких потребителей предусмотрено питание от двух независимых источников электроэнергии. Таковыми считаются отдельные районные подстанции, разные секции шин одной и той же подстанции – районной или тяговой. Поэтому схема питания тяговых подстанций от энергосистемы должна быть такой, чтобы выход из работы одной из районных подстанций или линии передачи не мог бы быть причиной выхода из строя более одной тяговой подстанции. Достичь этого можно путем выбора рациональной схемы питания тяговых подстанций от энергосистемы.
Схемы присоединения тяговых подстанций к линиям электропередачи.
Схема питания тяговых подстанций от ЛЭП показана на рис. 1.8.

В общем случае схема питания тяговых подстанций зависит от конфигурации районной сети, резерва мощности электрических станций и подстанций, возможности их расширения и др. Во всех случаях для большей надежности стремятся иметь схему двухстороннего питания тяговых подстанций (см. рис. 1.8). На рис. 1.8. обозначено: 1 – опорная тяговая подстанция (не менее трех вводов высоковольтных линий). Оснащается комплексом высоковольтных коммутационных аппаратов и устройств автоматической защиты от повреждений; 2 – промежуточная отпаячная подстанция. Высоковольтные выключатели не устанавливаются, за счет чего удешевляется система электроснабжения; 3 – промежуточная транзитная подстанция, обеспечивается секционирование высоковольтных линий для ремонта или отключения при повреждениях. Обеспечение надежности системы электроснабжения достигается: использованием двухцепной линии высокого напряжения, обеспечением 19 двухстороннего питания каждой сети ЛЭП, секционированием ЛЭП на транзитных подстанциях, наличием быстродействующей автоматической защиты на опорных, транзитных тяговых и районных подстанциях. Обеспечение экономичности системы электроснабжения достигается сокращением высоковольтной аппаратуры (выключателей) за счет промежуточных подстанций, не имеющих таких выключателей. При повреждениях на этих подстанциях быстродействующей защитой отключаются линии на опорных подстанциях, а в бестоковую паузу – на промежуточных. Неповрежденные подстанции включаются системой автоматического повторного включения. При питании от одноцепной линии передачи присоединение подстанций на отпайках не допускается. Все подстанции включаются в разрез линии, причем на каждой подстанции промежуточные линии передачи секционируются выключателем.
Особенности схем питания тяговой сети однофазного тока промыш-ленной частоты.
На дорогах однофазного переменного тока питание тяговой сети осуществляется от трехфазной линии передачи электрической энергии через трансформаторы, обмотки которых соединены в ту или иную схему. На отечественных железных дорогах применяют в основном трехфазные трехобмоточные трансформаторы, включаемые по схеме «звезда – звезда – треугольник», типа ТДТНГЭ (трехфазный, масляный, с принудительным охлаждением – дутьем, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, грозоупорный, для электрической тяги) мощностью 20, 31,5 и 40,5 МВ·А. Первичное напряжение – 110 или 220 кВ, вторичное на тягу – 27,5 кВ, для районных потребителей – 38,5 и 11 кВ. Для питания только тяговой нагрузки применяют трехфазные двухобмоточные трансформаторы типа ТДГ и ТДНГ со схемой соединения обмоток «звезда – треугольник » ( /Y ∆ –11). Мощность указанных трансформаторов такая же, как и у трехобмоточных. Соединение тяговой обмотки «треугольником» позволяет получить более пологую внешнюю характеристику. Одну вершину «треугольника» присоединяют к рельсам, а две другие – к разным секциям контактной сети. 20 Схема питания тяговой сети однофазного переменного тока от трехфазного трансформатора с соединением обмоток «звезда – треугольник» показана на рис. 1.9. При питании тяговой нагрузки от трех фаз секции тяговой сети слева и справа от подстанции должны питаться от разных фаз. Следовательно, они имеют напряжения, не совпадающие по фазе друг с другом.
Подключение группы тяговых подстанций к линии электропередачи.
Требования к схеме подключения предъявляются следующие обеспечение возможности параллельной работы на контактную сеть смежных тяговых подстанций; создание равномерной загрузки линии электропередачи. Если питание ЛЭП одностороннее, то цикл из трех подстанций с разным чередованием фаз обеспечивает их равномерную нагрузку на участке между источником электрической энергии и первой подстанцией (рис.1.11). Генераторы электрической станции будут работать в нормальном режиме симметричной нагрузки. Потери мощности напряжения ЛЭП уменьшаются из- за уменьшения неравномерности нагрузки. Рассмотрим схемы подключения тяговых подстанций к ЛЭП (см. рис. 1.11). Подстанция № 1. В данном случае зажим трансформатора «Ат» присоединяется к фазе А, а два других – «Вт» и «Ст» – к фазам В и С 24 соответственно. При таком подключении подстанция обозначается I типа. Построим векторную диаграмму для этой подстанции (рис. 1.12). Отстающая фаза ϕ ас > ϕ а . Следовательно, ток Iас сдвинут током Ib соседнего плеча в сторону отставания. Потребление реактивной мощности увеличивается (по отстающей фазе), что приводит к уменьшению напряжения в ней. Опережающая фаза ϕ cb < ϕ b. Следовательно, ток I a сдвигает вектор тока I cb в сторону опережения. Потребление реактивной мощности снижается, напряжение увеличивается. Из сказанного следует, что из трех фаз менее нагружена одна – средняя – В. Подстанция № 2. Зажим трансформатора «Вт» будет присоединен не к одноименной фазе, а к фазе С, которая и будет фактической фазой. Все фидерные зоны получат питание от точек «а» и «b», но в выборе фазы для питания мы уже не свободны после того, как выбрали схему питания от первой тяговой подстанции. Построим векторную диаграмму (рис. 1.13). У второй подстанции изменилась последовательность фаз. Если у первой подстанции она была АВС (подстанция I типа), то у второй стала АСВ (подстанция II типа). Теперь менее загруженной фазой будет фаза С. Подстанция № 3. Питание третьей зоны от подстанции № 2 возможно только от точки «b» (см. рис. 1.11). От подстанции № 3 питание этой зоны также должно быть от точки «b». Следовательно, все нечетные зоны будут получать питание от точек «b» и все четные – от точек «а». Построим векторную диаграмму (рис. 1.14). Напряжение между контактными проводами и рельсами будет положительным на четных участках, а на нечетных – отрицательным, т. е. либо совпадающим по фазе с напряжением одной из фаз ЛЭП, либо противоположным ему. Для подстанции № 3 менее загруженной фазой оказывается фаза А. Последовательность фаз будет САВ (подстанция III типа).

10. Векторная диаграмма напряжений и токов для трансформатора тяговой подстанции переменного тока I типа.
11. Векторная диаграмма напряжений и токов для трансформатора тяговой подстанции переменного тока II типа.
12. Векторная диаграмма напряжений и токов для трансформатора тяговой подстанции переменного тока III типа.
13. Трехпроводная система тягового электроснабжения переменного тока.
Указанная система является разновидностью системы электроснабжения переменного тока промышленной частоты, поскольку локомотив в этом случае остается таким же. В качестве примера рассмотрим систему тягового электроснабжения переменного тока 2 × 25 кВ частотой 50 Гц. Схема питания электрифицированного участка железной дороги по системе тягового электроснабжения переменного тока 2 × 25 кВ показана на рис. 1.16.
Расстояние между подстанциями составляет 60 – 80 км. Достоинства системы можно назвать следующие: за счет передачи мощности к ЛАТ при более высоком напряжении (50 кВ) в тяговой сети уменьшаются потери мощности и напряжения; экранирующее действие питающего провода 50 кВ позволяет снизить влияние контактной сети на смежные линии. 29 Названные преимущества рассматриваемой системы определяют ее применение на железных дорогах с большой грузонапряженностью и высокоско-ростным пассажирским движением. К недостаткам системы можно отнести удорожание электрификации за счет установленной мощности ЛАТ; усложнение обслуживания контактной сети; сложность регулирования напряжения. Впервые трехпроводная система тягового электроснабжения переменного тока была применена в Японии в 1971 г. В странах содружества в 1979 г. был смонтирован первый участок Вязьма – Орша Белорусской железной дороги. В настоящее время по этой системе электрифицировано более 2 тыс. км на Московской, Горьковской и бывшей Байкало-Амурской железных дорогах.
14. Схемы питания тяговой сети.
В зависимости от количества питающих путей схемы питания контактной сети могут быть одно- и многопутные. При этом возможно использование как одностороннего, так и двухстороннего питания. На однопутных участках получили распространение схемы одностороннего раздельного, консольного и встречно-консольного питания. Используется также и двухстороннее питание. На двухпутных участках – схемы раздельного, узлового, встречно- консольного, встречно-кольцевого и параллельного питания. Выбор способа питания контактной сети связан с конкретными показателями ее работы – надежностью и экономичностью. Обеспечение надежности достигается секционированием контактной сети и автоматизацией сборки схем, экономичности – уменьшением потерь электрической энергии и равномерной нагрузкой контактной сети отдельных участков и путей. Схемы питания контактной сети показаны на рис.1.17 и 1.18. Однопутный участок (см. рис. 1.17). Контактная сеть делится на две секции (изолирующим сопряжением или нейтральной вставкой), и каждая секция питается от подстанции через свой питающий фидер. При повреждении какой-либо секции отключается только эта секция (рис. 1.17,а). При консольной 30 схеме (рис. 1.17,б) участок питается от одной подстанции с одной стороны. При повреждении питание снимается со всего участка. При встречно-консольной схеме (рис. 1.17,в) участок питается от одной подстанции с одной стороны. На каждом участке – свой питающий фидер. В случае отключения одной из подстанций участок оказывается без питания.

Двухпутный участок (см. рис. 1.18). Раздельная схема питания (рис. 1.18,а) обеспечивает питание каждого пути независимо друг от друга. В связи с этим уменьшается общее сечение контактной подвески, что приводит к увеличению потерь электрической энергии. В то же время надежность данной схемы питания выше по сравнению с другими схемами. Узловая схема питания (рис. 1.18,б) выполняется с помощью постов секционирования. В этом случае потери электрической энергии уменьшаются за счет возможного увеличения сечения контактной подвески. При повреждении контактной сети исключается из работы не вся межподстанционная зона, а лишь поврежденный участок между подстанцией и постом секционирования.

15. Стыкование участков с различным напряжением в тяговой сети или с различными системами тока.
Для стыкования участков с различным напряжением и разным родом тока возможно использование автономного локомотива (тепловоза); применение электровоза с двумя системами тока (электровоз двойного питания); снабжение электрической энергией электровозов разных систем тока посредством подвески двух контактных проводов для каждого приемоотправочного пути стыковой станции (один провод над осью пути, а другой – сбоку, в междупутье); сооружение станций стыкования с секциями, переключаемыми на разное напряжение. На отечественных железных дорогах, как правило, используются станции стыкования. При этом способе контактная сеть приемоотправочных путей грузовых и пассажирских поездов и соответствующих горловин делится на секции посредством секционных изоляторов. Каждую секцию при помощи двух 33 разъединителей можно подключить к питающим линиям постоянного или переменного тока. Секция может быть также отключена от обеих систем и находиться без напряжения. Разъединители контактной сети блокируются с соответствующими стрелками и сигналами стыковой станции. С установкой стрелочного маршрута переключаются и разъединители.
16. Зарубежные системы тягового электроснабжения.
К числу основных систем электроснабжения электрических железных дорог зарубежных стран следует отнести системы электроснабжения постоянного тока напряжением 1,5 и 3 кВ; переменного тока напряжением 25 и 50 кВ, частотой 50 и 60 Гц; переменного тока напряжением 11–15 кВ, частотой 16 2 /3 и 25 Гц. Система электроснабжения постоянного тока напряжением 1,5 кВ применяется в Германии, Франции, Англии, Голландии, Японии и в других странах, напряжением 3 кВ – в Польше, Италии, Чехии, Словакии, Румынии, Болгарии и др. По системе постоянного тока напряжением 1,5 и 3 кВ электрифицировано около 100 тыс. км, или 47 % от общей протяженности электрических железных дорог. Система электроснабжения переменного тока напряжением 25 кВ, частотой 50–60 Гц применяется в Англии, Венгрии, Румынии, Чехии, Словакии и других странах, а напряжением 50 кВ – в ЮАР, США, Канаде. По системе переменного тока напряжением 25 и 50 кВ, частотой 50 и 60 Гц электрифицировано около 80 тыс. км, или 36 % от общей протяженности электрических железных дорог. Система электроснабжения переменного тока напряжением 11–15 кВ, частотой 16 2 /3 Гц применяется в Германии, Франции, Швеции, Австралии, Швейцарии и в других странах, а частотой 25 Гц – в США. По системе переменного тока напряжением 11–15 кВ, частотой 16 2 /3 и 25 Гц электрифицировано около 34 тыс. км, или 16 % от общей протяженности электрических железных дорог. Система электроснабжения переменного тока привлекательна тем, что имеется возможность использования в качестве тягового двигателя коллекторного двигателя переменного тока, имеющего тяговые характеристики, близкие к характеристикам двигателей постоянного тока. 34 Регулирование напряжения, подводимого к тяговому двигателю, осуществляется изменением коэффициента трансформации трансформатора, установленного на подвижном составе. Достоинства такой системы по сравнению с системой постоянного тока такие же, как и у системы однофазного тока промышленной частоты: возможность иметь более высокое напряжение в контактной сети; увеличивается расстояние между тяговыми подстанциями (до 40 – 60 км) при одновременном уменьшении сечения проводов контактной подвески. Однако этой системе присущи следующие недостатки: низкий коэффициент мощности коллекторного электродвигателя (0,80 – 0,88), а при трогании с места – (0,3 – 0,4); значительное влияние тягового сети на смежные устройства; трудности питания электрической энергией нетяговых потребителей; сложность применения рекуперативного торможения. Остальные железные дороги электрифицированы по другим системам (около 1%). В настоящее время электрические железные дороги имеются на всех континентах. При общей протяженности железных дорог в мире почти 1,5 млн км электрифицировано примерно 220 тыс. км, т. е. 13 %. Все данные приведены без учета электрических железных дорог России и других стран СНГ. 17..
18. Система электроснабжения монорельсового транспорта.
Монорельсовый транспорт – вид транспорта, в котором пассажирские вагоны или грузовые вагонетки перемещаются по балке – монорельсу, установленному на опорах или эстакаде на некотором расстоянии над землей. В настоящее время широкое распространение получили две системы монорельсового транспорта: с колесным опиранием и магнитным подвесом. Монорельсовый транспорт с колесным опиранием эксплуатируется во всех развитых странах, обеспечивая перевозки пассажиров по городским линиям. В 2004 г. в Москве пущена в опытную эксплуатацию Московская монорельсовая дорога (ММД) длиной 5 км в районе телецентра Останкино между Всероссийским выставочным центром (ВВЦ) и станцией метро «Тимиря-зевская». Поезд ММД состоит из шести вагонов вместимостью 24 человека каждый. Московская монорельсовая дорога устроена следующим образом (рис. 1.21): кузов 1 посредством элементов подрессоривания 2 установлен на тележке 3, которая опирается на эстакаду 4 при помощи опорных катков 5. Катки 6 и 7 обеспечивают вертикальную и горизонтальную стабилизацию экипажа. Передвижение осуществляется за счет линейного асинхронного двигателя 8, обмотки которого расположены на тележке и взаимодействуют с реактивной шиной 9, закрепленной на эстакаде. В силовую цепь подвижного состава электроэнергия поступает от токоприемников 10, взаимодействующих с токопроводами 11, закрепленными посредством кронштейнов 12 на эстакаде. Отличием данной схемы от классической является то, что в качестве 40 движителя используются не колеса, а электрический линейный привод, обеспечивающий эффективную тягу и заданные ускорения вне зависимости от коэффициента трения качения колеса по балке.
19. Электроснабжение нетяговых потребителей.
Основной особенностью электрификации железных дорог России является то, что системам электроснабжения, создаваемым для питания железных дорог, определяются и функции системы, питающей районные потребители. В этом есть одно из достоинств системы тягового электроснабжения. Питание районных потребителей осуществляется либо специальными линиями электропередачи 10 – 35 кВ непосредственно от тяговой подстанции, либо от ЛЭП продольного электроснабжения, т. е. от линии передачи, подвешенной на опорах контактной сети, также получающей питание от тяговой подстанции. Такая система позволяет закрыть мелкие электрические станции, выработка энергии на которых всегда сопряжена со значительными расходами. При электрификации на постоянном токе, где расстояние между подстанциями небольшое, принимают напряжение в продольной ЛЭП 10 кВ. На этих подстанциях при двойной трансформации используется вторичное напряжение тех же трансформаторов, от которых получают питание и преобразовательные агрегаты. В тех случаях, когда для района желательно иметь и 35, и 10 кВ, в качестве понижающих применяются трехобмоточные 46 трансформаторы. Третья обмотка в этом случае имеет напряжение 35 кВ и обеспечивает питание нетяговых потребителей. При электрификации на однофазном токе продольная линия электропередачи имеет напряжение 25 кВ (рис. 1.25). Она обслуживает электропотребителей, расположенных в полосе до 30 – 50 км от железной дороги. Осуществляется такая линия передачи на дорогах однофазного тока путем подвески двух дополнительных (к контактной подвеске) проводов на опорах контактной сети и с использованием рельсов как третьего провода трехфазной сети (см. рис. 1.25), такую линию принято называть линией ДПР (два провода – рельсы). Линия ДПР получает питание с одной стороны консольно во избежание перетоков энергии по этой относительно маломощной линии или из-за того, что смежные подстанции на вторичной стороне имеют разные фазы.
Отбор мощности от таких линий передачи осуществляется обычно при помощи комплектных трансформаторных подстанций. При мощных потребителях напряжение этой линии может быть увеличено до 35 кВ (рис. 1.26).
20. Электрические характеристики элементов системы тягового электро-снабжения.
21. Тяговые рельсовые цепи: элементы рельсовой цепи; соединение рель-совых нитей на двухпутном участке при двухниточных рельсовых цепях ав-тоблокировки.
К рельсовой цепи предъявляются требования обеспечения наименьшего: сопротивления рельсов; потенциала рельсов относительно земли; тока утечки в землю для снижения блуждающего тока. Кроме того, должно быть обеспечено разделение с цепями автоблокиров- ки. Основные элементы рельсовой цепи перечислены в табл. 2.1. Рельсовая цепь при двухниточном исполнении (рис. 2.3) обеспечивает протекание тягового тока и тока автоблокировки по обеим ниткам одновремен- но. В этом случае на участках постоянного тока для автоблокировки использу- ют переменное напряжение промышленной частоты 50 Гц или частотой 25 Гц, а на участках переменного тока – только частотой 25 Гц. Параллельное соединение путей обеспечивается междупутными соедини- телями, которые устанавливаются между средними точками путевых дроссель- 10 трансформаторов в местах присоединения отсасывающих линий и через два дроссельных стыка на третьем. При этом длина цепи по обходу между этими соединителями для сигнального тока должна быть не менее 10 км.
22. Тяговые рельсовые цепи: элементы рельсовой цепи; соединение рель-совых нитей на двухпутном участке при однониточных рельсовых цепях ав-тоблокировки.
К рельсовой цепи предъявляются требования обеспечения наименьшего: сопротивления рельсов; потенциала рельсов относительно земли; тока утечки в землю для снижения блуждающего тока. Кроме того, должно быть обеспечено разделение с цепями автоблокиров- ки. Основные элементы рельсовой цепи перечислены в табл. 2.1. Рельсовая цепь при двухниточном исполнении (рис. 2.3) обеспечивает протекание тягового тока и тока автоблокировки по обеим ниткам одновремен- но. В этом случае на участках постоянного тока для автоблокировки использу- ют переменное напряжение промышленной частоты 50 Гц или частотой 25 Гц, а на участках переменного тока – только частотой 25 Гц. Параллельное соединение путей обеспечивается междупутными соедини- телями, которые устанавливаются между средними точками путевых дроссель- 10 трансформаторов в местах присоединения отсасывающих линий и через два дроссельных стыка на третьем. При этом длина цепи по обходу между этими соединителями для сигнального тока должна быть не менее 10 км.
23. Модель протекания тока по рельсам и земле при системе постоянного тока, распределение потенциала и тока рельсов.
24. Сопротивление тяговой сети постоянного тока.
25. Модель протекания тока по рельсам и земле при системе переменного тока.
26. Полное сопротивление отдельных контуров тяговой сети переменного тока.
27. Полное расчетное сопротивление тяговой сети переменного тока.
28. Составное и эквивалентное приведенное сопротивление тяговой сети переменного тока.
29. Уменьшение блуждающих токов и защита опор и фундаментов кон-тактной сети от токов утечки.
30. Защита подземных сооружений от блуждающих токов.
31. Качество электрической энергии и его показатели.
32. Влияние изменения напряжения на работу электрических локомотивов.
33. Влияние режима напряжения на время хода поезда и пропускную спо-собность межподстанционной зоны.
34. Нормы напряжения. Регулирование напряжения на тяговых подстанци-ях.
35. Регулирование напряжения при помощи понижающих трансформато-ров.
36. Регулирование напряжения при помощи емкостной компенсации ин-дуктивной составляющей сопротивления.
37. Изменение реактивной мощности; коэффициенты мощности.
38. Особенности режима напряжения системы электроснабжения при ре-куперации.
39. Несимметрия токов и напряжений в системе электроснабжения. Несимметрия токов одной тяговой подстанции.
40. Методология расчетов системы тягового электроснабжения.
41. Принципы расчета мгновенных схем.
42. Принцип методов расчета по заданному графику движения поездов.
43. Принцип методов расчета по средним размерам движения поездов.
44. Принцип метода расчета с учетом неравномерности движения поездов.

Приложенные файлы

  • docx 11085567
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий