Лекция 4
4.1 Тяговые подстанции и энергетические системы
В Украине существует единая энергосистема.
Железные дороги имеют электроснабжение по первой категории, Поэтому чаще всего тяговые подстанции присоединяют к энергосистеме по схеме двустороннего питания.
Тяговые подстанции железных дорог служат для понижения напряжения, подводимого от линий электропередачи, преобразования тока (при системе тяги на постоянном токе) и распределения электрической энергии по участкам контактной сети.
На электрифицированных железных дорогах мира нашли применение различные системы электрической тяги: на трехфазном переменном токе промышленной частоты, однофазном токе промышленной частоты, однофазном токе пониженной частоты, постоянном токе.
В настоящее время в Украине применяется две системы тяги: на постоянном токе (применяется с 1926 г.) и на однофазном (переменном) токе промышленной частоты (с 1956 г.).
При системе тяги на постоянном токе по электротяговой сети электрическая энергия постоянного тока при напряжении U =3000 В передается от тяговых подстанций к электроподвижному составу и далее без преобразований поступает к тяговым двигателям.
На рисунке 4.1 изображена упрощенная схема электроснабжения железной дороги постоянным током.
1 – электростанция; 2 – кабель; 3 – повышающий трансформатор; 4 – линии электропередачи; 5 – высоковольтный выключатель; 6 – трансформатор тяговой подстанции; 7 – полупроводниковые выпрямители; 8 – быстродействующий выключатель; 9 – контактная подвеска; 10 – токоприемник; 11 – тяговые двигатели электровоза; 12 – отсасывающая линия; 13 – рельсы.
Рисунок 4.1 – Электроснабжение участка железной дороги постоянным током.
Для обеспечения подведения установленной мощности к подвижному составу электрификация на постоянном токе при относительно низком напряжении требует большего сечения контактного провода (до 500 мм2) или применение сдвоенного провода, что влечет за собой повышенный расход цветных металлов. Еще одним недостатком электрификации на постоянном токе является необходимость сравнительно близкого расположения тяговых подстанций, на расстояниях 10-20 км одна от другой.
При электроснабжении переменным током на тяговых подстанциях трехфазный ток преобразуется в однофазный без изменения частоты и далее через контактную сеть при напряжении U = 25000 В подводится к подвижному составу.
На рисунке 4.2 показана схема электроснабжения железных дорог переменным током.
1
– электростанция; 2 – кабель; 3 –
повышающий трансформатор; 4 – линии
электропередачи; 5 – высоковольтный
выключатель; 6,7 – линии электропередачи
(ЛЭП); 8,9 – трансформатор тяговой
подстанции; 10 – электроснабжение не
тяговых потребителей; 11 –шины тяговой
подстанции; 12 – контактная подвеска;
13 - высоковольтный выключатель; 14 –
отсасывающая линия; 15 – нейтральная
вставка; 16 – рельсы.
Рисунок 4.2 – Электроснабжение участка железной дороги переменным током.
Две фазы вторичных обмоток (А и С) соединены с шинами 11 тяговых подстанций и через высоковольтные выключатели 13 питают контактные подвески 12 первого и второго пути двухпутного участка. Третья фаза (В) соединена с рельсами.
При электрификации на переменном токе вследствие более высокого напряжения контактную сеть выполняют более легкой с сечением проводов 120-140 мм2, что на много сокращает расход меди по сравнении с электроснабжением на постоянном токе. Расстояние между тяговыми подстанциями увеличивается до 40-60 км.
Основным недостатком электрификации переменным током является необходимость установки на электровозах понижающих трансформаторов и выпрямительных устройств, что усложняет их конструкцию.
Устройства электроснабжения оказывают различные не желательные влияния на расположенные вблизи смежные сооружения, в частности на устройства связи (особенно при системе питания на переменном токе) и подземные сооружения (при системе питания на постоянном токе).