Состав и виды систем тягового электроснабжения
Тяговое электроснабжение – это снабжение электроэнергией электроподвижного состава.
Система электроснабжения железных дорог включает в себя обеспечение в необходимом количестве электрической энергией тягового подвижного состава и различных предприятий, которые необходимы для функционирования отрасли. При тяговой системе электроснабжения энергия может поступать от собственных подстанций дороги и от внешних источников, которыми, как правило, являются энергетические системы региона.
Основной тяговый потребитель электрической энергии на железнодорожном транспорте - электроподвижной состав. Все схемы питания подвижного состава железных дорог имеют общую структурную схему, которая состоит из внешнего электроснабжения и тягового электроснабжения. Пример данной схемы представлен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: А - система внешнего электроснабжения; Б - система тягового электроснабжения; 1 - электрическая станция; 2 - линия электропередач; 3 - трансформаторная подстанция; 4 - тяговая подстанция; 5 - контактная сеть; 6 - электроподвижной состав; 7 - рельсы; 8 - отсасывающий фидер; 9 - фидеры контактной сети.
На территории Российской Федерации в настоящее время используются три основных системы тягового электроснабжения:
- Переменного однофазного тока с промышленной частотой 50 герц и с номинальным напряжением в тяговой сети 2*2,5 киловольт.
- Постоянного тока с номинальным напряжением в контактной сети 3 киловольта.
- Переменного однофазного электрического тока с промышленной частотой 50 герц и с номинальным напряжением в контактной сети 25 киловольт.
Подавляющее большинство электроподвижного состава России оборудовано электродвигателями постоянного тока, характеристики которых наиболее соответствуют требованиям к тяговым двигателям. Отсутствие преобразовательных устройств способствует значительному снижению стоимости электроподвижного состава. Но несмотря на это, у данного вида системы есть ряд недостатков. Например, низкое напряжение является причиной ограничения пропускной способности некоторых участков дороги. При использовании тяговой системы электроснабжения постоянного тока расстояние между тяговыми подстанциями не может превышать 20 - 25 километров, что способствует увеличению капитальных эксплуатационных расходов. Еще один недостаток заключается в том, что при питании контактной сети постоянным током возрастает риск возникновения коррозии из-за действия блуждающих токов.
Блуждающие токи – это токи, которые возникают в земле, когда она используется в качестве токопроводящей среды.
При электрификации по системе тягового электроснабжения переменного тока 25 киловольт, расстояние между тяговыми подстанциями может достигать 50 километров, а увеличение напряжения способствует увеличению пропускной способности линии, а также снижению потерь напряжения и мощности. При этом также снижается сечение контактной подвески, а, следовательно, и расход цветных металлов. Однако, у данной системы есть два существенных недостатка. Во-первых, тяговые трансформаторы обладают несимметричной нагрузкой по фазам, вследствие чего возникает ухудшение качества электрической энергии, сопровождающееся появлением высших гармоник с большой амплитудой. Во-вторых, электросети переменного тока представляют собой источник мощных электромагнитных полей, отрицательной влияющих на информационные системы.
Защита от электромагнитного влияния в некоторой степени решена в системах тягового электроснабжения 2х25 киловольт. В данном случае в состав тяговой сети входит питающий провод с током, который противоположен току контактной подвески. Эта особенность способствует уменьшению электромагнитного влияния. При данной системе расстояние между тяговыми подстанциями может достигать 80 километров. Однако, возникает необходимость в установке промежуточных автоматических трансформаторных пунктов, что увеличивает эксплуатационные затраты и усложняет процесс обслуживания системы. Такая система тягового электроснабжения используется на участках с высокоскоростным движением и грузонапряженным оборотом.
Способы защиты систем тягового электроснабжения
Системы тягового электроснабжения защищаются двумя способами:
- Организация релейной защиты.
- Строительство постов секционирования и пунктов параллельного соединения.
Защита всех составляющих тяговой системы электроснабжения построена таким образом, что в случае возникновения ненормального режима работы сначала срабатывает защита на тяговых подстанциях и постах секционирования, что позволяет предотвратить возникновение повреждений электрооборудования электроподвижного состава. Релейной защитой контролируется работа питающих, измерительных и силовых трансформаторов, фидеров контактной сети и т.п.
Посты секционирования представляют собой комплекс устройств, используемых для защиты контактной сети от короткого замыкания. Они устанавливаются на многопутных, двухпутных и однопутных участках и вблизи остановок (по возможности). Пункты параллельного соединения предназначены для создания электрического соединения между контактными подвесками двух путей, а также обеспечения защиты фидеров контактной сети.
