Устройство и электроснабжение железных дорог

Устройства Электроснабжение железных дорог Краткие сведения об электрификации железных дорог России Железнодорожный транспорт потребляет более 7% энергии, выраба­тываемой электростанциями России, В основном ее расхо­дуют на тягу поездов и частично на питание нетяговых потребителей (депо, станций, мастерских и т. д.). Устройства электроснабжения электрифицированных железных дорог также используют и для пита­ния прилегающих районных и сельских потребителей. Согласно Правилам технической эксплуатации: устройства элект­роснабжения железных дорог должны обеспечивать: а) бесперебой­ное движение поездов с установленными нормами массы, скоростя­ми и интервалами между поездами при требуемых размерах движения; б) надежное электропитание устройств СЦБ и связи, как электропри­емников I категории; в) надежное электроснабжение всех потребите­лей железнодорожного транспорта. Общий вид электрифицированной железной дороги постоянного тока и питающих её устройств: 1- электростанция; 2 – повышающий трансформатор; 3 – высоковольтный выключатель; 4 – линия электропередачи; 5 – тяговая подстанция; 6 – блок быстродействующих выключателей и разъединителей; 7 – отсасывающая линия; 8 – питающая линия; 9 – выпрямитель; 10 – тяговый трансформатор; 11 – высоковольтный выключатель; 12 – разрядник. Система электроснабжения представляет собой единую элект­рическую сеть, которая состоит из внешних систем (электростанций, линии электропередачи, районные трансформаторные подстанции) и сооружений, находящихся непосредственно в системе железных дорог тяговые подстанции, контактная сеть с питающими и отсасывающими линиями). Принципиальная схема электроснабжения электрифицированной желез­ной дороги:   1— тепловая электростанция; 2 — гидравлическая электростанция; 3—атомная электростан­ция, 4 — районная трансформаторная подстан­ция, 5 — районные линии высокого напряже­ния, 6 — тяговая подстанция; 7 — питающая ли­ния, 8 — контактная сеть; 9 — линии, связыва­ющие энергосистемы.  Электростанции вырабатывают трехфазный ток напряжением 220-380В, который затем повышают на подстанциях для передачи на большие расстояния. Вблизи мест потребления электроэнергии напряжение понижают на трансформаторных подстанциях до 220кВ и подают в районные сети высокого напряжения, к которым подключены потребители электроэнергии, в том числе и тяговые подстанции электрифицированных железных дорог, питающие контактную сеть. Электрифицированные железные дороги России работают в основном на постоянном или однофазном переменном токе. Относительно низкое напряжение является основным недостатком системы постоянного тока. Для поддержания нужного уровня напряжения на токоприемниках локомотивов тяговые подстанции размещают на расстоянии 10-25км. На линиях с большой грузонапряженностью и интенсивным пассажирским движением приходится не только уменьшать расстояние между подстанциями, но и увеличивать сечение контактной сети (подвешивают дополнительный контактный провод). Тяговые подстанции переменного тока служат только для понижения напряжения переменного тока, получаемого от электросетей, до 27,5кВ; на постоянном токе 3,3 кВ. Контактная сеть предназначена для передачи электрической энергии, получаемой от тяговых подстанций к электроподвижному составу и должна обеспечивать надежный токосъем при наибольших скоростях движения в любых атмосферных условиях. Существуют различные конструкции контактной сети для наземного электрического транспорта и метрополитенов. На наших железных дорогах принята конструкция, основными элементами которой являются опоры; контактная подвеска, состоящая из несущего троса, контактных и усиливающих проводов; консоли, фиксаторы и т.д. Внешнее электроснабжение железных дорог Внешнее электроснабжение — передача электроэнергии от ЛЭП к вводам тяговой подстанции. Как правило, внешнее электроснабжение тяговых подстанций осуществляется от ЛЭП 110 или 220кВ, прокладываемых вдоль железной дороги либо приходящих от ближайших трансформаторных подстанций. В некоторых случаях питающие ЛЭП 110 (220) кВ отпаиваются от ближайших магистральных линий. Если тяговая подстанция пост, тока расположена в застроенной местности с развитой сетью ЛЭП и подстанций, внешнее электроснабжение этой тяговой подстанции осуществляется от кабельной или воздушной ЛЭП 6—10 кВ. Для снижения несимметрии нагрузок фаз энергосистемы используется спец. способ присоединения тяговых подстанций к сети ВЛ (симметрирующее присоединение). Рисунок 1. Электроснабжение железной дороги Поступление электрической энергии на железную дорогу (рис.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 потребления электрической энергии на железной дороге представлена на рис. 2. Рисунок 2. Потребление электрической энергии на железной дороге Предприятия железнодорожного транспорта обеспечивают потребление электрической энергии на тягу поездов и на нетяговые нужды. Кпоследним, 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 минимальными. 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. Система электроснабжения электрифицированной железнодорожной дороги состоит: 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. 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. 3), а также линейные устройства. Электроснабжение железных дорог осуществляется по линиям 35, 110, 220 кВ, 50 Гц. Далее СТР, 54 Система тягового электроснабжения может быть как постоянного, так и переменного тока. Рис. 3. Принципиальная схема электроснабжения электрифицированной железной дороги: 1 – районная электрическая станция; 2 – повышающая трансформаторная подстанция; 3 – трехфазная линия электропередачи; 4 – тяговая подстанция; 5 – питающая линия (фидер); 6 – отсасывающая линия (фидер); 7 – контактная сеть; 8 – электрический локомотив; 9 – рельсы. На железных дорогах России распространение получили система электроснабжения постоянного тока с напряжением в контактной сети 3кВ и система электроснабжения переменного тока с напряжением в контактной сети 25кВ и 2×25кВ, частотой 50Гц. Система тягового электроснабжения постоянного тока напряжением 3,3 кВ Схема питания электрифицированного участка железной дороги постоянного тока показана на рис. 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». Рис. 4. Принципиальная схема питания электрифицированного участка железной дороги постоянного тока с напряжением в контактной сети 3 кВ 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 номинальное напряжение 1,5кВ. По парное последовательное соединение таких двигателей позволяет иметь в тяговой сети напряжение 3,3кВ. Достоинство системы постоянного тока определяются качеством 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 равным 22%); при больших токовых нагрузках расстояние между тяговыми подстанциями равно 20 км и менее, что определяет высокую стоимость системы электроснабжения и большие эксплуатационные 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 контактной 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). 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 25кВ, частотой 50Гц. Принципиальная схема питания электрифицированного участка показана на рис. 5. Рис. 5. Принципиальная схема питания электрифицированного участка железной дороги переменного тока напряжением в контактной сети 25 кВ, частотой 50 Гц 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 27,5кВ 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 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. Схема внешнего электроснабжения тяговых подстанций для систем электрической тяги 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. Рассмотрим принципиальные схемы питания при системах электрической тяги постоянного (рис. 6) и переменного (рис. 7) тока. Обычно линия электропередачи частотой 50Гц 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. 6 и 7 обозначено: 1 – энергосистема; 2 – линия электропередачи; 3 – тяговые подстанции (с выпрямителями подстанции постоянного тока и трансформаторные – переменного); 4 – контактная сеть; 5 – рельсы; 6 – электровоз. Рис. 6. Принципиальная схема питания железной дороги постоянного тока Рис. 7. Принципиальная схема питания железной дороги переменного тока Электрифицированные железные дороги относятся к потребителям первой категории. 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 Рис 8. Схема двустороннего питания тяговых подстанций от двухцепной линии электропередач 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. 8). На рис.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 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. 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 отЛЭП 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 10кВ. 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 10кВ, в качестве понижающих применяются трехобмоточные трансформаторы. Третья обмотка в этом случае имеет напряжение 35кВ и обеспечивает питание нетяговых потребителей. При электрификации на однофазном токе продольная линия электропередачи имеет напряжение 25кВ (рис. 9). 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. 9), 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. Рис. 9. Схема питания нетяговых потребителей по линии ДПР (два провода – рельс): 1 – тяговый трансформатор; 2 – понизительный трансформатор потребителя; 3 – линия питания нетяговых потребителей; 4 – контактная сеть; 5 – рельсы. 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. 10). Рис. 10. Схема питания нетяговых потребителей от трёхфазной ЛЭП 35 кВ: 1 – тяговый трансформатор; 2 – понизительный трансформатор потребителя; 3 – линия питания нетяговых потребителей; 4 – контактная сеть; 5 – рельсы. Вдоль трассы железной дороги расположено много нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии. К ним относятся установки, принадлежащие всем службам дороги, механизмы и инструменты, для работы которых необходима электроэнергия, а также освещение станций, переездов и других объектов. Кроме того, электрической энергией снабжаются некоторые промышленные предприятия, колхозы, совхозы и т. д., расположенные по обе стороны железной дороги. Для питания всех перечисленных потребителей вдоль трассы железной дороги проложена трёхфазная воздушная линия (ВЛ) 10кВ, подключённая к шинам 10кВ двух соседних подстанций. В середине межподстанционной зоны ВЛ секционирована разъединителем, который нормально отключён. Благодаря этому каждая из подстанций питает только часть нетяговых потребителей, находящихся в межподстанционной зоне. При отключении любой из подстанций разъединитель включают, и тогда все нетяговые потребители питаются от одной, неотключённой подстанции. Преобразовательные устройства, питающие тяговую сеть. Количество преобразовательный агрегатов определяет мощность тяговой подстанции. Их может быть от одного и более, но наибольшее распространение на просторах СНГ имеют 2-х и 3-х агрегатные подстанции. Трансформатор агрегата питается напряжением 6/10 кВ и на выходе имеет номинальное переменное напряжение в 565 В. Применяющиеся на тяговых подстанциях трансформаторы обычно имеют вторичную обмотку типа "звезда- обратная звезда" с уравнительным реактором, поэтому на выходе получается шестифазная система напряжения. Реактор соединяет нейтрали звёзд и имеет вывод со своей средней точки. Этот вывод - отрицательный полюс системы постоянного напряжения, поэтому он сразу подключается к РУ отрицательной полярности. Трансформаторы современных агрегатов могут иметь и другие схемы вторичной обмотки (звезда, треугольник), так как что связано с применением более совершенных выпрямителей, например В-ТПЕД. Выпрямитель ВАКЛЕ состоит из одного или нескольких блоков БВКЛЕ (номиналом 1000 А). Выпрямленный ток имеет шестипульсную форму. Выход выпрямителя имеет положительный потенциал и подключается к РУ положительной полярности. До 70-х гг. 20 века широко использовались ртутные выпрямители. Электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях, после необходимых преобразований передается по высоковольтным линиям передачи к тяговым подстанциям, где она снова подвергается преобразованию и по питающему проводу поступает в контактную сеть. Из контактной сети через специальные устройства на электровозах элект­роэнергия поступает к тяговым электродвигателям. Известно, что электрическая энергия вырабатывается в виде пере­менного трехфазного тока. Этот ток напряжением 6—10 кВ от генера­торов электростанции по кабелю идет к повышающему трансформато­ру, затем по линии электропередачи (ЛЭП) — к потребителям, в данном случае — к тяговой подстанции, расположенной около железной дороги. Питание электровозов осуществляется от контактной сети чере3 токоприемники. Рельсовая цепь является вторым проводом тяговой сети. Контактная сеть, рельсовая цепь, питающие и отсасывающие линии образуют тяговую часть системы электроснабжения железных дорог. Тяговые подстанции на электрифицированных дорогах постоянно­го тока выполняют две основные функции - понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный ток. Примерно 2/3 электрифицированных железнодорожных линий ра­ботают на постоянном токе. На этих линиях при росте грузооборота строят дополнительные тяговые подстанции, увеличивают сечение кон­тактной сети (подвешивают усиливающие провода и др.), чтобы повы­шение числа и массы поездов не вызывало резкого падения напряже­ния. При этом происходит удорожание устройств электроснабжения и увеличение расхода материалов, особенно меди. Увеличение мощ­ности в контактной сети за счет значительного повышения напряже­ния постоянного тока требует изготовления и эксплуатации тяговых двигателей, рассчитанных на более высокое напряжение, что связано с большими трудностями (сильно усложняется изоляция электричес­кого оборудования, возникает опасность пробоя ионизированного слоя воздуха и др.). Категории потребителей электрической энергии Потребители (приемники) электроэнергии различаются по режиму работы, назначению, исполнению, потребляемой мощности, частоте потребляемого тока, условиям работы, ответственности. Потребители электроэнергии в зависимости от режима и условий работы могут получать питание от электрических сетей переменного или постоянного тока и работать в различных условиях: на открытом воздухе, в закрытых помещениях, при повышенной влажности, агрессивности внешней среды, больших изменениях температуры и т.д. По обеспечению надежности электроснабжения всех потребителей электроэнергии разделяют на три категории. КI категории относят электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Питание таких электроприемников обеспечивается от двух независимых взаимно резервирующих источников. Перерыв в электроснабжении допустим лишь на время автоматического восстановления питания при отказе одного из источников. Независимым называется такой источник питания электроприемника, на котором сохраняется напряжение в установленных пределах для послеаварийного режима при исчезновении его на другом источнике питания. Из электроприемников I категории выделяют особую группу электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийной остановки производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. Электроснабжение этой группы осуществляют от трех независимых взаимно резервирующих источников питания. Ко II категории относят электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Такие электроприемники рекомендуют обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания Перерыв в электроснабжении допустим лишь на время включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Питание электроприемников II категории допускается и по одной воздушной линии, но в этом случае Правила устройства электроустановок (ПУЭ) требуют, чтобы аварийный ремонт линии проводили за время не более одних суток. К III категории относят все остальные электроприемники, электроснабжение которых можно выполнять от одного источника питания при условии, что его перерывы, необходимые для ремонта и замены поврежденного элемента, не превышают одних суток. Тяговая подстанция магистральной железной дороги — электроустановка для преобразования электроэнергии и питания электроэнергией электроподвижного состава и других потребителей на железной дороге. Тяговая подстанция получает питание, как правило, от двух независимых источников, так как электрифицированные участки железной дороги — потребители первой категории. Допускается радиальное питание тяговых подстанций от одного источника при условии, что оно осуществляется по двум ЛЭП. По способу присоединения к сети внешнего электроснабжения тяговые подстанции с высшим напряжением 110 (150), 220 кВ могут быть опорными или промежуточными. Опорная тяговая подстанция получает питание от сети внешнего электроснабжения по трём и более ЛЭП, промежуточная тяговая подстанция — по двум питающим вводам. На отечественных дорогах тяговые подстанции питают тяговые сети на переменном токе (27,5 кВ или 2×25 кВ) или на постоянном токе (3,3 кВ). На линиях, где стыкуются участки, электрифицированные по разным системам, используют многосистемный ЭПС (например,  электровозы двойного питания) либо сооружают стыковые тяговые подстанции, что обеспечивает на этих участках обращение ЭПС постоянного и переменного тока. Тяговая подстанция переменного тока напряжением 27,5 кВ получает питание от сети внешнего электроснабжения напряжением 110 (150) или 220 кВ. Обмотки высшего напряжения трёхобмоточноготрансформатора тяговой подстанции подключают к внешней сети; одна из обмоток низкого напряжения (тяговая) служит для питания ЭПС с рабочим напряжением 27,5 кВ; другая (районная) — для питания нетяговых районных потребителей, выполняется на напряжении 6; 10 или 35 кВ. Для резервирования питания на тяговой подстанции устанавливают два тяговых трансформатора. Номинальным напряжением тяговой нагрузки считается напряжение тяговой обмотки трансформатора на холостом ходу, равное 27,5 кВ. Для приёма электроэнергии отЛЭП внешнего электроснабжения сооружают специальное РУ, получающее питание от этих линий по питающим вводам. В зависимости от типа подстанции РУ выполняется с высоковольтными выключателями на каждом присоединении; с высоковольтными выключателями, короткозамыкателями и отделителями; без высоковольтных выключателей, но с короткозамыкателями и отделителями. Все токоведущие части, электрические аппараты и оборудование РУ размещают на открытой территории и монтируют с учётом необходимости соблюдения безопасной работы обслуживающего персонала. Для питания районных потребителей устанавливают отдельные трансформаторы, которые подают в РУ напряжение 6; 10 или 35 кВ. Эта система электрической тяги применяется на линиях с большими размерами перевозок. Тяговая подстанция постоянного тока получает питание от сети внешнего электроснабжения либо напряжением 6; 10 или 35 кВ, либо напряжением 110 (150) или 220 кВ. В первом случае высшее напряжение переменного тока преобразуется в выпрямленное напряжение 3,3 кВ с помощью тяговых трансформаторов и выпрямителей; во втором случае — с помощью промежуточных трансформаторов, тяговых трансформаторов и выпрямителей В1, В2. Для питания районных потребителей (при напряжении 10 кВ) и преобразовательных агрегатов используют РУ 10 кВ. РУ 3,3 кВ постоянного тока выполняется с прямым преобразованием энергии. Недостатки тяговых подстанций с двойной трансформацией заключаются в дополнительной потере электроэнергии в промежуточных трансформаторах, значительных капитальных затратах и большой сложности электрической части. Стыкование систем электроснабжения 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 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 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. Разнообразие систем электроснабжения вызвало появление пунктов стыкования (систем тока, напряжений, частоты тока). При этом возникло несколько вариантов решения вопроса организации движения через такие пункты. Выявились три основные направления: 1. Оборудование станции стыкования переключателями, позволяющими подавать на отдельные участки контактной сети тот или иной род тока. Например, поезд прибывает с электровозом постоянного тока, затем этот электровоз отцепляется и уезжает в оборотное депо или тупик для отстоя локомотивов. Контактную сеть на этом пути переключают на переменный ток, сюда заезжает электровоз переменного тока и отправляется с поездом. Недостатком такого способа является удорожание электрификации и содержание устройств электроснабжения, а также требует смены локомотива. 2. Использование многосистемного подвижного состава. При этом стыкование по контактной сети делается за пределами станции. Данный способ позволяет проходить пункты стыкования без остановки (хоть и, как правило, на выбеге). Но стоимость таких электровозов выше, а содержание дороже, кроме того, многосистемные электровозы имеют больший вес (что, однако, малоактуально на железной дороге, где нередка добалластировка локомотивов для увеличения сцепного веса). 3. Применение тепловозной вставки - оставление между участками с разными системами электроснабжения небольшого тягового плеча, обслуживаемого тепловозами. На практике применяется на участке Кострома — Галич протяженностью 126 км: в Костроме постоянный ток (=3 кВ), в Галиче — переменный (~25 кВ); транзитом курсируют поезда Москва — Хабаровск и Москва — Шарья, а также Самара — Кинель — Оренбург (прицепка тепловоза к пассажирским поездам происходит в Самаре, а к грузовым — в Кинеле). В Самаре и в Кинеле постоянный ток (=3 кВ), в Оренбурге — переменный (~25 кВ), транзитом проходят поезда на Орск, Алма-Ату, Бишкек. При таком способе «стыкования» значительно ухудшаются условия эксплуатации линии: в два раза повышается время стоянки составов, снижается эффективность электрификации из-за содержания и пониженной скорости тепловозов.