1 − Електрична станція або районна підстанція; 2 – двоціпна мережа передачі 110 кВ; 3 – опорна тягова підстанція; 4 – проміжна тягова підстанція на відпайках; 5 – проміжна прохідна тягова підстанція

За способом підключення тягові підстанції розрізняються на опорні, проміжні, прохідні і на відпайках. ( див. мал.15)

Опорна тягова підстанція одержує живлення від мережі зовнішнього електропостачання по трьох і більш ЛЕП, проміжна - по двох живильним уведенням. По характеру приєднання проміжні підстанції розділяються на транзитні тягові підстанції, що приєднуються до мережі зовнішнього електропостачання в россічку й відсічні тягові підстанції, що приєднуються відпайками.

Тягові підстанції з контактною мережею з'єднані живильною лінією, а з рейками - зворотньою лінією. Схеми живлення контактної мережі застосовуються двох типів: однобічне живлення чи роздільна робота підстанцій, і двобічне живлення чи рівнобіжна робота підстанцій.(див. мал.16)

Двостороннє живлення контактної мережі створює більш рівномірне навантаження підстанцій і мережі, що дозволяє знизити потрібну потужність тягових підстанцій. Для забезпечення безперебійності роботи і зручності обслуговування контактної мережі її поділяють на секції, електрично ізольовані одна від іншої. Секціонування може бути подовжнім і поперечним.

Рис.16. Принципові схеми однобічного(а) і двобічного(б) живлення тягової мережі:

1 – тягова підстанція; 2 – живильна лінія (фідер); 3 – зворотня лінія; 4 – контактна мережа; 5 – рельси; ФЗ − фідерна зона(при однобічному живленні); МЗ − міжпідстанційна зона (при двобічному живленні); ПЗ − підстанційна зона

У залежності від системи електричної тяги, тягові підстанції розділяються на підстанції постійного чи змінного струму. Тягові підстанції постійного струму одержують живлення від мережі зовнішнього електропостачання або напругою 6,10 чи 35 кв., або напругою 110 чи 220кв. У першому випадку висока напруга змінного струму перетворюється у випрямлену напругу 3,3 кв. за допомогою тягових трансформаторів ТТ1, ТТ2 і випрямних установок В1 і В2. В другому випадку додаються проміжні трансформатори, що знижують напругу з 110 чи 220 кв. до 10 кв. на розподільному пристрої (РП). При напрузі живильної мережі 6; 10 чи 35 кв. від РП тягової підстанції одержують живлення трансформатори, що перетворюють високу змінну напругу в напругу 3,3 кв., подавану на випрямачі. Напругу 3,3 кв. змінного струму випрямачі перетворюють у напругу 3.3 кв. постійного струму.(див. мал. 17)

Рис.17

Усі приєднання до РУ 6-35 кв. мають вимикачі і фідери для живлення районних споживачів. Усі фідери і уведення випрямних установок підстанції оснащуються швидкодіючими вимикачами.

Тягові підстанції змінного струму напругою 27.5кв. одержують живлення від мережі зовнішнього електропостачання напругою 110 чи 220кв. Обмотки високої напруги триобмотного трансформатора підключають до РУ 110 чи 220кв. Одна з обмоток низької напруги (тягова) служить для живлення ЕПС,а друга із напругою 6,10 чи 35 кв. - розподільних пристроїв підстанцій не тягових районних споживачів. (див. мал.18)

Рис.18

У залежності від типу тягової підстанції її розподільний пристрій виконується з високовольтними вимикачами на кожнім приєднанні, короткозамикачами з віддільниками, без високовольтних вимикачів, але з короткозамикачами з віддільниками. Для живлення власних нестатків на тягових підстанціях змінного і постійного струму передбачають установлення двох трансформаторів з напругою на вторинній обмотці 220\380в. Для живлення кола керування і висвітлення в аварійних умовах на підстанціях маються акумуляторні батареї. Перетворена на тягових підстанціях напруга подається в тягову мережу, що складається з фідерів, контактної мережі, рейкової мережі і зворотних ліній. Струм, що протікає від тягової підстанції до ЕПС, розподіляється між проводами контактної мережі. Повернення струму на підстанцію здійснюється через рейкове коло і далі по зворотним лініям.

Електрифікація на змінному струмі промислової частоти одержує більше поширення чим на постійному струмі, тому що при більш високій напрузі (25кв.) можна реалізувати ті ж потужності, але при значно менших струмах у тяговій мережі, чим при електрифікації постійним струмом напругою 3кв. Це приводить до зменшення перетину проводів у контактній мережі, значній економії кольорових металів, зменшенню витрат електроенергії, збільшенню відстані між суміжними тяговими підстанціями.

Контрольні питання:

1. Призначення тягових підстанцій.

2. Системи живлення тягових підстанцій.

3. Будова тягової підстанції постійного струму.

4. Будова тягової підстанції змінного струму.

5. Системи живлення тягової мережі.

6. Переваги електрифікації на змінному струмі.

Тема 4

Електрорухомий склад постійного струму

Метою вивчення цієї теми є придбання більш глибоких знань у питаннях загального пристрою електровозів постійного струму, призначення основних вузлів і принципу дії електровоза. Для засвоєння матеріалів по пристрою і принципу роботи тягового двигуна студенти повинні повторити закони електротехніки в області постійного струму і взаємодії струму і магнітного потоку.

Рекомендована література:

1. Зорохович А.Е., Калинин В.К. Электротехника с основами промышленной електроники. − М.: Высшая школа, 1980. − 251с.

2. Калинин В.К. Електровозы и електропоезда. − М.: Транспорт, 1991. − 480с.

3. Мецель В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог. − М.: Трансжелдориздат, 1962.

Як уже було розглянуто в темі №3 дійсних "Методичних порад" з існуючих систем електрифікації залізниць на Україні застосовуються системи постійного струму й однофазного змінного струму промислової частоти. При системі постійного струму експлуатуються електровози постійного струму.

Електровоз постійного струму це неавтономний локомотив, джерелом енергії у якого є електрична енергія тягової електромережі постійного струму напругою 3000 в. На цих електровозах дотична сила тяги створюється тяговим двигуном постійного струму ведучих колісних пар.

Історична довідка: В Росії ідея використання електричної енергії для тяги рейкового транспорту була здійснена Ф.А.Пироцким у 1876 році, коли на пасажирський вагон був встановлений електричний двигун. Наприкінці 70-х років 19 століття подібні вагони були створені німецьким винахідником Э.В.Сименсом і американцем Т.А.Эдисоном. Розвиток електровозної тяги в Росії почалося після електрифікації залізниць . У 1932 році на московському заводі "Динамо" були створені тягові електродвигуни, що експлуатувалися на електровозах серії С. Пізніше заводом були побудовані перші вантажні електровози ВЛ19, і перший пасажирський електровоз, самий могутній у Європі (2040 кВт) серії ПБ(Політбюро). Надалі розвиток електротяги постійного струму удосконалювався по своїх техніко-економічних показниках. З'явилися шестивісні електровози ВЛ22, ВЛ22м з рекуперативним гальмуванням.

У 50 роки починають випуск вантажних електровозів Новочеркаський (НЭВЗ) і Тбіліський (ТЭВЗ) заводи. НЭВЗ(ом) випущені електровози постійного струму восьмивісні ВЛ8 і шестивісні ВЛ23. ТЭВЗ спеціалізується на випуску електровозів постійного струму - ВЛ10, ВЛ11 і ВЛ15.

Пасажирські електровози, використовувані на залізницях України і Росії, поставлялися фірмою "Шкода" (Чехословакія). Це електровози ЧС2, восьмивісний двусекційний електровоз ЧС7. У даний час Дніпропетровським електровозобудівним заводом (ДЭВЗ) освоєний випуск електровозів ДЭ1.

Електровоз постійного струму складається з механічної частини, електричного і пневматичного устаткування.

На механічну частину електровоза, до якої відносяться рама електровоза, кузов і візки, діють навантаження від установленого на електровозі устаткування, передаються тягові і гальмові зусилля, динамічні навантаження від коливань електровоза під час його руху.

Кузов призначений для розміщення в ньому устаткування. Кузов повинний забезпечувати захист устаткування від атмосферних впливів, виконання ремонтних і експлуатаційних робіт без демонтажу кузова, мати достатню міцність і твердість, забезпечувати вільний доступ до вузлів електровоза. Розрізняють кузова з несущою рамою, з несущими рамою і бічними стінками і суцільнонесущі.

Кузов з несущою рамою в електровоза ВЛ22^м складається з двох подовжніх хребтових балок, двох шкворневих балок, чотирьох поперечних балок і кутика, що обв'язує. Балки звареної конструкції і виконані з профільної і листової сталі. Кузов електровоза складається з каркаса й обшивки. Каркас кузова виконаний зі швелерів, дахових дуг, кутиков, що зв'язують пояси і має прорізи для дверей, вікон і установки жалюзі. Обшивання каркаса виконане з листової сталі, звареної між собою в стик. В обшивці даху маються люки для монтажу устаткування електровоза.

Кузов з несущими бічними стінками і рамою на електровозі ВЛ8 виконаний зі зварної конструкції, що складає з рами з двома поперечними шкворневими балками і п'ятьма єднальними і каркаса бічних стін з обшивкою. До каркаса кузова кріпиться дах електровоза. Цільний кузов застосовується на електровозі ЧС1. Каркас причілків і даху являє собою суцільнозварну конструкцію з рамою електровоза.

У рамах електровозів встановлюються автозчеплення СА-3 із запряжним пристроєм і опори кузова. Плоскі опори мають електровози ВЛ19, ВЛ22м, ВЛ23 і ВЛ8. Електровоз ВЛ8 (секція) має дві основні і дві додаткові опори, електровоз ВЛ23 - дві основні і 4 додаткові.

Візки призначені для сприйняття вертикального навантаження від кузова і розподілу його між колісними парами, а також для передачі тягових і гальмових зусиль, що розвиваються колісними парами локомотива, на автозчепний пристрій встановлений на рамі електровоза чи рамі візка (при зчленованих візках). Рами візків на магістральних електровозах мають брускову ( ВЛ19, ВЛ22, ВЛ22^м, ВЛ23), литу (ВЛ8) чи зварену (ВЛ10, ВЛ10^у, ВЛ11, ЧС2, ЧС2^т) конструкцію. Як приклад розглянемо пристрій брускової рами. У брускових рамах ( див. мал. 19 ) поперечні кріплення: кінцевий брус 1, середні 2 і 5 і брус зчленування кріпляться до подовжніх боковинах призонними конічними болтами. Запряжний (кінцевий) брус 1 литої конструкції, усередині якої розташовується фрикційний апарат автозчеплення. Середній брус 2 є шкворневою балкою з гніздом 14 для опори кузова. На брусі 11 зчленування мається гніздо для установки міжвізкового зчленування. Подовжні боковини рами мають вирізи для установки буксових напрямних 8. На рамі маються кронштейни для кріплення тягових двигунів, гальмового обладнання і ресорного підвішування.

Рис.19. Брускова рама тривісного візка електровозу ВЛ23

Суцільнолиті рами візків являють собою цільну литу конструкцію бокових та міжрамних кріплень ( електровоз ВЛ8 ).

Зварені рами (візка електровозів ВЛ10, ВЛ10^у, ВЛ11, ЧС2 і ЧС2^т) являють собою зварену конструкцію зі штампованих, бокових і поперечних брусків і балок, маючих таке ж призначення як в інших типів рам. У буксових направляючих рам візків містяться букси з колісними парами. Пристрій букс залежить від типу застосовуваних підшипників ( ковзання чи качання) і типу кріплення букси в рамі візка (щелепна чи безщелепна повідкова). На електровозах серій ВЛ23 і ВЛ8 (випуску до 1963р) установлюють букси з радіальними дворядними підшипниками зі сферичними роликами. Букси електровозів ВЛ10, ВЛ10^у, ВЛ11 мають по два однорядних підшипника з циліндричними роликами. Букса електровозів ЧС2 і ЧС2^т має по одному дворядному сферичному підшипнику.

Ресорне підвішування призначене для зм'якшення ударів, одержуваних колісьми від нерівностей шляху і для розподілу ваги локомотива між колісними парами. Ресорне підвішування складається з листових ресор, пружини і балансирів зі сполученими деталями. У залежності від конструкції візків застосовуються різні схеми ресорного підвішування.

Електричне устаткування електровоза розміщується на даху, у кузові і на екіпажній частині. (Див. мал.20). До дахового електричного устаткування можна віднести струмоприймачі ( пантографи), роз'єднувачі, повітряні вимикачі, високовольтні розрядники, заземлители, сполучні шини, дроселі і фільтри для захисту від радіоперешкод, тифони, свистки й антени радіостанції. Усе дахове устаткування повинне встановлюватися в межах габариту рухомого складу, крім пристроїв, що повинні взаємодіяти зі спорудженнями. (Наприклад струмоприймачі.)

Рис. 20 Розміщення устаткування на електровові: