1.12. Особенности тягового электроснабжения при скоростном и высокоскоростном движении

Для электрифицированных железных дорог, по которым поезда различных типов двигаются с максимальной скоростью 160 км/ч, удельная мощность электропотребления составляет примерно 300—500 кВт/км. Характер электротяговой нагрузки этих линий может быть описан с помощью случайной функции, подчиняющейся гипотезе нормального распределения. Выбор отдельных элементов тягового электроснабжения по мощности нагрузки с учетом допустимого нагревания токоведущих элементов осуществляется, исходя из максимальных значений нагрузок в течение определенной длительности.

Высокоскоростные железные дороги и железные дороги с повышенной пропускной способностью с небольшими интервалами (3—15 минут) между поездами с мощностью потребляемой энергии 10—12 МВт и более имеют иной характер электротяговой нагрузки.

Особенностями электроснабжения таких линий является:

- им­пульсная нагрузка, как для проводов электротяговой сети, так и для преобразовательного оборудования тяговых подстанций;

- значительные пиковые нагрузки на тяговые подстанции;

- значительные потери напряжения и энергии в устройствах тягового электроснабжения;

- сложные условия токосъема;

- повышение нагревания проводов контактной сети.

В высокоскоростном сообщении удельная мощность электропотребления составляет 1 — 1,3 МВт/км, а для железнодорожных двухпутных линий с повышенной пропускной способностью может достигать 1,7—2,5 МВт/км. По нормам Международного союза железных дорог (МСЖД), разработанным в 1996 году, для двухпутной высокоскоростной линии с максимальной скоростью 300—330 км/ч предусматривается максимальная удельная мощность потребления электроэнергии на тягу 3 МВ-А/км, исходя из которой рекомендуется рассчитывать мощность устройств тягового электроснабжения.

В условиях конкретных линий указанная величина, хотя и оказывается ниже данной граничной нормы, но при любом увеличении скорости движения более 160 км/ч потребная электротяговая мощность значительно возрастает. Она зависит от многих факторов, основными из которых являются:

- масса поезда,

- скорость движения,

- сопротивление движению,

- интервалы между поездами,

- частота троганий и разгонов,

- возможность рекуперативного торможения,

- план и профиль линии, характеристики сети тягового электроснабжения.

Скорость движения поезда непосредственно зависит от уровня напряжения у токоприемников электроподвижного состава.

Снижение уровня напряжения по отношению к номинальному напряжению электроподвижного состава (3 кВ и 25 кВ), допустимое для обычных железных дорог, неприемлемо при скоростном и высокоскоростном движении, так как будет приводить к снижению скорости и нарушению графика движения поездов.

Снижение напряжения в контактной сети с 3000 до 2700В приводит к потере мощности электровоза на 15% и к уменьшению среднетехнической скорости на перегоне на 7—8%. Во избежание этого на электрифицированных линиях со скоростным движением необходимо усиление устройств тягового электроснабжения.

В настоящее время скоростное и высокоскоростное движение на электрифицированных линиях развито:

- во Франции по системе 2Х25 кВ,

- в Японии по системе 2Х25 кВ и схеме Вудбриджа,

- в Германии по системе 15 кВ переменного тока частотой 16 Гц.