9.2 Автономное электроснабжение

На сети железных дорог эксплуатируются пассажирские вагоны отечественной постройки до 1970 года с индивидуальными комплексами электроснабжения, в которых используются в качестве источников электрической энергии: вагонный генератор с приводом от ОКП и аккумуляторная батарея. Структурная схема автономного электроснабжения вагона представлена на рис. 9.2.

ОКП НПМ = 110В (50В)

Х1 Х2

G

А2

UD GB Q

А1

=110В (=50В)

п о т р е б и т е л и в а г о н а

Рисунок 9.2 - Структурная схема автономного электроснабжения

9.3 Централизованное электроснабжение

Для внешнего централизованного электроснабжения пассажирских поездов от контактной сети используется постоянный и переменный ток различной частоты напряжением 1000 В, 1500 В и 3000 В. Питание поездной магистрали (сборной шины) осуществляется от пассажирских локомотивов в пути следования и от стационарных установок на путях отстоя в пунктах формирования и отстоя.

9.3.1 На пассажирских электровозах постоянного тока ЧС1, ЧС2 и ЧС2^т высоковольтную поездную магистраль (ВПМ) подключают к контактной сети через токоприемник и аппаратуру локомотива (рис. 9.3,а).

Оперативное включение и отключение контакторов отопления КМ3, КМ4 и КМ5 производится специальным ключом. Защита от токов короткого замыкания при пробое на массу элементов поездной магистрали обеспечивается быстродействующими КМ1, КМ2 и КМ6 или главными выключателями локомотивов, срабатывающими под воздействием реле перегрузки КF1…КF3.

Во избежание пережога контактного провода токоприемники КА оборудуются медными или металлокерамическими накладками, а электровозы, имеющие токоприемники с угольными вставками, на стоянках свыше 5 минут должны использовать одновременно два токоприемника.

9.3.2 На пассажирских электровозах переменного тока ЧС4, ЧС4^т, ВЛ60^кп (рис. 9.3,б,в) высоковольтная поездная магистраль подключается к специальной обмотке отопления тягового трансформатора Т через реле КF1 и КF3 , которые при коротком замыкании могут воздействовать на отключение главных выключателей КМ2 и КМ6 электровоза. Для защиты от перегрева при питании переменным током все междувагонные соединения, трубы и кабельные каналы изготавливают из немагнитного материала. Характерным признаком силовых цепей электровозов переменного тока является отсутствие ограничения напряжения при коммутации главных выключателей КМ2 и КМ6, что приводит к перенапряжениям на обмотках отопления трансформатора достигающих в амплитуде 16 кВ, в то время как испытательное напряжение поездной магистрали пассажирских вагонов составляет 11,5 кВ.

а) контактная сеть б) контактная сеть

КA1 QS1 QS2 КА2 КА3 QS3 КА4

КМ1 КМ2

FV1 FV2 КF1

Т2 Т1

КF2

КМ3 КМ4

ВПМ ВПМ

в ) контактная сеть

КА5 КА6

QS4 QS5 ВПМ

КМ5

FV3 LL1 LL2 КF3

КМ6

Т3

Рисунок 9.3 – Схемы подключения высоковольтной поездной магистрали к контактной сети на пассажирских электровозах (КА – токосъемник, QS – разъединитель, КМ – быстродействующий (главный) выключатель, КF – реле перегрузки отопления, Т2 – трансформатор тока, FV – разрядник, LL – реактор, Т1, Т3 – тяговый трансформатор электровоза, ВПМ – высоковольтная поездная магистраль).

9.3.3 В стационарных условиях пунктов отстоя поездов и на вагоноремонтных предприятиях высоковольтная поездная магистраль обеспечивается питанием от специальных установок (рис. 9.4), которые на участках, электрифицированных на постоянном токе, подключаются непосредственно к контактной сети 3000 В через коммутационно-защитную аппаратуру, а на участках переменного тока 25000 В – еще и через понижающий трансформатор Т1.

Напряжение 3000 В постоянного тока контактной сети (рис. 9.4,а,б) подается через секционные разъединители QS и быстродействующие выключатели КМ1 и КМ2 к питающим высоковольтным колонкам ХS1…ХS5.

Установка (рис. 9.4,а) мощностью 2800 кВт позволяет подключить четыре пассажирских состава. Контроль наличия напряжения осуществляется реле КV1, а защита питающей сети – реле перегрузки КI1, которое воздействует на быстродействующий выключатель КМ2. Защита от перенапряжений цепей, подключаемых к высоковольтной поездной магистрали, обеспечивается разрядником VF1.

В установке мощностью 700 кВт (рис. 9.4,б) для подключения одного пассажирского состава использованы, практически, такие же средства коммутации и защиты, как и в установке мощностью 2800 кВт, но с пониженными уставками по току перегрузки.

В стационарных установках питания от контактной сети переменного тока напряжением 25 кВ (рис. 9.4,в) электрическая энергия подается через линейный разъединитель QS3 и масляный выключатель КМ5 на силовой понижающий трансформатор Т1 типа ОЦР – 5600/25/3. К вторичной обмотке трансформатора через секционные разъединители QS и воздушные контакторы КМ подключены разъемы ХS пяти колонок для подключения пассажирских составов. Защиту от коммутационных перенапряжений обеспечивают разрядники FV3 и FV4, а от токов короткого замыкания и токов перегрузки – быстродействующий воздушный выключатель КМ5 типа ВОВ – 25.

а ) контактная сеть = 3000В б) контактная сеть = 3000В

QS1 QS2

FV1 FV2

КV1 КМ1 КV2

КМ2 КМ3

КI1 КF1 КМ1 ХS1 РI2

КF2 КМ2 ХS2 КF4

КF3 КМ3 ХS3

КF4 КМ4 ХS4 ХS5

в ) контактная сеть ~ 25000В г) стационарная сеть ~ 380В

QS3 FV3 QF8

КМ5

Т1

Т2

FV4

QS4 КМ6 ХS6

QS9

QS5 КМ7 ХS7

QS6 КМ8 ХS8

КМ11 КМ12

QS7 КМ9 ХS9

FU1 FU2

QS8 КМ10 ХS10

ХS11 ХS12

Рисунок 9.4 – Схема подключения стационарных высоковольтных колонок в парках отстоя пассажирских поездов (QS – секционный разъединитель, FV – разрядник, КV – реле контроля напряжения, КМ – быстродействующий выключатель, РI – счетчик электрической энергии, КF – реле перегрузки, Т – трансформатор силовой, FU – предохранитель, Х – розетка колонки отопления).

На малодеятельных участках железной дороги, электрифицированной на переменном токе, для питания только одного состава используются стационарные установки на одну колонку, в которой установлен силовой трансформатор типа ОЦР – 1000/25/3.

В вагоноремонтном производстве для проверки и испытаний высоковольтного оборудования пассажирских вагонов используется установка (рис. 9.4,г). Питание колонок ХS11 и ХS12 осуществляется от промышленной трехфазной сети напряжением 380 В через автоматический выключатель QF8, повышающий трансформатор Т2 мощностью 180 кВА, секционный разъединитель QS9 и контакторы КМ11, КМ12. Защита от токов короткого замыкания обеспечивается: автоматическим выключателем QF8 (на стороне низкого напряжения) и высоковольтными предохранителями FU1 и FU2 (на стороне высокого напряжения).

9.3.4 На пассажирских тепловозах серии ТЭП 75 поездная магистраль подключается к двум статорным обмоткам специального генератора через две трехфазные выпрямительные установки, реле перегрузки и контактор отопления.

9.3.5 Централизованное электроснабжение с индивидуальным преобразователем на вагоне, когда основным вторичным источником энергии для потребителей вагона является высоковольтный статический преобразователь. Этот вариант электроснабжения используется в пассажирских вагонах европейской постройки после 1975 года, а также в опытных разработках вагонов СССР (1971…1979 г.г.) и современных вагонах нового поколения постройки (61-4170, 9510) России.

Структурная схема централизованного электроснабжения пассажирского вагона с индивидуальным статическим преобразователем, подключенным к ВПМ DC/AC 3000 В и работающим на вагонные потребители представлена на рис. 9.5.

АС 3/N

3 80/220В =110В НПМ = 110В Х3 ВПМ-/~3кВ Х5

Х7 Х8 Х1 Х2 Х4 Х6

А5

А4

GB Q А3

А1

АС 3/N 380/220В =110В СТП

ЭН котла

МРТ

ЕК4 ЕL3 ЕН2 А6

ЕК5 ЕL4 UD А7

М2

Х9

ЕК6 ЕК7 А8 ЕН1

А9 М4 Х10 ЕL1 ЕК2

М5

ЕК7 ЕК8 ЕL2 ЕК3

М6

А10 М7 М3

Рисунок 9.5 - Структурная схема электрооборудования

пассажирского вагона с централизованным

электроснабжением от ВПМ.

9.3.6 Централизованное электроснабжение от вагона-электростанции рассматривалось ранее (1965…1975 г.г.) как временная мера, пока отечественная промышленность не освоит производство статических преобразователей от ВПМ. Специальные вагоны-электростанции к этому времени уже серийно производились с 50-ых годов и могли быть использованы в поездах постоянного формирования. В машинном отделении вагона-электростанции размещались три дизель-генераторные установки мощностью по 200 кВт, которые работали на поездную магистраль 3/N AC 400 B 50 Гц.

Структурная схема централизованного электроснабжения пассажирского вагона от вагона-электростанции представлена на рис. 9.6.

ПМ АС 3/N

380/220В 50Гц НПМ = 110В Х3 ВПМ-/~3кВ Х5

Х 9 Х10 Х1 Х2 Х4 Х6

А3

А5 GB Q

А4

А1

АС 3/N 380/220В =110В

ЭН котла

высоковольтные

низковольтные потребители потребители

Рисунок 9.6 - Структурная схема централизованного

электроснабжения пассажирского вагона от специального

локомотива или вагона-электростанции.

В 90-ых годах заводом «Вагонмаш» совместно с НПО «Электросила» для Октябрьской железной дороги была создана модификация вагона- электростанции, в которой размещены две мотор-генераторные установки мощностью по 200 кВт, каждая. Электрический привод установки питается от ВПМ через статические преобразователи для стабилизации частоты вращения, а генераторная часть - работает на поездную магистраль 3/N AC 400 В 50 Гц. Это решение можно рассматривать как промежуточное, так как на треть уменьшилась выходная мощность вагона-электростанции и сохранился электромашинный генератор в установках.

Действительно альтернативным вариантом современного силового электрооборудования вагона-электростанции является размещение в ней нескольких высоковольтных статических преобразователей подключенных к ВПМ DC/AC 3000 В и работающих на поездную магистраль 3/N AC 400 B 50 Гц. Такой вагон-электростанция был бы хорошей альтернативой и современному варианту электроснабжения вагонов нового поколения (61-4170, 9510) от контактной сети с размещением в них индивидуальных статических преобразователей (БЭВ – блоков электроснабжения вагона).

Как вариант модификации вагона-электростанции, Федеральной программой предусмотрено создание багажного вагона, в котором имеется специальное отделение для размещения дизель-генераторной установки, работающей на вагонную магистраль 3/N AC 400 B 50 Гц в качестве аварийного источника электрической энергии в поезде постоянного формирования с конструкционной скоростью 200 км/час.