СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

На железных дорогах, электрифицированных на переменном токе, наибольшее распространение получила система электроснабжения напряжением 25 кВ, частотой 50 Гц. Принципиальная схема питания электрифицированного участка показана на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Принципиальная схема питания ЭПС от контактной сети переменного тока , частотой 50 Гц, напряжением 25 кВ

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 27,5 кВ 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. Для равномерной загрузки всех трех фаз внешнего электроснабжения фазы А и В питают разные плечи тяговой подстанции. Для разделения фаз на контактной сети устраивается нейтральная вставка. Фаза С подключается к рельсам.

На дорогах однофазного переменного тока питание тяговой сети осуществляется от трехфазной линии передачи электрической энергии через трехфазные трехобмоточные трансформаторы, обмотки которых соединены в ту или иную схему.

Применяют в основном трехфазные трехобмоточные трансформаторы, включаемые по схеме «звезда – звезда – треугольник. Первичное напряжение – 110 или 220 кВ, вторичное на тягу – 27,5 кВ, для районных потребителей – 38,5 и 11 кВ.

Для питания только тяговой нагрузки применяют трехфазные двухобмоточные трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда – треугольник » ( Y / –11). Мощность указанных трансформаторов такая же, как и у трехобмоточных. Соединение тяговой обмотки «треугольником» позволяет получить более пологую внешнюю характеристику. Одну вершину «треугольника» присоединяют к рельсам, а две другие – к разным секциям контактной сети.

Схема питания тяговой сети однофазного переменного тока от трехфазного трансформатора с соединением обмоток «звезда – треугольник» показана на рис. 1.9.

Питание тяговой сети участков электрифицированных на переменном токе осуществляется по однофазной системе, т к на них применяется ЭПС однофазнопостоянного тока

Для обеспечения равномерной загрузки фаз ЛЭП осуществляется их чередование при подключении к тяговым подстанциям.

При питании тяговой нагрузки от трех фаз секции тяговой сети слева и справа от подстанции должны питаться от разных фаз. Следовательно, они имеют напряжения, не совпадающие по фазе друг с другом.

A

B

C

при k = 1

Рис. 1.9. Схема питания тяговой сети однофазного переменного тока от трехфазного трансформатора с соединением обмоток «звезда – треугольник»

Если тяговую сеть на всем участке присоединить к одним и тем же зажимам трансформатора, фазы в трехфазной системе електроснабжения будут загружены неравномерною Это может привести к ухудшению условий работы всей системы.

Нежелательные явления возникают и в системе тягового электроснабжения: нарушается работа трехфазных потребителей Чтобы исключить неравномерность загрузки отдельных фаз трансформатора на тяговой

подстанции к рельсовой цепи всегда подсоединяют одну и ту же фазу, а в контактную сеть между каждыми соседними подстанциями подают разные фазы

Основным преимуществом системы тягового электроснабжения однофазного

значительно уменьшается даже при больших расстояниях между подстанциями (40 – 60 км.). Системы однофазного тока промышленной частоты принята как основная для дальнейшей электрификации железных дорог России, Франции, Японии , Англии и др.

Обеспечиваются независимые режимы напряжения в контактной сети и на тяговом двигателе при сохранении тягового двигателя постоянного тока;

электровоза. Наибольшее распространение получила ЭПС с двигателями постоянного тока и

преобразовательной техники позволяет использовать различные комбинации связки тяговое электроснабжение-тяговый двигатель , поскольку есть возможность не связывать выбор типа системы тягового электроснабжения с выбором системы тяги

Недостатки системы тягового электроснабжения переменного тока:

При питании однофазной нагрузки от трехфазной районной сети неизбежна различная нагрузка фаз первичной системы электроснабжения. Несимметрия нагрузки приводит к ухудшению работы первичной системы (генераторов, трансформаторов, линий электропередачи, релейной защиты). При мощных энергосистемах обычно тяговая нагрузка составляет небольшую долю от всей нагрузки системы. В этих случаях несимметрия тяговой нагрузки не играет существенной роли, однако она вызывает на шинах тяговых подстанций и в питающих их линиях передачи значительную несимметрию напряжения. Несимметрия напряжения оказывает неблагоприятные влияния на работу трехфазных потребителей, получающих питание от этих подстанций и линий электропередачи.

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 %;

наличие при двухсторонней схеме питания тяговой сети переменного тока уравнительных токов, а следовательно, дополнительных потерь электрической энергии.

Существенным недостатком систем переменного тока является значительное электромагнитные влияния на смежные устройства, в том числе на линии связи, что определяет необходимость применения специальных мер защиты. Сегодня линии слабого тока в основном кабельные, поэтому данная проблема уже не столь остра

Ниже показана принципиальная схема электроснабжения участка железной дороги на переменном токе . , где показаны и другие, кроме тяговых, линии электроснабжения

1.1.5. СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 2 Х 25 Тяжеловесные и скоростные поезда вызывают повышение потерь энергии. Как

результат снижается напряжение на токоприемнике Стремление повысить мощность, передаваемую по тяговой сети, путем увеличения

наряжения и не сближать тяговые подстанции; (зачастую при одновременном требовании эксплуатировать существующий стандартный электроподвижной состав ) привело к

возникновению системы2 Х 25.

Ниже приведена схема, реализующая тяговое электроснабжение по системе 2 Х 25 кВ

Питающий

провод

Контактный

провод

Рельс

Для реализации системы 2 Х 25 кВ на тяговых подстанциях устанавливают однофазные трансформаторы с вторичными обмотками 50 кВ.

На опорах контактной сети с полевой стороны параллельно контактному подвешивают так называемый питающий провод Среднюю точку трансформаторов 50 кВ подключают к рельсовой сети Крайние – одну к контактному проводу, а другую к питающему проводу. Напряжение между питающим проводом и контактным составляет 50 кв, а между контактным проводом и рельсами –25 кВ

Через каждые 8-10 км между питающим и контактным проводами устанавливают линейные автотрансформаторы на 50 кВ. Средние точки автотрансформаторов соединяют с рельсовой сетью.

Таким образом в контактную сеть поступает напряжение 50 кВ, а между контактным проводом и рельсовой сетью сохраняется напряжение – 25 кВ.

Это позволяет эксплуатировать тот же подвижной состав. При этом не нужно применять никаких спецустройств для стыкования участков 2Х25 и 25

Указанная система является разновидностью системы электроснабжения переменного тока промышленной частоты, поскольку локомотив в этом случае остается таким же.

железной дороги по системе тягового электроснабжения переменного тока 2 × 25 кВ и даны краткие поя.

Рис.1.16. Схема питания электрифицированного участка железной дороги по системе тягового электроснабжения переменного тока 2 × 25 кВ:

1 – понизительные трансформаторы подстанции №1 и 2 (однофазные) 220/25 кВ; 2 – линейные автотрансформаторы 50/25 кВ мощностью 16 мВ·А, устанавливаемые между подстанциями через 10 – 20 км; 3 – подключение рельсов в

Расстояние между подстанциями составляет 60 – 80 км. Достоинства системы следующие:

o за счет передачи мощности к ЛАТ при более высоком напряжении (50 кВ) в тяговой сети уменьшаются потери мощности и напряжения;

o экранирующее действие питающего провода 50 кВ позволяет снизить влияние контактной сети на смежные линии.

Названные преимущества рассматриваемой системы определяют ее применение на железных дорогах с большой грузонапряженностью и высокоскоростным пассажирским движением.

К недостаткам системы можно отнести

o удорожание электрификации за счет установленной мощности ЛАТ; o усложнение обслуживания контактной сети;

o сложность регулирования напряжения.

1.1.6. СХЕМЫ ПИТАНИЯ УЧАСТКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Схемы питания однопутных участков Схема одностороннего питания однопутных участков. Электроснабжение поездов на

однопутных участках может осуществляться по схеме одностороннего питания (контактная сеть между подстанциями разделена воздушным промежутком

Схема одностороннего питания применяется на участках малой длины, расположенным за крайними подстанциями на главных линиях или на малодеятельных участках и на станциях

Схема двухстороннего питания однопутных участков

На дорогах переменного тока двухстороннее питание осуществляется путем подключения контактной сети на участке к одной и той же фазе

Схемы питания двухпутных участков Двухстороннее раздельное питаниее двухпутных участков. Двухпутные участки .

электрифицированные по системе постоянного тока 3 кв, по системе переменного тока 25 кВ или 2 х 25 кв имеют как правило двухстороннее питание. При этом контактные сети, питающие различные пути, могут работать совершенно независимо.

Двухстороннее питание - надежная, удобная. гибкая система электроснабжения. Однако по качеству и экономическим показателям уступает другим системам

Схемы полного параллельного питания путей. Наиболее экономичное соединение контактных подвесок – соединение в нескольких точках - схема полного параллельного питания. Число поперечных соединений между контактными сетями путей равно или больше 7, включая обязательные соединения

В этом случае ток к поезду находящемуся на любом из путей идет по контактным сетям обоих путей. Кроме того достигаются меньшие потери энергии, уменьшается нагрев. Особенно эффективно такое соединение там, где используется рекуперативное торможение - можно передать энергию поезду, идущему по другому пути минуя тяговые подстанци.

Схема неполного параллельного питания образуется при трех поперечных соединениях

¼ L

Схема узлового питания неполного параллельного питания:

Это схема неполного параллельного питания, когда применяют так называемые посты секционрования

В нормальных условиях ЭПС получает питание от обеих тяговых подстанций по контактным подвескам обоих путей/ Если произойдет повреждение контактной сети на каком либо из четырех участков, то при схеме узлового питания защитная аппаратура отключит поврежденный участок. Остальные участки останутся под напряжением и движение поезда по ним может продолжаться