1.5.2. Система электроснабжения наземного электрического транспорта

К числу наземного электрического транспорта относят трамваи и троллейбусы, которые используются в основном как городские транспортные средства. Для питания этого вида транспорта системы электроснабжения могут быть централизованными и распределенными.

Централизованная система электроснабжения – это система, в которой каждая тяговая подстанция питает протяженный район контактной сети по многим кабелям, децентрализованная – система, как правило, с двумя плюсовыми и двумя минусовыми кабелями, выводимыми на контактную сеть, каждая секция которой питается с двух сторон от двух тяговых подстанций.

Питание тяговых подстанций производится по кабельным линиям напряжением 6 или 10 кВ, присоединяемым к распределительному устройству высшего напряжения. Современные тяговые подстанции служат для преобразования трехфазного тока напряжением 6 или 10 кВ, частотой 50 Гц в постоянный. Для городского электрического наземного транспорта принято напряжение постоянного тока: на шинах тяговой подстанции – 600 В, на токоприемнике трамвая и троллейбуса – 550. Структурная схема тяговой подстанции приведена на рис. 1.20.

Рис. 1.20. Структурная схема тяговой подстанции и тяговой сети

электрического транспорта

Классификация тяговых подстанций может быть проведена по нескольким показателям: по назначению подстанции бывают трамвайные, троллейбусные, трамвайно-троллейбусные; наибольшее распространение в практике получили наземные подстанции. Для централизованного электроснабжения трамвая и троллейбуса их строят трехагрегатными, а децентрализованного – одно и двухагрегатными. Подробно с системой электроснабжения трамвая и троллейбуса можно ознакомиться по источнику [9]. В последнее время все большее распространение получает новый вид электрического транспорта – монорельсовый транспорт.

1.5.3. Системы электроснабжения монорельсового транспорта

Монорельсовый транспорт – вид транспорта, в котором пассажирские вагоны или грузовые вагонетки перемещаются по балке – монорельсу, установленному на опорах или эстакаде на некотором расстоянии над землей.

В настоящее время широкое распространение получили две системы монорельсового транспорта: с колесным опиранием и магнитным подвесом.

Монорельсовый транспорт с колесным опиранием эксплуатируется во всех развитых странах, обеспечивая перевозки пассажиров по городским линиям. В 2004 г. в Москве пущена в опытную эксплуатацию Московская монорельсовая дорога (ММД) длиной 5 км в районе телецентра Останкино между Всероссийским выставочным центром (ВВЦ) и станцией метро «Тимиря-зевская».

Поезд ММД состоит из шести вагонов вместимостью 24 человека каждый. Московская монорельсовая дорога устроена следующим образом (рис. 1.21): кузов 1 посредством элементов подрессоривания 2 установлен на тележке 3, которая опирается на эстакаду 4 при помощи опорных катков 5. Катки 6 и 7 обеспечивают вертикальную и горизонтальную стабилизацию экипажа. Передвижение осуществляется за счет линейного асинхронного двигателя 8, обмотки которого расположены на тележке и взаимодействуют с реактивной шиной 9, закрепленной на эстакаде.

В силовую цепь подвижного состава электроэнергия поступает от токоприемников 10, взаимодействующих с токопроводами 11, закрепленными посредством кронштейнов 12 на эстакаде.

Отличием данной схемы от классической является то, что в качестве движителя используются не колеса, а электрический линейный привод, обеспечивающий эффективную тягу и заданные ускорения вне зависимости от коэффициента трения качения колеса по балке.

Рис. 1.21. Схема расположения подвижного состава ММД на эстакаде

Для монорельсовых транспортных систем характерны скорости движения до 60 км/ч, в отдельных случаях на скоростных трассах до 100 км/ч. Потребляемый ток может составлять 200250 А на один токоприемник при напряжении 500600 В постоянного и 380500 В переменного тока.

Система электроснабжения такого транспорта аналогична системам электроснабжения метрополитена и городского электрического транспорта.

Электромагнитный монорельсовый транспорт. Принципиальной отличительной особенностью монорельсового транспорта с подвижным составом на электромагнитном подвесе (ЭМТ) является отсутствие традиционного для наземного транспорта колеса, выполняющего функцию опоры, направления и тягового усилия за счет сцепления с путевым полотном. В новом виде транспорта эти функции выполняет магнитное поле, что дает ряд несомненных преимуществ, особенно в части снижения уровня вибрации и шума и устранения сопротивления движению.

Классификация систем электромагнитного рельсового транспорта приведена на рис.1.22.

Рис. 1.22. Структурная схема ЭМТ

Система электроснабжения ЭМТ зависит от того, где размещены обмотки линейного двигателя – в пути или на экипаже [10]. В первом случае эта система носит название «длинный статор» и не требует специальных устройств для передачи электроэнергии на экипаж. Такая схема реализована в системах Transrapid (Германия), ML (Япония) и др. К недостаткам данной системы можно отнести высокую стоимость и сложность управления движением.

Если обмотка двигателя размещена на экипаже, то такая система называется «короткий статор». Она реализована в системах HSST (Япония) и ТЭМП (Россия), имеющих гораздо более низкую стоимость, но требующих применения устройств токосъема.

В России работы по созданию ЭМТ были начаты в середине 70-х гг. В настоящее время головной организацией в этой отрасли является инженерно-научный центр «ТЭМП» (г. Москва), в состав которого входят экспериментальный комплекс и испытательная трасса в г. Раменское, где ведутся работы по созданию отечественных систем монорельсового подвижного состава с электромагнитным подвесом.

Условия работы контактной системы ЭМТ обусловлены особенностями конструкции экипажа и характером расположения его на эстакаде (рис. 1.23).

Рис. 1.23. Особенности системы токосъема ЭМТ

Кузов вагона ЭМТ установлен на тележке 1, охватывающей Т-образную эстакаду, на которой размещены опорные рельсы 3. На тележке смонтированы посадочные упоры 4, элементы подрессоривания 5 кузова 6, активная часть линейного электродвигателя 7, взаимодействующая с реактивной шиной 8, закрепленной на эстакаде 2. С феррорельсами 9 взаимодействуют электромагниты 10, обеспечивающие подвес экипажа.

В нижней части узла крепления электромагнитов закреплены токоприемники 11, контактные элементы 12 которых обеспечивают токосъем с нижней поверхности контактного рельса, закрепленного на эстакаде с помощью изоляторов. Напряжение – 1500 В, род тока – постоянный.

Данная схема была принята за основу при создании первой отечественной линии ЭМТ Москва – Шереметьево-2.

Система электроснабжения электромагнитного монорельсового транспорта с линейным асинхронным двигателем. При скорости движения свыше 300 км/ч мощность линейного двигателя, необходимая для преодоления сопротивления движению, оценивается в несколько мегаватт, поэтому к устройствам передачи электроэнергии на борт экипажа предъявляются высокие требования. Наиболее целесообразным в этом случае является применение контактного токосъема с использованием токоприемников и жесткой контакт- ной сети.

Максимальное тяговое усилие, развиваемое ЛАД, реализуется при от­носительно низком напряжении на статорной обмотке. Вслед­ствие этого передача энергии к двигателям поезда должна осу­ществляться при относительно низком напряжении (до 4000 В) и большом токе (до 8 кА). Пункты питания с преобразователями при этом необходимо располагать очень часто — менее чем через 0,1 км, что практически неосуществимо. Организация систем элект­роснабжения по такой системе весьма затруднительна из-за боль­ших потерь напряжения в сети. Для увеличения протяженности зон питания необходимо использовать усиливающие линии, но они дают незначительный эффект при технически возможных сечениях проводов фаз. В этих условиях целесообразно передавать энер­гию по продольной питающей линии (ППЛ) более высоким напряжением, а контактной сети оставить в основном функцию токо­съема. Связь между продольной питающей .линией и контактной сетью осуществить посредством согласующих трансформаторов. Конфигурации системы электроснабжения получаются сущест­венно различными в зависимости от того, где расположены пре­образователи в системе передачи электроэнергии от энергосистемы до поезда.

На рис.1.24 представлены варианты систем электроснабже­ния с тяговой сетью трехфазного переменного и постоянного тока.

На рис. 1.24,а преобразователи (ПН и ПЧ) расположены на тяговой подстанции.

Через продольную питающую линию и согласующие трансформаторы (СТ) в контактную сеть энергия передается трехфазным переменным током с изменяющимися напряжением и частотой. При этом уровень номинального напряжения в продоль­ной питающей линии может быть выбран достаточно высоким для уменьшения сечения проводов фаз.

а

б

в

Рис.1.24. Схемы тягового электроснабжения ВСНТ с ЭМП и ЛАД:

а – система трехфазного переменного тока в контактной сети

с преобразователями на тяговых подстанциях; Тр1 – трансформатор

подстанции; ПЧ, ПН – преобразователи напряжения и частоты;

ППЛ – продольная питающая линия; Тр2 (СТ) – согласующий трансформатор питающего пункта; к. с. – контактная сеть; б – система трехфазного

пе­ременного тока в контактной сети с преобразователями на питающих пунктах; в – систе­ма постоянного тока в контактной сети с «разнесенными»

преобразователями

В целях уменьшения индуктивного сопротивления питающей линии и соответственно падения напряжения в ней можно переда­вать энергию при постоянной частоте 50 Гц. Для этого преобразо­ватели ПН и ПЧ устанавливаются последовательно с согласую­щим трансформатором (рис.1.24,б) между продольной питаю­щей линией и контактной сетью в так называемых питающих пунктах.

Подстанции конструктивно упрощаются, на них остаются толь­ко силовые трансформаторы. Зоны питания продольной питающей линии в этом варианте могут быть более протяженными, чем в предыдущем. Однако в этом случае увеличивается число преобразователей.

Каждый из указанных вариантов систем имеет свои преиму­щества и недостатки. Выбор целесообразного варианта может быть осуществлен после технико-экономической оценки каждого, сравнения результатов и выбора наиболее экономичного по затратам.