Комплекс устройств и схема электроснабжения

В систему электрифицированных железных дорог России входит комплекс устройств, который состоит из внешней части (электростанции, районные трансформаторные подстанции, сети и линии электропередачи) и тяговой части электроснабжения (тяговые подстанции и тяговая сеть).

На рис. 2.5 показана общая схема электроснабжения электрифицированных железных дорог. Вырабатываемая электростанциями 1 (тепловыми, гидравлическими, атомными) электрическая энергия переменного тока частотой 50 Гц поступает на повышающую трансформаторную подстанцию 2 и далее по высоковольтным линиям передачи (ЛЭП) 3 передается к тяговым подстанциям 4, расположенным вдоль железной дороги. На тяговых подстанциях трехфазный переменный ток преобразуется в ток нужного рода и определенного напряжения для питания устройств электрической тяги — электроподвижного состава для движения поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и интервалами между ними при требуемых размерах движения, а также электроснабжения потребителей железнодорожного транспорта и районных потребителей. Питание электроподвижного состава (ЭПС) осуществляется от контактной сети 7 через токоприемники (пантографы). Рельсовая сеть 8 является вторым проводом тяговой сети, включающей, кроме контактной и рельсовой сетей, питающие 5 и отсасывающие 6 линии.

Рис. 2.5. Схема электроснабжения электрифицированных железных дорог:

1- электростанция; 2 – районная трансформаторная подстанция; 3 - высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП); 4 – тяговая подстанция; 5 – контактная сеть; 6 – рельсовая сеть; 7 – питающая линия; 8 – отсасывающая линия

На электрифицированных железных дорогах России применяются две системы электроснабжения — постоянного тока напряжением 3 кВ и однофазного переменного тока напряжением 25 кВ частотой 50 Гц.

На железных дорогах, электрифицированных по системе постоянного тока, питание ЭПС осуществляется через тяговые подстанции, преобразующие трехфазный переменный ток в постоянный с понижением напряжения. На таких подстанциях имеются трансформаторы, преобразователи (выпрямители) и другое оборудование. При этом оборудование переменного тока размещают на открытых площадках, а преобразователи и вспомогательные агрегаты — в закрытых помещениях.

Система электроснабжения постоянного тока имеет значительные недостатки. Относительно низкое напряжение является ее основным недостатком. Для поддержания минимально необходимого уровня напряжения на токоприемниках ЭПС на железных порогах постоянного тока расстояние между тяговыми подстанциями невелико и составляет в среднем 15-20 км (чем реже расположены подстанции, тем больше потери электроэнергии и ниже напряжение на токоприемниках ЭПС).

Недостатком системы электроснабжения постоянного тока также является его полярность, что вызывает эффект «блуждающего» тока (часть тягового тока ответвляется в землю).

По контактной сети переменного тока передается мощность меньшей величины силы тока по сравнению с системой постоянного тока, что позволяет уменьшить сечение проводов контактной сети примерно в 2 раза и увеличить расстояние между тяговыми подстанциями до 40-60 км, сократив их количество. Тяговые подстанции при системе переменного тока являются по существу трансформаторными подстанциями, понижающими напряжение с 110-220 кВ до 25 кВ. Их устройство и эксплуатация значительно проще подстанций постоянного тока, так как они не имеют преобразователей и связанного с ними вспомогательного оборудования. Кроме того, все устройства подстанций переменного тока размещаются на открытых площадках, что также уменьшает затраты по сравнению с подстанциями постоянного тока. Вместе с тем электроподвижной состав на переменном токе по конструкции значительно сложнее, т.к. на нем необходимо размещение устройств преобразования переменного тока в постоянный для питания тяговых электродвигателей.

Для повышения эффективности системы электроснабжения переменного тока на участках с большими размерами движения поездов, с целью сокращения потерь напряжения в контактной сети применяется перспективная система 225 кВ. При такой системе между питающим проводом и контактной подвеской включают линейные автотрансформаторы на 50 кВ через каждые 10-15 км. Система 225 кВ позволяет увеличить расстояние между тяговыми подстанциями до 90 км

Недостаток системы электроснабжения переменного тока — это наличие электромагнитного влияния на металлические сооружения и коммуникации, расположенные вдоль железнодорожных линий.