Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


—истемы тока и напр€жение в контактной сети




 

ѕервой в мире в 1895 году была электрифицирована железна€ дорога Ѕалти≠мор Ц ќгайо (—Ўј) прот€женностью 115 км. Ќа ней электрическа€ энерги€ посто€нного тока передавалась на электровоз не по контактному проводу, который по€вилс€ значительно позднее, а по третьему рельсу, расположенному между двум€ ходовыми рельсами. Ќапр€жение посто€нного тока в третьем рельсе было такое же, как и на т€говых двигател€х Ц 650 ¬. ƒвигатели были тихоходными, громоздкими, имели низкий коэффициент полезного действи€.

≈ще в середине прошлого века русский физик ƒ. ј. Ћачинов установил, что чем выше напр€жение в электрической цепи, тем меньше потери энергии при передаче ее на рассто€ние. ѕоэтому стрем€тс€ иметь в контактной сети возможно более высокое напр€жение, изыскива€ экономичные способы преобразо≠вани€ его до значени€, подход€щего дл€ питани€ т€говых двигателей.

ƒальнейшее развитие электрификации на посто€нном токе шло по пути повышени€ напр€жени€ в контактной сети. ¬о ‘ран≠ции и јнглии в 20-х годах ’’ столети€ железные дороги электрифицировали на посто€нном токе напр€жением 1200 и 1500 ¬. ¬последствии на французских дорогах перешли в основ≠ном на напр€жение 3000 ¬. ќднако такое напр€жение не €вл€ет≠с€ оптимальным ни дл€ т€говых двигателей, ни дл€ системы электроснабжени€. ƒл€ двигателей оно велико, так как приемле≠мые масса, габаритные размеры и наименьша€ стоимость полу≠чаютс€ при напр€жении пор€дка 900 ¬. ƒл€ системы электро≠снабжени€ напр€жение 3000 ¬ мало, так как при этом требуетс€ располагать т€говые подстанции относительно часто Ц на рас≠сто€нии 20Ц25 км друг от друга. “ем не менее, это напр€жение примен€етс€ на дорогах посто€нного тока при питании т€говых двигателей непосредственно от контактной сети.

”казанные недостатки определили высокую стоимость системы электроснабжени€ на посто€нном токе.

ћежду тем переменный ток в отличие от посто€н≠ного обладает следующим важным свойством: его напр€жение можно измен€ть достаточно просто. ƒл€ этого необходим трансформа≠тор, т. е. устройство, не имеющее подвижных частей и содержа≠щее две обмотки Ц первичную и вторичную с заранее рассчитан≠ными числами витков. Ќа первичную обмотку подаетс€ имею≠щеес€ напр€жение, с вторичной обмотки снимаетс€ требуемое.

¬озможность использовани€ высокого напр€жени€ в контакт≠ной сети дорог переменного тока, что ведет к уменьшению потерь энергии в процессе передачи ее на электроподвижной состав, и последующего понижени€ его до значени€, приемле≠мого дл€ т€говых двигателей, позвол€ет существенно снизить стоимость электрификации железных дорог. ќднако при этом усложн€етс€ устройство электроподвижного состава (Ёѕ—), так как приходитс€ иметь на нем регулируемый преобразователь переменного тока в посто€нный, поскольку до сих пор не создан надежный и экономичный т€говый двигатель переменного тока.

 онструкци€ токоприемников и Ёѕ— в целом была очень громоздкой. ќпыт эксплуатации вы€вил сущест≠венные недостатки прин€той системы тока, которые заключались в трудности регулировани€ частоты вращени€ асинхронных двигателей Ёѕ—, а в области электроснабжени€ Ц в обеспе≠чении надежной работы трехфазной контактной сети, особенно на воздушных стрелках, представл€ющих собой изолированные пе≠ресечени€ контактных проводов разных фаз. ѕоэтому, несмотр€ на простоту трехфазных трансформаторных т€говых подстанций и надежность работы бесколлекторных асинхронных двигателей на электровозах, система трехфазного тока дл€ т€ги распрост≠ранени€ не получила. Ќа дорогах »талии она заменена системой 3000 ¬ посто€нного тока.

—истема т€ги на однофазном токе с применением т€говых коллекторных двигателей на электрическом подвижном составе возникла в начале XX в. ѕри этом в первое врем€ примен€ли пониженную, а в дальнейшем промышленную (нормальную) частоту питающего тока. Ќа р€де участков электрифицирован≠ных железных дорог ‘ранции, “урции и  онго эксплуатируютс€ коллекторные двигатели переменного тока, работающие на частоте 50 √ц. ќднако они €вл€ютс€ более дорогими и менее надежными, чем двигатели посто€нного тока, вследствие чего такие двигатели примен€ют преимущественно на пассажирском электроподвижном составе. »спользование пониженной частоты было вызвано необ≠ходимостью обеспечить удовлетворительную работу коллекторных двигателей.

ќднако в этом случае требуетс€ сооружение специальных электрических станций дл€ питани€ Ёѕ— или дорогосто€щих преобразовательных подстанций. ¬ первом случае т€говые под≠станции представл€ют собой простейшие трансформаторные уста≠новки. ѕо этому пути развивалась электрификаци€ железных дорог в √ермании, јвстрии, Ўвейцарии и Ќорвегии, где железные дороги имеют собственные электрические станции, вырабатывающие электрическую энергию при частоте 162/3 √ц, и в —Ўј, где используетс€ электроэнерги€ частоты 25 √ц. ѕитание электрических дорог от общих трехфазных систем через специаль≠ные т€говые подстанции, преобразующие трехфазный ток нор≠мальной частоты в однофазный ток пониженной частоты, приме≠нено в Ўвеции.

Ёлектрификаци€ железных дорог ———– начиналась на посто≠€нном токе с напр€жением в контактной сети 1,2 Ц 1,5 к¬ на пригородных участках и 3 к¬ на магистральных. ¬ последние дес€тилети€ развитие электрификации в основном осуществл€ет≠с€ на однофазном переменном токе с напр€жением в контакт≠ной сети 25 к¬, а теперь еще и по системе 2х25 к¬. Ћинии посто€нного тока, работавшие при более низком напр€жении, переведены на 3 к¬, за исключением узкоколейного участка от Ѕоржоми до Ѕакуриани (42 км), где используютс€ импорт≠ные электровозы, рассчитанные на питание от сети напр€жением 1,5 к¬.

¬ бывшем ———– осуществл€лась комплексна€ электрификаци€, т. е. электрификаци€ не только железных дорог, но и прилегающих районов. ѕоэтому сооружать специальные электрические станции или преобразовательные подстанции дл€ получени€ тока понижен≠ной частоты экономически нецелесообразно.

ѕри т€ге на однофазном токе промышленной частоты на сооружение устройств электроснабжени€ железных дорог тре≠буютс€ наименьшие капиталовложени€ по сравнению с другими системами тока, но возникают трудности с созданием простых и надежно работающих электровозов. ѕреодоление этих труднос≠тей, заключающихс€ в большой сложности устройств преобразо≠вани€ энергии на Ёѕ— дл€ питани€ т€говых двигателей, шло по пути разработок электровозов однофазного тока со статическими преобразовател€ми.

“ехнико-экономический анализ и опыт эксплуатации элек≠тровозов однофазного тока различных типов показали, что наиболее экономичным и надежным €вл€етс€ электровоз со статическими преобразовател€ми переменного тока в посто€нный (пульсирующий) дл€ питани€ т€говых двигателей. ѕоэтому та≠кую систему т€ги называют также системой однофазно-посто€н≠ного (пульсирующего) тока, подчеркива€ услови€ работы т€говых двигателей.

—татические ртутные преобразователи использовались на Ёѕ— примерно до середины ’’ столети€. «атем они усту≠пили место силовым кремниевым полупроводниковым преобразо≠вател€м.

“ермин полупроводники Ц исторически сложивша€с€ условность и никак не отражает свойств этих элементов. ƒело в том, что долгое врем€ материа≠лы делили на две группы Ц проводники электрического тока и диэлектрики, т. е. непроводники, изол€торы. —равнительно недавно (в первой половине ’’ столети€) было установлено, что такие элементы, как германий, кремний и т. п., обладают удивительным свойством Ц пропускают переменный ток в одном направлении и не пропускают его в направлении, противополож≠ном (обратном) из-за ничтожной проводимости. »х-то и назвали полупровод≠никами с тем, чтобы не мен€ть уже сложившеес€ деление материалов на группы проводников и диэлектриков.

”становки, собранные из полупроводниковых элементов, часто называют из-за их односторонней проводимости выпр€мительными, хот€ в действитель≠ности они никакого Ђвыпр€млени€ї переменного напр€жени€ и тока не производ€т.

ѕолупроводники, облада€ свойством односторонней проводимости, способство≠вали бурному развитию преобразовательной техники, открыли совершенно новые возможности использовани€ электрической энергии вообще и в системах электрической т€ги в частности.

Ќа базе второго поколени€ полупроводников Ц управл€емых силовых кремниевых элементов, называемых тиристорами, были созданы импульсные системы управлени€ режимами работы Ёѕ—. ¬ таких системах электрическа€ энерги€ поступает к т€говым двигател€м не непрерывно, а отдельными быстро сле≠дующими друг за другом короткими порци€ми Ц импульсами, что существенно расшир€ет регулировочные возможности Ёѕ—.

Ќаиболее совершенные из этих систем построены на базе микропроцессорной техники, т. е. программно-управл€ющих уст≠ройств, содержащих требуемый набор микрокоманд, которые определ€ют заданную последовательность выполнени€ элементар≠ных операций. Ёти устройства позвол€ют значительно повысить т€гово-энергетические показатели Ёѕ— и электрической т€ги в целом.

  1 €нвар€ 1988 г. электрифицированные железные дороги эксплуатировались в 52 государствах.

Ёлектрификаци€ железных дорог, €вл€€сь составной частью электрифи-

кации всего народного хоз€йства, увеличивает пропуск≠ную и провозную способность железнодорожных линий, улучшает топливно-энергетический баланс страны, повышает производительность труда и общую культуру работы железнодорожников. ќсобенно €рко достоинства электрической т€ги про€вл€ютс€ при еЄ реализации на большом прот€жении.

¬ странах —Ќ√ прот€жен≠ность железных дорог, электрифи≠цированных по обеим системам то≠ка, превышает 53 тыс. км. ”ста≠новлен номинальный уровень напр€≠жени€ на токоприемниках Ёѕ—: 3 к¬ при посто€нном и 25 к¬ при переменном токе.

ќсновными параметрами системы электроснабжени€ электрифициро≠ванных железных дорог €вл€ютс€ мощности т€говых подстанций, рас≠сто€ние между ними и площадь сечени€ контактной подвески. Ќа≠грузочна€ способность важнейших элементов электроснабжени€ (тран≠сформаторов, выпр€мителей, кон≠тактной сети) зависит от допускае≠мой температуры их нагрева, опре≠дел€емой значением и длитель≠ностью протекающего тока.

“€говые подстанции на электри≠фицированных дорогах посто€нного тока выполн€ют две основные функ≠ции: понижают напр€жение подво≠димого трехфазного тока и преобра≠зуют его в посто€нный ток. ƒл€ этой цели используют трансформа≠торы, выпр€мители и другое обору≠дование. Ўироко примен€ют полу≠проводниковые выпр€мители, кото≠рые обладают высокой надежностью, простотой устройства, обслуживани€ и управлени€, компактностью. ¬се оборудование переменного тока раз≠мещают на открытых площадках т€говых подстанций, а выпр€ми≠тели и вспомогательные агрегаты Ц в закрытых помещени€х. ќт т€говых подстанций электроэнергию по питающим лини€м подают в контакт≠ную сеть. ќтносительно низкое на≠пр€жение (3 к¬) €вл€етс€ основ≠ным недостатком системы посто€н≠ного тока, вследствие чего по кон≠тактной сети к электроподвижному составу подводитс€ мощность (равна произведению напр€жени€ на ток) с большим т€говым током. ƒл€ поддержани€ нужного уровн€ напр€≠жени€ на токоприемниках локомоти≠вов т€говые подстанции размещают близко друг от друга (10Ц20 км), а дл€ передачи больших токов при≠ходитс€ увеличивать площадь сече≠ни€ проводов контактной подвески.

ѕри росте грузооборота стро€т дополнительные т€говые подстанции, увеличивают площадь сечени€ кон≠тактной сети (подвешивают усили≠вающие провода и др.), чтобы повы≠шение числа и массы поездов не вызывало резкого падени€ напр€≠жени€ и, следовательно, скоростей движени€ поездов. –адикальным способом устранени€ недостатков электроснабжени€ посто€нного тока €вл€етс€ создание системы регули≠ровани€ напр€жени€ в контактной сети.

”величение мощности в контакт≠ной сети за счет значительного повышени€ напр€жени€ посто€нного тока требует изготовлени€ и эксплуа≠тации т€говых двигателей, рассчи≠танных на более высокое напр€же≠ние, что св€зано с большими трудност€ми (сильно усложн€етс€ изо≠л€ци€ электрического оборудовани€, возникает опасность пробо€ ионизи≠рованного сло€ воздуха и др.).

—истема однофазного тока напр€≠жением 25Ц28 к¬ широко приме≠н€етс€ дл€ т€ги поездов на желез≠ных дорогах стран —Ќ√. ѕеременный ток дает возможность значительно повы≠сить технико-экономические показа≠тели электрической т€ги благодар€ тому, что по контактной сети пере≠даетс€ мощность при меньших токах по сравнению с системой посто€н≠ного тока, и обеспечивает движение т€желовесных поездов с установлен≠ными скорост€ми при высокой грузо≠напр€женности линий. “€говые под≠станции в этом случае размещают на рассто€нии 40Ц60 км друг от друга. ќни €вл€ютс€ по существу трансформаторными подстанци€ми, понижающими напр€жение с 110Ц 220 до 25 к¬. ѕоскольку на этих подстанци€х переменный ток не пре≠образуют в посто€нный, то они не имеют выпр€мительных агрегатов и св€занного с ними вспомогательного оборудовани€. »х устройство и обслуживание значительно проще и де≠шевле т€говых подстанций посто€н≠ного тока. ¬се оборудование таких подстанций размещают на открытых площадках, но электроподвижной состав переменного тока слож≠нее.

ѕовышение напр€жени€ позво≠лило бы уменьшить потери напр€≠жени€ и электроэнергии и увеличить рассто€ние между т€говыми подстан≠ци€ми, однако, это св€≠зано с большими затратами на уси≠ление изол€ции, замену электро≠подвижного состава и др. ƒл€ улуч≠шени€ показателей электрификации на переменном токе разработана система 2х25 к¬ с промежуточ≠ными автотрансформаторами, раз≠мещаемыми на рассто€нии 8Ц15 км друг от друга. ќт т€говых под≠станций к автотрансформаторам электроэнерги€ напр€≠жением 50 к¬ подводитс€ по контактной под≠веске и дополнительному питаю≠щему проводу. ƒалее от автотрансформаторов к электроподвижному составу энерги€ подаетс€ с напр€≠жением 25 к¬.

ѕрименение системы электро≠снабжени€ 2х25 к¬ не вызывает изменений в электроподвижном сос≠таве, но ее недостатком €вл€етс€ необходимость подвески специаль≠ного питающего провода.

Ќа участках переменного тока работают локомотивы со статичес≠кими преобразовател€ми и двигате≠л€ми пульсирующего тока. —озданы опытные образцы мощных электро≠возов с бесколлекторными двига≠тел€ми Ц асинхронными и вентиль≠ными.

¬ажным преимуществом подвиж≠ного состава переменного тока €вл€етс€ возможность его совер≠шенствовани€ за счет применени€ тиристорных преобразователей, электронных систем управлени€ и др.

ѕеременный ток оказывает элект≠ромагнитное вли€ние на металличес≠кие сооружени€ и коммуникации, расположенные вдоль железнодо≠рожных путей. ¬ результате на них наводитс€ опасное напр€же≠ние, а в лини€х св€зи и автоматики возникают помехи. ѕоэтому приме≠н€ют особые меры защиты сооруже≠ний, а воздушные линии св€зи заме≠н€ют на кабельные или радиорелейные и реконструируют автомати≠ку. Ќа это расходуетс€ около 20Ц25 % общей стоимости электри≠фикации. Ќеотъемлемой частью устройств электроснабжени€ элект≠рифицированных железных дорог €в≠л€ютс€ средства автоматики и теле≠механики.

—тыкование линий, электрифи≠цированных на посто€нном и пере≠менном токе, осуществл€ют по кон≠тактной сети на специально оборудованных железнодорожных стан≠ци€х стыковани€ или используют электровозы двойного питани€, ко≠торые работают и на посто€нном и на переменном токе.

“€говые подстанции. ¬ систему т€гового электро≠снабжени€ вход€т многочисленные и разнообразные установки Ц т€говые подстанции, посты секционировани€, пункты параллель≠ного соединени€ контактных сетей двух путей, установки дл€ компенсации реактивной мощности при переменном токе, устрой≠ства дл€ повышени€ напр€жени€ при посто€нном токе и др. Ќаиболее сложными из них €вл€ютс€ т€говые подстанции. ¬ со≠ответствии с родом тока, подаваемого в контактную сеть, разли≠чают подстанции посто€нного и переменного тока. »ногда в местах стыковани€ участков, электрифицированных на различных систе≠мах тока, располагают подстанции посто€нно-переменного тока Ц стыковые подстанции.

“€говые подстанции подключают к ЋЁѕ системы внешнего электроснабжени€, имеющим различное напр€жение (от 6 до 220 к¬). ќни могут быть опорными, промежуточными (транзит≠ными и отпаечными) и тупиковыми. »ногда т€≠говые подстанции совмещают с подстанци€ми внешней энергоси≠стемы, в некоторых случа€х Ц с дежурными пунктами контактной сети.  ак правило, т€говые подстанции стро€т стационарными с открытыми и закрытыми распределительными устройствами (–”), однако бывают и передвижные подстанции, которые можно перемещать с одного места работы на другое.

Ќа первых т€говых подстанци€х посто€нного тока в «акав≠казье и на ”рале устанавливали вращающиес€ преобразовате≠ли переменного тока в посто€нный (мотор-генераторы). ¬послед≠ствии их повсеместно вытеснили статические преобразователи Ц ртутные выпр€мители. Ѕурное развитие полупроводниковой тех≠ники не обошло и электрические железные дороги. Ќачина€ с 1964 г. громоздкие и недостаточно надежные ртутные выпр€ми≠тели начали замен€ть на полупроводниковые; последний ртутный выпр€митель был демонтирован в 1972 г.

“€говые подстанции имеют довольно сложные электрические цепи. √лавные из них рассмотрим применительно к т€говой под≠станции переменного тока 25 к¬ (опорной) и т€говой подстанции посто€нного тока 3 к¬ (транзитной). —тыковые т€говые под≠станции отдельно рассматривать не будем, так как их электричес≠кие цепи включают в себ€ цепи подстанций посто€нного и пере≠менного тока.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-01-29; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2525 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

ƒаже страх см€гчаетс€ привычкой. © Ќеизвестно
==> читать все изречени€...

2184 - | 1921 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.015 с.