Общая схема питания электрифицированных железных дорог.

Электровозы и моторные вагоны электрифицированных железных дорог не являются автономными локомотивами. Они, находясь на линии, потребляют электроэнергию от энергосистемы общего пользования.

Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанции 1 (рис. 104), поступает на повышающую трансформаторную подстанцию 2 и далее по воздушным линиям электропередачи (ВЛ) высокого напряжения 3 передается на тяговые подстанции 4, расположенные вдоль железной дороги. На тяговых подстанциях трехфазный переменный ток преобразуется в ток соответствующего рода и напряжения для питания устройств электрической тяги и районных потребителей. Питание электрических локомотивов 9 осуществляется от контактной сети 7 через токоприемники. Рельсовая цепь 8 является вторым проводом тяговой сети.

Рис. 104. Принципиальная схема питания электрифицированного участка железной дороги.

I – Внешнее электроснабжение;

II – Тяговое электроснабжение.

Электрические станции, подстанции и ВЛ до тяговых подстанций называют первичной, или внешней частью системы электроснабжения. Тяговая подстанция, контактная и рельсовая сеть, а также питающие 5 и отсасывающие 6 линии образуют тяговую часть этой системы. На электрических станциях вырабатывается трехфазный переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 6,3; 10,5; 21 кв. Электроэнергия поступает на расположенную рядом трансформаторную подстанцию, где напряжение повышается до 35, 110, 150, 220, 330, 500 и 750 кВ, при этом значении напряжения электроэнергия передается на большие расстояния.

Передача электроэнергии на большие расстояния более экономична при высоком напряжении. Принято считать, что экономически выгодно передавать 1 кВ на 1 км: например, 35 кВ выгодно передавать на 35 км, но

124

не более 50 км. С повышением напряжения ток уменьшается, и от него зависит площадь сечения проводов, следовательно, затраты металла на них и стоимость линии. С уменьшением тока снижаются также потери энергии в электрических сетях.

На железных дорогах СССР применяют две системы электрической тяги:

- постоянного тока с номинальным напряжением тяговой сети 3 кВ;

- однофазного переменного тока 50 Гц с номинальным напряжением 25 кв.

На зарубежных дорогах, помимо этого, применяют систему переменного тока пониженной частоты 162/3  и 25 Гц.

Тяговые подстанции используют также для питания промышленных, сельскохозяйственных и не тяговых железнодорожных нагрузок. Для этого на подстанциях устанавливают дополнительные трансформаторы.

Тяговые подстанции расположены вдоль железной дороги через 15 - 20 км на дорогах постоянного тока и через 40 - 60 км на дорогах переменного тока.

 Контактная сеть служит для подведения электроэнергии к электроподвижному составу (э. п. с.) и может быть выполнена в виде воздушной подвески или дополнительного контактного рельса (на метрополитенах). Контактная и рельсовая сети соединены воздушными или кабельными линиями с шинами тяговой подстанции.

С увеличением объема перевозок, повышения скоростей движения и массы поездов все в большей степени выявляются недостатки систем постоянного 3 кВ и переменного тока 25 кВ, ограничивающих провозную способность и экономичность линий.

Это вызывает необходимость усиления систем. К недостаткам системы постоянного тока относятся сравнительно низкое напряжение (3 кВ), большая площадь сечения проводов контактной сети (400 - 600 мм2), большие потери напряжения и энергии в тяговой сети, малое расстояние между тяговыми подстанциями (15 - 20 км), наличие блуждающих токов, вызывающих электрокоррозию металлических подземных сооруже- ний. Недостатком являются также большие потери энергии в пусковых реостатах э. п. с при разгоне поезда.

Система однофазного переменного тока 25 кВ частотой 50 Гц интенсивно развивается в СССР и за рубежом. Преимущества ее обусловлены высоким напряжением в тяговой сети, в результате чего контактная сеть имеет малую площадь сечения (150 мм2), простые трансформаторные подстанции и большое расстояние между ними (50 км) и др.

125

 

Однако этой системе присущи и недостатки: неравномерная нагрузка

фаз питающей системы, вредные электромагнитные влияния на линии связи и смежные воздушные линии низкого напряжения, ухудшение качества энергии, отпускаемой потребителям, возможность искрообразования на подземных сооружениях, индуктивное влияние на контактные подвески соседних путей.

 

КОНТАКТНАЯ СЕТЬ.

 

  Системы контактной сети. Классификация подвесок.

Контактная сеть электрифицированных железных дорог состоит из воздушной подвески, опорных и поддерживающих конструкций. К последним подвешены контактные, несущие и усиливающие провода и различные вспомогательные устройства. По конструкции контактные сети постоянного тока 3000 В и однофазного переменного тока 25 кВ имеют много общего и отличаются только лишь уровнем изоляции. На дорогах переменного тока вследствие меньших токов поездов площадь сечения проводов контактной сети меньше.

На электрифицированных железных дорогах применяют воздушные контактные подвески. Их разделяют на простые и цепные. Простая подвеска состоит из провода, подвешенного к поддерживающим конструкциям, расположенным друг от друга на расстоянии длины пролета (30 - 40 м). Ее используют в трамвайных, троллейбусных сетях и на второстепенных путях станций железных дорог, где скорость движения не превышает 35 - 40 км/ч.

Рис.105. Схема одинарной цепной подвески.

1 – консоль; 2 – изолятор; 3 – фиксатор; 4 – струна; 5 – контактный провод; 6 – несущий трос.

Для высоких скоростей служат цепные подвески (рис.105), в которых контактные провода подвешивают на струнах к несущему тросу. Трос крепится через изоляторы к поддерживающим конструкциям. Для фик-

сации контактного провода относительно оси токоприемника и предот-

126

вращения отклонения его при ветре на опорах устанавливаются фиксаторы.

Цепные подвески классифицируют по ряду признаков:

-

по способу подвешивания контактных проводов к несущему тросу: одинарные (рис. 105) и двойные (рис. 106); в двойной подвеске контактный провод подвешивают к несущему тросу через промежуточный трос;

Рис. 106. Двойная цепная подвеска с рессорными струнами.

- по способу натяжения проводов: некомпенсированные, полукомпенсированные и компенсированные;

- по типу струн, расположенных у опор, с простыми и рессорными струнами;

- по расположению проводов подвесок в плане на прямых участках пути: вертикальные, полукосые, косые и ромбовидные; на кривых участках - хордовые и косые.

Некомпенсированной цепной подвеской называют такую, в которой несущий трос НТ и контактный провод КП жестко анкеруют на конечных (анкерных) опорах.

       В полукомпенсированной цепной подвеске НТ закрепляется жестко на анкерных опорах, КП имеет грузовые компенсаторы К, поэтому в нем поддерживается примерно постоянное натяжение при различных температурах. Полукомпенсированные подвески выполняют с одним и двумя контактными проводами. Двойные контактные провода улучшают условия токосъема и повышают ветроустойчивость подвески.

Компенсированной цепной подвеской называют такую, в которой несущий трос и контактный провод имеют компенсаторы (рис.107).

Рис.107. Компенсированная подвеска.

1 – коромысло; 2 – тормозное устройство: 3 – компенсатор.

127

Стрела провеса несущего троса при всех температурах остается

неизменной, а контактный провод сохраняет заданное ему положение. Для получения равномерной эластичности подвески контактный провод располагают с небольшим (8-10 см) положительным провесом. При изменениях температуры струны сохраняют вертикальное положение, смещаясь вправо или влево.

В зависимости от расположения проводов подвесок в плане различают полукосую, косую, ромбовидную и вертикальную подвески. Наибольшее распространение получила полукосая подвеска (рис. 108), у которой контактный провод КП расположен зигзагообразно относительно оси пути, а несущий трос НТ - над осью пути. На железных дорогах СССР принято, что зигзаги на смежных опорах направлены в разные стороны от оси пути. Нормальный зигзаг составляет ±300 мм. Полукосая подвеска проста по конструкции, обеспечивает равномерный износ контактных пластин токоприемника.

       При косой подвеске (рис. 108) контактный провод расположен с зигзагом ±300 мм, а несущий трос у тех же опор с зигзагом 1 м, противоположным зигзагу контактного провода. Перекос струн поперек пути большой, что создает хорошую ветроустойчивость подвески. Недостатком ее является сложность монтажа. Применяют такую подвеску в районах с сильными ветрами.

Рис. 108. Расположение проводов полукосой (а), косой (б) и ромбовидной (в) подвесок в плане на прямых участках пути.

В ромбовидной подвеске (рис. 108) контактные провода располагаются в горизонтальной плоскости у опор с разносторонним зигзагом 300-

128

400мм. Ромбовидная подвеска монтируется на участках постоянного тока в районах с сильными ветрами.

Вертикальная (хордовая) подвеска предназначается для кривых участков пути (рис. 71, а). Контактный провод КП и несущий трос НТ располагают в одной вертикальной плоскости и по хорде относительно оси пути. Контактный провод у опор смещают в наружную сторону кривой на расстояние, называемое выносом. Нормальный вынос на кривых равен 400 мм. Хордовая подвеска проста по конструкции и широко применяется. При косой подвеске в кривых (рис. 71, б) контактный провод расположен в вертикальной плоскости оси пути, а несущий трос смещен в наружную сторону кривой. Струны при этом занимают наклонное положение. Косая подвеска позволяет увеличить пролет между опорами.

 

Провода и изоляторы контактной сети.

 

Контактный провод должен обладать высокой механической прочностью, электропроводностью, быть износоустойчивым и не подвергаться коррозии.

       В соответствии с требованиями ГОСТ 2584 - 75 контактные провода изготовляют следующих марок: МФ - медный фасонный, МФО - медный фасонный овальный, НЛФ - низколегированный фасонный, НЛФО - низколегированный фасонный овальный, БрФ - бронзовый фасонный, БрФО - бронзовый фасонный овальный.

Рис.109. Профили сечения контактных проводов: а – фасонный: б - фасонный овальный 100 мм²

Бронзовые провода изготовляют из меди с легирующими присадками (1% кадмия или 0,2%, магния), они обладают повышенной прочностью по сравнению с медными и меньшей электропроводностью. Применение присадок повышает их срок службы ввиду меньшего износа при

 

129

эксплуатации. Бронзовые провода имеют отличительную продольную канавку в верхней части провода (на головке), низколегированные - две канавки.

Провода с площадью сечения 100 и 150 мм² подвешивают на перегонных и главных путях станций, а 85 мм² - на станционных путях.

Несущий трос цепной подвески выполняют из медных, бронзовых и биметаллических многопроволочных проводов. На дорогах постоянного тока применяют медные тросы марки М сечением 95 и 120 мм². Они свиты из отдельных биметаллических проволок, стальная сердцевина которых покрыта тонким слоем меди. Толщина медной оболочки составляет 10% радиуса проволоки. Эксплуатируются также бронзовые (Бр) и биметаллические сталеалюминевые (ПБСА) тросы.

Усиливающие, питающие и отсасывающие провода выполняют алюминиевыми сечением 150 и 185 мм². Проводимость алюминия в 1,65 раза меньше, чем меди, но алюминий легче меди примерно в 3 раза, поэтому при площади сечения алюминиевого провода, эквивалентной площади сечения меди, его требуется примерно в 2 раза меньше (по массе), чем медного. Нагрузки на опорные и поддерживающие конструкции при этом уменьшаются.

Струны выполняют из провода МГГ-Ю; звеньевые выполняют из сталемедной проволоки БСМ диаметром 4 мм. Рессорные струны изготовляют из троса ПБСМ-25 или из проволоки БСМ диаметром 6 мм.

Изоляторы на контактной сети предназначены для изоляции проводов, находящихся под напряжением, от заземленных частей и электрического отделения одной секции контактной сети от другой. Изоляторы изготовляют из фарфора и закаленного стекла. Они испытывают большие механические нагрузки и должны обладать высокими диэлектрическими свойствами.

В устройствах контактной сети устанавливают изоляторы подвесные тарельчатого типа, стержневые, седлообразные и изолирующие вставки из полимерных материалов. Подвесные изоляторы ПФ6-А с серьгой (рис. 110) состоят из фарфоровой тарелки 1 изголовки, к которой цементным раствором крепят шапку 2 из ковкого чугуна. Внутри головки цементным раствором крепят металлический стержень 4,

130

заканчивающийся внизу серьгой или пестиком. Изолятор выдерживает механическую нагрузку 44 кН.

Рис.110. Изоляторы контактной сети: а) подвесной ПФ-6;

б) стержневой для напряжения 27,5 кВ

 

верхней части тоннеля, или на гибких изолированных связях.

Высота контактного провода в искусственных сооружениях и под ними обычно меньше, чем на соседних примыкающих участках. На подходах к сооружению предусматривается плавное снижение высоты контактного провода.

 

Секционирование и питание контактной сети.

 

Принципы секционирования. Секционирование - это разделение контактной сети на отдельные секции, которые электрически не связаны друг с другом, но могут быть соединены секционными разъединителями.

 

Рис.111. Секционирование контактной сети.

Секционирование повышает надежность работы контактной се-

 

131

ти, делает удобным ее обслуживание при эксплуатации. Любую секцию контактной сети возможно отключить для производства ремонтных работ без прекращения движения поездов на остальных секциях.