Глава 10 СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Схема электроснабжения. Комплекс устройств

Железнодорожный транспорт потребляет около 7 % энергии, производимой электростанциями России. В основном она расхо­дуется на обеспечение тяги поездов и питания нетяговых потре­бителей, к которым относятся станции, депо, мастерские и уст­ройства регулирования движения поездов. Кроме того, к системе электроснабжения железной дороги могут быть подключены рас­положенные вблизи нее предприятия и небольшие населенные пункты.

Согласно ПТЭ на железнодорожном транспорте должно быть обеспечено надежное электроснабжение электрического подвиж­ного состава, устройств СЦБ, связи и вычислительной техники как потребителей электрической энергии I категории, а также других потребителей в соответствии с установленной для них ка­тегорией.

Энергосистема

Система электроснабжения электрифицированных дорог (рис. 10.1) состоит из внешней (электростанции, районные транс­форматорные подстанции, сети и линии электропередач) и тяго­вой (тяговые подстанции и элект­ротяговая сеть) частей.

Рис. 10.1. Принципиальная схема электроснабжения электрифици­рованной железной дороги:

На тепловых, гидравлических и атомных электростанциях выра­батывается трехфазный перемен­ный ток напряжением 6...21 кВ и частотой 50 Гц. Для передачи электрической энергии к потре­бителям напряжение на транс­форматорных подстанциях повы­шают до 750 кВ в зависимости от протяженности высоковольтных

/ — линия, связывающая энергоси­стемы; 2 — гидроэлектростанция; 3 — тепловая электростанция; 4 — атомная электростанция; 5— районная трансфор­маторная подстанция; 6 — районная линия высокого напряжения; 7 — тя­говая подстанция; 8 — питающая ли­ния; 9 — контактная сеть; 10 — рель­совая (отсасывающая) линия

линий электропередачи (ЛЭП). Вблизи мест потребления элект­роэнергии напряжение понижа­ют до ПО... 220 кВ и подают в районные сети, к которым на­ряду с другими потребителями подключены тяговые подстан­ции электрифицированных же-

82

лезных дорог и трансформаторные подстанции дорог с тепловоз­ной тягой.

Нарушение электроснабжения железных дорог может привести к сбою в движении поездов. Чтобы обеспечить надежное питание электроэнергией тяговой сети железнодорожного транспорта, как правило, предусматривают ее подключение к двум независимым источникам. В отдельных случаях допускается питание от двух одно-цепных линий электропередачи или одной двухцепной.

Тяговая сеть состоит из контактных и рельсовых проводов, пред­ставляющих собой соответственно питающую и отсасывающую линии. Участки контактной сети подсоединяют к соседним тяго­вым подстанциям. Это позволяет более равномерно загружать под­станции и контактную сеть, что в целом способствует снижению потерь электроэнергии в тяговой сети.

Системы тока. Напряжение в контактной сети

На железных дорогах России используют две системы электро­снабжения: постоянного и однофазного переменного тока. Тяга на трехфазном переменном токе не получила распространения, по­скольку технически сложно изолировать близко расположенные провода двух фаз контактной сети (третья фаза — рельсы).

Электрический подвижной состав обеспечивают тяговыми дви­гателями постоянного тока, так как предлагаемые модели двига­телей переменного тока не отвечают предъявляемым требованиям по мощности и надежности. Поэтому железнодорожные линии снабжают системой однофазного переменного тока, а на локомо­тивах устанавливают специальное оборудование, преобразующее переменный ток в постоянный.

Правилами технической эксплуатации регламентированы номи­нальные уровни напряжения на токоприемниках электрического под­вижного состава: 3 кВ — при постоянном токе и 25 кВ — при пере­менном. При этом определены допустимые с точки зрения обеспе­чения стабильности движения колебания напряжения: при посто­янном токе — 2,7...4 кВ, при переменном — 21 ...29 кВ. На отдель­ных участках железных дорог допускается уровень напряжения не менее 2,4 кВ при постоянном токе и 19 кВ — при переменном.

Основными параметрами, характеризующими систему электро­снабжения электрифицированных железных дорог, являются мощ­ность тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь се­чения контактной подвески.

На железных дорогах, электрифицированных на постоянном то­ке, тяговые подстанции выполняют две функции: понижают напря­жение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоян­ный. Все оборудование, подающее переменный ток, размещается на открытых площадках, а выпрямители и вспомогательные агрега-

83

ты — в закрытых помещениях. От тяговых подстанций электроэнер­гия поступает в контактную сеть по питающей линии — фидеру.

Основными недостатками системы электроснабжения постоян­ного тока являются его полярность, относительно низкое напря­жение и отсутствие возможности обеспечить полную электроизо­ляцию верхнего строения пути от нижнего. Рельсы, служащие про­водниками тока разной полярности, и земляное полотно пред­ставляют собой систему, в которой возможна электрохимическая реакция, приводящая к коррозии металла. В результате снижается срок службы рельсов и искусственных сооружений. Для предотвра­щения этого применяют соответствующие защитные устройства (анодные заземлители, катодные станции и др.).

Из-за относительно низкого напряжения (U= 3 кВ) в системе постоянного тока по контактной сети к электрическому подвиж­ному составу подводится мощность (JV= UI) при большой силе тягового тока /. Для этого тяговые подстанции размещают недале­ко друг от друга (10... 20 км) и увеличивают площадь сечения про­водов контактной подвески.

При переменном токе повышается эффективность использова­ния электрической тяги, поскольку по контактной сети передает­ся требуемая мощность при меньшей силе тока по сравнению с системой постоянного тока. Тяговые подстанции в этом случае рас­полагаются на расстоянии 40... 60 км друг от друга. Их задачей яв­ляется только понижение напряжения со ПО...220 до 25 кВ, по­этому их техническое оснащение проще и дешевле, чем у тяговых подстанций постоянного тока. Кроме того, в системе однофазного переменного тока площадь сечения проводов контактной сети при­мерно в два раза меньше. Для размещения оборудования на тяго­вых подстанциях при переменном токе используют открытые пло­щадки. Однако конструкция локомотивов и электропоездов при переменном токе сложнее, а их стоимость выше.

В результате воздействия электромагнитного поля переменного тока на металлические конструкции и коммуникации, располо­женные вдоль железнодорожных путей, в них появляется опасное для людей напряжение, а в линиях связи и автоматики возникают помехи. Поэтому применяют особые меры защиты сооружений. Затраты на такие защитные меры, как улучшение электрической изоляции между рельсами и землей, замена воздушных линий ка­бельными или радиорелейными, составляют 20...25 % общей сто­имости работ по электрификации.

Стыкование контактных сетей линий, электрифицированных на постоянном и переменном токе, осуществляют на специальных железнодорожных станциях. В ряде случаев, когда создание таких станций представляется нецелесообразным, применяют электро­возы двойного питания, работающие как на постоянном, так и на переменном токе.

84

Тяговая сеть

Тяговая сеть состоит из контактной (питающей) и рельсовой (отсасывающей) сетей. Рельсовая сеть представляет собой рельсы, имеющие стыковые электрические соединения. Контактная сеть — это совокупность проводов, конструкций и оборудования, обес­печивающих передачу электрической энергии от тяговых подстан­ций к токоприемникам электрического подвижного состава.

Основным требованием к конструкции контактной сети явля­ется обеспечение надежного постоянного контакта провода с токо­приемником независимо от скорости движения поездов, клима­тических и атмосферных условий. В контактной сети нет дублируе­мых элементов, поэтому ее повреждение может повлечь за собой нарушение установленного графика движения поездов.

В соответствии с назначением электрифицированных путей ис­пользуют простые и цепные воздушные контактные сети. На вто­ростепенных станционных и деповских путях при сравнительно небольшой скорости движения может применяться простая кон­тактная подвеска, представляющая собой свободно висящий про­вод, который закреплен на опорах.

При высокой скорости движения провисание контактного про­вода должно быть минимальным. Это обеспечивается конструкци­ей цепной подвески (рис. 10.2), в которой контактный провод между опорами подвешен не свободно, как в простой подвеске, а при­креплен к несущему тросу с помощью часто расположенных про­волочных струн. Благодаря этому расстояние между поверхностью головки рельса и контактным проводом остается практически по­стоянным. Для цепной подвески в отличие от простой требуется меньше опор: они располагаются на расстоянии 70...75 м друг от друга.

В соответствии с ПТЭ высота контактного провода над поверх­ностью головки рельса на перегонах и станциях должна составлять не менее 5750 мм, а на переездах — 6000...6800 мм.

Рис. 10.2. Цепная подвеска:

1 — опора; 2 — тяга; 3 — консоль; 4, 9 — изоляторы; 5 — несущий трос; 6 — контактный провод; 7 — струна; 8 — фиксатор

85

В горизонтальной плоскости контакт­ный провод расположен зигзагообразно относительно оси пути с отклонением у каждой опоры на ±300 мм. Благодаря это­му обеспечиваются его ветроустойчивость и равномерное изнашивание контактных пластин токоприемников.

Рис. 10.3. Профиль контакт­ного провода МФ

Контактный провод изготавливают из твердотянутой электролитической меди. Он может иметь площадь сечения 85, 100 или 150 мм². Наиболее распространены медные фасонные (МФ) провода (рис. 10.3). Для увеличения срока службы контакт­ных проводов используют различные тех­нические решения (сухая графитовая

смазка медных накладок на полозе токоприемника и др.), снижа­ющие их износ.

На строящихся магистральных железных дорогах применяют металлические (высотой до 15 м и более) и железобетонные (до 15,6 м) опоры контактной сети (рис. 10.4). Расстояние от оси край­него пути до внутреннего края опор на прямых участках должно составлять не менее 3100 мм. На существующих линиях, обору­дованных контактной сетью, и в особых случаях на электрифици­руемых линиях допускается сокращение указанного расстояния до 2450 мм — на станциях и до 2750 мм — на перегонах.

Схема оснащения контактными проводами станционных путей зависит от их назначения и типа станции. Над стрелочными пере­водами контактная сеть имеет так называемые воздушные стрел­ки, образуемые пересечением двух контактных подвесок.

Надежное электроснабжение подвижного состава и безопасность работников, обслуживающих контактную сеть, обеспечиваются, в частности, ее секционированием (делением на отдельные участки) с помощью воздушных промежутков, нейтральных вставок (изоли­рующих соединений), а также секционных и врезных изоляторов.

Нейтральные вставки представляют собой несколько последо­вательно включенных воздушных промежутков, исключающих крат­ковременное электрическое соединение смежных секций контакт­ной сети токоприемниками электрического подвижного состава в процессе его движения. Применение нейтральных вставок обяза­тельно на участках переменного трехфазного тока с питанием сек­ций от разных фаз.

Перегоны и промежуточные станции, а на крупных станциях группы электрифицированных путей выделяются в отдельные сек­ции. Соединение или разъединение секций осуществляется посред­ством секционных разъединителей, размещаемых на опорах кон­тактной сети.

86

 

Рис. 10.4. Опоры контактной сети:

а — консольные железобетонные; 6 — металлические для гибких поперечин; в —

железобетонные для жестких поперечин; 1 — лежень; 2 — диафрагма; 3 — раскос

решетки; 4 — стойка; 5 — ригель; б — фиксирующий трос

Для защиты контактной сети от короткого замыкания между соседними тяговыми подстанциями располагают посты секциони­рования, оборудованные автоматическими выключателями. Кроме того, с целью обеспечения безопасности обслуживающего персо­нала и других лиц, а также защиты систем автоматики и телемеха­ники от токов короткого замыкания все металлические конструк­ции, непосредственно взаимодействующие с элементами контакт­ной сети или находящиеся в радиусе 5 м от них, заземляют или оборудуют устройствами отключения. Для предохранения подзем­ных металлических сооружений от повреждения блуждающими токами их изолируют от земли.

Снабжение электроэнергией линейных железнодорожных по­требителей осуществляется посредством использования специаль­ной трехфазной линии с напряжением 10 кВ, которая подвешива­ется на опорах контактной сети.

На электрифицированных железных дорогах по рельсам прохо­дит тяговый ток. Для сокращения потерь электроэнергии и обеспе­чения нормального режима работы устройств автоматики и теле-

87

Рис. 10.5. Стыковой соединитель

механики на таких линиях предусматривают следующие особенно­сти устройства верхнего строения пути:

• к головкам рельсов с наружной стороны колеи приваривают
медные стыковые соединители (рис. 10.5), снижающие электри­
ческое сопротивление рельсовых стыков;

• рельсы изолируют от шпал с помощью резиновых прокладок
в случае применения железобетонных шпал и пропиткой деревян­
ных шпал креозотом;

• используют щебеночный балласт, обладающий хорошими ди­
электрическими свойствами, и между подошвой рельса и балла­
стом обеспечивают зазор не менее 3 см;

• на линиях, оборудованных автоблокировкой и электрической
централизацией, применяют изолирующие стыки (для того чтобы
пропускать тяговый ток в обход их, устанавливают дроссель-транс­
форматоры или частотные фильтры).

Контрольные вопросы

1. Какая доля потребляемой в стране электроэнергии приходится на
железнодорожный транспорт?

2. Какие системы тока применяют на электрифицированных линиях?

3. В чем состоят преимущества железнодорожных линий, электрифи­
цированных на переменном и постоянном токе?

4.Каковы допустимые уровни напряжения в контактной сети при по­
стоянном и переменном токе?

5. Каким образом обеспечивается ветроустойчивость контактной сети?

6. Назовите технические решения, приводящие к снижению износа
контактного провода.

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1082; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!