Раздел 3. Тема 3.1. Общие сведения об электроснабжении электрифицированных железных дорог

1.

Раздел 3 .ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Тема 3.1 Общие сведения об электроснабжении электрифицированных
железных дорог
Электрификация железных дорог России (СССР) ведет отсчет с 1926 г., с открытия
движения пригородных электропоездов на участке Баку—Сабунчи—Сураханы
протяженностью 19 км. В России первый электрифицированный участок Москва—
Мытищи протяженностью 17,7 км введен в эксплуатацию в 1929 г.
Устройства электроснабжения железных дорог должны обеспечивать: бесперебойное
движение поездов (при требуемых размерах движения); надежное электропитание
различных устройств железнодорожного транспорта; электроснабжение всех потребителей
железнодорожного транспорта.
Подвижной состав электрифицированных железных дорог и система электроснабжения
составляют единую электрическую цепь. В систему электроснабжения
электрифицированных дорог входят устройства, составляющие ее внешнюю и тяговую
части.

2.

Система тягового электроснабжения состоит
из тяговых подстанций и электротяговой
сети, устройство которых определяется
применяемой системой электрической тяги.

3.

2. Системы тока и напряжения контактной сети
Железные дороги могут быть электрифицированы по системе постоянного или
переменного тока. Однако в обоих случаях на электроподвижном составе используются
тяговые двигатели постоянного тока. Система тяги на трехфазном переменном токе не
получила распространения из-за того, что приводит к ограничению напряжения в сети и
скоростей движения из-за особенностей конструкции контактной подвески. Как правило,
применяют систему питания электроподвижного состава однофазным переменным
током, который непосредственно на локомотивах преобразуют в постоянный ток.
Тяговые подстанции на электрифицированных дорогах постоянного тока выполняют
две основные функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока и
преобразуют его в постоянный ток. От тяговых подстанций электроэнергию по
питающим линиям подают в контактную сеть.
Тяговые подстанции подразделяются на подстанции постоянного и переменного тока.
Подстанции постоянного тока размещают на расстоянии 15— 20 км одна от другой, а
переменного — на расстоянии 40—50 км, располагая их обычно в районе
железнодорожной станции.
Электровоз постоянного тока2ЭС10 «Гранит» с трёхфазными асинхронными тяговыми
двигателями.

4.

Промышленный электровоз постоянного тока ЕЛ2 (1,5 кВ), два
верхних токоприёмника и четыре боковых.
Электровозы разных систем тока на станции стыкования: слева электровоз
постоянного тока ВЛ8М, справа электровоз переменного тока ВЛ80Т
Двухсистемный электровозВЛ82м

5.

3. Тяговая сеть
Тяговая сеть состоит из контактной и рельсовой сетей, питающих и отсасывающих линий. Контактная сеть.
На магистральных железных дорогах электроэнергию к токоприемникам электровозов и электропоездов
подводят по воздушной контактной сети.
Контактная сеть представляет собой совокупность проводов, конструкций и оборудования,
обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприемникам
электроподвижного состава.
Высота подвески контактного провода над уровнем верха головки рельса должна быть на перегонах и
железнодорожных станциях железнодорожного транспорта не ниже 5750 мм, а на железнодорожных
переездах - не ниже 6000 мм.
Расстояние от оси крайнего железнодорожного пути до внутреннего края опор контактной сети на
перегонах и железнодорожных станциях должно быть не менее 3100 мм.
Опоры в выемках должны устанавливаться вне пределов кюветов.
В особо сильно снегозаносимых выемках (кроме скальных) и на выходах из них (на длине 100 м)
расстояние от оси крайнего железнодорожного пути до внутреннего края опор контактной сети должно быть
не менее 5700 мм.
Перечень таких мест определяется, соответственно, владельцем инфраструктуры, владельцем
железнодорожных путей необщего пользования.
На существующих линиях до их реконструкции, а также в особо трудных условиях на вновь
электрифицируемых линиях расстояние от оси железнодорожного пути до внутреннего края опор контактной
сети допускается на железнодорожных станциях не менее 2450 мм, а на перегонах - не менее 2750 мм.
Все указанные размеры устанавливаются для прямых участков пути. На кривых участках эти расстояния
должны увеличиваться в соответствии с габаритным уширением, установленным для опор контактной сети.
Все указанные размеры установлены для прямых участков пути. На кривых участках эти расстояния
должны увеличиваться в соответствии с габаритным уширением, установленным для опор контактной сети.
Контактную сеть выполняют в виде воздушных подвесок. При движении локомотива токоприемник не
должен отрываться от контактного провода, иначе нарушается токосъем и возможен пережог провода.
Надежная работа контактной сети в значительной мере зависит от стрел провеса провода и нажатия
токоприемника на провод.

6.

Виды контактных подвесок. На железных дорогах применяют в основном цепные
контактные подвески: одинарные, двойные и одинарные с рессорными тросами.
Рис. Цепные контактные подвески — одинарная (а), двойная (б) и одинарная с рессорными тросами (в): 1 —
контактный провод; 2 — струна; 3 — несущий трос; 4 — вспомогательный провод; 5 — рессорный трос
Рис. Цепная подвеска: 1 — опора; 2 — тяга; 3 — консоль; 4 — изолятор; 5 — несущий трос; 6 — контактный
провод; 7 — струны; 8 — фиксатор; 9 — изолятор

7.

По способу натяжения проводов различают некомпенсированные, полукомпенсированные и
компенсированные цепные подвески. Для возможности регулирования натяжения проводов контактную сеть
делят на механически не зависимые друг от друга участки. На концах этих участков, называемых анкерными,
провода закрепляют (анкеруют) к опорным устройствам. Для уменьшения стрел провеса при сезонном изменении
температуры оба конца контактного провода (иногда и несущего троса) оттягивают к анкерным опорам и через
систему блоков и изоляторов к ним подвешивают грузовые компенсаторы
В некомпенсированной цепной подвеске провода жестко закрепляют по концам на анкерных опорах. Натяжение
в них и стрела провеса меняются в зависимости от температуры, ветровой нагрузки и гололеда.
В полукомпенсированной цепной подвеске с помощью грузов компенсаторов 5 автоматически поддерживается
натяжение контактного провода при изменении метеорологических условий, а несущий трос закреплен на опорах
1 (рис. 2, а). При такой подвеске расстояние между опорами обычно равно 60-70 м. Применение рессорного
подвешивания контактного провода к несущему тросу у опор при полукомпенсированной подвеске (рис. 1, в)
позволяет обеспечить надежный токосъем для скоростей движения до 120 км/ч. На схеме рис. 2, б: 2 - оттяжка; 3 несущий трос; 4 - ограничитель колебаний грузов; 6 - неподвижный ролик; 7 -подвижные ролики; 8 - изоляторы.
При цепной подвеске (см. рис. 2, б) в контактном проводе 9 и несущем тросе автоматически поддерживается
практически постоянное натяжение. Компенсированная подвеска обеспечивает нормальный токосъем при
скоростях движения до 160 км/ч и выше.

8.

Устройства секционирования контактной сети. В местах примыкания перегонов к станции и
в отдельных случаях на перегонах применяют изолирующие сопряжения анкерных участков,
которые обеспечивают так называемое продольное секционирование контактной сети.
Ф1-Ф6 – фидерные разъединители.
Н1, Н2 – разъединители нейтральных вставок.
П1, П2 – поперечные разъединители.
В, Г – продольные разъединители.

9.

При питании отдельных участков от разных фаз переменного тока применяют
сопряжение анкерных участков с нейтральной вставкой. Конструктивно оно
состоит из двух воздушных промежутков, расположенных последовательно.
Нейтральную вставку проектируют так, чтобы при любых сочетаниях поднятых
токоприемников электровозов и электропоездов исключалась возможность
одновременного замыкания обоих воздушных промежутков, т.е. соединения различных
секций контактной сети.
Для разделения контактной сети станций на электрически независимые участки
применяют секционные изоляторы. Электрическое соединение или разъединение
отдельных секций контактной подвески осуществляют продольными секционными
разъединителями.
Стыкование участков переменного и постоянного тока. Стыкование таких
участков осуществляют на наших железных дорогах одним из двух способов. Первый
способ — это секционирование контактной сети станции стыкования с переключением
отдельных секций на питание от фидеров постоянного или переменного тока, второй —
применение электроподвижного состава двойного питания, т.е. на электровозе
происходит переключение с постоянного тока на переменный и наоборот.
Контактная сеть станций стыкования имеет группы изолированных секций:
постоянного тока, переменного тока и переключаемые. В переключаемые секции
подается электроэнергия через так называемые пункты группировки. Контактную сеть
с одного рода тока на другой переключают специальными переключателями с
моторными приводами, устанавливаемыми на пунктах группировки. К каждому пункту
подведены две питающие линии переменного тока и две — постоянного от тяговой
подстанции постоянно-переменного тока.

10.

4 .Требования к устройствам электроснабжения
Устройства электроснабжения должны обеспечивать надежное электроснабжение:
– электроподвижного состава для движения поездов с установленными весовыми нормами,
скоростями и интервалами между ними при требуемых размерах движения;
– устройств СЦБ, связи и вычислительной техники как потребителей электрической энергии 1
категории;
– всех остальных потребителей железнодорожного транспорта.
Особенности верхнего строения пути на электрифицированных линиях. На
электрифицированных дорогах рельсы используют для пропуска тяговых токов, поэтому верхнее
строение пути на таких дорогах имеет следующие особенности:
– к головкам рельсов с наружной стороны колеи прикреплены (приварены) стыковые соединители
из медного троса, вследствие чего уменьшается электрическое сопротивление рельсовых стыков;
– применяют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами. Зазор
между подошвой рельса и балластом делают не менее 3 см;
– деревянные шпалы пропитывают креозотом, а железобетонные надежно изолируют от рельсов
резиновыми прокладками;
– рельсовые нити через определенные расстояния электрически соединяют между собой, что
позволяет уменьшить сопротивление току..

11.

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ
Некоторые промышленные электровозы могут получать питание не только от верхнего контактного
провода, но и от бокового или по кабелю (в карьерах, где производится погрузка добытых полезных
ископаемых в полувагоны). Кабель наматывается на барабан, установленный на электровозе.
В контактную сеть линии Белореченская — Майкоп (Северо-Кавказская железная дорога) может подаваться
как постоянный ток 3 кВ, так и переменный 25 кВ. Это испытательный полигон РЖД.
Единственный случай в истории электрификации советских и российских железных дорог — замена
переменного тока на постоянный ток — произошёл в 1989 году на Павелецком направлении Московской
железной дороги. После электрификации на постоянном токе участка «Рыбное — Узуново» станция
Узуново стала станцией стыкования, а участок «Ожерелье — Узуново» с переменного тока переведён на
постоянный ток. Станция Ожерелье перестала быть станцией стыкования. Участок «Ожерелье —
Узуново — Михайлов — Павелец» первым в СССР был электрифицирован на переменном токе (1955—
1956), поезда повели первые советские серийные электровозы переменного тока НО.
По условиям электробезопасности, внутри зданий локомотивных депо контактный провод не
подвешивается, электровозы загоняют в цех с опущенным токоприёмником, подавая питание на один из
тяговых электродвигателей от внутрицехового источника постоянного тока напряжением около 90 вольт. На
кузове электровоза имеется розетка, электрический ток подаётся по кабелю. Точно так же загоняют в
цех тепловозы с электропередачей(дизельный двигатель при этом остановлен). Таким же способом
локомотивы выкатывают на улицу.
Мощные электровозы постоянного тока при трогании поезда поднимают два, а то и все
токоприёмники. Сила тока настолько велика, что может произойти пережог контактного провода.
Внедрением асинхронных трёхфазных тяговых электродвигателей можно увеличить мощность электровоза
примерно в 1,5 раза. Дело в том, что тяговый электродвигатель — машина предельного исполнения. Его
мощность определяют габаритные размеры, обусловленные шириной колеи, точнее, расстоянием между
колёсами. «Форсировать» коллекторный электродвигатель, увеличивая силу тока, весьма затруднительно,
так как при этом появляется насыщение магнитной системы, далее увеличивать ток бесполезно. Трёхфазные
асинхронные тяговые электродвигатели имеют меньшую металлоёмкость в сравнении с коллекторными при
той же мощности. Например, коллекторный электродвигатель электровоза ЧС200 имеет часовую
мощность 1050 кВт, а трёхфазный асинхронный электродвигатель электровоза BR 185 — 1400 кВт.

12.

Рекуперативным торможением на железнодорожном транспорте (в частности, на
электровозах, оборудованных системой рекуперативного торможения) называется
процесс преобразования кинетической энергии движения поезда в электрическую
энергию тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими в
режиме генераторов. Выработанная электрическая энергия передается
в контактную сеть (в отличие от реостатного торможения, при котором
выработанная электрическая энергия гасится на тормозных резисторах, то есть
преобразовывается в тепло и рассеивается системой охлаждения). Рекуперативное
торможение используется для подтормаживания состава в случаях, когда поезд
идет по относительно некрутому уклону вниз, и использование воздушного
тормоза нерационально. То есть, рекуперативное торможение используется для
поддержания заданной скорости при движении поезда по спуску. Данный вид
торможения дает ощутимую экономию энергии, так как выработанная
электрическая энергия передается в контактную сеть и может быть использована
другими локомотивами на данном участке контактной сети.