Контактная сеть постоянного тока на железной дороге. Контактная сеть

Комплекс устройств для передачи электроэнергии от тяговых подстанций к ЭПС через токоприёмники. Контактная сеть является частью тяговой сети и для рельсового электрифицированного транспорта обычно служит её фазой (при переменном токе) или полюсом (при постоянный токе); другой фазой (или полюсом) служит рельсовая сеть.
Контактная сеть может быть выполнена с контактным рельсом или контактной подвеской. Ходовые рельсы впервые были использованы для передачи электроэнергии движущемуся экипажу в 1876 русским инженером Ф. А. Пироцким. Первая контактная подвеска появилась в 1881 в Германии.
Основным элементами контактной сети с контактной подвеской (часто наз. воздушной) являются провода контактной сети (контактный провод, несущий трос, усиливающий провод и пр.), опоры, поддерживающие устройства (консоли, гибкие поперечины и жёсткие поперечины) и изоляторы. Контактные сети с контактными подвесками классифицируют: по виду электрифицированного транспорта, для которого контактная сеть предназначена,- магистрального, в т. ч. высокоскоростного, ж.-д., трамвая и карьерного транспорта, рудничного подземного транспорта и др.; по роду тока и номинальном напряжению питающегося от контактной сети ЭПС; по размещению контактной подвески относительно оси рельсового пути-для центрального (магистральный железнодорожный транспорт) или бокового (промышленный транспорт) токосъёма; по типам контактной подвески - контактные сети с простой, цепной или специальной подвеской; по особенностям выполнения - контактные сети перегонов, станций, для искусств, сооружений.
В отличие от др. устройств электроснабжения контактная сеть не имеет резерва. Поэтому к надёжности контактной сети предъявляют повышенные требования, с учётом которых осуществляются проектирование, строительство и монтаж, техническое обслуживание контактной сети и ремонт контактной сети.
Выбор общей площади сечения проводов контактная сеть обычно осуществляется при проектировании системы тягового электроснабжения. Все остальные вопросы решаются с помощью теории контактная сеть- самостоятельной научной дисциплины, становлению которой во многом способствовали работы сов. учёного И. И. Власова. Основан вопросами проектирования контактная сеть являются: выбор числа и марок её проводов в соответствии с результатами расчётов системы тягового электроснабжения, а также тяговых расчётов, выбор типа контактной подвески в соответствии с макс, скоростями движения ЭПС и др. условиями токосъёма; определение длины пролёта (главным образом по условию обеспечения её ветроустойчивости); выбор типов опор и поддерживающих устройств для перегонов и станций; разработка конструкций контактная сеть в искусств, сооружениях; размещение опор и составление планов контактная сеть станций и перегонов с согласованием зигзагов проводов и с учётом выполнения воздушных стрелок и элементов секционирования контактной сети (изолирующих сопряжений анкерных участков, секционных изоляторов и разъединителей). При выборе методов строительства и монтажа контактная сеть в ходе электрификации железных дорог стремятся, чтобы они в возможно меньшей степени отражались на перевозочном процессе при безусловном обеспечении высокого качества работ.
Основным производств, предприятия по сооружению контактной сети- строительно-монтажные поезда и электромонтажные поезда. Организация и методы технического обслуживания и ремонта контактной сети выбираются из условий обеспечения заданного высокого уровня надёжности контактной сети при наименьших трудовых и материальных затратах, безопасности труда работников районов контактной сети, возможно меньшего влияния на организацию движения поездов. Производств, приятием по эксплуатации контактной сети является дистанция электроснабжения.
Основные размеры (см. рис.), характеризующие размещение контактной сети относительно других пост, устройств ж. д.,- высота Н подвешивания контактного провода над уровнем верха головки рельса;



Основные элементы контактной сети и размеры, характеризующие её размещение относительно других постоянных устройств магистральных железных дорог: Пкс - провода контактной сети; О - опора контактной сети; И - изоляторы.
расстояние А от частей, находящихся под напряжением, до заземлённых частей сооружений и подвижного состава; расстояние Г от оси крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети на уровне головок рельсов.
Совершенствование конструкций контактной сети направлено на повышение её надёжности при снижении стоимости строительства и эксплуатации. Ж.-б. опоры контактной сети и фундаменты металлической опор выполняются с учётом электрокоррозионного воздействия на их арматуру блуждающих токов. Увеличение срока службы контактного провода достигается, как правило, применением на токоприёмниках угольных контактных вставок.
При техническом обслуживании контактной сети на отечественных ж. д. без снятия напряжения используют изолирующие съёмные вышки, монтажные автомотрисы. Перечень работ, выполняемых под напряжением, был расширен благодаря применению двойной изоляции на гибких поперечинах, в анкерах проводов и др. элементах контактной сети Многие контрольные операции осуществляются средствами ихнего диагностирования, которыми оснащены вагоны-лаборатории. Оперативность переключений секционных разъединителей контактной сети значительно возросла благодаря применению телеуправления. Увеличивается оснащённость дистанций электроснабжения специализированным механизмами и машинами для ремонта контактной сети (например, для рытья котлованов и установки опор).
Повышению надёжности контактных сетей способствуют использование разработанных в нашей стране методов плавки гололёда, в т. ч. без перерыва движения поездов, электрорепеллентной защиты, ветроустойчивой ромбовидной контактной подвески и др. Для определения числа районов контактных сетей и границ участков обслуживания пользуются понятиями эксплуатационной длины и развёрнутой длины электрифицированных путей, равной сумме длин всех анкерных участков контактных сетей в заданных пределах. На отечественных железных дорог развёрнутая длина электрифицированных путей является учётным показателем для районов К. е., дистанций электроснабжения, отделений дорог, и более чем в 2,5 раза превышает эксплуатационных длину. Определение потребности в материалах на ремонтно-эксплуатационные нужды контактных сетей производится по её развёрнутой длине.

Контактной сетью называется специальная линия электропередачи, служащая для подвода электрической энергии к электроподвижному составу. Специфической ее особенностью является то, что она должна обеспечивать токосъем движущимся электровозам. Второй специфической особенностью контактной сети является то, что она, не может иметь резерва. Это обуславливает повышенные требования к надежности ее работы.
Контактная сеть состоит из контактной подвески пути, опор контактной сети, поддерживающих и фиксирующих в пространстве проводов контактной сети устройств. В свою очередь, контактная подвеска образуется системой проводов – несущего троса и контактных проводов. Для системы тяги постоянного тока имеется, как правило, два контактных провода в подвеске и один для системы тяги переменного тока. На рис. 6 приведен общий вид контактной сети.

Тяговая подстанция снабжает электроэнергией электроподвижной состав через контактную сеть. В зависимости от соединения контактной сети с тяговыми подстанциями и между контактными подвесками других путей многопутного участка в границах отдельной межподстанционной зоны различают следующие схемы: а) раз дельную двустороннюю;

Рис. 1. Общий вид контактной сети

б) узловую; в) параллельную.



а)

в)
Рис. 2. Основные схемы питания контактных подвесок путей а) – раздельная; б) – узловая; в) – параллельная. ППС- пункты параллельного соединения контактных подвесок различных путей; ПС – пост секционирования; ТП – тяговая подстанция

Раздельная двусторонняя схема – схема питания контактных подвесок, при которой энергия в контактную сеть поступает с двух сторон, (смежные тяговые подстанции работают параллельно на тяговую сеть), однако между собой контактные подвески электрически не соединяются в границах межподстанционной зоны. Область применения такой схемы – питание участков электрической железной дороги с непротяженными межподстанционными зонами и сравнительно равномерным электропотреблением по направлениям.
Узловая схема – схема, отличающаяся от предыдущей наличием электрической связи между подвесками путей. Такая связь осуществляется при помощи так называемых постов секционирования контактной сети. Техническое оснащение постов секционирования контактной сети позволяет в случае необходимости устранять не только поперечную связь между подвесками путей, но и продольную, разбивая контактную сеть в границах межподстанционной зоны на отдельные электрически не связанные между собой секции. Это существенно повышает надежность работы системы тягового электроснабжения. С другой стороны наличие узла в нормальных режимах позволяет более эффективно использовать контактные сети путей для передачи электрической энергии к электроподвижному составу, что дает существенную экономию энергии при неравномерном электропотреблении по направлениям. Следовательно, область применения такой подвески – участки электрической железной дороги с протяженными межподстанционными зонами и значительной неравномерностью электропотребления по направлениям.
Параллельная схема – схема, отличающаяся от узловой схемы большим числом электрических узлов между контактными подвесками путей. Применяется при еще большей неравномерности потребления электроэнергии по путям. Такая схема особенно эффективна при вождении тяжелых поездов.

Страница 19 из 35

КОНТАКТНАЯ СЕТЬ

1. 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.
Контактная сеть работает в тяжелых условиях: резкие изменения температуры воздуха, ветер, гололед, грозы. Тяговый ток нагревает ее провода. Контактная сеть не имеет резерва. Поэтому для обеспечения ее надежности при проектировании и строительстве предусматривают повышенные коэффициенты запаса прочности - от 2 до 4. Кроме того, контактную сеть секционируют, т. е. разделяют на отдельные секции, изолированные в механическом и электрическом отношении друг от друга, что обеспечивает удобство ее эксплуатации.
Стоимость устройств контактной сети составляет 30-35% общей суммы капитальных вложений в электрификацию дорог (без стоимости электроподвижного состава), или 16-18 тыс. руб. на 1 км однопутного участка.
Устройства контактной сети должны удовлетворять следующим требованиям:
обеспечивать бесперебойный токосъем при максимальных скоростях движения в любых атмосферных условиях;

иметь простую конструкцию, обеспечивающую быстрое восстановление сети при повреждениях и наименьшую зону повреждения;
противостоять действию климатических и эксплуатационных факторов;
обеспечивать наименьшие расходы на эксплуатационное обслуживание;
иметь длительные сроки службы; стоимость устройств контактной сети должна быть возможно меньшей.
С начала развития электрической тяги наметились две системы контактной сети; контактный рельс и воздушная подвеска. В Советском Союзе контактный рельс используют только в метрополитенах (описание конструкции рельса см. на с. 138).
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.
Для высоких скоростей служат цепные подвески (рис. 61), в которых контактные провода подвешивают на струнах к несущему тросу. Трос крепится через изоляторы к поддерживающим конструкциям. Для фиксации контактного провода относительно оси токоприемника и предотвращения отклонения его при ветре на опорах устанавливаются фиксаторы.
Цепные подвески классифицируют по ряду признаков:
по способу подвешивания контактных проводов к несущему тросу - одинарные (рис. 61) и двойные (см. рис. 69); в двойной подвеске контактный провод подвешивают к несущему тросу через промежуточный трос;

Рис. 61. Схема цепной подвески:
1 - консоль; 2 - изолятор; 3 - фиксатор; 4 - струна: 5 - контактный провод; в - несущий трос

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.
Для съема тока с контактной сети на электровозах, и моторных вагонах предназначаются токоприемники. Качество токосъема зависит от типа и состояния подвески, характеристики токоприемника, климатических условий, скорости движения поездов и других факторов.
Хорошие условия токосъема будут в том случае, если токоприемник при движении по контактному проводу в пролете сохраняет неизменное положение по высоте, а нажатие его на провод остается постоянным. Для выполнения этого необходимо, чтобы:
стрела провеса контактного провода была наименьшей, а масса подвески, связанная с контактным проводом, наибольшей;
эластичность контактной подвески в пролете оставалась равномерной, т. е. одно и то же нажатие токоприемника вызывало во всех точках одинаковое отжатие контактных проводов;
число сосредоточенных масс и жестких точек на контактном проводе было возможно меньшим;
подвеска не сдвигалась бы от оси пути под действием ветра;
нажатие токоприемника было достаточным для безыскрового токосъема, токоприемник обладал наименьшей массой, так как в этом случае силы инерции, а также силы трения в шарнирах токоприемника будут наименьшими.
Простая подвеска перечисленным требованиям не удовлетворяет. Поэтому на железных дорогах СССР применяются цепные подвески, обеспечивающие хорошие условия токосъема и позволяющие реализовать высокие скорости движения поездов.
Широко используют цепные подвески, в которых поддерживается неизменным натяжение проводов; применяют двойные цепные подвески и двойные контактные провода, обеспечивающие увеличение массы контактного провода и более спокойную работу токоприемнику. Подвески с рессорной струной создают равномерную эластичность контактной сети. Сочлененные фиксаторы и безболтовые клеммы уменьшают сосредоточенные массы и число жестких точек на контактной сети.
Контактным называют дополнительный рельс, укрепленный на кронштейнах вдоль пути к шпалам через 4,2-5,5 м и предназначенный для подведения электроэнергии к подвижному составу.
По расположению контактной поверхности рельса могут быть конструкции с верхним и нижним токосъемом. На отечественных метрополитенах принята конструкция с нижним токосъемом (рис. 62). Она обеспечивает безопасность обслуживающего персонала, так как рельс закрыт с трех сторон защитным деревянным коробом.



Рис. 62. Расположение и конструкция контактного рельса:
1 - контактный рельс; 2 - резиновый шнур; 3 - стяжной болт; 4 - изолятор; 5 - скоба; 6 - кронштейн; УГР - уровень головок рельсов
Токосъем осуществляется токоприемником, расположенным на тележке вагона. Нажатие токоприемника к контактному рельсу составляет 200 Н. Контактный рельс изготовляют из стали с удельным сопротивлением 0,12-10~9 Ом-м, он имеет площадь сечения 6600 мм2 и массу 51,7 кг/м.
Длина звена контактного рельса 12,5 м. Отдельные звенья соединяют в плети нормальными, температурными или изолирующими стыками. Нормальный стык выполняют из двух накладок. Температурный стык собирают с зазором для возможности перемещения в нем звеньев контактного рельса при изменении температуры. Электрическое соединение в стыке обеспечивают с помощью медного гибкого провода сечением 4X95 мм2. Температурные стыки располагают в тоннеле через каждые 100 м, а на поверхности земли через три звена.
На стрелочных переводах, съездах, в местах секционирования и пересечениях путей устраивают разрывы контактного рельса. Длина разрывов определяется типом подвижного состава и маркой крестовины. Для плавного сбегания и набегания башмака токоприемника у разрывов контактного рельса устанавливают концевые отводы с уклоном рабочей поверхности при сбегании 1:20 и набегании 1:25. На конец отвода для смягчения ударов при набегании башмака крепят деревянный наконечник.
Контактный рельс изолируют от кронштейнов разъемным, состоящим из двух частей фасонным изолятором, который выдерживает механическую нагрузку 18 000 Н. При номинальном напряжении 825 В изолятор имеет сухоразрядное напряжение 20 кВ, мокроразрядное напряжение 10 кВ и пробивное - 35 кВ. Изолятор охватывается скобой, ‘которая обеспечивает крепление его к кронштейну.
Простота конструкции, невысокая стоимость и хорошие условия токосъема являются достоинством системы контактного рельса. Недостаток ее - невозможность использования на наземных дорогах вследствие доступности и опасности для жизни людей при возможных прикосновениях.

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.

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

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.

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 ВЛ8 М, справа электровоз переменного тока ВЛ80 Т

Двухсистемный электровозВЛ82 м

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.

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

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 компенсированной 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.

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.

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.

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 агрегаты - 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 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.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

ОБЩИЙ КУРС ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

ОБЩИЙ КУРС ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ... СТРУКТУРА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ГАБАРИТЫ Для безопасного движения...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

СТРУКТУРА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Железнодорожный транспорт представляет собой сложное многоотраслевое хозяйство, в состав которого входят железные дороги, предприятия, административно-хозяйственные, культурно-бытовые и мед

Трасса, план и продольный профиль пути
Трасса железнодорожной линии характеризует положение в пространстве продольной оси пути на уровне бровок земляного полотна. Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом, а развертк

Значение пути в работе железных дорог, его основные элементы
Железнодорожный путь - это комплекс инженерных сооружений, предназначенный для пропуска по нему поездов с установленной скоростью. От состояния пути зависят непрерывность и безопасность движения по

Земляное полотно и его поперечные профили. Водоотводные устройства
Земляное полотно представляет собой комплекс грунтовых сооружений, получаемых в результате обработки поверхности земли и предназначенных для укладки верхнего строения пути, обеспечения устойчивости

Искусственные сооружения, их виды и назначение
Искусственные сооружения обеспечивают возможность пересечения железной дорогой водных преград, других железнодорожных линий, автодорог, глубоких ущелий, горных хребтов, застроенных городских террит

Балластный слой
Основным назначением балластного слоя является восприятие давления от шпал и равномерное распределение его по основной площадке земляного полотна; обеспечение устойчивости шпал, находящихся под воз

Рельсовые скрепления. Противоугоны
Рельсовый путь представляет собой две непрерывные рельсовые нити, расположенные на определенном расстоянии одна от другой благодаря креплению рельсов к шпалам и отдельных рельсовых звеньев друг к д

Бесстыковой путь
В настоящее время на железных дорогах широкое распространение получил наиболее совершенный бесстыковой путь. Благодаря устранению стыков ослабляется динамическое воздействие на путь, существенно ум

УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ. СТРЕЛОЧНЫЕ ПЕРЕВОДЫ
Устройство рельсовой колеи тесно связано с конструкцией и размерами колесных пар подвижного состава. Колесная пара включает в себя стальную ось, на которую наглухо насажены колеса, имеющие для пред

Особенности устройства пути в кривых участках
В кривых участках устройство пути имеет ряд особенностей, основными из которых являются возвышение наружного рельса над внутренним, наличие переходных кривых, уширение колеи при малых радиусах, при

Стрелочные переводы
Переход подвижного состава с одного пути на другой обеспечивают устройства по соединению и пересечению путей, относящиеся к их верхнему строению. Соединение путей друг с другом осуществляют стрелоч

Защита пути от снега, песчаных заносов и паводков
Бесперебойная работа железнодорожного транспорта в зимних условиях в значительной степени зависит от надежной защиты путей от снега, а также своевременной очистки их от снега во время снегопадов и

СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Железнодорожный транспорт потребляет около 7 % энергии, производимой электростанциями России. В основном она расходуется на обеспечение тяги поездов и питания нетяговых потребителей, к которым отно

ТЯГОВАЯ СЕТЬ
Тяговая сеть состоит из контактной (питающей) и рельсовой (отсасывающей) сетей. Рельсовая сеть представляет собой рельсы, и

Сравнение различных видов тяги
Движение поездов на железнодорожном транспорте осуществляется с помощью тягового подвижного состава. К нему относятся локомотивы и моторвагонный подвижной состав. До середины 1950-х гг. основны

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
К электрическому подвижному составу относятся электровозы и электропоезда. В зависимости от рода применяемого тока различают электроподвижной состав постоянного и переменного тока, а также двойного

АВТОНОМНЫЙ ТЯГОВЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
К автономному тяговому подвижному составу относятся тепловозы, дизель-поезда, автомотрисы, мотовозы и газотурбовозы. По назначению тепловозы подразделяют на грузовые, пассажирские и маневровые.

Обслуживание локомотивов и организация их работы
Электровозы и тепловозы обслуживают локомотивные бригады в составе машиниста и его помощника. Мотор-вагонные поезда, поездные и маневровые электровозы и тепловозы могут обслуживаться и одним машини

Восстановительные и пожарные поезда
На ряде станций находятся в постоянной готовности разнообразные восстановительные средства, применяемые при ликвидации последствий крушений и аварий на участках дорог и размещаемые в большинстве сл

Технико-экономические показатели вагонов
Основными показателями, необходимыми для технико-экономической оценки конструкции и эксплуатационных особенностей вагонов, являются число осей, грузоподъемность, тара, коэффициент тары, удельный об

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВАГОНОВ
Любые вагоны независимо от их назначения и конструкции имеют следующие общие элементы: ходовую часть, воспринимающую нагрузку от вагона и обеспечивающую его безопасное и плавное движ

Виды ремонта вагонов. Сооружения и устройства вагонного хозяйства
Основное назначение вагонного хозяйства - обеспечение перевозок пассажиров и грузов исправными вагонами, удовлетворяющими требованиям безопасности движения, при наличии необходимых удобств для пасс

Понятие о комплексе устройств автоматики, телемеханики и сигнализации
Устройства автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте, или, как их еще называют, средства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), предназначены для автоматизации процессов, свя

Автоматическая блокировка
Автоблокировка (АБ) является основной системой регулирования движения поездов на одно- и двухпутных линиях магистральных Железных дорог. При использовании автоблокировки межстанционный перегон разд

Автоматическая локомотивная сигнализация
Автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС) предназначена для повышения безопасности движения поездов и улучшения условий труда локомотивных бригад. При плохой видимости (дождь, туман, снегопад)

Устройства диспетчерского контроля за движением поездов
Устройства диспетчерского контроля за движением поездов (ДК) применяют на участках, оборудованных АБ, для передачи информации поездному диспетчеру об установленном направлении движения (на участках

Автоматическая переездная сигнализация
На пересечении железной дороги в одном уровне с автомобильными дорогами устраивают переезды. Они могут быть регулируемыми, т.е. оборудованными устройствами переездной сигнализации, и нерегулируемым

Полуавтоматическая блокировка
Полуавтоматическая блокировка (ПАБ) применяется для интервального регулирования движения поездов на малодеятельных участках железных дорог. Полуавтоматической она называется потому, что часть опера

Станционные пути и их назначение
Железнодорожные пути на раздельных пунктах подразделяются на станционные и пути специального назначения. К станционным относятся пути в границах станций: главные, приемоотправочные, сортировочн

Продольный профиль и план путей на станциях
Участок продольного профиля, на котором размещается станция, разъезд или обгонный пункт, называется станционной площадкой. В соответствии с ПТЭ станции, разъезды и обгонные пункты, как правило, дол

Маневровая работа на станциях
Маневровой называется работа, связанная с передвижением вагонов с локомотивами, а также одиночных локомотивов по путям станции для расформирования и формирования составов, обработки поездов и вагон

Разъезды, обгонные пункты и промежуточные станции
На разъездах обычно бывает один главный и один-два приемо-отправочных пути для скрещения и обгона поездов, пассажирское здание, совмещенное с помещением дежурного по станции, платформы для посадки

Участковые станции
Для организации обслуживания поездов и работы локомотивных бригад, технического осмотра, экипировки и ремонта подвижного состава, расформирования и формирования сборных и участковых поездов железно

Сортировочные станции
Сортировочными являются станции, предназначенные для массового расформирования и формирования грузовых поездов. Здесь перерабатывают транзитные и местные вагонопотоки со сходящихся направлений и фо

Пассажирские станции
Пассажирские станции сооружают в крупных городах, промышленных центрах и курортных районах. На этих станциях осуществляют обслуживание пассажиров (продажа проездных билетов, посадка и высадка пасса

Грузовые станции
Грузовые станции предназначены для массовой погрузки и выгрузки грузов. Эти станции расположены в крупных промышлен­ных и населенных пунктах, а также портах и в зависимости от назначения подразделя

Межгосударственные приграничные передаточные станции
С распадом СССР на границах со странами СНГ и Балтии возникла необходимость в строительстве новых межгосударственных приграничных станций. Эти станции предназначены для приема, обработки и отправ­л

Железнодорожные узлы
Железнодорожным узлом называется пункт примыкания не менее трех железнодорожных линий, в котором имеются специализированные станции и другие раздельные пункты, связанные соединительными путями, обе

Организация грузовой и коммерческой работы
Грузовая работа выполняется в местах общего и необщего пользования. К местам общего пользования относятся крытые и открытые склады, а также участки, специально выделенные на территории железно

Основы организации пассажирских перевозок
Основная задача организации пассажирских перевозок состоит в удовлетворении потребностей населения в передвижении наряду с обеспечением безопасности и высококачественного обслуживания пассажиров на

Значение графика и требования, предъявляемые к нему
На железнодорожном транспорте движение поездов осуществляется но графику - основному нормативно-технологическому документу, регламентирующему работу всех подразделений по организации движения поезд

Элементы графика
Для составления графика должны быть известны его основные элементы: время хода поездов различных категорий по перегонам; продолжительность стоянки поездов на станциях для вы

Понятие о пропускной и провозной способности железных дорог
Пропускной способностью железнодорожной линии называется наибольшее число поездов или пар поездов установленной массы, которое может быть пропущено в единицу времени (сутки,

Система управления движением поездов
Система управления движением поездов включает в себя техническое нормирование и оперативное планирование эксплуатационной работы, регулирование перевозок и перевозочных средств, оперативное руковод

Основные показатели эксплуатационной работы
Контроль за ходом выполнения планов перевозок, анализ использования технических средств, планирование, учет и оценка работы невозможны без системы количественных и качественных показателей, определ

В опрос:
Почему какие-то электропоезда (электрички, трамваи и пр) работают на постоянном токе, а какие-то на переменном?

Ответ:

Использование двух родов тока в системе тягового электроснабжения железных дорог сложилось исторически. Все дело в том, что на заре электрификации на ЭПС использовались тяговые электродвигатели (ТЭД) исключительно постоянного тока. Это связано с их конструктивными особенностями, возможностью достаточно простыми средствами регулировать скорость и вращающий момент в широких пределах, возможностью работать с перегрузкой и т.д. Говоря техническим языком, электромеханические характеристики двигателей постоянного тока идеально подходят для целей тяги.

Двигатели же переменного тока (асинхронные, синхронные) имеют такие характеристики, что без специальных средств регулирования их применение для электротяги становится невозможным. Таких средств регулирования на начальном этапе электрификации еще небыло и поэтому, естественно, в системах тягового электроснабжения применялся постоянный ток при напряжении сначала 1500, а затем 3000 В, или как принято говорить у электриков, 1,5 или 3 кВ. Строились тяговые подстанции, назначением которых является понижение переменного напряжения питающей сети до необходимого значения, и его выпрямление, т.е. преобразование в постоянное.

Но шли годы, объемы перевозок на железной дороге увеличивались, соответственно росла нагрузка тяговых сетей. Мощность равна произведению тока на напряжение. Росли нагрузки, росли и потери в тяговой сети. Ведь потери пропорциональны квадрату тока, или. А это приводило к необходимости усиления тяговой сети, т.е. строились дополнительные тяговые подстанции, увеличивалось сечение проводов. Но все это радикально не решало проблемы. Выход был один — это уменьшить величину тока, но при той же мощности нагрузки это можно сделать только поднимая величину напряжения. А тут возникла серьезная проблема: для двигателей постоянного тока напряжение 3 кВ оказалось практически предельным. Это связано с его конструкцией, наличием коллектора и щеток, вращающейся обмотки якоря. При повышении напряжения, надежность работы этих узлов значительно снизилась. Двигатели же переменного тока для тяги в то время были совершенно непригодны.

Таким образом, возникло противоречие — для системы электроснабжения напряжение 3 кВ оказалось мало, а для ТЭД повышать его было невозможно. Но выход был найден с помощью перехода на переменный ток! В системе переменного тока на ЭПС стали устанавливать трансформаторы, которые позволяют, как известно, достаточно просто изменять величину напряжения, являются простыми и надежными. После трансформатора устанавливается выпрямитель, а дальше — ТЭД постоянного тока. При этом напряжение на ТЭД можно значительно понизить, тем самым повысив их надежность, а напряжение тяговой сети повысить, уменьшив потери в ней.

Так было и сделано. Напряжение тяговой сети переменного тока повысили до 25 кВ, на шинах тяговой подстанции 27,5 кВ. При этом увеличилось расстояние между тяговыми подстанциями, уменьшилось сечение проводов тяговой сети, а следовательно, и стоимость системы электроснабжения. На начальном этапе внедрения переменного тока снова возникли проблемы. Дело в том, что выпрямительная техника того времени была несовершенна. Для выпрямления переменного тока использовались ртутные выпрямители. А это достаточно сложные, дорогие и капризные агрегаты даже при работе в стационарных условиях, не говоря уже об их установке на ЭПС. Это еще несколько задержало внедрение переменного тока.

С появлением полупроводниковых выпрямителей эта проблема тоже решилась. Пока шло становление системы переменного тока, система постоянного тока бурно внедрялась на сети железных дорог. Когда все проблемы по переменному току удалось решить, значительная часть дорог оказалась уже электрифицирована на постоянном токе. Таким образом, система электрификации переменного тока является более совершенной и в настоящее время принята основной. По нормам проектирования постоянный ток должен применяться для завершения электрификации направлений, ранее электрифицированных на этом токе и для электрификации участков, примыкающих к таким направлениям. Кроме того, в настоящее время разработана система тягового электроснабжения переменного тока 2×25 кВ. При этом напряжение питающей сети увеличено до 50 кВ, а напряжение в контактной сети сохранилось прежним 25 кВ. По этой системе электрифицирована Байкало-Амурская магистраль и ряд участков в центре России. В местах стыкования систем постоянного и переменного тока устраиваются станции стыкования, где происходит смена локомотивов переменного и постоянного тока. Кроме того, существуют электровозы двойного питания, на переменный и постоянный ток, но в нашей стране они имеют ограниченное применение. Развитие полупроводниковой и микропроцессорной техники позволило снять ограничения на применение на ЭПС двигателей переменного тока. Эти двигатели, особенно асинхронные, являются простыми и надежными.

В настоящее время выпущены электровозы и электропоезда с двигателями переменного тока, ведутся дальнейшие исследования в этом направлении. А как переходы с одного на другой ток на граничных участках работают? посредством тепловозов? Нет. Контактная сеть на станции стыкования может переключаться на любой род тока — полностью или по частям. При этом электровоз, например, постоянного тока подходит к станции, ему подают в КС постоянный ток, он притаскивает состав на заданный путь (если пассажирский — то к платформе), отцепляется, уходит на свою стоянку (где только постоянный ток), после этого ток в КС переключается на переменный, со своего места вылезает электровоз-переменник и прицепляется к оставленному составу. Ещё существуют двухсистемные электровозы, которым всё равно под каким родом тока ехать. Но они довольно дорогие и их мало — грузовые (а фактически грузопассажирские) ВЛ82 и ВЛ82М в Выборге и Минеральных Водах и пассажирский ЭП10 (пока в единственном экземпляре) в Москве-Курской (работает с поездом 061/062 «Буревестник» Москва — Нижний Новгород, но периодически уезжает на очередные испытания). Особенная конструкция в Минеральных Водах — хотя там от линии переменного тока отходит ветка, электрифицированная постоянным током, на станции нет переключаемых секций КС. Главные пути электрифицированы на переменном токе, а поезда на Кисловодск уходят со своих путей, где только постоянный ток. Сквозные поезда с главного хода в Кисловодск (их немного) ходят только под двухсистемными электровозами; электровозов постоянного тока в МинВодах нет.

Преимущества переменной электротяги:
Уменьшение силы тока в КС за счет применения высокого напряжения 25кВ. Следствие — более длинные интервалы между тяговыми подстанциями и уменьшение количества самих подстанций. Любое необходимое напряжение на электровозе и электропоезде можно получить за счет трансформатора, который имеет кпд, близкий к 100% и очень высокую надежность. (при постоянном токе для этих целей используются электромашинные преобразователи (мотор-генераторы) или электронные статические преобразователи, которые имеют высокую стоимость и ненадежны. На переменном токе на электровоз можно передавать гораздо большую мощность, чем на постоянном. Отсюда и ограничение 200км/ч для скоростных поездов на постоянном токе. КС переменного тока можно использовать, как резервное питание для устройств СЦБ. На постоянном токе кроме основной ВСЛСЦБ на опоры КС еще вешают ВЛПЭ. На переменном токе проще погасить электрическую дугу, которая возникает при проходе секционных изоляторов, при пробое воздушных промежутков (молниезащита), при переключениях мачтовых разъединителей, поскольку дуга может сама погаснуть при переходе фазы через нулевое значение, причем вне зависимости от наличия в цепи реактивных сопротивлений. (На постоянном токе наличие реактивных сопротивлений только усугубляет ситуацию с дугогашением). Проще конструкция тяговых подстанций. Нетрудно догадаться, что один мощный выпрямитель гораздо ненадежнее, чем выпрямитель на порядок меньшей мощности на каждом электровозе/мотор-вагоне. Есть еще ряд мелких преимуществ...