Какое напряжение в контактной сети на железной дороге

Какое напряжение в проводах контактной сети на железной дороге?

Работает электровоз от электроэнергии, которая подаётся от подстанций через контактную сеть. Питание его происходит через постоянный или переменный ток. Также существует комбинированное питание. Электрические машины серии ВЛ-8, ВЛ-10 и ЧС-2, ЧС-7 питаются постоянным током.

Напряжение контактной сети постоянного напряжения составляет 3500 вольт, раньше было 3000 вольт, а напряжение сети переменного однофазного напряжения составляет 20-25 киловольт.

Получает электромашина энергию через пантограф (токоприёмник) – это деталь, которая находиться на крыше электролокомотива и принимает электричество с контактной сети. Так как расстояние между проводом и крышей локомотива постоянно меняется из-за различных факторов, пантограф также выполняет функцию амортизации – опускаясь то вниз или поднимаясь вверх. Пантограф электровоза поддерживается пневмосистемой – давлением воздуха.

Затем электроэнергия от пантографа проходит через сопротивления, дальше через контактора, находящиеся в электрической камере и подаётся к тяговым электродвигателям локомотива. Не использованная энергия отдаётся обратно через рельсы на подстанцию.

Мощность и питание электролокомотива

На электровозе серии ВЛ-8 или Вл-10 установлено 8 тяговых электродвигателей, которые находятся на его осях и через зубчатые передачи редукторов передают крутящий момент на колёсные пары. Каждый электродвигатель охлаждается принудительно воздухом от мотор-вентилятора.

Сила тяги электрической машины, естественно, зависит от суммарной мощности тяговых электродвигателей. Полная мощность локомотива ВЛ-8 или ВЛ-10 порядка 3700 киловатт, около 5000 лошадиных сил. Есть электровозы и большей мощности, например, один из самых мощных мира является ВЛ-85, который работает на Транс-Сибирской магистрали. Мощность его составляет около 9400 кВт. Такая мощность электролокомотива обусловлена прежде всего из-за работы его на участках сложного профиля пути.

Провода контактной сети

Общественный транспорт на электрической тяге появился более 130 лет назад, сегодня на фоне экологических проблем он получил максимальное распространение. Трамваи, троллейбусы, пригородные поезда и железнодорожные локомотивы комплектуются сегодня мощными электродвигателями. Электроэнергия для их питания подается с тяговых подстанций по контактной сети. Ее основой являются провода, осуществляющие контакт с токоприемником в процессе токосъема. Сегодня существуют провода контактной сети

, состоящие из одного или двух проводов. Двойные провода используют для улучшения качества токосъема при силе тока более 1000А.

Особенности провода контактной сети

К проводам, используемым при создании контактных сетей, предъявляется ряд требований. Основными среди них являются:

высокая износоустойчивость;
прочность;
высокое качество токосъема;
гладка поверхность контакта;
небольшая парусность.

Всем этим требованиям отвечает провод контактный марки МФ, аббревиатура которого расшифровывается как «медный фасонный». Свое название он получил из-за оригинальной формы сечения, напоминающей восьмерку. Образовалась она путем появления в медном проводе двух желобов, используемых для надежной фиксации подвесной арматуры. Получают такие провода
контактной сети
путем холодного проката медной проволоки. Там, где предъявляют особые требования к износоустойчивости провода, используют биметаллический провод. Он имеет высокопрочный стальной сердечник, покрытый медным слоем. Для снижения парусности контактной сети используют провод с овальным сечением, обеспечивающий хорошее качество токосъема.

Контактные провода на железной дороге

Железная дорога сегодня является основным потребителем контактного провода. Наиболее часто применяется провод с сечением в 100, 120 и 150 кв.мм, его используют на перегонах и главных путях железнодорожных станций. На линиях, электрифицированных постоянных током, применяется провод марки М-95 и М-120. На линиях переменного тока используют биметаллические тросы, свитые из биметаллических проволок. Их преимуществом является высокая прочность, износоустойчивость, устойчивость к коррозии. Применяют контактный провод
на железной дороге
и с сечением в 70 кв.мм, им комплектуют пути, на которых работают маневровые локомотивы. За рубежом разнообразие провода контактных сетей железных дорог еще шире, сечение используемого провода варьируется от 65 до 194 кв.мм.

Материалом для контактного провода является электролитическая медь, в ряде стран используют бронзу. Бронзовый сплав с добавлением кадмия усиливает качество токосъема, позволяет использовать более высокие напряжения. Его износоустойчивость в два раза выше, чем у медного провода, но высокая стоимость ограничивает сферу применения такого контактного провода.

Троллейбусные контактные провода

Контактная сеть троллейбуса является наиболее сложной, ее особенностью является наличие двух проводов. Каждый контактный полюс троллейбуса

имеет свою полярность, поэтому их тщательно защищают от возможного сближения. Кроме этого контактная сеть комплектуется стрелками, системами пересечения разных троллейбусных линий. Провод имеет классическую фасонную форму и производится из твердотянутой медной проволоки. На основных магистралях используется провод с сечением 85 кв.мм, для редко используемых и запасных путей применяется провод сечением в 65 кв.мм. Допускается применение биметаллического провода, имеющего стальную рабочую поверхность.

Электроснабжение электрических железных дорог

На железных дорогах нашей страны две системы электрической тяги: постоянного тока напряжением 3 кВ и переменного тока напряжением 25 кВ промышленной частоты 50 Гц. Система тяги определяется родом тока и значением напряжения в тяговой сети. Для обеих названных систем тяги создан и эксплуатируется разнообразный электроподвижной состав (ЭПС).

Одно и то же напряжение в тяговой сети при заданном роде тока можно получить несколькими способами, поэтому различают системы тяги и системы тягового электроснабжения, реализующие их. Под системой тягового электроснабжения понимают комплекс электротехнических устройств, предназначенных для получения напряжения, подаваемого в тяговую сеть.

В нашей стране используют три вида систем тягового электроснабжения: систему постоянного тока 3,3 кВ, систему однофазного переменного тока 25 кВ и систему однофазного переменного тока 2×25 кВ. Система тяги переменного тока 25 кВ реализуется при применении двух последних систем тягового электроснабжения. За рубежом (Канада, США, ЮАР) в последнее время нашла применение новая система тяги переменного тока 50 кВ промышленной частоты 50 Гц, действующая в системе тягового электроснабжения того же названия. В то же время в странах центральной и северной Европы (Германия, Швейцария, Швеция, Австрия, Норвегия) продолжается использование давно введённой системы тяги переменного тока напряжением 15 кВ пониженной частоты 162/3 Гц. Эта система тяги реализуется в двух системах тягового электроснабжения пониженной частоты 162/3 Гц: с вращающимися генераторами и преобразователями и со статическими преобразователями.

Основным потребителем энергии в любой системе тягового электроснабжения является ЭПС, который может получить энергию, лишь подключившись к тяговой сети при условии, что в тяговую сеть уже подано напряжение. Поэтому следует прежде всего обращать внимание на то, каким образом в тяговую сеть подаётся напряжение и как оно формируется в системе тягового электроснабжения.

Принципиальная схема участка железной дороги, электрифицированной по системе постоянного тока 3 кВ

На схеме приведён участок электрифицированной железной дороги длиной 20—25 км с двумя соседними тяговыми подстанциями I и II, расположенными вблизи станций А и В (Рисунок 1, а).

К линии электропередачи (ЛЭП) трёхфазного переменного тока 110 кВ 12 подключён понижающий трансформатор тяговой подстанции 11. Этим трансформатором первичное напряжение 110 кВ понижается до 10 кВ и подаётся на шины 10 распределительного устройства тяговой подстанции. К этим шинам подключён преобразовательный агрегат, состоящий из преобразовательного трансформатора 9 и выпрямителя 8. Пониженное до 3 кВ напряжение на выходе преобразовательного трансформатора 9 выпрямляется и подаётся на шины «плюс» 6 и «минус» 7 тяговой подстанции.

Тяговая сеть перегона между подстанциями образована контактной сетью 22 и рельсами 26. Контактная сеть 22 питающей линией (фидером контактной сети) 4 через выключатель 5 соединена с шиной «плюс» 6, а рельсы 26 питающей линией (рельсовым фидером) 1 с шиной минус» 7 тяговой подстанции. Таким образом, если будет включён выключатель 5 фидера контактной сети (на схемах, согласно ГОСТ 2.755-87 все выключатели показаны в начальном отключённом положении), то в тяговую сеть перегона, то есть между контактной сетью 22 и рельсами 26, будет подано выпрямленное напряжение 3,3 кВ постоянного тока. Подняв на ЭПС токоприёмник 23 и включив выключатель 24, машинист соберёт цепь тока через тяговые двигатели 25, и ЭПС, потребляя энергию, начнёт двигаться. Через другие фидеры и выключатели тяговой сети с шиной «плюс» 3,3 кВ соединены: контактная сеть 2 станции А и контактная сеть перегона слева от станции. Участки контактной сети перегона 22 и станции 2 отделены друг от друга изолирующим сопряжением — воздушным промежутком 3, который, однако, обеспечивает непрерывный токосъём с контактной сети при проходе по нему токоприёмника ЭПС.

Аналогичным образом на этот же участок тяговой сети 22, 26 подаётся напряжение 3,3 кВ постоянного тока с подстанции //. Тем самым обеспечивается двусторонний подвод электрической энергии к ЭПС или, как говорят, его двустороннее питание. Существуют также другие, вспомогательные, линии электроснабжения участка. Чтобы обеспечить электрической энергией собственные нужды тяговой подстанции, а именно питать цепи управления, сигнализации, освещения, отопления и моторную нагрузку самой тяговой подстанции, на ней устанавливают трансформатор собственных нужд (ТСН) 13. Он понижает напряжение до 380/220 В переменного тока. Этими напряжениями и питаются цепи собственных нужд 14 (на схеме стрелки, отходящие от шин 380/220 В).

Вдоль трассы железной дороги расположено много нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии. К ним относятся установки, ринадлежащие всем службам дороги, механизмы и инструменты, для работы которых необходима электроэнергия, а также освещение станций, переездов и других объектов. Кроме того, электрической энергией снабжаются некоторые промышленные предприятия, колхозы, совхозы и т. д., расположенные по обе стороны железной дороги. Для питания всех перечисленных потребителей вдоль трассы железной дороги проложена трёхфазная воздушная линия (ВЛ) 10 кВ 17, подключённая к шинам 10 кВ 10 двух соседних подстанций I и II. В середине межподстанционной зоны ВЛ секционирована разъединителем 18, который нормально отключён. Благодаря этому каждая из подстанций питает только часть нетяговых потребителей, находящихся в межподстанционной зоне. При отключении любой из подстанций разъединитель 18 включают, и тогда все нетяговые потребители питаются от одной, неотключённой подстанции.

Ответственнейшие потребители электроэнергии — устройства СЦБ (сигнализации, централизации, блокировки) и связи, которые расположены вдоль трассы железной дороги. К таким устройствам относятся светофоры. Они получают питание от путевых ящиков СЦБ 21 через отдельный понижающий трансформатор 20, который в свою очередь получает питание от трёхфазной ВЛ СЦБ 10 кВ, трасса которой проходит вдоль железной дороги. Напряжение в эту линию подаётся от повышающего трансформатора 15, подключённого к шинам 380/220 В собственных нужд 14 тяговой подстанции. ВЛ СЦБ также подключена к обеим подстанциям / и // и в середине межподстанционной зоны секционирована разъединителем 19. Благодаря этому устройства СЦБ могут получать питание сразу от двух подстанций (при разомкнутом разъединителе 19) или от одной из них, когда другая отключена и включён разъединитель 19.

Устройство трёхфазной ЛЭП 110 кВ 12 таково: на опоре 27 (Рисунок 1, б) располагаются две трёхфазные линии (цепи) 110 кВ, одна слева, другая справа. На металлических траверсах 28 укрепляются гирлянды изоляторов 29, к которым подвешиваются провода линии 12.

На рисунке 1, в изображён разрез по двухпутному участку дороги. В нижней части видны четыре рельсовые нити 26 железнодорожного пути двухпутного участка (см. также рис. 1, а). На опорах контактной сети 33 подвешены провода различного назначения: усиливающие провода — алюминиевые тросы 30 — через изоляторы 31 к траверсе 32 с полевой стороны опоры 33; на консоли 34 через изолятор 31 несущий трос 35; фиксатор 36, укреплённый через изолятор 31, удерживает два контактных провода 37, не позволяя им перемещаться поперёк пути. Соединённые между собой во многих точках усиливающий провод 30, несущий трос 35 и контактные провода 37 и образуют собственно контактную сеть перегона 22 (см. рис. 1, а).

С полевой стороны другой опоры 33 контактной сети на специальных кронштейнах и штыревых изоляторах 38 крепится продольная трёхфазная ВЛ 17 напряжением 10 кВ, о назначении которой сказано выше. Все светофоры 39 получают питание через путевой шкаф СЦБ 21 и кабель 42 от однофазного понижающего трансформатора 20, присоединённого к линии передачи СЦБ 10 кВ 16, проходящей вдоль железной дороги на собственных опорах 40. Провода ЛЭП СЦБ укреплены на штыревых изоляторах 41.

По системе постоянного тока напряжением 3 кВ в границах РФ электрифицировано свыше 19 тыс. км железных дорог, и среди них самые грузонапряжённые. В последние годы при электрификации железных дорог предпочтение отдавалось более совершенным системам 25 кВ или 2×25 кВ переменного тока промышленной частоты.

Принципиальная схема участка железной дороги, электрифицированной по системе переменного тока 25 кВ

На схеме приведён участок электрифицированной железной дороги длиной 40—50 км с двумя тяговыми подстанциями / и //, расположенными вблизи станций А и В. К линии электропередачи 12 трёхфазного переменного тока 110 кВ подключён понижающий трёхобмоточный трансформатор 10 тяговой подстанции. Этим трансформатором первичное напряжение 110 кВ понижается до 25 кВ, а также до 35 или 10 кВ. Напряжение 25 кВ подаётся на шины 7, 8 и 9 (соответственно фазы b, а и с) и используется для питания тяговой сети, а напряжение 35 (или 10) кВ — на шины 11 и используется для питания прилегающего к подстанции района (Рисунок 2, а).

Для равномерной загрузки всех трёх фаз системы внешнего электроснабжения (ей принадлежит ЛЭП 110 кВ) в тяговую сеть станции А и перегона слева от неё подаётся напряжение, отличающееся по фазе от напряжения, подаваемого в тяговую сеть перегона справа. Для этого участки контактной сети указанных перегонов и станции, а также рельсы, присоединены к разным фазам шин 27,5 кВ; контактная сеть перегона 26 через фидер контактной сети 4 и выключатель 5 подключена к шине фазы b, контактная сеть станции 1 и перегона слева от неё — к шине фазы а, а рельсы через рельсовый фидер 6 — к шине фазы с. При таком подключении к шинам 27,5 кВ соединение контактной сети слева от станции А с контактной сетью станции токоприёмниками движущегося ЭПС 27 возможно, так как они присоединены к одной и той же фазе а. Соединение же контактной сети 1 станции и контактной сети 26 перегона справа от подстанции недопустимо, так как они присоединены к двум разным фазам а и b. Такое соединение приведёт к короткому замыканию фаз а и b понижающего трансформатора 10. Поэтому участки контактной сети 1 станции и перегона слева от неё разделены воздушным промежутком 2, а станции и перегона справа — двумя воздушными промежутками 2 и нейтральной вставкой между ними 3. Наличие нейтральной вставки 3 исключает даже кратковременное замыкание фаз а и b трансформатора 10 токоприёмниками ЭПС при проходе ими этого участка тяговой сети.

Подача напряжения в тяговую сеть перегона происходит при включении выключателя 5 фидера контактной сети. После этого машинист ЭПС может, подняв токоприёмник 27 и включив выключатель 28, подать переменное напряжение на первичную обмотку понижающего тягового трансформатора 31. Напряжение на вторичной обмотке тягового трансформатора выпрямляется выпрямителем 32 и через сглаживающий реактор 29 подводится к тяговым двигателям 30. Через электродвигатели начинает протекать ток, который приводит их и ЭПС в движение.

В тяговую сеть перегона между подстанциями напряжение подаётся от двух подстанций / и //. При этом обеспечивается двусторонний подвод энергии к ЭПС. Для обеспечения двустороннего питания ЭПС и равномерной загрузки фаз ЛЭП 110 кВ понижающие трансформаторы двух соседних подстанции / и // присоединены к ЛЭП 110 кВ неодинаково, а следуя специально разработанному правилу.

На рисунке также показаны другие вспомогательные линии электроснабжения участка. От шин тягового напряжения 27,5 кВ получают питание также нетяговые потребители. Для этого через выключатель 20 к шинам 7 и 8 подключают два провода, размещаемые на опорах контактной сети с полевой стороны. Понижающие трансформаторы потребителей 22 подключаются к этим проводам и рельсу. Такая система питания получила название ДПР (два провода — рельс). В середине линии ДПР установлен разъединитель 23. Нормально левая половина линии ДПР питается от подстанции /, а правая — от подстанции //, разъединитель 23 разомкнут. В случае необходимости (например, при отключении одной из подстанций) вся линия ДПР может получать питание от одной подстанции. При этом разъединитель 23 включается.

Энергию для собственных нужд тяговой подстанции (питание цепей управления, сигнализации, освещения, отопления, моторной нагрузки) получают от трансформатора собственных нужд (ТСН) 13 через шины собственных нужд 14 (на рисунке 2, а нагрузки собственных нужд обозначены стрелками). От шин собственных нужд 14 через трансформатор 15 напряжение подаётся в линию 16, предназначенную для питания устройств СЦБ и связи. От этой линии через маломощные понижающие трансформаторы 18 и релейные шкафы СЦБ 19 питаются светофоры. В середине линии 16 установлен разъединитель 17. Это даёт возможность питать линию от любой из двух подстанций / или // (при замкнутом разъединителе 17) или же каждую половину линии питать от своей подстанции (при разомкнутом разъединителе). Так как от работы устройств СЦБ непосредственно зависит выполнение графика движения поездов на участке, они должны иметь резервный источник питания. Устройства СЦБ получают резервное питание по линии 24 через понижающие однофазные трансформаторы 25 от линии ДПР 21.

На рисунке 2, б изображён разрез по двухпутному участку дороги.

Трёхфазная комплектная трансформаторная подстанция (КТП) 34, состоящая из трансформатора 22 и сопутствующего оборудования, получает питание от линии ДПР 21 через провода 36. Один провод линии ДПР 21 через изоляторы 37 подвешивается к консоли 38 с полевой стороны опоры контактной сети 39, а другой — с полевой стороны опоры 45 второго пути. Третий вывод КТП присоединяется проводом 35 к рельсам 33. На изолированной консоли 41, закреплённой на опоре через изоляторы 40, подвешен несущий трос 42. Одиночный контактный провод 44, удерживаемый фиксатором 43, занимает заданное положение относительно оси пути. Электрически соединённые во многих точках несущий трос 42 и контактный провод 44 и составляют контактную сеть 26 (см. рис. 2, а). Светофор 46 получает напряжение от маломощного понижающего однофазного трансформатора 18 через кабель 24 и релейный шкаф СЦБ 19. Трансформатор 18 подключён к трёхфазной линии передачи 10 кВ 16. Провода этой линии крепятся на штыревых изоляторах 48 опор 47, которые установлены параллельно железной дороге специально для линии СЦБ.

Проход воздушного промежутка 2 перед нейтральной вставкой 3 поездом, идущим со станции А в сторону станции В, происходит следующим образом. По правилам этот воздушный промежуток, как и нейтральную вставку, поезд должен проходить при отключённых тяговых электродвигателях или, как говорят, без тока. В противном случае возможен пережог ветви контактного провода 1 промежутка 2, принадлежащей ст. А.

Это может произойти так. Воздушный промежуток 2 изображён сбоку на рисунке 2, в. Высота подвеса контактных проводов ветвей 1 и 3 в пределах воздушного промежутка постепнно изменяется. В направлении слева направо контактный провод ветви 1 поднимается, а ветви 3 опускается. В точке а высоты подвеса обоих проводов равны. Поэтому, двигаясь по воздушному промежутку в направлении, указанном стрелкой, токоприёмник ЭПС до точки а скользит по проводу ветви 1 (позиция к), а после точки а — по проводу ветви 3 (позиция к+1). На провод 1 подано напряжение фазы А (см. рис. 2, а), на провод же 3, принадлежащий нейтральной вставке, напряжение не подано. По этой причине, двигаясь по воздушному промежутку, ЭПС может потреблять ток только до точки а. После её прохода контакт между контактным проводом 1 и токоприёмником 27 прекращается, и ток через двигатели ЭПС должен прерваться. Однако при большом токе (несколько сотен ампер) этого сразу не происходит, между контактным проводом и токоприёмником загорается электрическая дуга 49, которая за несколько долей секунды пережигает провод 1. Поэтому машинист и обязан отключать электродвигатели, или, как говорят, отключать ток, подъезжая к нейтральной вставке. Однако преждевременное отключение тока может вызвать остановку поезда на нейтральной вставке, следовательно, проезд нейтральной вставки требует от машиниста большого внимания.

Главными достоинствами системы переменного тока напряжением 25 кВ является более высокое напряжение в контактной сети и возможность легко понизить это напряжение трансформатором электровоза. Электровоз мощностью 6000 кВт на постоянном токе потребляет из контактной сети ток 2000 А, а на переменном лишь 300 А. Поэтому контактная сеть постоянного тока тяжелёя, имеет большое число проводов. Это обычно два медных контактных провода сечением 100 мм 2 каждый, медный несущий трос сечением 120 мм 2 и ещё один или два усиливающих алюминиевых провода сечением 185 мм 2 каждый. На переменном токе контактная сеть более лёгкая и состоит из одного медного контактного провода сечением 100 мм 2 и биметаллического несущего троса сечением 95 мм 2 . Конструкция подстанции переменного тока по сравнению с подстанцией на постоянном токе более проста благодаря отсутствию выпрямительных агрегатов. Количество подстанций на линиях при системе переменного тока меньше, ибо располагаются они на больших расстояниях. Один из недостатков системы переменного тока заключается в её значительном влиянии на линии связи, так как переменный ток создаёт вокруг проводов переменное электромагнитное поле. Приходится линии связи, проходящие вдоль железных дорог, непременно выполнять кабельными, а не воздушными, как на постоянном токе, что приводит к увеличению стоимости электрификации железных дорог. Кроме того, возникают проблемы несимметрии токов и напряжений из-за того, что электровозы потребляют однофазный ток, а линии передачи трёхфазные. Появляется необходимость монтажа нейтральных вставок у каждой подстанции. Наличие таких вставок увеличивает вероятность пережога контактного провода.

В некоторых странах (Канада, США, ЮАР) появилась новая система тягового электроснабжения — система переменного тока напряжением 50 кВ частоты 50 или 60 Гц. Эта система аналогична системе переменного тока 25 кВ, но более высокое напряжение даёт возможность существенно увеличить передаваемую по тяговой сети электрическую мощность. Однако при этом приходится усиливать изоляцию контактной сети, увеличивать габариты между устройствами, находящимися под напряжением, и заземлёнными частями, и, конечно, требуется новый электроподвижной состав, рассчитанный на напряжение 50 кВ.

Стремление повысить мощность, передаваемую по тяговой сети, путём увеличения напряжения при одновременном желании использовать стандартный электроподвижной состав на напряжение 25 кВ привело к возникновению системы переменного тока 2×25 кВ. При этой системе электрическая энергия от тяговой подстанции к ЭПС передаётся в два этапа: сначала при напряжении 50 кВ, а затем 25 кВ. Для этого на опорах контактной сети с полевой стороны приходится подвешивать ещё один так называемый питающий провод (напряжение между ним и проводами контактной сети и составляет 50 кВ), и устанавливать на перегоне между подстанциями автотрансформаторы 50/25 кВ.

Система 2×25 кВ широко применяется как в нашей стране, так и в других странах (Франция, Япония), имеющих электрифицированные линии напряжением 25 кВ. Она рассматривается как средство усиления этих линий.

Принципиальная схема участка железной дороги, электрифицированной по системе переменного тока 15 кВ пониженной частоты 16⅔ Гц с вращающимися преобразователями

В некоторых странах широкое распространение получила система переменного тока пониженной частоты. По этой системе работают с первых лет электрификации железные дороги стран центральной и северной Европы: Германии, Швейцарии, Швеции, Австрии, Норвегии. Понижение частоты объясняется стремлением использовать на переменном токе тяговый электродвигатель последовательного возбуждения, широко применяемый в электрической тяге на постоянном токе. Вращающий момент на валу электродвигателя пропорционален произведению тока и магнитного потока, поэтому электродвигатель последовательного возбуждения способен работать и на переменном токе, поскольку направления тока и магнитного потока меняются одновременно. Однако переменный магнитный поток электродвигателя приводит к возникновению так называемой трансформаторной э.д.с. в обмотке якоря двигателя. При значительной э.д.с. появляется сильное искрение под щётками, вплоть до кругового огня по коллектору при коммутации. Чтобы избежать этого, необходимо снизить частоту тока. Технически проще всего снизить частоту ровно в 3 раза: с 50 до 16⅔ Гц. Этим и объясняется появление электрифицированных участков 15 кВ частоты 16⅔ Гц. На рисунке 3 показан такой участок длиной 35—40 км с двумя соседними тяговыми подстанциями / и //, расположенными вблизи ст. А и В.

К линии электропередачи (ЛЭП) трёхфазного переменного тока 110 кВ 14 подключён трансформатор тяговой подстанции 13, понижающий напряжение до 6,0 кВ. Это напряжение подаётся на синхронный трёхфазный электродвигатель 12, на валу 11 которого установлен синхронный однофазный генератор 10 с выходным напряжением 5,7 кВ частотой 16⅔ Гц. Полученное напряжение повышается трансформатором 9 до 15 кВ и подаётся на шины 8 и 7 тяговой подстанции. Одна из шин 8 рельсовым фидером 6 соединена с рельсами, а другая через фидерные выключатели 5 и фидер контактной сети 4 — с контактной сетью перегона 3. Таким образом, после включения фидерного выключателя 5 тяговая сеть перегона, образованная контактным проводом 3 и рельсом 18, оказывается под напряжением. После этого машинист ЭПС может, подняв токоприёмник 15 и включив выключатель 16, подать напряжение на двигатели 17. Последние начинают вращаться, и ЭПС приходит в движение.

Контактная сеть 1 ст. А подключена к той же шине 7, что и сеть 3 перегона, поэтому перегон и станция в этой системе отделены простым по конструкции воздушным промежутком 2, а не двумя промежутками с нейтральной вставкой, как при системе 25 кВ.

Недостатки системы 15 кВ пониженной частоты заключаются прежде всего в том, что эта система требует громоздких вращающихся преобразователей. Трансформаторы, работающие на пониженной частоте, массивны из-за большой площади сечения стальных сердечников, так как для создания необходимой э.д.с. при пониженной частоте требуется больший магнитный поток. При некоторой предельной для стали индукции его можно получить только увеличивая площадь сечения сердечника трансформатора.

Однако система пониженной частоты 16⅔ Гц обладает и достоинствами: индуктивное сопротивление тяговой сети (пропорциональное частоте) в 3 раза меньше, чем при частоте 50 Гц (соответственно падения напряжения в сети меньше, и расстояния между тяговыми подстанциями могут быть увеличены), электромагнитное влияние на линии связи из-за более низкой частоты незначительно. Так как электрическая энергия из трёхфазной сети передаётся в однофазную через механическое звено (вал 11 между двигателем и генератором), то снимаются все проблемы несимметрии токов и напряжений, в контактной сети не нужны нейтральные вставки. Страны, уже имеющие у себя сеть электрифицированных линий переменного тока пониженной частоты, продолжают электрификацию по этой же системе. Однако другие страны систему пониженной частоты не применяют.

Системы тока и величина напряжения в контактной сети

На отечественных электрифицированных дорогах применяются две системы электроснабжения: постоянного тока номинальным напряжением 3 кВ и однофазного переменного тока напряжением 25 кВ стандартной частоты 50 Гц. Причем в обоих случаях на элек- троподвижном составе используются тяговые двигатели только постоянного тока, поскольку до сих пор не создан надежный и экономичный тяговый двигатель переменного тока (см. главу 12).

В зависимости от рода тока и величины напряжения, различают и способы (схемы) питания ЭПС. Общим является использование в цепи питания рельсов. При постоянном токе они служат одним из полюсов (+ и —), а при переменном — одной из фаз питающей системы.

При эксплуатации всегда стремятся обеспечить необходимый уровень напряжения на токоприемниках ЭПС и возможно меньшие потери энергии в тяговой сети, так как от этого зависит скорость движения поездов (рис. 11.2).

Напряжение на токоприемниках в обычных условиях должно быть не ниже 21 кВ и не более 29 кВ при переменном токе напряжением 25 кВ, и не ниже 2,7 кВ и не более 4 кВ при постоянном токе напряжением 3 кВ. Только на отдельных участках с разрешения ОАО «РЖД»

Этапы преобразования энергии и характер ее потерь допускается уровень напряжения не менее 19 кВ при переменном токе и 2,4 кВ при постоянном токе

Рис. 11.2. Этапы преобразования энергии и характер ее потерь допускается уровень напряжения не менее 19 кВ при переменном токе и 2,4 кВ при постоянном токе.

Недостатком системы электроснабжения постоянного тока является его полярность. Рельсы практически невозможно полностью изолировать от земли. Поэтому часть тягового тока ответвляется в землю; он проходит по земле по различным направлениям и поэтому получил название блуждающего. Из-за разности потенциалов между рельсами и землей, а также между металлическими элементами искусственных сооружений и землей, возникает электролиз, что приводит к электрохимической коррозии. В результате уменьшается срок службы рельсов и сооружений (арматуры железобетонных сооружений, мостов, эстакад и т.п.) и во избежание их разрушения приходится применять соответствующие защитные меры (анодные заземлители, катодные станции и др.).

На дорогах, электрифицированных по системе постоянного тока, питание ЭПС производится через тяговые подстанции, преобразующие трехфазный ток в постоянный с понижением напряжения. Для этой цели на подстанциях применяют трансформаторы, преобразователи (выпрямители) и другое оборудование. В настоящее время широко используют силовые кремниевые полупроводниковые преобразователи, называемые тиристорами. Они обладают высокой надежностью, простотой устройства, компактностью и легки в управлении и обслуживании. Оборудование переменного тока на тяговых подстанциях располагается на открытых площадках, а преобразователи и вспомогательные агрегаты и устройства — в закрытых помещениях.

От тяговых подстанций электроэнергию подают в контактную сеть по питающей линии (ее называют еще фидером).

Основным недостатком системы постоянного тока является относительно низкое напряжение (U— 3 кВ). В результате по контактной сети к ЭПС подводится мощность (W= UI) с большой силой тока (/). Чтобы напряжение не оказалось меньше допускаемого минимального, на дорогах постоянного тока расстояние между тяговыми подстанциями невелико и составляет в среднем 15— 20 км (в отдельных случаях 7—10 км), чем реже расположены подстанции, тем больше потери энергии и ниже напряжение на токоприемниках ЭПС.

Кроме того, для передачи больших по силе токов приходится увеличивать площадь сечения проводов контактной подвески или дополнительно подвешивать усиливающие провода. А это значительно удорожает устройства электроснабжения, увеличивает расход материалов и особенно меди.

Применение на железных дорогах системы однофазного переменного тока с номинальным напряжением 25 кВ дает возможность повысить технико-экономические показатели электрической тяги. Это происходит потому, что по контактной сети передается та же мощность при меньшей величине силы тока по сравнению с системой постоянного тока, что позволяет уменьшить сечение проводов контактной сети примерно в 2 раза и увеличить расстояние между подстанциями до 40—60 км, уменьшив их количество. Тяговые подстанции при этой системе являются по существу трансформаторными станциями, понижающими напряжение с 110—220 кВ до 25 кВ. Их устройство и эксплуатация значительно проще и дешевле подстанций постоянного тока, так как они не имеют агрегатов для преобразования энергии и связанного с ним вспомогательного оборудования.

Кроме того, все устройства и оборудование подстанций переменного тока размещаются на открытых площадках, что так же уменьшает затраты по сравнению с подстанциями на постоянном токе. Вместе с тем электроподвижной состав переменного тока по конструкции значительно сложнее и дороже из-за необходимости размещения на локомотиве устройства для преобразования переменного тока в постоянный для питания тяговых электродвигателей.

Для повышения эффективности системы переменного тока при больших размерах движения поездов и роста их массы, во избежание потерь энергии и напряжения применяется система электроснабжения 2 х 25 кВ. При такой системе через каждые 8—15 км устанавливают линейные автотрансформаторы на 50 кВ, которые включают между питающим проводом и контактной подвеской. При этом существенно снижаются потери энергии в тяговой сети. В данном случае между контактной и рельсовой сетями сохраняется напряжение 25 кВ, что позволяет эксплуатировать тот же ЭПС переменного тока.

При системе постоянного тока суммарная площадь сечения дорогостоящих проводов контактной сети равна 440—550 мм 2 . Поскольку невозможно применять в контактной подвеске провода такой большой площади сечения, параллельно им подвешивают дополнительные провода, называемые усиливающими.

При системе переменного тока с напряжением 25 кВ, площадь сечения проводов контактной сети составляет 120—160 мм 2 .

Система 2 х 25 кВ позволяет увеличить расстояние между тяговыми подстанциями до 70—90 км при площади сечения проводов около 260 мм 2 . Электрификация по этой системе является весьма перспективной.

Существенным недостатком переменного тока является электромагнитное влияние, которое он оказывает на металлические сооружения и коммуникации, расположенные вдоль железнодорожных путей. В результате на них наводится опасное напряжение, а на воздушных линиях связи и автоматики возникают серьезные помехи. Поэтому для обеспечения нормальной работы указанных устройств и объектов применяют меры защиты сооружений, а воздушные линии заменяют на кабельные или радиорелейные. Защитные меры — это усиление изоляции между рельсовой сетью и землей, применение отсасывающих трансформаторов, калибрование воздушных линий. Такие мероприятия дороги и на них приходится до 25 % общей суммы затрат на электрификацию железнодорожных линий.

Номинальное напряжение в контактной сети

Торможение поезда осуществляется перед знаком уменьшения скорости, при остановке поезда на станции или экстренной остановки поезда на перегоне. Производит машинист поезда или САУТ (система автоматического управления тормозами).

Кто производит осмотр вагонов

В целях обеспечения безопасности движения и сохранности перевозимых грузов на выделенных станциях железных дорог производится коммерческий осмотр вагонов во всех прибывающих на станцию и отправляющихся со станции поездах с переработкой . Коммерческий осмотр вагонов в поездах проводится одновременно с техническим осмотром. Коммерческий осмотр может проводиться во время движения поезда с использованием технических средств (смотровых вышек, электронных габаритных ворот, систем промышленного телевидения и др.), а также после остановки поезда и ограждения состава.

Для технического обслуживания грузовых вагонов на сортировочных и участковых станциях предусматриваются пункты технического обслуживания (ПТО).Осмотр производят осмотрщики вагонов.

Коммерческий осмотр производится одновременно с двух сторон после того, как состав огражден. Число групп работников,производящих осмотр, их состав и порядок работы с учетом обеспечения техники безопасности приемосдатчиков (приемщиков поездов) устанавливаются исходя из местных условий в технологическом процессе работы ПКО и станции. При этом должна быть исключена возможность пропуска вагонов в составе поезда без осмотра. Осмотр состояния грузов, подлежащих сопровождению военизированной охраной МПС России (далее военизированная охрана), производится с участием работника военизированной охраны.

При обнаружении вагонов с коммерческими неисправностями, угрожающими безопасности движения и сохранности перевозимых грузов, составляется в двух экземплярах акт общей формы ГУ-23, который подписывают работники станции, проводившие коммерческий осмотр, но не менее двух лиц. Если прибывший поезд сопровождался главным кондуктором или вагон находился под охраной стрелка военизированной охраны (в пути следования или на станции), главный кондуктор или стрелок участвует в осмотре и подписывают акт общей формы. Первый экземпляр акта приобщается к перевозочным документам, а второй остается в делах станции. Акт общей формы на коммерческие неисправности составляется в момент их обнаружения, а в дальнейшем — только при изменении состояния вагона (груза).

Калибровка цистерн

В соответствии с правилами перевозки грузов наливом в цистернах вес этих грузов определяется в результате установления путем замера объема налитого груза .

Для того чтобы иметь возможность определить объем груза, все цистерны в зависимости от конструкции котлов и размеров их элементов (барабанов, днищ и колпаков) подразделяются на ряд калибровочных типов.

Чтобы облегчить процесс определения количества груза, который может быть расположен на любом уровне котла цистерны или надкотловой части (колпака, люка), для каждого типа цистерн составлена отдельная таблица поинтервальной калибровки. В таблице объем цистерны разбит с сантиметровыми интервалами, начиная от основания (нижней образующей) котла, и указаны объемы, соответствующие каждому из этих уровней, в кубических дециметрах (литрах).

Калибровочные данные, расположенные выше выделенных жирным шрифтом, представляют собой сумму полной вместимости котла и заполненной части колпака. Значения вместимости в таблицах округлены до значения, кратного 5.

Полезная и полная длина

Длина пути – расстояние между стыками рамных рельсов стрелочных переводов, ограничивающих данный путь (полная длина сквозного пути), или расстояние от стыка рамного рельса стрелочного перевода, ведущего на данный путь, до упора (полная длина тупикового пути).

Полезной длиной пути называется та часть полной его длины, в пределах которой может находиться подвижной состав, не нарушая движения по соседним путям. Полезная длина пути ограничивается: для сквозных путей – предельными столбиками, выходным светофором и предельным столбиком, стыком рамного рельса и предельным столбиком; для тупиковых путей – предельным столбиком и началом засыпки балластной призмы, выходным светофором и началом засыпки балластной призмы.

На магистральных ж. д. общей сети для приема – отправления грузовых поездов установлены стандартные длины 850, 1050 м; могут проектироваться также пути удвоенной (для соединенных поездов) стандартной полезной длины. В пределах участков двойной тяги полезная длина приемо-отправочного пути увеличивается на 30 м (для возможности постановки второго локомотива). Полезная длина пути для составов, передаваемых на грузовые станции и промышленные предприятия, устанавливается в зависимости от размера грузооборота, технологического процесса работы станции и местных условий.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.