Электрические железные дороги

  Содержание 

        Введение……………………………………………………………………3стр. 

1. Общие сведения об устройстве электрических железных дорог….……5стр.

1. Производство  и распределение электроэнергии…………………...5стр.
1. Передача электроэнергии……………………………………………………8стр.
2. Распределение электроэнергии…………………………………..9стр.
2. Электроснабжение электрических железных дорог……………...10стр.
3. Тяговые подстанции………………………………………………...12стр.
1. Тяговые подстанции для электрификации железных дорог постоянного и переменного тока……………………………….13стр.
2. Комплекты функциональных блоков тяговых подстанций…..15стр.
3. Конструктивное исполнение блоков тяговых подстанций…...16стр.
4. Эксплуатационная готовность системы тягового электроснабжения……………………………………………….18стр.

2. Контактная  сеть……………………………………………………………20стр.
1. Простые контактные подвески…………………………………….21стр.
2. Цепные контактные подвески……………………………………..23стр.
3. Анкерные участки и их сопряжения………………………………24стр.
4. Устройство подвески в местах анкерных участков. Длина пролёта между опорами……………………………………………………..28стр.

Заключение………………………………………………………….31стр. 

Список используемой литературы………………………………...32стр. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Введение 

  Первая  научная работа по внедрению электрической  тяги на железных дорогах появилась  в России в 1837 году, т.е. в год открытия первой железной дороги Петербург - Царское  Село. Это была публикация в Вестнике Министерства путей сообщения, так  как инженерная мысль уже начинала работать в направлении возможной  электрификации транспорта на самом  начальном этапе развития, как  железных дорог, так и электротехники.

  В начале 1899 года создан синдикат германских электротехнических фирм "Сименс-Гальске", "Унион", "АЭГ". В том же году образован "Большой русский  банковский синдикат 1899 года" для  финансирования работ по электротехническому  развитию. Важное место в планах, как русских банков, так и германских электроконцернов в этот период занимали проекты электрификации российских железных дорог.

  Первые  проекты электрификации железных дорог  были разработаны в самом начале XX века выдающимся инженером, потом  академиком, Генрихом Осиповичем Графтио. Он же с 1907 года начал читать курс лекций "Электрические железные дороги" студентам Петербургского электротехнического  института.

  В 1912 году создано учредительное общество для строительства электрифицированного участка транссибирской железнодорожной  магистрали Москва-Сергиев Посад.

  В 1913 году началось строительство линии, электрифицированной на постоянном токе 1200 вольт между Петербургом  и Петергофом. Были сооружены две  электростанции в Екатерингофе и  Ораниенбауме. Однако работы были прекращены в связи с Первой Мировой войной.

  После Февральской революции Временное  правительство пыталось привлечь зарубежный капитал к продолжению развития электрификации России. Было получено согласие ряда иностранных компаний, в частности американских ("Вестингауз"), на продолжение работ по электрификации железных дорог.

  К 1918 году в России насчитывалось около  шестидесяти проектов пригородных  и магистральных электрических  железных дорог.

  24 марта 1920 года была создана  Государственная комиссия по  электрификации России в состав  которой входил и Отдел по  электрификации железных дорог.  Разработанный Комиссией план  ГОЭЛРО ставил задачу создать  основной транспортный скелет  из таких путей, которые "соединяли  бы в себе дешевизну перевозок  с чрезвычайной провозоспособностью".

  План  предусматривал электрификацию на постоянном токе, но в качестве перспективной  была рекомендована также система  переменного тока промышленной частоты. Дальновидность такого решения была вполне подтверждена последующим развитием  электрической тяги как в СССР, так и в мире.

  В Советском Союзе первые электропоезда  стали курсировать в 1926 году на участке  Баку – Сабунчи. Однако эта железная дорога находилась в ведении Бакинского горсовета и являлась, по сути, городским  электрическим транспортом. В состав Закавказской железной дороги НКПС СССР электрифицированный участок Баку - Сабунчинской дороги был передан только в апреле 1940 года.

  На  электрифицированных железных дорогах  локомотивы приводятся в движение тяговыми электродвигателями, которые получают энергию от контактной сети, подключенной к тяговой электроподстанции. Электрификация железных дорог повышает пропускную и провозную способности, надёжность работы, сокращает эксплуатационные расходы, позволяет сделать железнодорожный  транспорт более комфортабельным.

  На  электрифицированных железных дорогах имеется возможность возврата части электрической энергии в контактную сеть при движении поезда на спусках и при торможении (т.н. рекуперативное торможение). Кроме того, для выработки электроэнергии на ТЭЦ обычно используют низкосортное топливо, которое нельзя применять в тепловозах.

  В контактной сети электрифицированных  железных дорог в России используется постоянный электрический ток напряжением 3000 вольт или переменный однофазный ток промышленной частоты напряжением 25000 вольт. При питании переменным током (хотя это и усложняет конструкцию  электровоза) значительно упрощаются устройства энергоснабжения электрических  железных дорог: повышенное напряжение в контактной сети позволяет увеличить  расстояние между тяговыми подстанциями при тех же потерях до 50 км (20-25 км при постоянном токе).

  Кроме того, стоимость строительства контактной сети снижается в среднем на 7%, расход меди на её сооружение - в 2,5 раза. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Производство  и распределение  электроэнергии

  Электрическая энергия один из самых важных видов энергии. Электроэнергия в своей конечной форме может передаваться на большие расстояния потребителю.

  На  районной (т.е. приближенной к источникам энергоресурсов) электростанции электроэнергия вырабатывается чаще всего электромашинными генераторами переменного тока. Для  уменьшения потерь при ее передаче и распределении напряжение, снимаемое  на выходные электрогенератора, повышается трансформаторной подстанцией. Затем  электроэнергия передается по высоковольтным линиям электропередачи (ЛЭП) на большие  расстояния, которые могут измеряться сотнями километров.

  К ЛЭП подключен ряд распределительных  подстанций, отводящих электроэнергию к местным центрам электропотребления. Поскольку далее электроэнергия передается по улицам и населенным районам, на подстанциях напряжение для безопасности еще раз понижается трансформаторами. К понижающим трансформаторам  подстанций подключены линии магистральной  сети. В удобных точках этой сети устанавливаются пункты ответвления  для распределительной сети электропотребителей.

  Эксплуатационная  готовность электростанций в сетях  общего пользования с частотой 50 Гц довольно высока. Это относится  также и к электростанциям  сети с частотой 16 2/3 Гц. В связи  с этим для дальнейшего рассмотрения вопроса принимается, что отказы в системе производства электроэнергии для железных дорог не превышают 1 мин/год. Такой длительностью отказов  в данном случае можно пренебречь, так как перерыв в подаче напряжения длительностью 1 мин не оказывает  существенного влияния на общий  процесс движения поездов.

  Линии электропередачи и распределительные  устройства почти всегда сооружаются  с учетом резерва. В системах централизованного  электроснабжения с частотой 16 2/3 Гц возможность двустороннего питания  фидерных зон обеспечивает дополнительное резервирование, но с уменьшением  мощности в случае выпадения одной  из подстанций.

  В контактных сетях с системой тока частотой 50Гц изолирующие сопряжения в местах разделения фаз также  могут перемыкаться в случае выпадения  подстанции, благодаря чему здесь  также обеспечивается дополнительное резервирование.

  Системы передачи и распределения электроэнергии структурно тесно связаны между  собой, поэтому в дальнейших рассуждениях об эксплуатационной готовности системы  с частотой 162/3 Гц они рассматриваются  как единое целое. На железных дорогах  Германии (DBAG) статистика отказов свидетельствует, что в течение года примерно 750 фидерных зон в среднем на 5 мин  остаются без напряжения. Сюда включены и уже упоминавшиеся ранее отказы в системе производства электроэнергии, длительность которых невелика.

  Состояние таких систем можно анализировать  с помощью модели надежности Маркова. Она основана на описании однородных процессов, которое строится на следующих  положениях:

• переход из состояния а_i в состояние а_i+1 зависит только от состояния а_i и не зависит от предыдущих (условие зависимости);
• в достаточно коротком временнoм интервале (t,t+ Dt) переход из одного состояния в другое зависит только от момента времени t и не зависит от предыдущего времени. Это временнoе условие постоянных переходных значений дается для контактной сети и тяговых подстанций;
• вероятность перехода Р(t, t + Dt) зависит при этом только от длительности интервала Dt и не зависит от величины t.

  Тяговые подстанции являются системами, которые  могут иметь различные состояния  с точки зрения работоспособности. Они считаются также классифицированными  по мощности системами. Если параметр мощности рассматривать для подстанции как случайную величину, это означает способность данного объекта  обеспечивать определенную мощность при  соблюдении заданной технологии. Важными  параметрами при этом являются также  максимальная и мгновенная мощность. Определение интересных с этой точки  зрения величин, характеризующих надежность, возможно только с помощью модели Маркова. В дальнейшем рассмотрении для упрощения принимается, что  тяговая подстанция считается полностью  работоспособной, если в рабочем  состоянии находится хотя бы один фидер.

  Тяговые подстанции являются высоконадежными  системами, так как они в большинстве  случаев имеют продольное секционирование  сборных шин и часто оборудуются  даже двумя, а иногда и большим  числом систем сборных шин. На практике отсутствие напряжения на фидерах, питающих контактную сеть, возможно по двум причинам: в результате отключения напряжения 110кВ сети первичного электроснабжения или в связи с выходом из строя трансформаторов 110кВ/15кВ. Такое  оборудование подстанций, как сборные  шины, разъединители и силовые  выключатели, настолько редко приводит к выходу из строя тяговых подстанций, что в дальнейшем в качестве причины  выхода не рассматривается.

  Случаи  полного выпадения тяговой подстанции очень редки. В качестве средней  продолжительности нерабочего состояния  подстанции в ряде исследований называют величину 2,4мин/год. Точными данными DBAG не располагают, более того, не ведется  статистика отказов трансформаторов, которые выходят из строя крайне редко. На базе анализа результатов  различных исследований были приняты  следующие значения для отказов  в расчете на 100км линий электропередачи  в год:

• для линий напряжением 110кВ, частотой 162/3Гц- 0,175 выходов из строя;
• для трансформаторов 110кВ/15кВ- 0,08 отказов.

  Для использования в расчетах приняты  также величины затрат времени в  часах на ввод в строй после  отказов в расчете на 100км линий:

• линий напряжением 110 кВ- 6- 10ч;
• трансформаторов- 20- 40ч.

  Эксплуатационная  готовность линий электропередачи  и тяговых подстанций рассмотрена  на примере опорной подстанции. На рисунке показаны структура симметричной сети, графы состояний системы  и процесс определения этих состояний.