Электрические железные дороги

  Тяговые подстанции переменного тока имеют  то же предназначение, что и подстанции постоянного тока, за исключением  того, что в них отсутствуют  преобразовательные агрегаты для выпрямления  тока.

  Исторически сложилось так, что тяговые подстанции в России иногда были единственными  источниками электрической энергии  приемлемого уровня напряжения для  её последующего распределения, поэтому  на всех тяговых подстанциях имеется  распределительное устройство для  распределения и дальнейшей транспортировки  электрической энергии напряжением 35—0,4 кВ как железнодорожным, так  и нежелезнодорожным потребителям.

  Тяговые подстанции преобразующие переменный ток высокого напряжения в постоянный ток более низкого напряжения 850 В (750-900 В) применяются и в метро. 

1. Тяговые подстанции для электрификации железных дорог  
   постоянного и переменного тока

  Подстанции  в  модульном  исполнении  собираются  из  типовых  модулей-контейнеров, содержащих готовые функциональные блоки. Подстанции в капитальных зданиях монтируются из укрупненных функциональных блоков (ФБ), собранных в заводских условиях.

  Рис. 7 Схема основных цепей типовой тяговой подстанции постоянного тока

  Таблица 1 Основные технические параметры

  Рис. 8 Тяговая подстанция переменного тока "Олехновичи" (Белоруссия)

  Рис. 9 Схема основных цепей типовой тяговой подстанции переменного тока

  Таблица 2 Основные технические параметры

 

2. Комплекты функциональных блоков тяговых подстанций

  Все распределительные устройства на напряжение 6 / 10 / 27,5 кВ выполнены в виде  комплектных распредустройств  (КРУ)  внутренней  установки  и  поставляются вместе  с токопроводами, кабелями вторичных цепей и с сухими трансформаторами собственных нужд 10 / 0,4 кВ и ВЛ СЦБ 0,4/10 кВ.

 

  Комплект  ФБ общего применения ( как для ТП постоянного тока, так и для  ТП переменного тока) включает в  себя следующие базовые блоки: блок РУ-10 кВ,  блок РУ-10 кВ ВЛ СЦБ  с  сухим  трансформатором, блок ОПС, блок  ОПУ-110 (220)  кВ, блок   собственных   нужд   постоянного   и переменного  тока, блок аккумуляторов, блок дизель-генератора, сухие трансформаторы собственных нужд.

  В  комплект   ФБ  для  ТП  постоянного тока,   помимо   выше  упомянутых    блоков   общего применения,  входят:   ячейки фидеров РУ-3,3 кВ; ячейка запасного выключателя РУ-3,3 кВ; блок фильтрустройства; блок заземляющего разъединителя шин РУ-3,3 кВ; блок тягового выпрямителя; камера реактора отсоса. 

 

    В комплект  ФБ для ТП переменного тока  помимо упомянутых выше блоков  общего применения входят: блоки  шкафов управления РУ-27,5 кВ; ячейка  ввода 27,5 кВ; ячейка фидера КС 27,5 кВ; ячейка запасного выключателя  27,5 кВ; ячейка ДПР 27,5 кВ; ячейка  трансформатора напряжения  ТН 27,5 кВ; ячейка секционного разъединителя 27,5 кВ; ячейка компенсирующего устройства 27,5 кВ; блок конденсаторов комплектующего устройства 27,5 кВ.

3. Конструктивное исполнение блоков тяговых подстанций

  Конструктивно блоки представляют собой сборку ячеек, шкафов и панелей КРУ, объединенных несущими рамами, общим токопроводом и вторичными цепями.

 

  Разработано  два варианта конструкции укрупненных  функциональных блоков:

• собственно функциональные блоки, в которых все оборудование размещено на рамах (для удобства установки в капитальных или легковозводимых зданиях);
• модули, в которых функциональные блоки размещены в закрытых контейнерах, обеспечивающих установку на открытых площадках.

  Конструкция контейнера представляет собой жесткий  каркас, обшитый металлическими листами  и  утеплителем.   Модуль  укомплектован  устройствами  для  освещения, подогрева и вентиляции, что обеспечивает необходимые условия для работы установленного оборудования.

  Типовые модули выполняются  двух типоразмеров:  4,8(6.0) L * 3,2 C * 3,9 Н м;

  В обоих вариантах конструктивного  исполнения в блоках обеспечен свободный  доступ ко всем элементам оборудования, включая шинопроводы и изоляторы, для осмотра и проведения регламентных    работ.     Высоковольтные  вводы    осуществляются    шинами    или   кабелем; низковольтные кабели подключаются к клеммникам шкафов.

  Блоки устанавливаются в зданиях на кабельный канал или ровный бетонный пол. Климатическое исполнение блоков по ГОСТ 15150-69-УХЛ, категория размещения 4.  

  При этом:

• Диапазон рабочих  значений температур окружающего воздуха         +1^оС ? +35^оС
• Нижнее значение температуры окружающего воздуха при транспортировке и хранении    -50^оС

  Модули (контейнеры) могут устанавливаться  на рельсошпальную решетку или бетонный фундамент. Климатическое исполнение модулей по ГОСТ 15150-69-У, категория  размещения 1.        

    При этом:

• Диапазон рабочих значений температур окружающего воздуха         -40^оС ? +40^оС
• Нижнее значение температуры окружающего воздуха при транспортировке и хранении    -60^оС

  Блоки (в заводской упаковке) и модули (без упаковки) могут транспортироваться железнодорожным и автомобильным  транспортом; условия транспортирования  по группе С  ГОСТ 23216-78.

4. Эксплуатационная готовность системы тягового электроснабжения

 

  Длительная  эксплуатационная готовность оценивается  как вероятность того, что система  при определенных условиях будет  в полном объеме выполнять свои задачи.

  На  практике решающим фактором является длительность перерыва в подаче электроэнергии на электроподвижной состав. В связи  с этим были проведены исследования, целью которых было определение  влияния перерывов в питании  от контактной сети на маршрутную скорость поезда. На основе этих исследований предложено в качестве допустимого считать 2-минутный перерыв в подаче напряжения из системы тягового электроснабжения на электроподвижной состав.

  Структура системы для оценки надежности системы тягового электроснабжения железных дорог целесообразно представить структуру системы таким образом, чтобы были видны как взаимосвязи в системе, так и параметры отдельных ее элементов. Упрощенно ее можно рассматривать как последовательную систему, которая может быть полностью выведена из строя при отказе одной из составляющих. Таким образом, данные о выходах из строя отдельных частей и их элементов могут являться основой для оценки надежности всей системы в целом.

  Система тягового электроснабжения рассчитана таким образом, чтобы в нормальных условиях был возможен режим движения с интервалом следования поездов  Ј 2 мин. Основными критериями оценки при этом являются: допустимое падение  напряжения, токовые нагрузки в контактной сети и мощность тяговой подстанции.

  Элементы  системы тягового электроснабжения после выхода из строя ремонтируются  и затем используются дальше до достижения предельного срока, который, как  правило, превышает нормативный. Такие  элементы системы электроснабжения, как электростанции, линии электропередачи  и распределительные устройства, всегда имеют резервы и поэтому  обладают высокой эксплуатационной готовностью.

2. Контактная сеть

 

  Контактная  сеть - система устройств, предназначенных для передачи электрической энергии от электрических станций через тяговые подстанции электровозам, моторным вагонам, трамваям или троллейбусам. Передача электрической энергии осуществляется через скользящий контакт между контактным проводом или контактным рельсом и токосъёмником (токоприёмником) подвижного состава. Контактный провод располагается, как правило, над рельсовым путём или вдоль трассы безрельсового транспорта, а рельс - на уровне ходовых частей подвижного состава. Контактный провод прикрепляют к поддерживающим конструкциям - обычно к опорам контактной сети, реже к стенам домов и др. строениям (трамвайные и троллейбусные сети) при помощи гибких элементов (тросов и проволок), располагаемых вдоль контактного провода (цепные контактные подвески) или поперёк него (простые контактные подвески). Опоры К. с. могут быть железобетонными, стальными и деревянными. Крепление контактных подвесок к опорам осуществляют с помощью арматуры и изоляторов.

  Для надёжной работы и удобства обслуживания контактной сети делят на секции. В отдельные секции выделяют перегоны и промежуточные станции, а на крупных станциях - группы электрифицированных путей. При ремонте, требующем снятия напряжения, отключают только одну секцию, не нарушая питания электроэнергией др. участков. Ж.-д. опоры К. с. используют также для подвески проводов, по которым подаётся электроэнергия к линейным ж.-д. потребителям, а также для размещения др. проводов, например телеуправления тяговыми подстанциями, всевозможными переключающими устройствами в схеме секционирования и др.

  По  техническим и экономическим  причинам контактная сеть сооружается  без резервирования. Если она находится  в нерабочем состоянии, то и вся  система тягового электроснабжения не работает, если нельзя использовать соседний электрифицированный путь или объездные участки.