Протяженность электрифицированных железных дорог СССР составляет более 43 тыс. км. Уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава должен быть не менее 21 кВ при переменном токе, 2,7 кВ при постоянном токе и не более 29 кВ при переменном токе и 4 кВ при постоянном токе.
Тяговые подстанции на электрифицированных дорогах постоянного тока выполняют две основные функции — понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный ток. Для этой цели имеются трансформаторы, выпрямители и другое оборудование. Широко применяют полупроводниковые выпрямители, которые обладают высокой надежностью работы, простотой устройства, обслу-живания и управления, компактностью и т. д. Все оборудование переменного тока размещают на открытых площадках тяговых подстанций, а выпрямители и вспомогательные агрегаты — в закрытых помещениях. От тяговых подстанций электроэнергию по питающим линиям подают в контактную сеть. Относительно низкое напряжение (3 кВ) является основным недостатком системы постоянного тока, вследствие чего по контактной сети к электроподвижному составу подводится мощность (равна произведению напряжения на ток) с большим тяговым током. Для поддержания нужного уровня напряжения на токоприемниках локомотивов тяговые подстанции размещают близко друг от друга (20—25 км), а для передачи больших токов провода контактной сети имеют значительное сечение.
Примерно 2/3 электрифицированных железнодорожных линий работают на постоянном токе. На этих линиях при росте грузооборота строят дополнительные тяговые подстанции, увеличивают сечение контактной сети (подвешивают усиливающие провода и др.), чтобы повышение числа и массы поездов не вызывало резкого падения напряжения. При этом .происходит удорожание устройств электроснабжения и увеличение расхода материалов, особенно меди. Увеличение мощности в контактной сети за счет значительного повышения напряжения постоянного тока требует изготовления и эксплуатации тяговых двигателей, рассчитанных на более высокое напряжение, что связано с большими трудностями (сильно усложняется изоляция электрического оборудования, возникает опасность пробоя ионизированного слоя воздуха и др.).
Система однофазного тока с номинальным напряжением 25 кВ широко применяется для тяги поездов на железных дорогах СССР. Переменный ток дает возможность значительно повысить технико-экономические показатели электрической тяги благодаря тому, что по контактной сети передается мощность при меньших токах по сравнению с системой постоянного тока, и обеспечивает движение тяжелых поездов с установленными скоростями при самой высокой грузонапряженности линий.
Тяговые подстанции на электрифицированных железных дорогах, работающих на однофазном переменном токе промышленной частоты, являются по существу трансформаторными подстанциями, понижающими напряжение с 110—220 до 25 кВ. Поскольку на этих подстанциях переменный ток не преобразуют в постоянный, то они не имеют выпрямительных агрегатов и связанного с ними вспомогательного оборудования. Их устройство и обслуживание значительно проще и дешевле тяговых подстанций постоянного тока. Все оборудование таких подстанций размещено на открытых площадках.
Применение однофазного переменного тока высокого напряжения позволяет иметь контактную сеть примерно в 2 раза меньшего сечения, чем при постоянном токе, и размещать тяговые подстанции на расстоянии 40—60 км друг от друга. Это значительно снижает материальные и денежные затраты на электрификацию железных дорог.
Повышение напряжения позволило бы уменьшить потери напряжения и электроэнергии и увеличить расстояние между тяговыми подстанциями, однако оно связано с большими затратами на усиление изоляции, замену электроподвижного состава и др. Для улучшения показателей электрификации на переменном токе разработана система 2х25 кВ с промежуточными автотрансформаторами, размещаемыми на расстоянии 8—15 км. От тяговых подстанций к автотрансформаторам электроэнергия подводится напряжением 50 кВ по контактной подвеске и дополнительному питающему проводу. Далее от автотрансформаторов к электроподвижному составу энергия подается напряжением 25 кВ. По такой системе предполагается электрификация западного участка БАМа. Важным преимуществом системы 2x25 кВ является снижение потерь напряжения и энергии, а также уменьшение влияния тяговой сети на линии связи, поскольку ток на тяговые подстанции возвращается не по рельсам, а по питающему проводу.
На участках переменного тока работают локомотивы со статическими преобразователями и двигателями пульсирующего тока. Так же построены опытные образцы мощных электровозов с бесколлекторными двигателями — асинхронными и вентильными.
Переменный ток оказывает электромагнитное влияние на металлические сооружения и коммуникации, расположенные вдоль желез-подорожных путей. В результате на них наводится опасное напряжение, а в линиях связи и автоматики возникают помехи. Поэтому применяют особые меры защиты сооружений, а воздушные линии связи заменяют на кабельные или радиорелейные и реконструируют ав-томатику. На это расходуется около 20—25% общей стоимости электрификации.
Скорость движения поездов при электротяге находится в прямой зависимости от уровня напряжения в контактной сети. Имеются устройства для автоматического регулирования напряжения и счетно-решающие машины для оптимизации режимов работы, что способствует повышению скоростей движения поездов и экономии электроэнергии.
Стыкование линий, электрифицированных на постоянном и переменном токе, осуществляют по контактной сети на специально обору-дованных железнодорожных станциях стыкования или используют электровозы двойного питания, которые работают и на постоянном, и на переменном токе.
23893 просмотров