Электроснабжение железной дороги

1.

Электроснабжение
железной дороги
Разработал:
к.т.н., доцент кафедры «ЛКРиПС»
Желдак К.В.

2.

Вопросы к рассмотрению
Структура системы электроснабжения
Системы электрической тяги
Контактная сеть
Рельсовая цепь

3.

Список литературы
Технические средства железных дорог:
Учебник / Гундорова Е.П. М.: Маршрут, 2003.596с.

4.

Структура системы электроснабжения
Подвижной состав электрифицированных ж.д.
и система электроснабжения составляют
единую электрическую цепь.
Все источники электроэнергии (ГРЭС, ТЭС, АЭС
и т.д.) объединены линиями электропередач в
единую энергосистему (ЕЭС).
Различают систему внешнего и
тягового электроснабжения.

5.

Структура системы электроснабжения
Системы внешнего электроснабжения представляет
собой мощную энергетическую систему с крупными
электрическими станциями, трансформаторными
подстанциями и линиями передачи.
Электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях,
передается по линиям электропередач (ЛЭП) к
трансформаторным подстанциям энергосистемы
трехфазного тока, от которых получают питание
потребители промышленности, сельского хозяйства,
железных дорог и др.

6.

Структура системы электроснабжения
Система тягового электроснабжения состоит из
тяговых подстанций и тяговой сети, устройство
которых определяется применяемой системой
электрической тяги.
Тяговое электроснабжение должно обеспечить
бесперебойное питание ЭПС. Чтобы в случае
прекращения подачи электроэнергии не
останавливались электровозы и электропоезда на
перегоне, не нарушался график движения,
предусматривается резервирование отдельных
элементов системы.

7.

Схема электроснабжения
электрических железных дорог

8.

Схема электроснабжения
электрических железных дорог
1 - линия электропередач;
2 - тяговая подстанция;
3 - питающая линия;
4 - токоотводящая линия,
5- контактная сеть;
6 - рельсы;
7 – электровоз.
В электротяговых сетях
различают контактные сети,
рельсовые цепи, питающие
и токоотводящие провода
тяговых подстанций.

9.

Требования предъявляемые к
системе электроснабжения
Тяговое электроснабжение должно обеспечить
бесперебойное питание ЭПС.
Чтобы в случае прекращения подачи электроэнергии
не останавливались электровозы и электропоезда на
перегоне, не нарушался график движения,
предусматривается резервирование отдельных
элементов системы.

10.

Требования предъявляемые к
системе электроснабжения
Конструкция контактной подвески и токоприемников с
учетом взаимодействия ЭПС и пути должны
обеспечить надежную работу электрифицированных
участков в любых климатических условиях.
Качество подаваемое системой электроснабжения
электрической энергии оценивают уровнем
напряжения (U), а на участках переменного тока,
кроме того, - синусоидальностью напряжения, тока и
частотой.
Низкое качество энергии приводит к нарушению
нормальной работы ЭПС: снижаются скорость
движения, возникают боксование, броски тока,
перегрев и пробой изоляции и др.

11.

Система электрической тяги на
постоянном токе
1 – эл. станция; 2 – ЛЭП;
3 – тяговая подстанция
4 – трансформатор;
5 – выпрямитель;
6 – питающий провод;
7 – КС; 8 – ТП;
9 – пускорегулирующая
аппаратура;
10 –ТД; 11 – рельс;
12 – токоотводящий провод.
Достоинство
использование на ЭПС тяговых двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением, свойства которых
в большей мере отвечают требованиям тяги.
Недостатки:
сравнительно низкое напряжение (U=3 кВ), которое лимитируется максимальным допустимым напряжением, подаваемым
непосредственно из сети на тяговые двигатели без промежуточного преобразования его на локомотиве;
значительный ток в контактной сети относительно системы переменного тока (при одинаковой мощности - Рл = const –
мощность локомотива. Рл = U I) вызывает необходимость применения контактного провода большого сечения (500 мм2),
т.е. увеличения расхода цветного метала;
при этой системе возникают значительные блуждающие токи, под действием которых происходит электрокоррозия
подземных металлических конструкций (для снижения используют специальные защитные устройства).

12.

Система электрической тяги на
переменном токе
1 – эл. станция; 2 – ЛЭП;
3 – тяговая подстанция;
4, 8 – трансформатор;
5 – питающий провод;
6 – КС; 7 – ТП;
9 – выпрямительноинверторный преобразователь;
10 – ТД;
11 – рельс;
12 – токоотводящий провод.
Достоинства:
система значительно проще и экономичней; более высокое напряжение в контактной сети (U=25 кВ) и соответственно
меньшие токи в ней позволяют в 2.5 3 раза уменьшить площадь сечения проводов контактной сети (120 - 140 мм2),
увеличить расстояние между тяговыми подстанциями;
установленные на ЭПС тяговые трансформаторы позволяют снизить напряжение на ТЭД (по сравнению с системой =I),
вследствие чего можно уменьшить толщину изоляции и увеличить их мощность на 25 30 % (при тех же габаритных
размерах) и включать тяговые двигатели параллельно. Такое соединение улучшает тяговые свойства ЭПС и снижает риск
боксования; проще тяговые подстанции и автоматизация управления ими.
Недостатки:
сам электровоз усложняется (трансформатор и ВИП); влияние переменного тока на линии связи.

13.

Система переменного тока 2х25 кВ
Система переменного тока 2х25 кВ позволяет повысить напряжение в
контактной сети, т. е. снимает ограничения пропускной способности по
устройствам электроснабжения грузонапряженных линий.
На участке, электрифицированном по системе 2х25 кВ, линейные
автотрансформаторы установлены на межподстанционной зоне через
8—15 км. Число их определяется расстоянием между тяговыми
подстанциями, заданными тяговыми нагрузками и номинальной
мощностью автотрансформаторов.

14.

Система переменного тока 2х25 кВ
Достоинство.
Система 2х25 кВ имеет ряд преимуществ по сравнению с системой
25 кВ. Сопротивление тяговой сети снижается примерно в 2 раза,
потери напряжения, электроэнергии в тяговой сети — в 2-2,5 раза,
уменьшается индуктивное влияние на линии связи. Регулирование
коэффициентов трансформации линейных автотрансформаторов
позволяет поддерживать заданный уровень напряжения в
контактной сети. Это дает возможность устойчиво реализовать на
электровозах необходимую мощность и поднять скорость движения
поездов. В свою очередь уменьшение потерь напряжения в тяговой
сети способствует удлинению межподстанционных зон, а значит,
снижению капитальных затрат на электрификацию железных дорог.

15.

Контактная сеть

16.

Подвеска контактного провода
1-опора; 2-консоль;
3-фиксатор;
4- контактный провод;
5-несущий трос;
6- струнка; 7- зажим;
8- питающий провод;
9-изолятор.

17.

Контактный провод
Контактный провод изготавливают из
твердотянутой электролитической меди.
Он может иметь площадь сечения 85, 100
или 150 мм2.
Наиболее распространены медные
фасонные (МФ) провода.
Профиль контактного
провода МФ
М - медный
Ф - Фасонный
О - Овальный

18.

Классификация контактной подвески
По способу подвешивания:
Простая – для городского транспорта и
малодеятельных участков ж.д.
Расстояние между опорами 20-30 м.
Цепная одинарная– (КП подвешивается через несущий
трос с помощью струнок) для
магистральных ж.д.
Расстояние между опорами
до 80 м
Цепная двойная - к несущему тросу на
струнах подвешивают вспомогательный
провод, к которому также струнами крепят
контактный провод. Подвеска допускает
наибольшие скорости движения.

19.

Классификация контактной подвески
По способу натяжения проводов
Полукомпенсированная – компенсатором
натягивается КП.
Применяется на магистральных ж.д.
Компенсированная – грузом натягивается КП
и несущий трос.
Применяется на высокоскоростных участках
магистральных ж.д.
Обычно натяжение контактного провода
устанавливают равным 1 тс. Тогда вес груза
при одном подвижном блоке составляет 0,5 тс.

20.

Классификация контактной подвески
По расположению проводов в плане
Для равномерного износа КП подвешивается зигзагообразно. Для
уменьшения износа полозов токоприемников ЭПС контактный
провод подвешивается зигзагообразно, отклонение от оси пути
составляет 300 мм, а рабочая зона токоприемника соответственно
600 мм.
а) Вертикальная
– в кривых участках пути;
б) Полукосая
– на прямых участках пути;
в) Косая (большая жесткость)
– в зоне повышенных ветров.

21.

Анкерный участок
Деление контактной подвески на анкерные участки необходимо
для включения в провода устройств, поддерживающих
неизменным натяжение проводов при изменении их
температуры, и осуществления продольного секционирования
контактной сети. Это деление уменьшает зону повреждения в
случае обрыва проводов контактной подвески, облегчает монтаж,
техническое обслуживание и ремонт контактной сети. Длина
анкерного участка составляет около 1600 м на прямых отрезках
пути.

22.

Сопряжение анкерных участков
Чтобы обеспечить плавный переход полоза токоприемника с
контактного провода одного анкерного участка на смежный без
нарушения скользящего контакта и снижения установленной
скорости движения, устраивают так называемые сопряжения
анкерных участков.
Контактные подвески в сопряжениях электрически не связаны и
образуют так называемый воздушный промежуток и контактные
подвески сопрягаемых анкерных участков соединяются
электрически только в момент прохода токоприемника через
сопряжение.

23.

Сопряжение анкерных участков
В тех случаях, когда анкерные участки даже на
мгновение нельзя электрически соединять, например
при сопряжении анкерных участков с различными по
фазе напряжениями, применяют нейтральные вставки.

24.

Опоры контактной сети

25.

Рельсовые электрические цепи
Рельсовый путь не только для направления движения
подвижного состава но и передачи по нему тягового
электрического тока и сигнального тока устройств СЦБ.
Для этого предусмотрены следующие мероприятия:
Рельсы изолируют от шпал;
Для соединения рельс используют неизолированные стыки
(обеспечивают прохождение тока по рельсам без потерь) и
изолированные стыки (образуют блок участки).

26.

Рельсовая сеть
На железных дорогах используют рельсы типов Р50, Р65 и Р75
(цифры указывают массу в килограммах одного метра рельса).
Для уменьшения сопротивления рельсовой сети тяговому току
устанавливают соединители в рельсовых стыках. Стыковые
соединители представляют собой небольшие отрезки гибкого
медного провода с двумя наконечниками, привариваемыми к
рельсам по обе стороны стыка.
На линиях, оборудованных автоблокировкой или электрической
централизацией, устраивают изолированные стыки для
разделения рельсов на блок-участки.

27.

Рельсовая сеть

28.

Путь для тягового тока в обход изолированных стыков без
нарушения работы устройств автоблокировки обеспечивают с
помощью дроссель-трансформаторов, называемых также
путевыми дросселями. Обмотки дроссель-трансформаторов
обладают большим индуктивным сопротивлением, что
практически делает невозможным прохождение через них
сигнального переменного тока. В последнее время в устройствах
автоблокировки на дорогах переменного тока применяют ток
частотой 25 Гц, а на дорогах постоянного тока 50 Гц, что
предупреждает ложное срабатывание сигналов автоблокировки.

29.

Рельсовые электрические цепи

30.

Задание:
Изучить материал
Написать конспект в тетради