Тяговая подстанция: виды и особенности выбора, характеристики

Что такое контактная сеть

Контактная сеть – совокупность линейных токоведущих, изолирующих, поддерживающих и опорных элементов, предназначенных для подведения электроэнергии к токосъемникам ПС. Контактный провод изготавливается из мели и ее сплавов (медно-кадмиевые и медно-магниевые) сечением 65–100 мм2. На вспомогательных линиях и линиях в депо могут использоваться медные провода со стальным сердечником. Провод должен иметь хорошую электропроводность, износостойкость и высокую прочность для возможности надежного натяжения.

Сечение контактных проводов выбирают с учетом их стоимости по так называемой экономической плотности тока из условия оптимального соотношения между расходом цветных металлов и потерями электрической энергии в тяговой сети. Высота подвешивания контактных проводов на строящихся или реконструируемых линиях должна быть 6,0 м. Снижение высоты подвешивания допускается внутри производственных помещений, под мостами и эстакадами – до 4,2 м, в тоннелях – до 3,9 м.

При больших токовых нагрузках контактной сети или при падении напряжения в конце участка больше допустимого параллельно контактным проводам прокладывают усиливающие провода из меди, алюминия или свитого провода из стальной и алюминиевой проволоки для повышения прочности. Через определенные промежутки эти провода соединяют с контактными.

Контактная подвеска – система подвешивания контактных проводов к поддерживающим конструкциям. Контактные подвески в зависимости от способа подвешивания, крепления и поддержания натяжения бывают простые, цепные и полигонные. Расстояние между точками крепления контактного провода к опорным конструкциям называется длиной пролета контактной подвески. Для крепления контактных проводов и поддерживающих конструкций используется различная арматура с изоляцией или без нее.

Тяговая подстанция – вид сверху.

Полигонная подвеска используется при прохождении линии электротранспорта под искусственными сооружениями, на криволинейных участках, городских площадях и т.п. В этом случае вся подвеска и контактный провод располагаются в горизонтальной плоскости. Контактные провода трамвайных линий на прямых участках пути расположены зигзагообразно с выносом от осевой линии до 400 мм для равномерного износа токосъемника.

В пересечениях контактных проводов устраивают воздушные пересечения и крестовины. Они обеспечивают прохождение токосъемников ПС без контакта с пересекаемым контактным проводом по специальным направляющим. Для этого на пересечениях организуют бесконтактные участки, которые ПС проходит накатом. В качестве поддерживающих устройств в контактных сетях трамвая и троллейбуса применяются кронштейны, простые и цепные гибкие поперечины, балки и перекрытия путепроводов, тоннелей и другие инженерные сооружения. В гибких устройствах, как правило, используется стальной оцинкованный семипроволочный канат.

Для крепления поддерживающих устройств предназначены опорные конструкции: специальные опоры (железобетонные или стальные), стены кирпичных и железобетонных зданий, конструкции тоннелей, мостов и путепроводов.

Контактная сеть троллейбуса должна обеспечивать движение троллейбуса по первой и второй полосам движения, а на подходах к левым поворотам – в крайне левой полосе предусматривать возможность своевременного перестроения троллейбуса с учетом конкретной дорожной обстановки. Отрицательный (нулевой) провод контактной сети троллейбуса располагается с правой стороны по ходу движения.

Пульт управления тяговой подстанции.

Для изменения направления движения троллейбуса на контактной сети устанавливаются стрелочные переводы. Традиционно стрелочные переводы троллейбусной контактной сети управляются аналогично трамвайным, т.е. в зависимости от наличии тяги при подъезде к стрелочному переводу. Современные стрелочные переводы управляются с помощью радиосигнала из кабины водителя. В кабине установлены трансмиттер (радиопередающее устройство) и ряд кнопок управления. На опоре контактной сети рядом с автоматической стрелкой находится устройство, принимающее радиосигналы и подающее управляющий импульс на привод стрелочного перевода, а также специальный светофор, который показывает направление движения троллейбуса при текущем положении перьев стрелки.

Если водителя устраивает это направление, то он, не производя никаких действий, проходит стрелку и следует по заданному маршруту. Если же водителю нужно перевести стрелку в другое направление, он нажимает определенную кнопку на панели управления и тем самым подает радиосигнал, активирующий привод стрелки. В течение 1,5-2,0 с происходит переключение направления движения, и троллейбус следует по другому пути. После проезда машины стрелочный перевод остается уже в новом положении. У таких стрелок нет обесточенных элементов, поэтому водителю для их проезда не требуется специально снижать скорость.

Если в одном месте маршрута установлены несколько автоматических стрелок, то для управления ими используются различные кнопки. Радиопередающее устройство имеет четыре канала, для управления каждой стрелкой на сложных перекрестках определяется свой канал. Сходные стрелки работают в автоматическом режиме без участия водителя.

Электростанции

Здания тяговых подстанций имеют разную планировку и различное число помещений и этажей в зависимости от времени постройки, но общий набор помещений, их площадь и взаимосвязь во всех случаях почти одинаковы. В состав тяговых подстанций постоянного и переменного токов входят следующие помещения: щитовая, где расположены стойки блоков панелей управления, защиты, автоматики и телемеханики, панели собственных нужд, щиты или щитки отопления, освещения и управления вспомогательной аппаратурой, а также стол для дежурного персонала; аккумуляторная с кислотной и вентиляционной для размещения банок аккумуляторной батареи на специальных стеллажах, запаса кислоты и дистиллированной воды, а также для вентиляционной аппаратуры, обеспечивающей достаточный воздухообмен в этих помещениях. Поскольку аккумуляторная и . кислотная являются взрывоопасными помещениями, их отделяют от остальной части подстанции специальным тамбуром. Установка аккумуляторов на стеллажах и их ошиновка были показаны на рис. 80; двигатель-генераторная — электромашинное помещение для зарядных и подзарядных агрегатов аккумуляторной батареи, а на подстанциях переменного тока первых типов — и для двигатель-генераторов СЗЦБ. Здесь же раньше устанавливали теплообменники. В последние годы в связи с изменением режима эксплуатации, аккумуляторных батарей и переходом на питание устройств СЦБ током частотой 25 Гц, а также благодаря введению в эксплуатацию кремниевых выпрямителей двигатель-генераторы не устанавливают и на большинстве новых подстанций такого помещения нет. Вместо него предусматривают помещение для установки аварийного дизель-генератора питающего устройства СЦБ и СН подстанции при исчезновении напряжения на вводах; вспомогательные помещения — санузел, кладовая, мастерская, служебное помещение. Количество этих помещений менялось в зависимости от действующих в отдельные периоды времени строительных норм и правил (СНиП). Подстанции последних лет строятся с полным набором таких помещений. Кроме указанных помещений на тяговых подстанциях постоянного тока сооружают машинный зал, в котором размещают выпрямители со вспомогательной аппаратурой (кроме выпрямителей ПВЭ-5АУ1), РУ 3,3 кВ с фильтрустройством, РУ 10 кВ, а также, в случае необходимости, устройства для управления поглощающими сопротивлениями рекуперации и (в старых типах подстанций) реакторы сглаживающего устройства (в новых типах подстанций они вынесены в специальную металлическую будку, пристраиваемую с улицы к зданию подстанции). В зданиях подстанций довоенной постройки специального щитового помещения не сооружали, а оборудование щитовой размещали в машинном зале. До 1965 г. многие подстанции постоянного тока строили двухэтажными, выпрямители и РУ 3,3 кВ размещали на втором этаже. В этих случаях РУ 10 кВ выносили в специальное здание, которое сооружали между главным зданием и подъездным путем подстанции. Сглаживающее устройство и другую вспомогательную аппаратуру размещали на первом этаже под машинным залом. Специальное распределительное устройство для питания СЦБ на подстанциях, где нет КРУН 6—10 кВ, также обычно располагали в машинном зале. Планировка машинного зала подстанции постоянного тока с кремниевыми выпрямителями с естественным охлаждением в соответствии с действующим типовым проектом показаны на рис. 81, а планировка подстанции переменного тока по тому же проекту и ее разрез по щитовому помещению — на рис. 82. Здания тяговых подстанций выполняют из кирпича или прокатных панелей (одно время использовали также железобетонные блоки). Из рис. 81 видно, что РУ 3,3 кВ — однорядное, прислонное, с металлическими камерами. Выводами являются голые шины, идущие от ячейки к проходной плите в стене здания. Все ячейки и проходные плиты, изготовляют на заводах Минтрансстроя, а на самой подстанции в процессе монтажа их только устанавливают. Аналогичное однорядное прислонное РУ 10 кВ, состоящее из ячеек КВВО изготовляют на заводах Минтрансстроя. В ячейке кремниевого выпрямителя (КВ) все оборудование — шкафы, панель ручного и дистанционного управления, быстродействующий автомат обратного тока — устанавливают при монтаже. Кроме пультов, щитов и панелей для ячейки выпрямителя заводы изготовляют специальные сетчатые ограждения. В одноэтажных бес подвальных подстанциях кабели прокладывают в кабельных каналах, которые закрывают асбоцементными плитами или рифленым железом. В двухэтажных подстанциях и одноэтажных, имеющих подвал, кабели размещают на специальных конструкциях, подвешиваемых соответственно к потолку первого этажа или подвала. Вокруг машинного зала, щитовой и других помещений, в которых установлено оборудование, прокладывают контур заземления в виде прикрепленной к стене стальной полосы сечением 40×5 мм. К этой полосе присоединяют наглухо металлические корпуса всего высоковольтного и другого оборудования. Данный контур заземления выводят из подстанции и соединяют с наружным контуром заземления. На тяговых подстанциях постоянного тока для защиты оборудования РУ 3,3 кВ от токов, короткого замыкания и для исключения возможности подпитки места короткого замыкания от выпрямителей соседних подстанций на выходе внутреннего контура заземления из здания (в двух местах) устанавливают земляные реле, которые при коротком замыкании отключают все оборудование 3,3 кВ.

Виды тяговых подстанций

Тяговая подстанция в первую очередь подразделяется на две группы:

Постоянного тока.
Переменного тока.

Первый из названных вариантов включает оборудование, рассчитанное на 6-220 кВ. При этом питание осуществляется по ЛЭП воздушного и кабельного типа. В случае когда напряжение ниже порога 110 кВ, требуется понижение, соответственно, электроэнергия сначала проходит этап понижения значения электрических параметров при участии трансформатора.

В прочих ситуациях энергия направляется сразу в распред. устройство. Тяговая разнотипная подстанция переменного тока по большому счету сходна с оборудованием этого рода, функционирующим на постоянном токе, за единственным исключением, которое состоит в отсутствии преобразующего узла для выпрямления электрических характеристик.

Для чего нужна тяговая подстанция.

Тяговая разнотипная подстанция встречается и в других исполнениях, разделение при этом осуществляется по целевому назначению транспорта:

Оборудование для железной дороги. Встречается в следующих вариантах:

Опорная – может выступать в качестве источника питания для других установок;
Тупиковая – получает электроэнергию от рядом стоящей подстанции;
Промежуточная – питается от двух ближайших установок.

Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. Оборудование данного вида также существует в нескольких исполнениях:

С необходимостью участия обслуживающего персонала;
Полностью автоматизированные;
ТП для трамвая и троллейбуса, которые не требуют участия в работе оборудования персонала и представляют телеуправляемую технику.

Установки для метрополитена. Различают следующие виды подобной техники:

Тяговая;
Понизительная;
Тягово-понизительная.

Будет интересно➡ Что нужно знать о трансформаторах тока

В первом случае представлена тяговая распределительная подстанция, питание которой осуществляется посредством городских электросетей. Второй из названных вариантов предполагает получение тока больших значений от тяговой установки, который в дальнейшем понижается до уровня 400-230 В, чего достаточно для силовых и осветительных приборов.

Трансформаторная подстанция.

Технические характеристики

Тяговые подстанции трамвая, метро и троллейбуса и железнодорожного транспорта имеют ряд параметров, по которым подбирается требуемый вариант. Кстати, если сравнивать их с таким оборудованием, как столбовые подстанции СТП, которые питаются переменным током и представлены исключительно лишь тупиковым вариантом конструкции, то ассортимент будет весьма широк, что несколько затрудняет выбор.

Для ориентации в большом количестве исполнений нужно четко представлять, какие нагрузки будут оказываться на технику данного вида, в соответствии с чем определяются параметры оборудования:

величина сопротивления и напряжения на шинах, куда подается уже выпрямленный ток;
тяговая подстанция метро, железной дороги и прочего электротранспорта характеризуется внутренним сопротивлением, а также сопротивлением отсасывающего фидера и сглаживающего узла, посредством данных величин можно получить значение сопротивления всей установки, суммировав их;
тяговые подстанции метро и РЖД отличаются по количеству используемых в конструкции трансформаторов и распред. устройств;
напряжение всей установки является расчетной величиной и определяется из формул;
мощность короткого замыкания.

Для сравнения, определяющими параметрами для такого оборудования, как столбовые трансформаторные подстанции, являются: общая мощность, а также значения высшего и низшего напряжения.

Тяговая подстанция большой мощности.

Железнодорожный электротранспорт

Его контактная сеть имеет большую протяженность. Причем нередко по таким местам, где иных источников электрического тока нет. Поэтому по ней может течь не только постоянный, но и переменный ток, который передается на большие расстояния с меньшими потерями.

Номинальное напряжение контактной сети

На подстанции подается напряжение 220 или 110 кВ переменного тока, а если контактная сеть устаревшая, то 35 кВ. Для систем питания постоянным током оно преобразуется в 3,3 кВ, а для переменного в 27,5 кВ.

Для обеспечения нужд железнодорожной инфраструктуры (семафоры, стрелки, служебные помещения) в состав оборудования тяговой подстанции включается трансформаторная обмотка, с которой снимается напряжение 10 киловольт. Оно преобразуется до трехфазного линейного 380 вольт (система с глухозаземленной нейтралью), позволяющего переходить на бытовые 220 вольт 50 Гц.

Организационная структура контактной сети

На железнодорожном транспорте существуют следующие типы тяговых подстанций:

Опорные. К ним подводится не менее четырех автономных линий электропередач. Они являются основными источниками электропитания для контактной сети. Если используется постоянный ток, то расстояние между ними не более 15 км. При переменном оно увеличивается до пятидесяти.
Транзитные, питаются от двух независимых ЛЭП и включаются в разрыв между опорными подстанциями. Обеспечивают передачу электроэнергии на большие расстояния, а также непрерывность питания контактной сети в случае аварии на одном из участков.
Отпаечные (тупиковые). Используются для обеспечения движения электропоездов по обособленным веткам. Отпаечные подстанции питаются от двух независимых ЛЭП.
Стыковочные. Используются там, где происходит смена типа контактной сети. Они осуществляют гальваническую развязку между переменным и постоянным током.

Конструкция контактной сети

Трехфазные асинхронные двигатели на электротранспорте любого типа не используются по причине чрезмерного увеличения стоимости контактной сети, сложности токосъемников и невозможности их работы на высоких скоростях. Воздушный контактный провод всегда один и он фазный. Роль нулевого играет рельс, поэтому в пределах нескольких десятков метров от железнодорожного полотна регистрируются так называемые блуждающие токи.

На дальних перегонах, с целью уменьшения потерь, тяговая подстанция переменного тока выдает 50 кВ, это напряжение делится пополам (схема 25х2) между питающим и контактным проводом с помощью автотрансформатора, центральная точка которого замкнута на рельс. По контактной сети переменного тока можно пропускать и постоянный. Для этого используется стыковочная тяговая подстанция, осуществляющая переключение типа напряжения на определенном участке.

На электровозах переменного тока – ВЛ80, ВЛ85 – ставятся выпрямители и двигатели, способные работать на пульсирующем токе. Они рассчитаны на номинальное напряжение 25 киловольт – 2,5 киловольта теряются из-за высокого сопротивления цепи между контактным проводом и рельсом. Модели ВЛ10 и ВЛ11 работают на постоянном токе, а ВЛ82М имеет привод обоих типов.

Тяговая подстанция переменного тока

Тяговая подстанция переменного тока служит только для понижения напряжения ( трансформации) переменного тока, получаемого от энергосистем. Однофазным током такого напряжения питается контактная сеть. Тяговые подстанции переменного тока системы 2×25 кВ с первичным напряжением 110 ( 220) кВ имеют структурную схему, особенностью которой является применение специальных однофазных трансформаторов и их присоединение к тяговой сети. На тяговых подстанциях переменного тока используют конденсаторные батареи. На тяговых подстанциях переменного тока во многих случаях устанавливают оборудование, необходимость в котором определяется родом тока и его влиянием на идущие параллельно железной дороге линии связи и электрические сети низкого напряжения.

Схема тяговой подстанции переменного тока.

Для этого на тяговых подстанциях применяют специальные установки для повышения коэффициента мощности тяговой нагрузки, устройства СЦБ для питания линий током повышенной частоты и компенсирующие устройства. На тяговых подстанциях переменного тока высоковольтные кабели тягового напряжения должны выполняться небронированными и в неметаллической оболочке. Кроме того, в распределительном устройстве должны быть предусмотрены меры, исключающие нагрев металлоконструкций однофазным переменным током.

На тяговых подстанциях переменного тока 2×25 кВ устанавливают два рабочих и один резервный трансформатор. Питание тяговых нагрузок от однофазных трансформаторов, собранных по схеме открытого треугольника, вынуждает устанавливать для питания районных нетяговых потребителей дополнительно двух – или трехобмоточные трансформаторы.

На совмещенных тяговых подстанциях переменного тока ( при потребителях электроэнергии I и II категорий) устанавливаются, как правило, два тяговых и отдельно два трансформатора для питания силовой нагрузки. На тяговых подстанциях переменного тока постройки 1954 – 1961 гг. в схемах питания автоблокировки при частоте 75 Гц кроме перечисленных трансформаторов устанавливают автотрансформаторы. У автотрансформатора обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения.

Питание района от тяговых подстанций переменного тока с высшим напряжением ПО кВ может осуществляться либо от трехобмоточных тяговых трансформаторов, либо от отдельных трансформаторов, устанавливаемых на тяговых подстанциях. Если для электроснабжения района требуется одно питающее напряжение, наиболее целесообразна схема питания от третьей обмотки тяговых трансформаторов. При наличии существующей районной нагрузки на двух напряжениях может оказаться более экономичным вариант питания тяговых и районных потребителей от отдельных трансформатеров.

Дополнительный материал: Как сделать 4G антенну.

Эффективность схемы раздельного питания возрастает в случаях, когда для питания тяги можно ограничиться установкой одного трансформатора, а также когда тяговая подстанция сооружается вблизи действующей районной подстанции. Мощность трансформаторов STp тяговых подстанций переменного тока зависит от величины тяговой нагрузки по плечам питания 1а и / fr и от мощности железнодорожной нетяговой S. В связи с большой мощностью тяговых подстанций переменного тока напряжения ниже ПО кВ для их питания не применяют. Поэтому при размещении такой подстанции вблизи районной рекомендуется помещать их на одной площадке.

Как работает тяговая подстанция.

содержание .. 21 22 29 ..

5.2 .

Классификация и структурные схемы тяговых подстанций электрических железных дорог

Классифицировать тяговую подстанцию это значит словесно описать ее наиболее характерные схемные и конструктивные особенности. Принято классифицировать тяговые подстанции по следующим признакам:

— напряжению и роду тока (постоянный или переменный), при которых энергия от тяговой подстанции поступает к электрическим поездам;

— первичному напряжению, т. е. напряжению в линии электропередачи, к которой подключена тяговая подстанция со стороны системы внешнего электроснабжения;

— схеме присоединения тяговой подстанции к системе внешнего электроснабжения;

— способу обслуживания тяговой подстанции;

— способу управления оборудованием тяговой подстанции, а также по другим, не названным выше признакам, если указание на них целесообразно.

По первому признаку различают тяговые подстанции: постоянного тока напряжением 3,3 кВ; переменного тока напряжением 25 кВ;

переменного тока напряжением 2×25 кВ и постоянно-переменного тока (стыковые), обслуживающие участки двух систем тяги в месте их стыковки.

Подстанции постоянного тока используют первичное напряжение классов 6-10-35-110 и 220 кВ, переменного — 110 и 220 кВ.

К системе внешнего

электроснабжения тяговые подстанции могут присоединяться по различным схемам. Подстанции, присоединяемые по схемам, приведенным на рис. 5.4, а, б

и в, называют промежуточными, по схеме на рис. 5.4,г — опорными. В свою очередь, промежуточные подстанции разделяются на промежуточные транзитные (рис. 5.4,а,б) и промежуточными на ответвлениях (рис. 5.4,в). Особенность присоединения подстанции непременно отражается на схеме самой подстанции, о чем будет сказано далее.

По способу обслуживания тяговые подстанции делятся на подстанции без дежурного персонала, с дежурством на дому и с постоянным дежурным персоналом. По системе управления различают: телеуправляемые подстанции, т.е. такие, оборудование которых может включать и отключать диспетчер, используя систему телеуправления и находясь при этом на значительном расстоянии от подстанции (100 -250 км); без телеуправления, т.е. такие, для управления которыми нужно быть непосредственно на тяговой подстанции.

Попробуем далее классифицировать тяговые подстанции на примере описания их структурных схем. Структурными называют схемы, показывающие принцип выполнения электроустановки на уровне крупных функциональных узлов — структур. Одним из наиболее важных функциональных узлов любой подстанции, в том числе тяговой, является распределительное устройство (РУ). Назначение РУ состоит в приеме электрической энергии от какого-либо источника по специальным линиям (вводам) и распределение ее по потребителям с помощью отходящих питающих линий.

Другой, не менее важный функциональный узел подстанции -трансформатор. Различают понижающие трансформаторы, назначение которых сводится к понижению напряжения, и преобразовательные трансформаторы, назначение которых состоит в понижении напряжения и, при необходимости, одновременно в увеличении числа фаз на вторичной обмотке. Преобразовательные трансформаторы питают выпрямители и инверторы. Последние также можно рассматривать как отдельные функциональные узлы. Выпрямители преобразуют (выпрямляют) переменный ток, на котором энергия поступает к выпрямителю, в постоянный, на котором она затем используется электрическими поездами. Инверторы выполняют обратное преобразование (инвертирование) энергии постоянного тока, вырабатываемой э.п.с. во время торможения у станций или на крутых спусках, в энергию переменного тока, на котором она через преобразовательный трансформатор возвращается в систему внешнего электроснабжения.

Другие функциональные узлы, специфические для отдельных видов тяговых подстанций, будут понятны из рассмотрения структурных схем.

Структурная схема промежуточной тяговой подстанции постоянного тока 3,3 кВ с первичным напряжением 110 (220) кВ и РУ 35 кВ для питания района.

Основные функциональные узлы тяговой подстанции (рис. 5.5): / — РУ 110(220) кВ; // — понижающий трансформатор; /// — РУ 35 кВ; IV— РУ 10 кВ; V

— преобразовательный трансформатор; VI — выпрямитель; VII — РУ 3,3 кВ; VIII — сглаживающее устройство.

Рис. 5.5. Структурная схема промежуточной тяговой подстанции постоянного тока 3,3 кВ

Вводы, питающие линии и другие присоединения обозначены арабскими цифрами. Через вводы 1 трехфазное напряжение 110(220) кВ, передаваемое по трем проводам, подается в РУ 110 (220) кВ I, откуда по присоединениям 2 — к понижающим трансформаторам II. Эти трансформаторы трехобмоточные, поэтому обмотками вн и нн они понижают первичное напряжение до 10 кВ, а обмотками вн и сн — до 35 кВ. Через вводы 5 напряжение 10 кВ поступает в РУ 10 кВ IV, а через вводы 3 напряжение 35 кВ — в РУ 35 кВ III. По питающим линиям 4 напряжение 35 кВ подается в РУ 35 кВ трансформаторных подстанций района (на схеме не показаны), по линиям 6 напряжение 10 кВ подается от РУ 10 кВ IV для

питания нетяговых железнодорожных потребителей. Линии обычно размещаются с полевой стороны на опорах контактной сети (см. рис. 5.1).

По присоединениям 7 от того же РУ 10 кВ получают трехфазное напряжение преобразовательные трансформаторы V. Они понижают напряжение до 1,52 кВ. Это напряжение подается на выпрямители VI, которые преобразовывают его в напряжение постоянного тока 3,3 кВ. Поэтому от выпрямителей в РУ 3,3 кВ VII идут уже всего два провода (две шины): 9 и 10. Потенциал шины 9 выше (он обозначен знаком +), шины 10 ниже (он обозначен знаком -), а разность потенциалов между шинами (напряжение) составляет 3,3 кВ.

Через РУ 3,3 кВ и питающую линию (фидер) контактной сети 11 потенциал шины 9 (+) подается на участок контактной сети 17, а через сглаживающее устройство VIII и рельсовый фидер 21 потенциал шины 10 (-) — на рельсы 20.

Несколько слов о сглаживающем устройстве VIII. Оно предназначено для резкого (в 50-100 раз) снижения пульсаций тока в тяговой сети, которые возникали бы под действием пульсирующего, не идеально сглаженного напряжения на выходе выпрямителя VI и наводили помехи в линии проводной связи, проходящей параллельно трассе железной дороги.

На другие участки контактной сети потенциал шины 9 (+) подается через фидеры контактной сети 12, 13, 14. Соседние участки по одному пути разделены воздушным промежутком 18. Заметим, что собственно схема тяговой подстанции кончается там, где на рис. 5.5 проходит штриховая линия (ниже РУ 3,3 кВ).

Таким образом, между любым участком контактной сети и рельсами разность потенциалов (напряжение) в зависимости от величины тяговой нагрузки подстанции составляет величину 2.7 — 3,3 кВ. Это дает возможность машинисту э.п.с. 19, подключив двигатели, собрать замкнутую цепь тока. При этом двигатели начнут потреблять электрическую энергию, превращая ее в механическую энергию движения поезда.

Напомним, что электрическую энергию вырабатывают генераторы электрических станций системы внешнего электроснабжения, откуда она передается сначала через ЛЭП и районные подстанции системы внешнего электроснабжения, а затем уже через тяговую подстанцию и тяговую сеть к э.п.с. 19. В соответствии с общими закономерностями передача

электрической энергии сопровождается потерями во всех звеньях тракта передачи: от источника до потребителя. Это означает, что если потребитель (в нашем случае э.п.с. 19) получил за некоторое время АЭ кВтч энергии, то электрические станции системы должны выработать за это же время А= А э П п кВт-ч активной энергии, где п — коэффициент полезного действия тракта передачи энергии.

Существенно и другое: одновременно с активной энергией А, кВт-ч, станции должны за это же время выработать еще и реактивную энергию АР, квар-ч, не производящую работы и лишь загружающую систему протеканием тока. Эта энергия определяется индуктивностью тракта передачи и свойствами

потребителей активной энергии. Без потребления реактивной энергии не может работать ни один преобразовательный агрегат, под которым понимают выпрямитель и преобразовательный трансформатор, взятые как единое целое.

Для полного понимания процессов преобразования энергии в схеме рассматриваемой тяговой подстанции необходимо обратить внимание на следующее: между истинными источниками электрической энергии -электрическими станциями и э.п.с. 19 существует несколько гальванически, т.е. электрически разделенных, но магнитосвязанных контуров тока, в каждом из которых существуют свой формальный источник энергии и формальный потребитель энергии. При этом все формальные источники и потребители энергии обладают признаками истинных. В рассматриваемой схеме таких контуров три.

Первый — контур постоянного тока 3,3 кВ. Формальный источник энергии: выпрямители VI совместно с обмотками нн преобразовательных трансформаторов. Формальный потребитель, он же истинный — э.п.с. 19. Цепь тока (в соответствии с принятым положительным направлением тока электровоза 1Э, указанным стрелкой) замыкается последовательно: нн V — 8

— V — 9 — VII — 11 — 17 — 19 — 20 — 21 — VIII — 1 — 15 — VII — VI — нн V. Измерениями можно установить, что наибольшее падение напряжения в этом контуре приходится на э.п.с. Это означает, что э.п.с. потребляет и основную долю энергии, расходуемую в этом контуре, где она в основном преобразуется в электрическую энергию движения поезда и лишь частично теряется в виде тепла.

Второй — контур трехфазного переменного тока 10 кВ. Формальный источник энергии: обмотки нн трансформаторов II. Формальный

потребитель: обмотки вн преобразовательных трансформаторов V. Токи протекают по трем проводам (фазам) рассматриваемого контура. Наибольшая доля активной составляющей падения напряжения приходится на обмотки вн трансформаторов V, что и дает право считать их потребителем энергии.

Закономерная особенность двух рассмотренных магнитосвязанных контуров состоит в том, что разделяющий их элемент -преобразовательные трансформаторы V — является одновременно источником энергии в первом контуре и потребителем — во втором. Это имеет физическое объяснение: только потребив большую часть энергий во втором контуре, можно обеспечить экономичную ее передачу э.п.с. 19 в первом.

Третий — контур переменного тока 110(220) кВ (приведен на рис. 5.5 частично). Формальный потребитель: обмотки вн понижающих

трансформаторов II. Формальный источник на схеме не показан и находится в системе внешнего электроснабжения. Вернее всего, это вторичные обмотки понижающих трансформаторов районных подстанций или же обмотки повышающих трансформаторов электрической станции. Значит, рассматриваемый третий контур не является последним и до

истинного источника электрической энергии — генераторов электрических станций — еще должен быть как минимум один магнитосвязанный контур. Наибольшая доля активной составляющей падения напряжения в контуре приходится на обмотки вн понижающих трансформаторов II.

Тяговая подстанция постоянного тока (рис. 5.6). Подстанция имеет ту же структурную схему, что и на рис. 5.5, порядок обозначения структур сохранен. В левой верхней части рисунка видно РУ 110 кВ /, в котором размещено пока незнакомое нам оборудование. Среди него выделим выключатель 41, разъединители 39 и 43, отделитель 46 и разрядник 42. Все эти элементы обеспечивают нормальное функционирование распределительного устройства данного типа. По трем проводам присоединения 2, находящимся между изоляторами 116, укрепленными на порталах 115 РУ, и изоляторами 126 на порталах 127, подается напряжение на понижающие трансформаторы //. От каждого понижающего трансформатора отходит ввод 5 в РУ 10 кВ IV, которое расположено внутри здания подстанции 132, у его левой стены, и видно на рис. 5.6 благодаря условно снятой крыше здания тяговой подстанции.

Основная коммутационная аппаратура в ячейках РУ 10 и 3,3 кВ (IV и VII) — выключатели и разъединители — будет рассмотрена более подробно в разделе 5.3. настоящего учебника. В нижнем правом углу здания тяговой подстанции и в пристройке снаружи VIII размещено сглаживающее устройство. Из здания подстанции фидерами 11-14 и рельсовым фидером 21 выпрямленное напряжение постоянного тока 3,3 кВ подается в тяговую сеть. РУ 35 кВ тяговой подстанции /// смонтировано в левой части ее территории и выполнено из стандартных блоков 109, объединенных системой сборных шин 110. Шины закреплены между поперечинами 113, укрепленными на опорах 11, и изолированы от последних гирляндами изоляторов 112. РУ 35 кВ получает питание по вводам 3 через блок ввода 125 и линию 119 от тех же понижающих трансформаторов II. Блоки РУ 35 кВ выполнены открытыми, поэтому в начале и конце блока отходящей линии 109, питающей районные потребители, ясно просматриваются разъединители 22 и выключатели 24.

Сравнительное масштабное сопоставление элементов территории тяговой подстанции можно провести, взяв за базу отсчета длину вагона масляного хозяйства 121 (20 м), вводимого на территорию тяговой подстанции, или же рост человека (1,8 м).

Рис. 5.6. Тяговая подстанция постоянного тока

Кроме рассмотренных, на рисунке видны и другие элементы конструкции тяговой подстанции: рама РУ 110 кВ, состоящая из опор 103 и поперечин 104, 108, отдельно стоящие опоры с громоотводами (диверторами) 133 и др.

Структурная схема опорной тяговой подстанции переменного тока 25 кВ с первичным напряжением 110(220) кВ и РУ 10 кВ для питания района (рис. 5.7). Основные функциональные узлы тяговой подстанции: I — РУ 1 10(220) кВ; II — понижающие трансформаторы; III — РУ 10 кВ; IV— РУ 25 кВ.

По вводам 1 трехфазное напряжение 110(220) кВ подается в РУ 110(220) кВ. Это РУ имеет более сложную схему и конструкцию, чем РУ такого же напряжения на рис. 5.6, так как оно предназначено для приема и распределения энергии, которая может поступать сразу по четырем вводам. По присоединениям 2 трехфазное напряжение от РУ 110 (220) кВ подводится к трехобмоточным понижающим трансформаторам II, которые обмотками вн и сн понижают первичное напряжение до 25 кВ, а обмотками вн и нн — до 10 кВ. Напряжение 25 кВ используется для питания э. п. с., а 10 кВ — района. Последнее от трансформаторов II подводится по вводам 3 к РУ 10 кВ тяговой подстанции III, откуда по питающим линиям 4 к трансформаторным подстанциям потребителей района (на схеме не показаны).

Подвод напряжения 25 кВ к участкам тяговой сети слева и справа от подстанции обеспечивается через РУ25 кВ IV по фидерам контактной сети 8 (фаза а), 9 (фаза b) и рельсовому фидеру 6 (фаза с). На участок тяговой сети слева от подстанции (между контактной сетью 15 и рельсами 22) подается однофазное напряжение Ua-c = 25 кВ (эффективное значение), а на участок справа (между контактной сетью 19 и рельсами 22) —

однофазное напряжение Ua-b также с эффективным значением 25 кВ. Из-за разницы фаз напряжений между участками контактной сети слева 15 и справа 19 они разделены нейтральной вставкой 17. От РУ 25 кВ через двухфазные фидеры 7 и 10 подается напряжение также и в линии ДПР, соответственно слева 13 и справа 14, используемые для питания нетяговых потребителей 20 и 21.

Потребление энергии э.п.с. 23 начинается после подключения его цепей между контактной сетью 19 и рельсами 22. При этом энергия от истинного источника электрической » энергии — электрических станций (на схеме не показаны) — до истинного потребителя — э.п.с. 23 -передается последовательно через несколько магнитосвязанных, но гальванически разделенных контуров тока, в каждом из которых существует свой формальный источник и формальный потребитель энергии. В пределах от вводов I и до поезда 23 два таких контура.

Первый — контур переменного тягового тока 25 кВ. Формальный источник энергии — обмотки сн трансформатора. Формальный потребитель, он же истинный — э.п.с. 23. Тяговый ток замыкается по контуру сн II — 5 — IV —

9 — 19 — 23 — 22 — 6 — IV — 5 — сн II. Максимальная доля активной составляющей падения напряжения приходится на э.п.с. 23.

Второй — контур переменного тока 110(220) кВ. Формальный потребитель — обмотки вн трансформатора II. Формальный источник на рисунке не показан, но вероятнее всего это обмотки понижающих трансформаторов районных подстанций или же обмотки повышающих трансформаторов электрической станции. Значит, рассматриваемый второй контур не является последним и до истинного источника -генераторов электрических станций — еще должен быть, как минимум, один контур.

Максимальная доля активной составляющей падения напряжения во втором контуре приходится на фиктивный потребитель — обмотки вн трансформатора //. Нетрудно видеть, что и в данном случае формальный источник энергии в первом контуре — трансформатор // — является потребителем во втором контуре. Объяснение этому дано выше при рассмотрении схемы подстанции постоянного тока. Следует заметить, что схема тяговой подстанции кончается там, где на рис. 5.7 проходит штриховая линия.

На рис.5.7 показана схема питания через фидеры 9, 10 и рельсовый фидер 13 тяговой сети первого пути железной дороги. Аналогичным образом через фидеры 11, 12 и рельсовый фидер 13 питается тяговая сеть второго пути (на схеме не показан).

Структурная схема промежуточной тяговой подстанции переменного тока 2×25 кВ с первичным напряжением 110(220) кВ.

Отключение из-за неисправности любого из трансформаторов II или III нарушает систему напряжений РУ 2×25 кВ (см. рис. 5.9). При этом лишаются питания поезда одной из зон (слева или справа от подстанции) и все нетяговые потребители (и слева, и справа). Чтобы исключить такую неприятную возможность, на подстанции имеется третий, резервный трансформатор IV, который через питающую линию 7 может получать от РУ 110(220) кВ I или напряжение UCA как трансформатор II, или напряжение UAB как трансформатор III и подводить к РУ 2×25 кВ напряжения, совпадающие по фазе с напряжениями, подводимыми трансформаторами II и III. Для осуществления этого в РУ 110(220) кВ I и в РУ 2×25 кВ V имеются соответствующие системы переключений. Поскольку напряжение между участками тяговой и питающей сетей слева 21 и 29 и справа 25 и 31 от тяговой подстанции различно (см. рис. 5.9), они отделены друг от друга воздушными промежутками 22 и 24, нейтральной вставкой 23 и промежутком 30. Электроснабжение районных потребителей осуществляется от РУ VII по питающим линиям 9. Напряжение в РУ VII подается по вводам 10 от специального трансформатора VI, подключенного к РУ 25 кВ V проводами II. Следует заметить, что схема тяговой подстанции кончается там, где на рис. 5.8 проходит штриховая линия. Как и в рассмотренных выше структурных схемах тяговой подстанции (см. рис. 5.5 и 5.7), в схеме на рис. 5.8 между истинным потребителем электрической энергии — э.п.с. 27 — и истинным источником — генераторами электрических станций (на схеме не показаны) — существует несколько гальванически разделенных, но магнитосвязанных контуров тока, в каждом из которых имеются свой формальный источник и потребитель энергии.

содержание .. 21 22 29 ..

Классификация в зависимости от назначения

В соответствии с условиями работы тяговая подстанция может быть отнесена к одной из следующих групп. Для железнодорожного транспорта применяются опорные, тупиковые, промежуточные разновидности. В первом случае установка может использоваться для питания прочих объектов. Тупиковые аппараты обеспечиваются электротоком от соседних подстанций, а промежуточные – от двух соседних установок.

Для т троллейбусов и трамваев применяются особые разновидности. Первая группа приборов нуждается в участии обслуживающего персонала. Вторая категория полностью автоматизирована. К третьей категории относится телеуправляемая техника. В управлении такими станциями не требуется участие персонала. Для метрополитена используют понизительные, тяговые и тягово-понизительные приборы. В первом варианте система питается от оборудования городских электросетей. Второй тип понижает напряжение до 400-220 В. Ее энергию применяют для питания осветительных и силовых приборов.

Общий вид электроподстанции.

Структура

Описание типовых схем представленных аппаратов достаточно сложное. Одна ко можно выделить общие че рты. Подключение в системе производится в соответствии с особенностями транспорта, для которого применяется агрегат. Распределитель состоит из трех блоков. В первом находится устройство, принимающее высокое напряжение, во втором отсеке – трансформатор, а в третьем – выход для электроэнергии с заданными характеристиками. Предусмотрен всего один выключатель. На вводе присутствует разъединитель.

Соединение первичных обмоток выполняется по схеме звезда. Нулевая фаза обязательно заземляется. Вторичные обмотки соединяются в виде треугольника. Одну из фаз заземляют и подводят к рельсу. В метрополитене для этого предусмотрено наличие особого контактора. Этот рельс предназначен исключительно для снятия напряжения электровозом. Другие фазы подают то к в два воздушных кабеля. Их иногда применяют для снабжения электроэнергией других потребителей, но в основном по воздушным проводам тяговые подстанции обеспечивают питание троллейбусов.

Для трамвая этот процесс предполагает задействовать один воздушный провод и один наземный рельс. В большинстве стран мира напряжение для та кой сети составляет 550 В.

Питание подстанции

Тяговая подстанция должна обеспечивать бесперебойную подачу электричества для передвижения транспорта. Поэтому многие из подобных агрегатов запитываются с разу от двух автономных сетей. При этом может применяться однолинейная схема тяговой подстанции или при помощи двух резервных линий к другому источнику питания. Также возможен вариант запитки перемычками между отдельными подстанциями.

Питание подстанции

Если применяется вариант из двух отдельных линий, каждая из них должна быть рассчитана на максимальную нагрузку агрегата. Резервные коммуникации должны выдерживать общую нагрузку соединенных станций. Раньше для запитки сетей метрополитена применяли радиальную схему. Она сложна и затратная. При ее применении требуется слишком много кабеля. От нее от казались. Сегодня применяются толь ко приведенные выше схемы. Линии и перемычки позволяют объединять аппаратуру в отдельные группы. Если внутри нее вышел из строя один прибор, его функции берут на себя другие агрегаты.

Также при выполнении мероприятий по текущему обслуживанию агрегатов проведение всех операций будет п роще, не вызывая остановки системы. В этом случае существует возможность обесточить толь ко один агрегат. Другие устройства при этом будут обеспечивать работу линии. Такой подход к текущему ремонту значительно упрощает работу персонала, делая обслуживание менее затратным.

Использование тяговых подстанций

Предназначение тяговой подстанции следующее: преобразовывать и распределять электрический ток в целях обслуживания электротранспорта. Подстанции подразделяются по виду выдаваемого в контактную сеть электрического тока – постоянного и переменного – от того, какой именно вид использует электротранспорт: электровозы наземных железных дорог, метрополитена, трамваи или троллейбусы. Тяговая подстанция может обеспечивать электротоком и других потребителей, не только железную дорогу.

Тяговая подстанция может быть стационарной или передвижной. Передвижные используются достаточно редко. Расстояние между тяговыми подстанциями с постоянным током в контактной сети, их возводят с шагом в десять-пятнадцать километров. Дистанция меняется от требуемой мощности, которая находится в зависимости от напряженности в движении составов, рельефа местности.

Тяговая подстанция запитывается от линий электропередач, проложенных по воздуху на опорах, или же через кабельной сети. Внешнее напряжение снижает трансформатор и передает его к выпрямителю, с него электрический ток подается к контактной сети. В настоящее время на электровозах и на других видах электротранспорта широко применяется рекуперация энергии. При торможении электровозы, троллейбусы, трамваи – потребители электротока, превращаются в его источник. Электродвигатели становятся генераторами и передают электрический ток контактной сети, поглощая тем самым кинетическую энергию движения, и обеспечивают торможение электротранспорта.

Контактная сеть подстанции.

Для обратного перетекания тока в электросеть служит инвертор. Они в автоматическом режиме отключает выпрямители, как только тормозящий в режиме рекуперации транспорт начинает выдавать ток. На железной дороге номинальным уровнем напряжения принято считать 3300 Вольт, в метрополитенах 825 Вольт, в контактной сети троллейбусов и трамваев 600 Вольт.

Подстанции переменного тока отличаются от аналогичных постоянного тока отсутствием выпрямителя, понижающий трансформатор подает ток непосредственно в контактную сеть.

Расстояние между тяговыми подстанциями, на которых используется переменный ток, выше, чем для станций с использованием постоянного тока – до пятидесяти километров. А напряжение, которое снимает электротранспорт – 27,5 килоВольт. Запитка от внешней сети для них составляет от 110-ти, до 220-ти килоВольт. Схема соединения первичных обмоток понижающего трансформатора таких станций – «звезда» с заземленной нулевой фазой. Вторичные обмотки соединены по схеме «треугольник».

Одна из фаз заземлена и соединена с рельсом, который и служит одним из контактных проводов для электровоза. В метрополитене – это отдельный контактный рельс, который служит исключительно для снятия с него напряжения электровозом подземки. Две другие фазы подают ток в два воздушных провода на разных путях, а также их используют для снабжения других потребителей электроэнергии.

Последних возле железных дорог достаточно много. Это и автоматика управляющая передвижением составов, сигнальные приспособления, связь, освещение платформ и станционных зданий, их обогрев и многое другое. Традиционно во многих местностях система электроснабжения железных дорог является единственной возможностью подвести напряжение к населенным пунктам. Поэтому тяговая подстанция не только используется для электротранспорта, но и снабжает электроэнергией населенные пункты, других потребителей, обеспечивая их потребности.

ЛЭП.

Тяговая подстанция, их группы осуществляют обслуживание наземного, преимущественно, городского, электротранспорта – троллейбусы и трамваи. Они преобразуют ток от внешних сетей в постоянный и передают его на контактные провода или рельсы. Для троллейбусов – это два контактных воздушных провода, для трамваев – один воздушный и рельс. Используемое напряжение в большинстве стран 550 Вольт.

Будет интересно➡ Что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать

Тяговая подстанция может быть дистанционно управляемой, полностью автоматизированной, или же иметь персонал обслуги. Чаще всего персонал присутствует на небольших станциях в некрупных городах. Там, где создание автоматических систем управления экономически нецелесообразно.

Или же, наоборот, на крупных тяговых подстанциях, чье значение слишком велико, чтобы иметь риск их отключения. Нередко персонал присутствует лишь на одной из тяговых подстанций, откуда осуществляется дистанционное управление другими станциями, входящими в общую систему. Наличие персонала не исключает автоматического управления. В таком случае человеку отводится роль наблюдателя-контролера, который может вмешиваться в работу подстанции в экстренных случаях, требующих принятия решения, и в аварийных ситуациях.

Как работает тяговая подстанция.

Целиком автоматизированные станции используют там, где невелика интенсивность прохождения составов, и остановка не должна повлечь далеко идущих последствий в смысле безопасности. Наиболее надежная и экономичная система управления – дистанционная. Тяговая подстанция может быть одноагрегатной и многоагрегатной. Одноагрегатные используются там, где не требуется централизованное снабжение электричеством, на ответвлениях. Они достаточно редки, поскольку не обеспечивают надежного снабжения электричеством. В случае выхода агрегата из строя обесточивается вся сеть, обслуживаемая подстанцией. Поэтому наиболее часто применяются двухагрегатные подстанции. Существуют и трехагрегатные, и четырехагрегатные.

Наличие нескольких агрегатов значительно повышает надежность в работе. При выходе одного агрегатов из строя, включается второй, что обеспечивает бесперебойность. Также наличие более, чем одного агрегата, придает работе гибкость в моменты максимальных нагрузок. Объединение нескольких подстанций в единую управляемую из одного центра группу дает возможность делать их взаимозаменяемыми, удешевляет возведение и эксплуатационные издержки.

Интересно почитать: Как паять алюминий своими руками.

Поскольку главное условие работы тяговой подстанции – бесперебойность, то все они запитываются одновременно от двух различных внешних сетей. Запитка может осуществляться по отдельным линиям, или же от одного с использованием основных и резервных линией к другой подстанции, возможен вариант соединения перемычками кабелем между подстанциями.

При использовании двух отдельных линий, и та и другая должны рассчитываться на максимальную нагрузку подстанции. Резервное соединение должно выдерживать одновременно нагрузку соединенных станций, соединение кабельной перемычкой – одной. Схема номер два наиболее часто применяется в метрополитене, так как, она достаточно надежна, экономична и удобна в управлении.

Ранее, когда только начиналось строительство метрополитена в стране, для запитки подстанций от городских сетей применяли радиальную схему линий. Однако, такая схема достаточно сложная, она предусматривает много кабелей, ячеек. Поэтому от нее вскоре отказались. Теперь запитка производится, используя линии и перемычки. Это обеспечивает объединение подстанций в отдельные группы. Если выходит из строя один из понижающих трансформаторов в группе, другие перераспределяют на себя его нагрузку.

Как устроен и работает электровоз, тяговый подвижной состав

Тяговые подстанции

Тяговые подстанции дорог постоянного и переменного тока значительно различаются по устройству. Однако и те и другие должны отвечать следующим требованиям: обеспечивать надежность электроснабжения локомотивов, быть по возможности несложными, безопасными в обслуживании. Желательно также, чтобы расходы на их монтаж и эксплуатацию были невелики.

Познакомимся с устройством типовой тяговой подстанции постоянного тока (рис. 132). На ней установлено два силовых трансформатора 77 и Т2 (их может быть и больше). Каждый из трансформаторов соединен со своим выпрямителем В, собранным по трехфазной мостовой схеме. Катоды выпрямителей быстродействующими выключателями БВ и разъединителями Р соединены с шиной <-(- > распределительного устройства РУ постоянного тока. Аноды выпрямителей соединены разъединителями с шиной <->.

Шина <+ >, или, как еще ее называют, главная шина, соединена фидерами с контактной сетью. В фидер для защиты подстанций от коротких замыканий в контактной сети включены быстродействующий выключатель БВф и два разъединителя Рф. Отключив эти разъединители, можно производить в безопасных условиях ревизию или осмотр быстродействующего выключателя. Защита от коротких замыканий должна действовать избирательно (селективно)

и не отключать контактную сеть в тяжелых рабочих режимах, например при одновременном пуске нескольких единиц электроподвижного состава, резком колебании нагрузок, связанных с перегруппировкой тяговых двигателей.

Фидеров обычно бывает несколько (на рис. 132 показан один). Количество их зависит от числа электрифицированных путей на перегоне, путевого развития станций, наличия депо. Шину <-> (ее еще называют обратной) соединяют с рельсами отсасывающей воздушной или кабельной линией.

Поясним особенности выпрямления переменного тока на тяговых подстанциях. Выше было отмечено, что выпрямленный ток на подстанциях является практически постоянным в отличие от пульсирующего на электровозах переменного тока. Объясняется это тем, что на тяговых подстанциях выпрямляется трехфазный ток в отличие от однофазного, который подводится к электровозам переменного тока.

При однофазном токе для уменьшения пульсаций применяется двухпериодная схема выпрямления (см. рис. 62, б); по такой же схеме включают и все три фазы вторичной обмотки трансформатора, соединенные <�звездой>. К обмоткам присоединены шесть групп вентилей, работающих поочередно. При этом обеспечивается шестифазное выпрямление. Кроме того, для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в шину <-> включают сглаживающий реактор СР. л Схема рис. 132 упрощена; на ней, например, не показаны запасная шина и запасной БВ, с помощью которых, не прерывая питание, можно заменить любой БВ фидера; не показан также ряд других устройств и аппаратов.

Чтобы еще больше уменьшить колебания выпрямленного напряжения, можно применить параллельную работу двух преобразовательных агрегатов, каждый из которых имеет шестипульсовые схемы выпрямления. Пульсации выпрямленного напряжения каждой установки следуют со сдвигом 360°:6= = 60°. Если искусственно сделать дополнительный сдвиг на 30° при параллельной работе двух выпрямителей, то на выходных линиях подстанции будет выпрямленное напряжение с 12-фазной пульсацией. Отклонение этих колебаний от среднего значения выпрямленного напряжения меньше, чем при шестипульсовой схеме.

Рис. 132. Принципиальная схема тяговой подстанции постоянного тока

Для того чтобы можно было осуществить рекуперацию на электроподвижном составе, независимо от наличия потребителя на линии устанавливают инверторы или поглощающие устройства на подстанциях. Принцип инвертирования (преобразование постоянного тока в переменный) был рассмотрен применительно к установкам на электроподвижном составе. В отличие от рассмотренного инвертор, расположенный на подстанции, является многофазным: он преобразует постоянное напряжение в трехфазное.

В СССР применяют в основном выпрямительно-инверторные установки, силовая схема которых рассчитана на работу в двух режимах: выпрямления и инвертирования. При наличии такой установки энергия рекуперации передается от тяговой подстанции в систему первичного (внешнего) электроснабжения.

Поглощающие устройства состоят из резисторов. Поглощающие резисторы, в которых энергия рекуперации бесполезно рассеивается, целесообразно применять лишь тогда, когда количество энергии рекуперации, поступающее на подстанции, незначительно, и эта энергия в основном потребляется электровозами, находящимися в тяговом режиме. Это возможно на многопутных электрифицированных участках с интенсивным движением, на которых всегда в зонах питания имеются электровозы, потребляющие энергию.

Однако в некоторые моменты времени на таких участках кратковременно могут отсутствовать электровозы — потребители энергии рекуперации. При отсутствии приемников этой энергии возможны срывы рекуперативного торможения поездов, движущихся с большой скоростью по уклону. Это недопустимо как с точки зрения безопасности движения, так и вследствие возникновения в таких случаях чрезмерно высокого напряжения, опасного для тяговых двигателей.

Поэтому на тяговых подстанциях устанавливают поглощающие резисторы, служащие резервным приемником энергии рекуперации в указанные моменты времени. Их включение должно производиться безынерционно как только напряжение в контактной сети превысит напряжение на выходе выпрямителя, установленного на подстанции.

На подстанциях дорог переменного тока используют силовые трансформаторы различных типов с разными схемами соединения их обмоток в зависимости от величины нагрузок и условий электроснабжения тяговой подстанции. В случае питания тяговой подстанции от двух линий электропередачи (ЛЭП) первичные обмотки трансформаторов 77 и Т2 (рис. 133) присоединяют к разным ЛЭП.

В случае необходимости эти обмотки можно подключить к одной и той же ЛЭП, применив перемычку (на рис. 133 перемычка не показана). Две фазы вторичных обмоток трансформаторов, например Л и С, соединены с шинами тяговой подстанции.

Шины высоковольтными выключателями ВВ и фидерами соединены с контактными подвесками путей I и II двухпутного участка. Третья фаза (в нашем примере В) соединена с рельсами. Более или менее равномерная нагрузка фаз обеспечивается благодаря подключению контактной подвески I к фазам Л и С.

Так же подсоединена контактная подвеска II другого пути. Для предотвращения короткого замыкания между фазами Л и С контактные подвески электрически разделены нейтральными вставками.

Рис. 133. Принципиальная схема тяговой подстанции переменного тока

Тяговые подстанции имеют также трансформаторы для питания собственных нужд (например, освещение, отопление и пр.), трансформаторы напряжения для питания релейной защиты, счетчиков и т. п. Эти присоединения на рис. 132 и 133 не показаны. От тяговых подстанций получают питание устройства железнодорожной сигнализации, связи, автоблокировки.

Электрификация железных дорог одновременно способствует развитию централизованного снабжения электроэнергией промышленных предприятий и сельских районов, прилегающих к электрифицированным линиям.

Для электроснабжения нетяговых потребителей трансформаторы тяговых подстанций дорог переменного тока имеют третью трехфазную обмотку, соединенную с шинами Л’, В’, С’. На тяговых подстанциях дорог постоянного тока устанавливают отдельные трансформаторы ТЗ (см. рис. 132), питающие районные потребители.

Многие тяговые подстанции превратились по существу в районные, нагрузки которых в значительной мере определяются нетяговыми потребителями. Электровоор^женность труда значительно повышает его производительность, улучшает условия быта и отдыха населения. Важную роль в решении этих задач играет электрификация железных дорог. Кроме того, в районах, через которые проходят электрифицированные железные дороги, оказывается возможным закрыть маломощные транспортные, промышленные и сельские электростанции, что дает значительный экономический эффект.

Читать про устройство и конструкцию электровозов и подвижного состава…

Тепловозы промышленного назначения