Электроснабжение электрифицированных железных дорог

Электрифицированные железные дороги в нашей стране получают электроэнергию от энергосистем. Энергосистема - это объединение крупных электрических станций, связанных линиями электропередачи и совместно питающих потребителей электрической и тепловой энергией. Энергосистемы объединяют электростанции различных типов: тепловые, где используются разнообразные виды органического топлива, гидравлические и атомные.

Следует отметить, что нагрузки электрической тяги отличаются большой равномерностью, что способствует более стабильной работе энергосистем. От Единой энергетической системы нашей страны питаются электрические магистрали европейской части страны, Урала, Сибири, которые обеспечивают почти постоянную нагрузку, составляющую около 3 млн. кВт. Питание от мощных энергосистем обеспечивает бесперебойность и высокую надежность снабжения электроэнергией потребителей, в том числе и электрического подвижного состава.

На рис. 2 изображена в несколько упрощенном для наглядности виде общая схема электроснабжения электрифицированной железной дороги условно от одной тепловой электростанции.

Рис. 2. Общий вид участка электрифицированной железной дороги постоянного тока и питающих ее устройств

Трехфазный переменный ток напряжением 6-10 кВ от генераторов электростанции по кабелю проходит к повышающему трансформатору, где его напряжение может быть в зависимости от различных условий повышено до 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ. Эти номинальные значения напряжений предусмотрены действующими в СССР стандартами. Затем ток через высоковольтный выключатель и линию электропередачи проходит к потребителям, в данном случае к тяговой подстанции. Высоковольтный выключатель применен для отключения линии электропередачи от электрической станции, если произойдет короткое замыкание на линии, или возникнут недопустимые перегрузки. Этот же выключатель используют для снятия напряжения с линии, например при ее осмотре.

Далее ток проходит через другой высоковольтный выключатель в первичную обмотку тягового трансформатора, который понижает напряжение переменного трехфазного тока до значения, необходимого для нормальной работы электроподвижного состава.

Устройство и работа тяговых подстанций дорог, электрифицированных на постоянном и переменном токе, резко различаются.

На тяговой подстанции постоянного тока, которая показана на рис. 2, происходит преобразование переменного тока в постоянный с помощью преобразователей. Первоначально для этой цели использовали вращающиеся преобразователи, которые состояли из мощных двигателей переменного тока, установленных на одном валу с генераторами постоянного тока. Затем вместо таких преобразователей стали применять ртутные выпрямители. В настоящее время ртутные выпрямители заменены полупроводниковыми.

Выпрямленное напряжение через специальный защитный аппарат - быстродействующий выключатель - и питающую линию подводится к контактной сети. При включенных тяговых двигателях электровоза ток из вторичной обмотки тягового трансформатора проходит через выпрямитель, быстродействующий выключатель, питающую линию, контактную сеть, пускорегулирующие аппараты и тяговые двигатели в рельсы. Чтобы получить замкнутую электрическую цепь, рельсы соединяют отсасывающей линией с нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора.

Быстродействующий выключатель автоматически отключает, питающую линию, а следовательно, и контактную сеть в случае перегрузок и коротких замыканий последней. Кроме того, иногда необходимо отключать контактную сеть (снимать с нее напряжение) для производства каких-либо работ, что также осуществляют отключением быстродействующего выключателя.

Следовательно, тяговые подстанции дорог постоянного тока служат для понижения напряжения, подводимого от линии электропередачи, преобразования переменного тока в постоянный и распределения электрической энергии постоянного тока по участкам контактной сети.

Если железная дорога электрифицирована на переменном токе промышленной частоты, то тяговая подстанция предназначена для понижения напряжения, подводимого от линии электропередачи, и распределения электрической энергии по участкам контактной сети. Устройство тяговых подстанций дорог переменного тока значительно проще.