На железных дорогах России используют две системы электроснабжения: постоянного и однофазного переменного тока. Тяга на трехфазном переменном токе не получила распространения, поскольку технически сложно изолировать близко расположенные провода двух фаз контактной сети (третья фаза - рельсы).
Электрический подвижной состав обеспечивают тяговыми двигателями постоянного тока, так как предлагаемые модели двигателей переменного тока не отвечают предъявляемым требованиям по мощности и надежности. Поэтому железнодорожные линии снабжают системой однофазного переменного тока, а на локомотивах устанавливают специальное оборудование, преобразующее переменный ток в постоянный.
Правилами технической эксплуатации регламентированы номинальные уровни напряжения на токоприемниках электрического под­вижного состава: 3 кВ - при постоянном токе и 25 кВ - при переменном. При этом определены допустимые с точки зрения обеспечения стабильности движения колебания напряжения: при постоянном токе - 2,7...4 кВ, при переменном - 21 ...29 кВ. На отдель­ных участках железных дорог допускается уровень напряжения не менее 2,4 кВ при постоянном токе и 19 кВ - при переменном.
Основными параметрами, характеризующими систему электроснабжения электрифицированных железных дорог, являются мощность тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь сечения контактной подвески.
На железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, тяговые подстанции выполняют две функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный. Все оборудование, подающее переменный ток, размещается на открытых площадках, а выпрямители и вспомогательные агрегаты - в закрытых помещениях. От тяговых подстанций электроэнергия поступает в контактную сеть по питающей линии - фидеру.

Основными недостатками системы электроснабжения постоянного тока являются его полярность, относительно низкое напряжение и отсутствие возможности обеспечить полную электроизоляцию верхнего строения пути от нижнего. Рельсы, служащие проводниками тока разной полярности, и земляное полотно представляют собой систему, в которой возможна электрохимическая реакция, приводящая к коррозии металла. В результате снижается срок службы рельсов и искусственных сооружений. Для предотвращения этого применяют соответствующие защитные устройства (анодные заземлители, катодные станции и др.).
Из-за относительно низкого напряжения (U= 3 кВ) в системе постоянного тока по контактной сети к электрическому подвиж­ному составу подводится мощность при большой силе тягового тока. Для этого тяговые подстанции размещают недалеко друг от друга (10... 20 км) и увеличивают площадь сечения проводов контактной подвески.
При переменном токе повышается эффективность использования электрической тяги, поскольку по контактной сети передается требуемая мощность при меньшей силе тока по сравнению с системой постоянного тока. Тяговые подстанции в этом случае рас­полагаются на расстоянии 40... 60 км друг от друга. Их задачей является только понижение напряжения со ПО...220 до 25 кВ, по­этому их техническое оснащение проще и дешевле, чем у тяговых подстанций постоянного тока. Кроме того, в системе однофазного переменного тока площадь сечения проводов контактной сети примерно в два раза меньше. Для размещения оборудования на тяго­вых подстанциях при переменном токе используют открытые площадки. Однако конструкция локомотивов и электропоездов при переменном токе сложнее, а их стоимость выше.
В результате воздействия электромагнитного поля переменного тока на металлические конструкции и коммуникации, располо­женные вдоль железнодорожных путей, в них появляется опасное для людей напряжение, а в линиях связи и автоматики возникают помехи. Поэтому применяют особые меры защиты сооружений. Затраты на такие защитные меры, как улучшение электрической изоляции между рельсами и землей, замена воздушных линий кабельными или радиорелейными, составляют 20...25 % общей сто­имости работ по электрификации.

Стыкование контактных сетей линий, электрифицированных на постоянном и переменном токе, осуществляют на специальных железнодорожных станциях. В ряде случаев, когда создание таких станций представляется нецелесообразным, применяют электровозы двойного питания, работающие как на постоянном, так и на переменном токе.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

ОБЩИЙ КУРС ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

ОБЩИЙ КУРС ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ... СТРУКТУРА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ГАБАРИТЫ Для безопасного движения...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

СТРУКТУРА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Железнодорожный транспорт представляет собой сложное многоотраслевое хозяйство, в состав которого входят железные дороги, предприятия, административно-хозяйственные, культурно-бытовые и мед

Трасса, план и продольный профиль пути
Трасса железнодорожной линии характеризует положение в пространстве продольной оси пути на уровне бровок земляного полотна. Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом, а развертк

Значение пути в работе железных дорог, его основные элементы
Железнодорожный путь - это комплекс инженерных сооружений, предназначенный для пропуска по нему поездов с установленной скоростью. От состояния пути зависят непрерывность и безопасность движения по

Земляное полотно и его поперечные профили. Водоотводные устройства
Земляное полотно представляет собой комплекс грунтовых сооружений, получаемых в результате обработки поверхности земли и предназначенных для укладки верхнего строения пути, обеспечения устойчивости

Искусственные сооружения, их виды и назначение
Искусственные сооружения обеспечивают возможность пересечения железной дорогой водных преград, других железнодорожных линий, автодорог, глубоких ущелий, горных хребтов, застроенных городских террит

Балластный слой
Основным назначением балластного слоя является восприятие давления от шпал и равномерное распределение его по основной площадке земляного полотна; обеспечение устойчивости шпал, находящихся под воз

Рельсовые скрепления. Противоугоны
Рельсовый путь представляет собой две непрерывные рельсовые нити, расположенные на определенном расстоянии одна от другой благодаря креплению рельсов к шпалам и отдельных рельсовых звеньев друг к д

Бесстыковой путь
В настоящее время на железных дорогах широкое распространение получил наиболее совершенный бесстыковой путь. Благодаря устранению стыков ослабляется динамическое воздействие на путь, существенно ум

УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ. СТРЕЛОЧНЫЕ ПЕРЕВОДЫ
Устройство рельсовой колеи тесно связано с конструкцией и размерами колесных пар подвижного состава. Колесная пара включает в себя стальную ось, на которую наглухо насажены колеса, имеющие для пред

Особенности устройства пути в кривых участках
В кривых участках устройство пути имеет ряд особенностей, основными из которых являются возвышение наружного рельса над внутренним, наличие переходных кривых, уширение колеи при малых радиусах, при

Стрелочные переводы
Переход подвижного состава с одного пути на другой обеспечивают устройства по соединению и пересечению путей, относящиеся к их верхнему строению. Соединение путей друг с другом осуществляют стрелоч

Защита пути от снега, песчаных заносов и паводков
Бесперебойная работа железнодорожного транспорта в зимних условиях в значительной степени зависит от надежной защиты путей от снега, а также своевременной очистки их от снега во время снегопадов и

СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Железнодорожный транспорт потребляет около 7 % энергии, производимой электростанциями России. В основном она расходуется на обеспечение тяги поездов и питания нетяговых потребителей, к которым отно

ТЯГОВАЯ СЕТЬ
Тяговая сеть состоит из контактной (питающей) и рельсовой (отсасывающей) сетей. Рельсовая сеть представляет собой рельсы, и

Сравнение различных видов тяги
Движение поездов на железнодорожном транспорте осуществляется с помощью тягового подвижного состава. К нему относятся локомотивы и моторвагонный подвижной состав. До середины 1950-х гг. основны

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
К электрическому подвижному составу относятся электровозы и электропоезда. В зависимости от рода применяемого тока различают электроподвижной состав постоянного и переменного тока, а также двойного

АВТОНОМНЫЙ ТЯГОВЫЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ
К автономному тяговому подвижному составу относятся тепловозы, дизель-поезда, автомотрисы, мотовозы и газотурбовозы. По назначению тепловозы подразделяют на грузовые, пассажирские и маневровые.

Обслуживание локомотивов и организация их работы
Электровозы и тепловозы обслуживают локомотивные бригады в составе машиниста и его помощника. Мотор-вагонные поезда, поездные и маневровые электровозы и тепловозы могут обслуживаться и одним машини

Восстановительные и пожарные поезда
На ряде станций находятся в постоянной готовности разнообразные восстановительные средства, применяемые при ликвидации последствий крушений и аварий на участках дорог и размещаемые в большинстве сл

Технико-экономические показатели вагонов
Основными показателями, необходимыми для технико-экономической оценки конструкции и эксплуатационных особенностей вагонов, являются число осей, грузоподъемность, тара, коэффициент тары, удельный об

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВАГОНОВ
Любые вагоны независимо от их назначения и конструкции имеют следующие общие элементы: ходовую часть, воспринимающую нагрузку от вагона и обеспечивающую его безопасное и плавное движ

Виды ремонта вагонов. Сооружения и устройства вагонного хозяйства
Основное назначение вагонного хозяйства - обеспечение перевозок пассажиров и грузов исправными вагонами, удовлетворяющими требованиям безопасности движения, при наличии необходимых удобств для пасс

Понятие о комплексе устройств автоматики, телемеханики и сигнализации
Устройства автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте, или, как их еще называют, средства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), предназначены для автоматизации процессов, свя

Автоматическая блокировка
Автоблокировка (АБ) является основной системой регулирования движения поездов на одно- и двухпутных линиях магистральных Железных дорог. При использовании автоблокировки межстанционный перегон разд

Автоматическая локомотивная сигнализация
Автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС) предназначена для повышения безопасности движения поездов и улучшения условий труда локомотивных бригад. При плохой видимости (дождь, туман, снегопад)

Устройства диспетчерского контроля за движением поездов
Устройства диспетчерского контроля за движением поездов (ДК) применяют на участках, оборудованных АБ, для передачи информации поездному диспетчеру об установленном направлении движения (на участках

Автоматическая переездная сигнализация
На пересечении железной дороги в одном уровне с автомобильными дорогами устраивают переезды. Они могут быть регулируемыми, т.е. оборудованными устройствами переездной сигнализации, и нерегулируемым

Полуавтоматическая блокировка
Полуавтоматическая блокировка (ПАБ) применяется для интервального регулирования движения поездов на малодеятельных участках железных дорог. Полуавтоматической она называется потому, что часть опера

Станционные пути и их назначение
Железнодорожные пути на раздельных пунктах подразделяются на станционные и пути специального назначения. К станционным относятся пути в границах станций: главные, приемоотправочные, сортировочн

Продольный профиль и план путей на станциях
Участок продольного профиля, на котором размещается станция, разъезд или обгонный пункт, называется станционной площадкой. В соответствии с ПТЭ станции, разъезды и обгонные пункты, как правило, дол

Маневровая работа на станциях
Маневровой называется работа, связанная с передвижением вагонов с локомотивами, а также одиночных локомотивов по путям станции для расформирования и формирования составов, обработки поездов и вагон

Разъезды, обгонные пункты и промежуточные станции
На разъездах обычно бывает один главный и один-два приемо-отправочных пути для скрещения и обгона поездов, пассажирское здание, совмещенное с помещением дежурного по станции, платформы для посадки

Участковые станции
Для организации обслуживания поездов и работы локомотивных бригад, технического осмотра, экипировки и ремонта подвижного состава, расформирования и формирования сборных и участковых поездов железно

Сортировочные станции
Сортировочными являются станции, предназначенные для массового расформирования и формирования грузовых поездов. Здесь перерабатывают транзитные и местные вагонопотоки со сходящихся направлений и фо

Пассажирские станции
Пассажирские станции сооружают в крупных городах, промышленных центрах и курортных районах. На этих станциях осуществляют обслуживание пассажиров (продажа проездных билетов, посадка и высадка пасса

Грузовые станции
Грузовые станции предназначены для массовой погрузки и выгрузки грузов. Эти станции расположены в крупных промышлен­ных и населенных пунктах, а также портах и в зависимости от назначения подразделя

Межгосударственные приграничные передаточные станции
С распадом СССР на границах со странами СНГ и Балтии возникла необходимость в строительстве новых межгосударственных приграничных станций. Эти станции предназначены для приема, обработки и отправ­л

Железнодорожные узлы
Железнодорожным узлом называется пункт примыкания не менее трех железнодорожных линий, в котором имеются специализированные станции и другие раздельные пункты, связанные соединительными путями, обе

Организация грузовой и коммерческой работы
Грузовая работа выполняется в местах общего и необщего пользования. К местам общего пользования относятся крытые и открытые склады, а также участки, специально выделенные на территории железно

Основы организации пассажирских перевозок
Основная задача организации пассажирских перевозок состоит в удовлетворении потребностей населения в передвижении наряду с обеспечением безопасности и высококачественного обслуживания пассажиров на

Значение графика и требования, предъявляемые к нему
На железнодорожном транспорте движение поездов осуществляется но графику - основному нормативно-технологическому документу, регламентирующему работу всех подразделений по организации движения поезд

Элементы графика
Для составления графика должны быть известны его основные элементы: время хода поездов различных категорий по перегонам; продолжительность стоянки поездов на станциях для вы

Понятие о пропускной и провозной способности железных дорог
Пропускной способностью железнодорожной линии называется наибольшее число поездов или пар поездов установленной массы, которое может быть пропущено в единицу времени (сутки,

Система управления движением поездов
Система управления движением поездов включает в себя техническое нормирование и оперативное планирование эксплуатационной работы, регулирование перевозок и перевозочных средств, оперативное руковод

Основные показатели эксплуатационной работы
Контроль за ходом выполнения планов перевозок, анализ использования технических средств, планирование, учет и оценка работы невозможны без системы количественных и качественных показателей, определ

В опрос:
Почему какие-то электропоезда (электрички, трамваи и пр) работают на постоянном токе, а какие-то на переменном?

Ответ:

Использование двух родов тока в системе тягового электроснабжения железных дорог сложилось исторически. Все дело в том, что на заре электрификации на ЭПС использовались тяговые электродвигатели (ТЭД) исключительно постоянного тока. Это связано с их конструктивными особенностями, возможностью достаточно простыми средствами регулировать скорость и вращающий момент в широких пределах, возможностью работать с перегрузкой и т.д. Говоря техническим языком, электромеханические характеристики двигателей постоянного тока идеально подходят для целей тяги.

Двигатели же переменного тока (асинхронные, синхронные) имеют такие характеристики, что без специальных средств регулирования их применение для электротяги становится невозможным. Таких средств регулирования на начальном этапе электрификации еще небыло и поэтому, естественно, в системах тягового электроснабжения применялся постоянный ток при напряжении сначала 1500, а затем 3000 В, или как принято говорить у электриков, 1,5 или 3 кВ. Строились тяговые подстанции, назначением которых является понижение переменного напряжения питающей сети до необходимого значения, и его выпрямление, т.е. преобразование в постоянное.

Но шли годы, объемы перевозок на железной дороге увеличивались, соответственно росла нагрузка тяговых сетей. Мощность равна произведению тока на напряжение. Росли нагрузки, росли и потери в тяговой сети. Ведь потери пропорциональны квадрату тока, или. А это приводило к необходимости усиления тяговой сети, т.е. строились дополнительные тяговые подстанции, увеличивалось сечение проводов. Но все это радикально не решало проблемы. Выход был один — это уменьшить величину тока, но при той же мощности нагрузки это можно сделать только поднимая величину напряжения. А тут возникла серьезная проблема: для двигателей постоянного тока напряжение 3 кВ оказалось практически предельным. Это связано с его конструкцией, наличием коллектора и щеток, вращающейся обмотки якоря. При повышении напряжения, надежность работы этих узлов значительно снизилась. Двигатели же переменного тока для тяги в то время были совершенно непригодны.

Таким образом, возникло противоречие — для системы электроснабжения напряжение 3 кВ оказалось мало, а для ТЭД повышать его было невозможно. Но выход был найден с помощью перехода на переменный ток! В системе переменного тока на ЭПС стали устанавливать трансформаторы, которые позволяют, как известно, достаточно просто изменять величину напряжения, являются простыми и надежными. После трансформатора устанавливается выпрямитель, а дальше — ТЭД постоянного тока. При этом напряжение на ТЭД можно значительно понизить, тем самым повысив их надежность, а напряжение тяговой сети повысить, уменьшив потери в ней.

Так было и сделано. Напряжение тяговой сети переменного тока повысили до 25 кВ, на шинах тяговой подстанции 27,5 кВ. При этом увеличилось расстояние между тяговыми подстанциями, уменьшилось сечение проводов тяговой сети, а следовательно, и стоимость системы электроснабжения. На начальном этапе внедрения переменного тока снова возникли проблемы. Дело в том, что выпрямительная техника того времени была несовершенна. Для выпрямления переменного тока использовались ртутные выпрямители. А это достаточно сложные, дорогие и капризные агрегаты даже при работе в стационарных условиях, не говоря уже об их установке на ЭПС. Это еще несколько задержало внедрение переменного тока.

С появлением полупроводниковых выпрямителей эта проблема тоже решилась. Пока шло становление системы переменного тока, система постоянного тока бурно внедрялась на сети железных дорог. Когда все проблемы по переменному току удалось решить, значительная часть дорог оказалась уже электрифицирована на постоянном токе. Таким образом, система электрификации переменного тока является более совершенной и в настоящее время принята основной. По нормам проектирования постоянный ток должен применяться для завершения электрификации направлений, ранее электрифицированных на этом токе и для электрификации участков, примыкающих к таким направлениям. Кроме того, в настоящее время разработана система тягового электроснабжения переменного тока 2×25 кВ. При этом напряжение питающей сети увеличено до 50 кВ, а напряжение в контактной сети сохранилось прежним 25 кВ. По этой системе электрифицирована Байкало-Амурская магистраль и ряд участков в центре России. В местах стыкования систем постоянного и переменного тока устраиваются станции стыкования, где происходит смена локомотивов переменного и постоянного тока. Кроме того, существуют электровозы двойного питания, на переменный и постоянный ток, но в нашей стране они имеют ограниченное применение. Развитие полупроводниковой и микропроцессорной техники позволило снять ограничения на применение на ЭПС двигателей переменного тока. Эти двигатели, особенно асинхронные, являются простыми и надежными.

В настоящее время выпущены электровозы и электропоезда с двигателями переменного тока, ведутся дальнейшие исследования в этом направлении. А как переходы с одного на другой ток на граничных участках работают? посредством тепловозов? Нет. Контактная сеть на станции стыкования может переключаться на любой род тока — полностью или по частям. При этом электровоз, например, постоянного тока подходит к станции, ему подают в КС постоянный ток, он притаскивает состав на заданный путь (если пассажирский — то к платформе), отцепляется, уходит на свою стоянку (где только постоянный ток), после этого ток в КС переключается на переменный, со своего места вылезает электровоз-переменник и прицепляется к оставленному составу. Ещё существуют двухсистемные электровозы, которым всё равно под каким родом тока ехать. Но они довольно дорогие и их мало — грузовые (а фактически грузопассажирские) ВЛ82 и ВЛ82М в Выборге и Минеральных Водах и пассажирский ЭП10 (пока в единственном экземпляре) в Москве-Курской (работает с поездом 061/062 «Буревестник» Москва — Нижний Новгород, но периодически уезжает на очередные испытания). Особенная конструкция в Минеральных Водах — хотя там от линии переменного тока отходит ветка, электрифицированная постоянным током, на станции нет переключаемых секций КС. Главные пути электрифицированы на переменном токе, а поезда на Кисловодск уходят со своих путей, где только постоянный ток. Сквозные поезда с главного хода в Кисловодск (их немного) ходят только под двухсистемными электровозами; электровозов постоянного тока в МинВодах нет.

Преимущества переменной электротяги:
Уменьшение силы тока в КС за счет применения высокого напряжения 25кВ. Следствие — более длинные интервалы между тяговыми подстанциями и уменьшение количества самих подстанций. Любое необходимое напряжение на электровозе и электропоезде можно получить за счет трансформатора, который имеет кпд, близкий к 100% и очень высокую надежность. (при постоянном токе для этих целей используются электромашинные преобразователи (мотор-генераторы) или электронные статические преобразователи, которые имеют высокую стоимость и ненадежны. На переменном токе на электровоз можно передавать гораздо большую мощность, чем на постоянном. Отсюда и ограничение 200км/ч для скоростных поездов на постоянном токе. КС переменного тока можно использовать, как резервное питание для устройств СЦБ. На постоянном токе кроме основной ВСЛСЦБ на опоры КС еще вешают ВЛПЭ. На переменном токе проще погасить электрическую дугу, которая возникает при проходе секционных изоляторов, при пробое воздушных промежутков (молниезащита), при переключениях мачтовых разъединителей, поскольку дуга может сама погаснуть при переходе фазы через нулевое значение, причем вне зависимости от наличия в цепи реактивных сопротивлений. (На постоянном токе наличие реактивных сопротивлений только усугубляет ситуацию с дугогашением). Проще конструкция тяговых подстанций. Нетрудно догадаться, что один мощный выпрямитель гораздо ненадежнее, чем выпрямитель на порядок меньшей мощности на каждом электровозе/мотор-вагоне. Есть еще ряд мелких преимуществ...

Топ новостей:

»
Новые железнодорожные линии сооружают для освоения новых рай­онов и их природных богатств, для разгрузки грузонапряженных существующих линий, сокращения пути и времени следования пассажиров и грузов. Новые линии могут существенно отличаться по своему значению, размерам и характеру перевозок. В зависимости от этих факторов технические требования и нормы, которыми руковод­ствуются при разработке про...

»
Под действием сил, которые создаются при движении поездов по рельсам и в особенности при торможении на затяжных спусках, может происходить продольное перемещение рельсов по шпалам или вместе со шпалами по балласту, называемое угоном пути. На двухпутных участках угон происходит по направлению движения, а на однопут­ных линиях угон бывает двусторонний.

»
Промежуточными станциями называются раз­дельные пункты имеющие путевое развитие для обгона, скрещения и пропуска поездов, а также погрузки и выгрузки грузов. Таким об­разом, эти станции отличаются от разъездов и обгонных пунктов на­личием устройств для грузовых операций. Промежуточные станции размещают на линии с таким расчетом» чтобы обеспечить пропускную способность участка и удовлетворить потре...

»
График движения характеризуется количественными и качествен­ными показателями. К количественным относятся: число грузовых и пассажирских поездов, нанесенных на график, размеры по­грузки и выгрузки, которые могут быть освоены при данном гра­фике, и др. К основным качественным показателям графика относятся: техни­ческая, участковая и маршрутная скорости (отдельно для грузовых и пассажирских поездов) ...

»
17 июня в Вологде начальник Северной железной дороги Василий Билоха вручил начальнику Вологодского отделения Сергею Альмееву и председателю территориального комитета профсоюза Валентину Якку свидетельство о присвоении первого места по итогам отраслевого соревнования за I квартал 2009 года.Чтобы добиться такого успеха, коллектив отделения выполнил в I квартале все плановые эксплуатационные показате...

»
Северный филиал НПФ «БЛАГОСОСТОЯНИЕ» провел семинар-совещание с кадровыми работниками структурных подразделений Ярославского и Вологодского отделений, дирекций и ДЗО по актуальным вопросам негосударственного пенсионного обеспечения. Привлечение работников Северной к участию в негосударственном пенсионном обеспечении по-прежнему является актуальным направлением работы кадровиков, отметила Наталья Ж...

»
Подвижной состав метрополитенов состоит из цельнометалли­ческих моторных вагонов типов Г, Д, Е. На каждой оси моторного вагона устанавливают тяговый двигатель. Вагоны оборудованы токо-прдайниками для нижнего токосъема с контактного рельса, установ­ленного слева от ходового рельса. Торможение в вагонах автомати­ческое. Они оборудуются пневматическим, электрическим и, кроме того, ручным тормозами. В...

»
Основное назначение вагонного хозяйства — обеспечение перевозки пассажиров и грузов, содержание вагонов в исправном состоянии, подготовка их к перевозкам, обслуживание пассажирских поездов и рефрижераторных вагонов в пути следования. Важнейшим требова­нием при этом является обеспечение безопасности движения. Для бесперебойной эксплуатации вагонного парка и содержания его в исправном состояни...

»
Это колесные пары, буксы с подшипниками и рес­сорное подвешивание. У четырехосных и многоосных вагонов все эти части объединены в тележки. Колесная пара, состоящая из оси и двух наглухо укрепленных на ней колес, воспринимает все нагрузки, передающиеся от вагона на рельсы. Колесные пары (рис. 140) формируются из цельнокатаных сталь­ных колес, обладающих высокой эксплуатационной надежностью, с диаме...

»
Пропускная способность линий метрополитена определяется мак­симальным количеством поездов, которое может быть пропущено за 1 ч. Учитывая, что это количество одинаково для обоих главных пу­тей, можно рассчитать наличную пропускную способность (поездов/ч) линии для каждого направления по формуле Nчмах =60 / I мин где I мин — наименьший интервал между поездами, мин. Этот интервал зависит от сис...

»
Независимо от назначения каждая станция, кроме приема, отправ­ления и пропуска поездов, выполняет в том или ином объеме манев­ровую работу. Она заключается в передвижении вагонов или локомо­тивов по станционным путям при расформировании и формировании поездов, отцепке или прицепке вагонов, расстановке или уборке их с фронтов погрузки и выгрузки. Важнейшим требованием к производству маневровой рабо...

»
Котел паровоза К (см. рис. 116) состоит из топки; цилиндрической части и дымовой коробки. Топка имеет внутреннюю (огневую) коробку и наружную — кожух топки. Пространство между огневой коробкой и кожухом топки заполне­но водой Для равномерного нагрева котла и интенсивного парообразования в топке в зоне наиболее высоких температур установлены циркуляционные трубы. При горении топлива вода, зап...

»
Локомотивное хозяйство обеспечивает перевозочную работу желез­ных дорог тяговыми средствами и содержание этих средств в соответ­ствии с техническими требованиями. К сооружениям и устройствам этого хозяйства относятся основные локомотивные депо, специализи­рованные мастерские по ремонту отдельных узлов локомотивов, пунк­ты технического обслуживания, экипировки локомотивов и смены бригад, базы запас...

»
Железнодорожный транспорт зарубежных стран базируется на частной собственности на средства производст­ва и, являясь одной из отраслей капиталистического производства, подчиняется всем его закономерностям. Железнодорожная сеть размещена крайне неравномерно; в промышленио раэвитых странах (Великобритания, ФРГ, Италия, Франция, США, Канада, Япония) она доставляет от 6,2 до 116 км на 1000 км территор...

»
На линиях, оборудованных автоблокировкой, применяют устройства диспетчерского контроля, дающие поездным диспетчерам непрерыв­ную информацию о продвижении поездов и избавляющие их от мно­гих переговоров с дежурными по станциям. Для этого на перегонах и станциях устанавливают аппаратуру, включенную в специальный провод.

»
В качестве тяговых электродвигателей на электро­возах постоянного тока в основном применяют двигатели с последова­тельным возбуждением. Они менее чувствительны к колебаниям на­пряжения в контактной сети и обеспечивают более равномерное распределение нагрузки при их параллельном включении, чем элект­родвигатели других систем возбуждения. Тяговые электродвигатели рассчитаны на номинальное напряже­ни...

»
Движение поездов на железнодорожном транспорте осуществляется с помощью тягового подвижного состава. К тяговому подвижному составу относятся локомотивы и моторвагонный подвижной состав; последний состоит из моторных и прицепных вагонов. На локомоти­вах и моторных вагонах электрическая энергия, полученная от первичного источника, превращается в механическую энергию движе­ния поезда. Первоначально п...

»
Трасса железнодорожной линии характеризует положение в про­странстве продольной оси пути на уровне бровок земляного полотна.Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется пла­ном, а вертикальный раарез по трассе — продольным про­филем линии.Полоса земли вдоль трассы, отведенная для размещения желез­нодорожного пути, других устройств железной дороги, а также же­лезнодорожных поселков...

»
Контактная сеть предназначена для подачи электрической энергии от тяговых подстанций к электроподвижному составу и представляет собой совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечи­вающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к то­коприемникам электроподвижного состава. Она устроена таким образом, что обеспечивает бесперебойное снятие тока локомотивами при наибольших ск...

»
От контактной сети переменного тока электровоз получает однофазный ток промышленной частоты 50 Гц, номинального напряжения 25 000 В. Электрическое оборудование такого электровоза отличается от обору­дования электровоза постоянного тока главным образом наличием по­нижающего трансформатора и выпрямительной установки. Трансформаторы выполняют с интенсивным циркуляционным мас-ловоздушным охлаждением. ...

»
Железные дороги — основной вид транспорта нашей страны. Они имеют важнейшее государственное, народнохозяйственное и оборонное значение и являются одним из факторов повышения культурного уровня населения, расширения взаимного общения народов, укреп­ления их дружбы, развития международных связей.

»
Для руководства движением поездов и работой линейных подразде­лений железные дороги оборудованы различными видами связи: те­лефонной, телеграфной и радиосвязью. Телефонная связь осуществля­ется только по двум проводам, а телеграфная — по однопроводным це­пям с использованием земли в качестве обратного провода. К беспро­водной связи относится радио- и радиорелейная связь, при которой телефони...

»
При ключевой зависимости для обеспечения безопасности движения поездов стрелочные переводы оборудуют контрольными замками си­стемы В. С. Мелентьева. На каждой стрелке устанавливают два замка разных серий: один для замыкания ее по прямому пути (+), другой — на боковой путь (—). Ключ можно извлечь только из замкнутого замка, причем стрелка замыкается при условии плотного прилегания остря...

»
На наземных и надземных линиях метрополитена, а также в местах расположения стрелочных переводов (для удобства ремонта) приме­няют пути на балластном основании. На подземных же линиях пути укладывают на бетонном основа­нии, что позволяет содержать его в чистоте. Путевой бетон повышенной прочности (марки 150) помещают на горизонталь­ную поверхность подстилающего бетонного слоя марки 100. В бетон­ны...

»
Для поддержания локомотивов в исправном состоянии на дорогах России установлена система технического обслуживания и ремонтов, производимых после выполнения установленных норм пробега или определенного времени их работы. За последние годы в локомотив­ном хозяйстве осуществлены крупные мероприятия, обеспечивающие повышение качества, ускорение и удешевление ремонта локомотивов. Сюда относятся концент...

»
Доставка грузов материально-технического снабжения относится к хозяйственным перевозкам, связанным с обеспечением эксплуатацион­ных и строительных нужд железной дороги. Органы материально-технического снабжения отгрузку материалов от поставщиков организуют по возможности так, чтобы они посту­пали получателям, минуя промежуточные склады. Такая доставка называется транзитной. Значительная часть прод...

»
Железнодорожный транспорт представляет собой сложное многоот­раслевое хозяйство, в состав которого входят железные дороги и предприятия, а также административно-хозяйственные, культурно-бытовые, медицинские учреждения, научные учебные институты. Для выполнения перевозочного процесса железные дороги имеют технические средства, состоящие из подвижного состава и железно­дорожных сооружений и устройст...

»
Грузовая и коммерческая работа на железнодорожном транспорте осу­ществляется на основе Устава железных дорог. Грузовая работа про­изводится на местах общего и необщего пользования. К местам об­щего пользования относятся грузовые дворы станций, где обычно кон­центрируются погрузочно-разгрузочные операции, и другие пункты погрузки-разгрузки, находящиеся в ведении железной дороги. К ме­стам необщего...

»
Для обеспечения технического обслуживания подвижного состава, смены бригад и локомотивов, переработки сборных и участковых поездов железнодорожные линии делятся на участки, на границах которых размещаются участковые станции. На участковых станциях осуществляют следующие основные опе­рации: прием, пропуск и отправление пассажирских и грузовых по­ездов, обслуживание пассажиров, грузовые операции, ра...

»
Усилия, воспринимаемые ходовыми частями при движении по железнодорожному пути, передаются на раму ва­гона, опирающуюся на тележки. На раму вагона оказывают воздей­ствие и внешние силы, приложенные к кузову, а также сосредоточен­ные силы, передаваемые ударно-тяговыми приборами (автосцепкой). Рама вагона является основанием кузова и несущей конструкцией, состоящей из жестко связанных между собой про...

Система тока и величина напряжения в контактной сети

На сети железных дорог применяют две системы электрической тяги: на постоянном токе напряжением в тяговой сети 3 кВ и на однофазном переменном токе напряжением 25 кВ стандартной частоты 50 Гц. Причем в обоих случаях на электровозах используют тяговые двигатели только постоянного тока.

Снабжение постоянным током имеет ряд недостатков: постоянный ток очень трудно трансформировать, т.е. повышать или понижать напряжение без значительных потерь. Чем выше мощность электровоза, тем больше потери; чтобы их предотвратить, необходимо уменьшить расстояние между тяговыми подстанциями и увеличить сечение контактного провода, но это приведет к расходу меди. При напряжении 3 кВ тяговые подстанции располагаются в среднем через 20-25 км, а расход меди на один километр контактной сети достигает 10 т. Кроме того, часть тягового тока уходит в землю, образуя «блуждающие токи», что вызывает электрохимическую коррозию. Это уменьшает срок службы рельсов, железобетонных мостов, эстакад и т.п.

Снабжение переменным током лишено этих недостатков. Чтобы изменить его напряжение, достаточно иметь обычный трансформатор, следовательно, тяговые подстанции проще и дешевле. Но электровоз переменного тока создали только в 1938 г., для преобразования переменного тока в постоянный на нем применили ртутный выпрямитель.

В настоящее время созданы электровозы с полупроводниковыми выпрямителями BЛ-60 , ВЛ-80к , BЛ-80T . Применение однофазного переменного тока напряжением 25 кВ дало возможность уменьшить сечение контактного провода примерно в два раза и увеличить расстояние между подстанциями до 40-60 км.

Дальнейший рост грузонапряженности железных дорог, повышение массы поездов привели бы к повышению напряжения в контактной сети и созданию принципиально новых электровозов. Эту проблему решили путем внедрения более экономной системы электроснабжения переменного тока 2 х 25 кВ. При такой системе через каждые 8-15 км устанавливают линейные автотрансформаторы. Электроэнергия от тяговых подстанций к автотрансформаторам подводится с напряжением 50 кВ по контактной подвеске и дополнительному питающему проводу. От автотрансформаторов к электровозам электроэнергия передается с напряжением 25 кВ. В результате потери напряжения становятся меньше, а расстояние между смежными подстанциями можно увеличить до 70-80 км.

Существенным недостатком переменного тока является электромагнитное влияние на металлические сооружения вдоль путей. В результате на них наводится опасное напряжение, и в устройствах автоматики возникают серьезные помехи. Поэтому приходится применять дорогостоящие защитные сооружения.

До 1955 г. электрификация железных дорог осуществлялась на постоянном токе, а после 1955 г. - на переменном токе. Переход с постоянного на переменный ток обеспечил снижение удельного расхода цветных металлов и расходов на содержание тяговых подстанций. В конце 1970-х гг. была введена на участке Вязьма - Орша новая система электроснабжения 2x25 кВ, которая стабилизировала уровни напряжения контактной сети, значительно снизила электромагнитное влияние электрической тяги на устройства связи.

Системы тока и напряжение в контактной сети

Первой в мире в 1895 году была электрифицирована железная дорога Балти­мор – Огайо (США) протяженностью 115 км. На ней электрическая энергия постоянного тока передавалась на электровоз не по контактному проводу, который появился значительно позднее, а по третьему рельсу, расположенному между двумя ходовыми рельсами. Напряжение постоянного тока в третьем рельсе было такое же, как и на тяговых двигателях – 650 В. Двигатели были тихоходными, громоздкими, имели низкий коэффициент полезного действия.

Еще в середине прошлого века русский физик Д. А. Лачинов установил, что чем выше напряжение в электрической цепи, тем меньше потери энергии при передаче ее на расстояние. Поэтому стремятся иметь в контактной сети возможно более высокое напряжение, изыскивая экономичные способы преобразо­вания его до значения, подходящего для питания тяговых двигателей.

Дальнейшее развитие электрификации на постоянном токе шло по пути повышения напряжения в контактной сети. Во Фран­ции и Англии в 20-х годах ХХ столетия железные дороги электрифицировали на постоянном токе напряжением 1200 и 1500 В. Впоследствии на французских дорогах перешли в основ­ном на напряжение 3000 В. Однако такое напряжение не являет­ся оптимальным ни для тяговых двигателей, ни для системы электроснабжения. Для двигателей оно велико, так как приемле­мые масса, габаритные размеры и наименьшая стоимость полу­чаются при напряжении порядка 900 В. Для системы электро­снабжения напряжение 3000 В мало, так как при этом требуется располагать тяговые подстанции относительно часто – на рас­стоянии 20–25 км друг от друга. Тем не менее, это напряжение применяется на дорогах постоянного тока при питании тяговых двигателей непосредственно от контактной сети.

Указанные недостатки определили высокую стоимость системы электроснабжения на постоянном токе.

Между тем переменный ток в отличие от постоян­ного обладает следующим важным свойством: его напряжение можно изменять достаточно просто. Для этого необходим трансформа­тор, т. е. устройство, не имеющее подвижных частей и содержа­щее две обмотки – первичную и вторичную с заранее рассчитан­ными числами витков. На первичную обмотку подается имею­щееся напряжение, с вторичной обмотки снимается требуемое.

Возможность использования высокого напряжения в контакт­ной сети дорог переменного тока, что ведет к уменьшению потерь энергии в процессе передачи ее на электроподвижной состав, и последующего понижения его до значения, приемле­мого для тяговых двигателей, позволяет существенно снизить стоимость электрификации железных дорог. Однако при этом усложняется устройство электроподвижного состава (ЭПС), так как приходится иметь на нем регулируемый преобразователь переменного тока в постоянный, поскольку до сих пор не создан надежный и экономичный тяговый двигатель переменного тока.

Конструкция токоприемников и ЭПС в целом была очень громоздкой. Опыт эксплуатации выявил сущест­венные недостатки принятой системы тока, которые заключались в трудности регулирования частоты вращения асинхронных двигателей ЭПС, а в области электроснабжения – в обеспе­чении надежной работы трехфазной контактной сети, особенно на воздушных стрелках, представляющих собой изолированные пе­ресечения контактных проводов разных фаз. Поэтому, несмотря на простоту трехфазных трансформаторных тяговых подстанций и надежность работы бесколлекторных асинхронных двигателей на электровозах, система трехфазного тока для тяги распрост­ранения не получила. На дорогах Италии она заменена системой 3000 В постоянного тока.

Система тяги на однофазном токе с применением тяговых коллекторных двигателей на электрическом подвижном составе возникла в начале XX в. При этом в первое время применяли пониженную, а в дальнейшем промышленную (нормальную) частоту питающего тока. На ряде участков электрифицирован­ных железных дорог Франции, Турции и Конго эксплуатируются коллекторные двигатели переменного тока, работающие на частоте 50 Гц. Однако они являются более дорогими и менее надежными, чем двигатели постоянного тока, вследствие чего такие двигатели применяют преимущественно на пассажирском электроподвижном составе. Использование пониженной частоты было вызвано необ­ходимостью обеспечить удовлетворительную работу коллекторных двигателей.

Однако в этом случае требуется сооружение специальных электрических станций для питания ЭПС или дорогостоящих преобразовательных подстанций. В первом случае тяговые под­станции представляют собой простейшие трансформаторные уста­новки. По этому пути развивалась электрификация железных дорог в Германии, Австрии, Швейцарии и Норвегии, где железные дороги имеют собственные электрические станции, вырабатывающие электрическую энергию при частоте 16 2 / 3 Гц, и в США, где используется электроэнергия частоты 25 Гц. Питание электрических дорог от общих трехфазных систем через специаль­ные тяговые подстанции, преобразующие трехфазный ток нор­мальной частоты в однофазный ток пониженной частоты, приме­нено в Швеции.

Электрификация железных дорог СССР начиналась на посто­янном токе с напряжением в контактной сети 1,2 – 1,5 кВ на пригородных участках и 3 кВ на магистральных. В последние десятилетия развитие электрификации в основном осуществляет­ся на однофазном переменном токе с напряжением в контакт­ной сети 25 кВ, а теперь еще и по системе 2х25 кВ. Линии постоянного тока, работавшие при более низком напряжении, переведены на 3 кВ, за исключением узкоколейного участка от Боржоми до Бакуриани (42 км), где используются импорт­ные электровозы, рассчитанные на питание от сети напряжением 1,5 кВ.

В бывшем СССР осуществлялась комплексная электрификация, т. е. электрификация не только железных дорог, но и прилегающих районов. Поэтому сооружать специальные электрические станции или преобразовательные подстанции для получения тока понижен­ной частоты экономически нецелесообразно.

При тяге на однофазном токе промышленной частоты на сооружение устройств электроснабжения железных дорог тре­буются наименьшие капиталовложения по сравнению с другими системами тока, но возникают трудности с созданием простых и надежно работающих электровозов. Преодоление этих труднос­тей, заключающихся в большой сложности устройств преобразо­вания энергии на ЭПС для питания тяговых двигателей, шло по пути разработок электровозов однофазного тока со статическими преобразователями.

Технико-экономический анализ и опыт эксплуатации элек­тровозов однофазного тока различных типов показали, что наиболее экономичным и надежным является электровоз со статическими преобразователями переменного тока в постоянный (пульсирующий) для питания тяговых двигателей. Поэтому та­кую систему тяги называют также системой однофазно-постоян­ного (пульсирующего) тока, подчеркивая условия работы тяговых двигателей.

Статические ртутные преобразователи использовались на ЭПС примерно до середины ХХ столетия. Затем они усту­пили место силовым кремниевым полупроводниковым преобразо­вателям.

Термин полупроводники – исторически сложившаяся условность и никак не отражает свойств этих элементов. Дело в том, что долгое время материа­лы делили на две группы – проводники электрического тока и диэлектрики, т. е. непроводники, изоляторы. Сравнительно недавно (в первой половине ХХ столетия) было установлено, что такие элементы, как германий, кремний и т. п., обладают удивительным свойством – пропускают переменный ток в одном направлении и не пропускают его в направлении, противополож­ном (обратном) из-за ничтожной проводимости. Их-то и назвали полупровод­никами с тем, чтобы не менять уже сложившееся деление материалов на группы проводников и диэлектриков.

Установки, собранные из полупроводниковых элементов, часто называют из-за их односторонней проводимости выпрямительными, хотя в действитель­ности они никакого «выпрямления» переменного напряжения и тока не производят.

Полупроводники, обладая свойством односторонней проводимости, способство­вали бурному развитию преобразовательной техники, открыли совершенно новые возможности использования электрической энергии вообще и в системах электрической тяги в частности.

На базе второго поколения полупроводников – управляемых силовых кремниевых элементов, называемых тиристорами, были созданы импульсные системы управления режимами работы ЭПС. В таких системах электрическая энергия поступает к тяговым двигателям не непрерывно, а отдельными быстро сле­дующими друг за другом короткими порциями – импульсами, что существенно расширяет регулировочные возможности ЭПС.

Наиболее совершенные из этих систем построены на базе микропроцессорной техники, т. е. программно-управляющих уст­ройств, содержащих требуемый набор микрокоманд, которые определяют заданную последовательность выполнения элементар­ных операций. Эти устройства позволяют значительно повысить тягово-энергетические показатели ЭПС и электрической тяги в целом.

Электрификация железных дорог, являясь составной частью электрифи-

кации всего народного хозяйства, увеличивает пропуск­ную и провозную способность железнодорожных линий, улучшает топливно-энергетический баланс страны, повышает производительность труда и общую культуру работы железнодорожников. Особенно ярко достоинства электрической тяги проявляются при её реализации на большом протяжении.

В странах СНГ протяжен­ность железных дорог, электрифи­цированных по обеим системам то­ка, превышает 53 тыс. км. Уста­новлен номинальный уровень напря­жения на токоприемниках ЭПС: 3 кВ при постоянном и 25 кВ при переменном токе.

Основными параметрами системы электроснабжения электрифициро­ванных железных дорог являются мощности тяговых подстанций, рас­стояние между ними и площадь сечения контактной подвески. На­грузочная способность важнейших элементов электроснабжения (тран­сформаторов, выпрямителей, кон­тактной сети) зависит от допускае­мой температуры их нагрева, опре­деляемой значением и длитель­ностью протекающего тока.

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 используют трансформа­торы, выпрямители и другое обору­дование. Широко применяют полу­проводниковые выпрямители, кото­рые обладают высокой надежностью, простотой устройства, обслуживания и управления, компактностью. 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 (10–20 км), а для передачи больших токов при­ходится увеличивать площадь сече­ния проводов контактной подвески.

При росте грузооборота строят дополнительные тяговые подстанции, увеличивают площадь сечения кон­тактной сети (подвешивают усили­вающие провода и др.), чтобы повы­шение числа и массы поездов не вызывало резкого падения напря­жения и, следовательно, скоростей движения поездов. Радикальным способом устранения недостатков электроснабжения постоянного тока является создание системы регули­рования напряжения в контактной сети.

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 напря­жением 25–28 кВ широко приме­няется для тяги поездов на желез­ных дорогах стран СНГ. 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 тяжеловесных поездов с установлен­ными скоростями при высокой грузо­напряженности линий. Тяговые под­станции в этом случае размещают на расстоянии 40–60 км друг от друга. Они 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 размещают на открытых площадках, но электроподвижной состав переменного тока слож­нее.

Повышение напряжения позво­лило бы уменьшить потери напря­жения и электроэнергии и увеличить расстояние между тяговыми подстан­циями, однако, это 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 друг от друга. От тяговых под­станций к автотрансформаторам электроэнергия напря­жением 50 кВ подводится по контактной под­веске и дополнительному питаю­щему проводу. Далее от автотрансформаторов к электроподвижному составу энергия подается с напря­жением 25 кВ.

Применение системы электро­снабжения 2х25 кВ не вызывает изменений в электроподвижном сос­таве, но ее недостатком является необходимость подвески специаль­ного питающего провода.

На участках переменного тока работают локомотивы со статичес­кими преобразователями и двигате­лями пульсирующего тока. Созданы опытные образцы мощных электро­возов с бесколлекторными двига­телями – асинхронными и вентиль­ными.

Важным преимуществом подвиж­ного состава переменного тока является возможность его совер­шенствования за счет применения тиристорных преобразователей, электронных систем управления и др.

Переменный ток оказывает элект­ромагнитное влияние на металличес­кие сооружения и коммуникации, расположенные вдоль железнодо­рожных 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 автомати­ку. На это расходуется около 20–25 % общей стоимости электри­фикации. Неотъемлемой частью устройств электроснабжения элект­рифицированных железных дорог яв­ляются средства автоматики и теле­механики.

Стыкование линий, электрифи­цированных на постоянном и пере­менном токе, осуществляют по кон­тактной сети на специально оборудованных железнодорожных стан­циях стыкования или используют электровозы двойного питания, ко­торые работают и на постоянном и на переменном токе.

Тяговые подстанции. В систему тягового электро­снабжения входят многочисленные и разнообразные установки – тяговые подстанции, посты секционирования, пункты параллель­ного соединения контактных сетей двух путей, установки для компенсации реактивной мощности при переменном токе, устрой­ства для повышения напряжения при постоянном токе и др. Наиболее сложными из них являются тяговые подстанции. В со­ответствии с родом тока, подаваемого в контактную сеть, разли­чают подстанции постоянного и переменного тока. Иногда в местах стыкования участков, электрифицированных на различных систе­мах тока, располагают подстанции постоянно-переменного тока – стыковые подстанции.

Тяговые подстанции подключают к ЛЭП системы внешнего электроснабжения, имеющим различное напряжение (от 6 до 220 кВ). Они могут быть опорными, промежуточными (транзит­ными и отпаечными) и тупиковыми. Иногда тя­говые подстанции совмещают с подстанциями внешней энергоси­стемы, в некоторых случаях – с дежурными пунктами контактной сети. Как правило, тяговые подстанции строят стационарными с открытыми и закрытыми распределительными устройствами (РУ), однако бывают и передвижные подстанции, которые можно перемещать с одного места работы на другое.

На первых тяговых подстанциях постоянного тока в Закав­казье и на Урале устанавливали вращающиеся преобразовате­ли переменного тока в постоянный (мотор-генераторы). Впослед­ствии их повсеместно вытеснили статические преобразователи – ртутные выпрямители. Бурное развитие полупроводниковой тех­ники не обошло и электрические железные дороги. Начиная с 1964 г. громоздкие и недостаточно надежные ртутные выпрями­тели начали заменять на полупроводниковые; последний ртутный выпрямитель был демонтирован в 1972 г.

Тяговые подстанции имеют довольно сложные электрические цепи. Главные из них рассмотрим применительно к тяговой под­станции переменного тока 25 кВ (опорной) и тяговой подстанции постоянного тока 3 кВ (транзитной). Стыковые тяговые под­станции отдельно рассматривать не будем, так как их электричес­кие цепи включают в себя цепи подстанций постоянного и пере­менного тока.

Тяговая сеть

Впервые передача электрической энергии движущемуся вагону была осуществлена в 1876 г. русским инже­нером Ф. А. Пироцким. Для этого использовались ходовые рельсы, изолированные друг от друга. Одному из них была придана поло­жительная полярность, другому – отрицательная. Чтобы рельсы не замыкались через оси вагона, его колеса были деревянными, а токосъем производился металлическими щетками, скользив­шими по рельсам. Позднее для подвода питания к вагону стали устанавливать третий рельс, получивший название контактного. Сначала этот рельс располагали на изоляторах между ходовыми рельсами, а затем сбоку от них.

В 1881 г. появилась первая воздушная контактная подвеска, предложенная немецкой фирмой «Сименс». Токосъем с висящего провода осуществлялся с помощью ролика, установленного на токоприемнике вагона. В первых таких конструкциях ролик пере­мещался по верхней части провода, в последующих – по нижней. Затем на токоприемниках на смену деталям, катящимся по про­воду, пришли элементы, скользящие по нему.

Основные способы токосъема, предложенные еще в прошлом веке, сохранились до наших дней. До сих пор элементы контакт­ной сети, имеющие непосредственный контакт с токоприемниками, выполняют в виде контактных рельсов и воздушных контакт­ных подвесок.

Но конструкция их, конечно, существенно изме­нилась. На рисунке 2.84 приведена схема токосъема на отечественных метрополитенах: контактный рельс 4 устанавливают сбоку от ходового рельса 2; на кpoнштейне 3 его крепят к шпале 1 . Токоприемник 5 касается контактного рельса снизу. Этот рельс закрывают деревянным коробом 7 с изоляцией 6.

Тяговая сеть состоит из контакт­ной и рельсовой сетей, питающих и отсасывающих линий. Контакт­ная сеть представляет собой сово­купность проводов, конструкций и обору-дования, обеспечивающих пе­ре-дачу электрической энергии от

тяговых подстанций к токоприем-

­никам электроподвижного состава. Она устроена таким обра-

зом, что обеспечивает бесперебойный то­косъем локомотивами при наиболь­ших скоростях движения в любых атмосферных условиях.

Контактную сеть выполняют в ви­де воздушных подвесок. При движе­нии локомотива токоприемник не должен отрываться от контакт­ного провода, иначе нарушается токосъем и возможен пережог про­вода. Надежная работа контактной сети в значительной мере зависит от стрел провеса провода и нажатия токоприемника на провод.

Воздушные контактные подвески. Их делят на простые и цеп­ные. Простая контактная подвеска (рисунок 2.85) представляет собой провод, свободно висящий между точками подвеса, распо­ложенными на опорах. Расстояние между осями опор называют длиной пролета l п, или просто пролетом. Этот провод непосред­ственно вступает в контакт с токоприемниками ЭПС, и поэтому его называют контактным.

Качество токосъема во многом зависит от стрелы провеса контактного провода. Стрела провеса – это расстояние, изме­ряемое в плоскости расположения провода между точкой его подвеса и точкой наибольшего провисания. Стрела провеса тем больше, чем больше нагрузка на провод, и тем меньше, чем силь­нее натянут провод. От длины пролета стре-

ла провеса провода находится в квадратичной зависимости: например, при уменьше­нии пролета в 2 раза стрела провеса уменьшится в 4 раза.

Если не принять специальных мер для поддержания натя­жения провода на определенном уровне, его натяжение и стрела провеса будут изменяться при колебаниях температуры и нагруз­ки. При увеличении температуры длина провода возрастает, а значит, увеличивается его стрела провеса и снижается натя­жение. При понижении температуры длина провода уменьшается, что вызывает уменьшение стрелы провеса и увеличение натяже­ния.

Стрела провеса провода будет меняться и при изменениях нагрузки на него. Например, в случае образования на проводе гололедных отложений нагрузка увеличится, и стрела провеса станет больше. Иногда во время сильных гололедов она даже больше, чем при максимальной температуре воздуха. Под давле­нием ветра нагрузка, действующая на провод, также увеличива­ется, и провод отклоняется в сторону от вертикального положения. Это отклонение и стрела провеса провода (в плоскости его откло­нения) будут тем больше, чем сильнее ветер.

Чтобы обеспечить лучшее качество токосъема, стремятся иметь небольшие стрелы провеса контактного провода, так как при этом токоприемник меньше перемещается по вертикали и ему легче следовать за изменениями

высоты контактного провода.

Уменьшения стрелы провеса контактного провода можно до­стичь, снижая нагрузку на провод, уменьшая длину пролета и увеличивая натяжение. Лучше всего было бы уменьшить длину пролета, но это нежелательно, так как возрастет число опор и, следовательно, увеличится стоимость контактной сети. Из­менить нагрузку на провод, за исключением удаления гололедных образований, нельзя – она определяется весом самого провода. Повысить натяжение провода можно, но только до предела, определяемого максимальным допускаемым в условиях эксплуа­тации значением – оно ограничено прочностью провода. Поэтому, если необходимо существенно уменьшить стрелу провеса кон­тактного провода, приходится усложнять контактную подвеску.

Большое значение для достижения бесперебойного токосъема имеет также равномерность эластичности контактной подвески вдоль пролета. Эластичность подвески характеризует ее способ­ность подниматься под воздействием токоприемника. Чем меньше разница в высоте подъема контактного провода в разных местах пролета, тем более плавно движется токоприемник и надежнее его контакт с проводом.

Эластичность измеряют отношением высоты, на которую под­нялся контактный провод, к силе нажатия токоприемника, выз­вавшей этот подъем. Величину, обратную эластичности контактной подвески, называют ее жесткостью. Жесткость подвески пока­зывает, какую силу нужно приложить к данной точке, чтобы поднять подвеску на 1 м. Эластичность простой контактной под­вески вдоль пролета резко неравномерна – наибольшая в сере­дине пролета, наименьшая – в точках подвеса.

Осложняет токосъем наличие на контактной подвеске жест­ких точек. Жесткой называют такую точку на подвеске, в ко­торой эластичность значительно меньше, чем в середине про­лета. При простой контактной подвеске каждая точка подвеса является жесткой. Следовательно, нежелательно уменьшать длину пролета как по экономическим соображениям, так и потому, что растет число жестких точек.

Простые контактные подвески обеспечи­вают удовлетворительный токосъем при сравнительно неболь­ших скоростях движения. Их в основном применяют для трамваев и троллейбусов. Поэтому простую подвеску называют иногда трам­вайной.

Цепные контактные подвески (рисунок 2.86) применяют на магистраль­ных и пригородных электрифицированных участках во всех стра­нах. В та

Кой подвеске контактный провод в пролете между опо­рами висит не свободно, а на часто расположенных проволо­ках – так называемых струнах, которые прикреплены к другому, расположенному выше проводу, называемому несущим тросом . Для того чтобы контактный провод занимал опреде­ленное положение относительно оси токоприемника и не откло­нялся от нее под действием ветра на недопустимое расстояние, на опорах устанавливают

специальные устройства – фиксаторы.

Преимущества цепной подвески по сравнению с простой заключается в следующем . В цепной подвеске при определенных температуре и нагрузке благодаря наличию несущего троса можно задать любую стрелу про-

веса контактного провода, подобрав соответствующие длины струн в пролете. Можно достигнуть и так называемого беспровесного положения контактного провода, при котором нижние концы всех струн находятся на одном и том же расстоянии от головок ходовых рельсов. В этом случае счи­тают, что контактный провод располагается по прямой линии и его стрела провеса равна нулю. Для того чтобы при простой подвеске получить такие же стрелы провеса контактного провода, как между струнами цепной подвески, надо при прочих одинако­вых условиях уменьшить длину пролета между опорами до рас­стояния между струнами, что совершенно неприемлемо. Малые стрелы провеса контактного провода позволяют при цепной под­веске смягчить, уменьшить жесткость точек вблизи опор, т. е. улуч­шить качество токосъема. Эластичность цепной подвески можно выровнять не только увеличением ее у опор, но и снижением в средней части пролета.

Изменения стрел провеса контактного провода при цепной подвеске в основном зависят от изменений стрел провеса несущего троса, а не от их абсолютных размеров. Если устранить изменения стрелы провеса несущего троса, то можно считать, что стрела провеса контактного провода будет неизменной.

Стрелы провеса контактного провода между струнами можно довести до чрезвычайно малых, практически не ощутимых для токоприемника значений, поддерживая определенное натяжение контактного провода и уменьшая расстояние между струнами.

Высота подвески контактного провода над уровнем верха головки рель-

са должна быть на перегонах и станциях не ниже 5750 мм и не должна превышать 6800 мм. В гори­зонтальной плоскости контактный провод закреплен фиксаторами так, что относительно оси пути он подве­шен зигзагообразно с отклонением у каждой опоры на ±300 мм. Благодаря этому контактный провод достаточно устойчив против ветра и не перетирает контактные пластины токоприемников.

При цепных подвесках, как видим, значительно улучшается качество токосъема. Кроме того, удается выполнять довольно большие пролеты между опорами (примерно вдвое большие, чем при простых подвесках) и обеспечивать движение поездов с очень высокими скоростями (300 км/ч и более).

Наибольшее распространение получили мед­ные фасонные (МФ) контактные провода из твердотянутой электро­литической меди сечением 85, 100 и 150 мм 2 (рисунок 2.87). Их заменяют через 6–7 лет и более. Износ контактных проводов снижает сухая графитовая смазка полозов токо­приемников, применение угольных полозов и износостойких медно-кадмиевых и медно-магниевых кон­тактных проводов.

Опоры применяют железобетон­ные (рисунок 2.88)

и металлические (рисунок 2.89). Расстояние от оси

Крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети на перего­нах и станциях должно быть не менее 3100 мм. На сущест-

вующих электрифицированных линиях, а так­же в особо трудных условиях на вновь электрифицированных линиях расстояние от оси пути до внутрен­него края опор допускается не менее 2450 мм на станциях и 2750 мм на перегонах.

Биметаллические несущие тросы имеют сечение до 95 мм 2 , а медные – до 120 мм 2 . С помощью изоляторов их подвешивают к консолям, укрепленным на опорах, или к жест­ким и гибким поперечинам, пере­крывающим железнодорожные пути. Струны из сталемедной проволоки выполнены так, что они не мешают подъему контактного провода токо­приемниками. Фиксаторы делают легкими и подвижными, чтобы при прохождении токоприемника воз­никали удары.

На крупных станциях контактные провода подвешены только на путях, предназначенных для приема и отправления поездов на перегоны с электротягой, а также на путях электровозных и мотор-вагонных де­по. На промежуточных станциях, где маневры выполняются электро­возами, контактной сетью оборудо­ваны осе пути. Над стрелочными переводами контактная сеть

имеет воздушные стрелки, образуемые пе­ресечением двух контактных под­весок.

Устройство контактной сети на раздельных пунктах приведено на рисунке 2.90.

Рисунок 2.90 – Устройство контактной сети на раздельном пункте: поперечный несушнй трос 2, верхний 4 и нижний 7 фиксирующий тросы крепят к металлическим опорам /; тросы друг с другом соединяют электрическими оединителями 3; в нижнем тросе устраивают нейтральные участки 5 и

устанавливают секционирующие изоляторы 6

Для надежной работы и удоб­ства обслуживания контактную сеть делят на отдельные участки (сек­ции) с помощью воздушных про­межутков и нейтральных вставок (изолирующих сопряжений), а также секционных и врезных изоляторов. При проходе токоприемника элект­роподвижного состава по воздуш­ному промежутку он кратковремен­но электрически соединяет обе сек­ции контактной сети. Если по усло­виям питания секций это недопусти­мо, то их разделяют нейтральной вставкой, состоящей из нескольких последовательно включенных воз­душных промежутков. Применение таких вставок обязательно на участ­ках переменного тока, когда смеж­ные секции питаются от разных фаз трехфазного тока. Длина нейтраль­ной вставки устанавливается с таким расчетом, чтобы при любых комбинациях поднятых токоприем­ников подвижного состава пол­ностью исключалось одновременное замыкание контактных проводов нейтральной вставки с проводами при­легающих к ней секций контактной сети. В отдельные секции выделяют перегоны и промежуточные станции, а на крупных станциях – отдель­ные группы электрифицированных путей. Соединяют или разъединяют секции секционными разъединителя­ми, установленными на опорах контактной сети. Между соседними тяговыми подстанциями размещают посты секционирования, оборудо­ванные автоматическими выключа­телями для защиты контактной сети от коротких замыканий.

С целью безопасности обслужи­вающего персонала и других лиц, а также для улучшения защиты от токов короткого замыкания зазем­ляют или оборудуют устройствами защитного отключения металличес­кие опоры и элементы, к которым подвешена контактная сеть, а также все металлические конструкции, рас­положенные ближе 5 м от частей контактной сети, находящихся под напряжением.

Для снабжения электроэнергией линейных железнодорожных и район­ных потребителей на опорах кон­тактной сети дорог постоянного тока подвешивают специальную трехфаз­ную линию электропередачи на­пряжением 10 кВ. Кроме того, в необходимых случаях на этих опорах размещают провода теле­управления тяговыми подстанциями и постами секционирования, низко­вольтных осветительных и силовых линий и др.

Безопасность обслуживающего персонала и других лиц и увели­чение надежности защиты контакт­ной сети от токов короткого замы­кания обеспечиваются заземлением устройств, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции или соприкоснове­ния их с оборванными проводами. Заземляют все металлические опоры и конструкции, расположенные на расстоянии не менее 5 м от контакт­ной сети. В зоне влияния контактной сети переменного тока зазем­ляют также все металлические соору­жения, на которых могут возник­нуть опасные наведенные напря­жения.

На электрифицированных доро­гах рельсы используют для пропуска тяговых токов, поэтому верхнее строение пути на таких дорогах имеет следующие особенности:

· к головкам рельсов с наружной стороны колеи прикреплены (приваре­-

ны) стыковые соединители из мед­ного троса, вследствие чего умень­шается электрическое сопротивление рельсовых стыков;

· применяют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектри­ческими свойствами. Зазор между подошвой рельса и балластом делают не менее 3 см;

· деревянные шпалы пропитывают креозотом, а железобетонные надеж­но изолируют от рельсов резино­выми прокладками;

· рельсовые нити через определен­ные расстояния электрически соеди­няют между собой, что позволяет уменьшить сопротивление току;

· линии, оборудованные автоблоки­ровкой и электрической централиза­цией, имеют изолирующие стыки, с помощью которых образованы от­дельные блок-участки. Чтобы про­пустить тяговые токи в обход изо­лирующих стыков, устанавливают дроссель-трансформаторы или час­тотные фильтры.

Питающие и отсасывающие ли­нии (сети) выполняют воздушными или кабельными. Для предохранения подземных металлических сооруже­ний от повреждения блуждающими токами уменьшают сопротивление рельсовых цепей, улучшают их изоляцию от земли, а также устраи­вают специальную защиту.