Электровозы и моторные вагоны электрифицированных железных дорог не являются автономными локомотивами. Они, находясь на линии, потребляют электроэнергию от энергосистемы общего пользования.
Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанции 1 (рис. 104), поступает на повышающую трансформаторную подстанцию 2 и далее по воздушным линиям электропередачи (ВЛ) высокого напряжения 3 передается на тяговые подстанции 4, расположенные вдоль железной дороги. На тяговых подстанциях трехфазный переменный ток преобразуется в ток соответствующего рода и напряжения для питания устройств электрической тяги и районных потребителей. Питание электрических локомотивов 9 осуществляется от контактной сети 7 через токоприемники. Рельсовая цепь 8 является вторым проводом тяговой сети.
Рис. 104. Принципиальная схема питания электрифицированного участка железной дороги.
I – Внешнее электроснабжение;
II – Тяговое электроснабжение.
Электрические станции, подстанции и ВЛ до тяговых подстанций называют первичной, или внешней частью системы электроснабжения. Тяговая подстанция, контактная и рельсовая сеть, а также питающие 5 и отсасывающие 6 линии образуют тяговую часть этой системы. На электрических станциях вырабатывается трехфазный переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 6,3; 10,5; 21 кв. Электроэнергия поступает на расположенную рядом трансформаторную подстанцию, где напряжение повышается до 35, 110, 150, 220, 330, 500 и 750 кВ, при этом значении напряжения электроэнергия передается на большие расстояния.
Передача электроэнергии на большие расстояния более экономична при высоком напряжении. Принято считать, что экономически выгодно передавать 1 кВ на 1 км: например, 35 кВ выгодно передавать на 35 км, но
не более 50 км. С повышением напряжения ток уменьшается, и от него зависит площадь сечения проводов, следовательно, затраты металла на них и стоимость линии. С уменьшением тока снижаются также потери энергии в электрических сетях.
На железных дорогах СССР применяют две системы электрической тяги:
- постоянного тока с номинальным напряжением тяговой сети 3 кВ;
- однофазного переменного тока 50 Гц с номинальным напряжением 25 кв.
На зарубежных дорогах, помимо этого, применяют систему переменного тока пониженной частоты 162/3 и 25 Гц.
Тяговые подстанции используют также для питания промышленных, сельскохозяйственных и не тяговых железнодорожных нагрузок. Для этого на подстанциях устанавливают дополнительные трансформаторы.
Тяговые подстанции расположены вдоль железной дороги через 15 - 20 км на дорогах постоянного тока и через 40 - 60 км на дорогах переменного тока.
Контактная сеть служит для подведения электроэнергии к электроподвижному составу (э. п. с.) и может быть выполнена в виде воздушной подвески или дополнительного контактного рельса (на метрополитенах). Контактная и рельсовая сети соединены воздушными или кабельными линиями с шинами тяговой подстанции.
С увеличением объема перевозок, повышения скоростей движения и массы поездов все в большей степени выявляются недостатки систем постоянного 3 кВ и переменного тока 25 кВ, ограничивающих провозную способность и экономичность линий.
Это вызывает необходимость усиления систем. К недостаткам системы постоянного тока относятся сравнительно низкое напряжение (3 кВ), большая площадь сечения проводов контактной сети (400 - 600 мм2), большие потери напряжения и энергии в тяговой сети, малое расстояние между тяговыми подстанциями (15 - 20 км), наличие блуждающих токов, вызывающих электрокоррозию металлических подземных сооруже- ний. Недостатком являются также большие потери энергии в пусковых реостатах э. п. с при разгоне поезда.
Система однофазного переменного тока 25 кВ частотой 50 Гц интенсивно развивается в СССР и за рубежом. Преимущества ее обусловлены высоким напряжением в тяговой сети, в результате чего контактная сеть имеет малую площадь сечения (150 мм2), простые трансформаторные подстанции и большое расстояние между ними (50 км) и др.
Однако этой системе присущи и недостатки: неравномерная нагрузка
фаз питающей системы, вредные электромагнитные влияния на линии связи и смежные воздушные линии низкого напряжения, ухудшение качества энергии, отпускаемой потребителям, возможность искрообразования на подземных сооружениях, индуктивное влияние на контактные подвески соседних путей.
КОНТАКТНАЯ СЕТЬ.