Электроснабжение железных дорог: Тяговое электроснабжение — Энциклопедия нашего транспорта
Тяговое электроснабжение — Энциклопедия нашего транспорта
Тяговое электроснабжение — снабжение электрической энергией электроподвижного состава. Для осуществления тягового электроснабжения на электрических железных дорогах служат электрические установки и устройства, к которым относятся тяговые подстанции и тяговые сети, принадлежащие железной дороге или другим транспортным либо промышленным предприятиям.
Уровни напряжений согласно ГОСТ 6962-75Получаемая в системе тягового электроснабжения электроэнергия расходуется в основном на электрическую тягу, а также используется для питания различных технических средств при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте ЭПС и электроустановок службами дорог и дистанциями электроснабжения или другими функциональными подразделениями. Системы тягового электроснабжения классифицируются по роду и частоте тока, номинальному напряжению на токоприёмниках ЭПС. Нормируются также наибольшее и наименьшее напряжения на токоприёмнике, наибольшее напряжение на шинах тяговых подстанций. Системы тягового электроснабжения, имеющие распространение на железных дорогах различных стран или представляющие исторический интерес, приведены в таблице.
Для одних и тех же систем тягового электроснабжения в России и других странах приняты различные нормированные значения наибольшего и наименьшего напряжений. В системе тягового электроснабжения, где используются электроустановки, отличающиеся родом тока, напряжением и частотой от принятого как в сети внешнего электроснабжения промышленной частоты, так и от принятого для ЭПС, выделяют также подсистему первичного тягового электроснабжения. Например, в странах центральной и северной Европы это специальные «тяговые» электростанции и линии электропередачи напряжением 110000 В при частоте 16⅔ Гц, которое понижается на тяговых подстанциях до 15000 В той же частоты. Такие ЛЭП образуют первичные тяговые сети.
За более чем столетний период применения электрической тяги на рельсовом магистральном, городском и промышленном транспорте основной тенденцией в тяговом электроснабжении было повышение напряжения. Это требуется как для снижения строительной стоимости контактной сети и потерь в ней электроэнергии, так и для повышения надёжности и экономичности токосъёма. Однако для постоянного тока номинальное напряжение в системах тягового электроснабжения с начала XX века не превышает 3000 В, что объясняется трудностями выполнения электрических узлов ЭПС, особенно электрической изоляции его тяговых двигателей при более высоком напряжении. Преодолению этих трудностей может способствовать использование достижений силовой электроники, однако с непременным снижением энергетических показателей ЭПС.
Попытка применить систему постоянного тока напряжением 6000 В предпринималась в начале 1970-х годов на Закавказской железной дороге, исследования возможности применения такого или более высокого (12000—20000 В) напряжения проводились в России, Италии и Польше, однако реализация разработок оказалась невозможной из-за сложности как ЭПС, так и сопряжения такой системы с традиционной системой тягового электроснабжения 3000 В.
Система 6000 на 3000 В (линия первичного тягового электроснабжения 6000 В, преобразовательные пункты с 6000 на 3000 В между тяговыми подстанциями, ЭПС на 3000 В) предлагалась в 1970-х годах в СССР. В 1990-е годы за рубежом разработана система тягового электроснабжения постоянного тока напряжением 3000 В с использованием ЭПС на 3000 В, однако и она не лишена серьёзных недостатков, главным образом в отношении секционирования контактной сети на станциях. Проблема токосъёма в таких системах удовлетворительно не решается.
В XXI веке, с развитием силовой полупроводниковой техники, стало возможным создание эффективных конструкций ЭПС постоянного тока повышенного напряжения. Такая система является привлекательной по сравнению с электрификацией переменным током того же напряжения, так как исключает потери в тяговой сети, связанные с емкостью изоляторов и образованием вихревых токов в окружающих металлоконструкциях. Система постоянного тока повышенного напряжения принята для проектируемой скоростной линии Москва — Санкт-Петербург.
Альтернативой системе тягового электроснабжения постоянного тока является система переменного тока, при которой напряжение в контактной сети не ограничивается возможностями электрооборудования ЭПС. Именно поэтому на железных дорогах всех стран прогрессивной признаётся система 25000 В при частоте 50 (60) Гц или в ряде случаев более экономичная её разновидность — автотрансформаторная система 2×25 кВ, которая так же, как и тяговые сети переменного тока с усиливающим и экранирующим проводами, считается более целесообразной, чем система на 50000 В, требующая более высокого класса изоляции в устройствах контактной сети.
Многие страны, где железные дороги были ранее электрифицированы на постоянном токе, предпочли продолжить электрификацию на переменном токе напряжением 25000 В (Россия, Франция, Великобритания, Япония, Испания, Корея, Австралия и другие). В то же время уже выполненные системы тягового электроснабжения постоянного тока в некоторых странах продолжают работать стабильно и эксплуатируются, хотя это, в частности, усложняет международное железнодорожное сообщение, в том числе работу высокоскоростного транспорта в Европе, так как в этом случае требуется многосистемный ЭПС (на две или более системы). Известен опыт замены тягового электроснабжения на ранее электрифицированных линиях постоянного тока: с 1500 на 3000 В (Россия), с 3000 В на переменный ток напряжением 25000 В (Украина, Великобритания, США, ЮАР, Индия, Бразилия).
В научном плане тяговое электроснабжение сформировалось в самостоятельную дисциплину «Электроснабжение электрических железных дорог», предметом которой являются электрические расчёты для определения необходимого числа тяговых подстанций и их размещения, выбора марок и площадей сечения проводов и их рационального подвешивания на опорах контактной сети для улучшения электрических параметров тяговых сетей переменного тока; обеспечение оптимального режима напряжения на токоприёмниках ЭПС при расчётных режимах и условиях движения поездов; оценка пропускной способности железной дороги по устройствам тягового электроснабжения; снижение потерь и повышение качества электроэнергии как в тяговых сетях, так и в сетях внешнего электроснабжения; предупреждение опасного или мешающего электромагнитного влияния устройств тягового электроснабжения на работу смежных сооружений.
См. также Электроснабжение электрических железных дорог.
В России согласно ГОСТ отдельно нормируются допустимые уровни напряжения на шинах тяговой подстанции и на токоприемнике ЭПС (с учетом падения напряжения на сопротивлении контактной сети). Напряжения 600 и 1500 В, как правило, не применяются для вновь строящихся промышленных железных дорог.
Источник:
- «Энциклопедия железнодорожного транспорта», научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1995 год.
Система электроснабжения на железнодорожном транспорте — Студопедия
Железнодорожный транспорт потребляет около 7 % энергии,производимой электростанциями России. В основном она расходуется на обеспечение тяги поездов и питания нетяговых потребителей, к которым относятся станции, депо, мастерские и устройства регулирования движения поездов. Кроме того, к системе электроснабжения железной дороги могут быть подключены расположенные вблизи нее предприятия и небольшие населенные пункты. Согласно ПТЭ на железнодорожном транспорте должно быть обеспечено надежное электроснабжение электрического подвижного состава, устройств СЦБ, связи и вычислительной техники как потребителей электрической энергии I категории, а также других потребителей в соответствии с установленной для них категорией. Система электроснабжения электрифицированных дорог состоит из внешней (электростанции, районные трансформаторные подстанции, сети и линии электропередач) и тяговой (тяговые подстанции и элект- ротяговая сеть) частей.
На тепловых, гидравлических и атомных электростанциях вырабатывается трехфазный переменный ток напряжением 6…21 кВ и частотой 50 Гц. Для передачи электрической энергии к потребителям напряжение на трансформаторных подстанциях повышают до 750 кВ в зависимости от протяженности высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП). Вблизи мест потребления электроэнергии напряжение понижают до 110… 220 кВ и подают в
районные сети, к которым наряду с другими потребителями подключены тяговые подстанции электрифицированных же- лезных дорог и трансформаторные подстанции дорог с тепловозной тягой. Нарушение электроснабжения железных дорог может привести к сбою в движении поездов. Чтобы обеспечить надежное питание электроэнергией тяговой сети железнодорожного транспорта, как правило, предусматривают ее подключение к двум независимым источникам. В отдельных случаях допускается питание от двух одноцепных линий ектропередачи или одной двухцепной. Тяговая сеть состоит из контактных и рельсовых проводов, представляющих собой соответственно питающую и отсасывающую линии. Участки контактной сети подсоединяют к соседним тяговым подстанциям. Это позволяет более равномерно загружать подстанции и контактную сеть, что в целом способствует снижению потерь электроэнергии в тяговой сети.
рельсовая сеть, токоприемник, система управления электроснабжением. — Студопедия.Нет
Рельсовая электрическая сеть является частью тяговой сети, представляющая собой совокупность электротяговых (т. е. используемых для протекания тяговых токов) нитей ходовых рельсов.
Схема рельсовой электрической сети зависит от того, применяются или нет рельсовые цепи СЦБ. Особое место занимает стыкование систем электроснабжения постоянного тока и переменного однофазного тока. Станции, на которых расположены границы раздела систем электрической тяги, называют станциями стыкования.
Токоприемник
Для приема электроэнергии от контактных проводов на электроподвижном составе устанавливают токоприемники. Выбор комплекта токоприемников, их узлов и характеристик зависит от скорости, мощности и габаритов электроподвижного состава и близости строений. Наиболее распространены схемы пантографов и полупантографов.
К основным характеристикам токоприемников относятся приведенные массы, нажатие рам и кареток, аэродинамические подъемные силы, поперечная жесткость, опускающая сила, время подъема и опускания. Обычно для электровозов постоянного тока применяют токоприемники тяжелого типа, для электровозов переменного тока и всех электропоездов — легкого типа.
Использование контактного рельса вместо контактного провода позволяет уменьшить габариты тоннелей. Кроме того, они обладают высокой надежностью и долговечностью, простотой обслуживания и ремонта. Недостатки контактных рельсов в условиях применения на наземном транспорте − пониженная электробезопасность и незащищенность от снежных заносов
Система управления электроснабжением
Система электроснабжения железных дорог представляет собой сложный объект управления, образованный тяговыми подстанциями, пунктами параллельного питания, понизительными подстанциями, линиями электропередач. Система рассредоточена на десятки и сотни километров, но объединена общностью процессов преобразования, распределения и потребления электрической энергии в нормальных, утяжеленных, аварийных, послеаварийных и ремонтных режимах.
Различают организационно-экономическое и диспетчерско- технологическое управление электроснабжением.
На диспетчерском пункте устанавливается диспетчерский щит с мнемосхемой дистанции электроснабжения.
Автоматизированная система управления электроснабжением (АСУЭ) – составная часть общей отраслевой системы управления железнодорожным транспортом – АСУЖТ.
Автоматизация управления системой электроснабжения железных дорог – оснащение аппаратными и программными средствами оперативно- технологических и административно-хозяйственных органов и подразделений, обеспечивающих питание электроэнергией как тяговых, так и нетяговых потребителей, с целью повышения эффективности их работы.
Основной целью создания автоматизированной системы управления электроснабжением (АСУЭ) является совершенствование управления устройствами электроснабжения и их эксплуатацией на основе автоматизации производственных процессов поддержания оптимальных режимов в системе тягового электроснабжения. Наряду с задачами оптимального управления технологическими процессами в АСУЭ решаются также задачи, связанные со сбором, обработкой информации, планированием и прогнозированием технологического процесса и состояния оборудования.
АСУЭ − иерархическая система, состоящая из следующих уровней управления: верхний уровень – департамент электрификации и электроснабжения, следующие уровни – службы электрификации и энергетического хозяйства дорог, дистанции электроснабжения, нижний уровень – тяговые подстанции, ремонтно-ревизионные участки, районы контактной сети и электроснабжения стационарных потребителей. В состав АСУЭ входят две подсистемы – организационного управления и оперативно- технологического.
Органы управления хозяйством электроснабжения железных дорог.
Эффективность работы энергетического хозяйства предприятия во многом зависит от степени совершенства структуры управления энергослужбой.
Органы управления хозяйством электроснабжения железных дорог:
1. Департамент электрификации и электроснабжения − подразделение аппарата управления ОАО «РЖД».
2. Службы электрификации и энергетического хозяйства дорог.
3. Дистанции электроснабжения (участки энергоснабжения) − основные линейные подразделения хозяйства.
Департамент электрификации и электроснабжения открытого акционерного общества «Российские железные дороги» (далее − Департамент) действует на основании ПОЛОЖЕНИЯ от 25 мая 2009 г. № 48 и является подразделением аппарата управления ОАО «РЖД».
В ведении Департамента находятся Проектно-конструкторское бюро по электрификации железных дорог и Московский энергомеханический завод − филиалы ОАО «РЖД».
Основные задачи Департамента:
1) организация безопасной и надежной работы технических средств хозяйства электрификации и электроснабжения, обслуживаемых дистанциями электроснабжения железных дорог;
2) организация технического обслуживания, ремонта, создания, изготовления и внедрения устройств электрификации и электроснабжения, предназначенных для обеспечения железнодорожных перевозок;
3) организация взаимодействия с предприятиями электроэнергетики по вопросам обеспечения внешнего электроснабжения объектов инфраструктуры железных дорог, находящейся в эксплуатации;
4) организация выполнения программ ОАО «РЖД» по обновлению, развитию и модернизации устройств электрификации и электроснабжения;
5) обеспечение безопасности движения поездов, организация соблюдения законодательства РФ об охране труда, пожарной безопасности и защите окружающей природной среды в хозяйстве электрификации и электроснабжения.
Функции Департамента (всего 44):
9) анализирует расход электроэнергии в хозяйстве;
11) осуществляет регламентацию и нормативно-методическое обеспечение изобретательской и рационализаторской деятельности в хозяйстве;
13) организует выполнение проектов обновления и развития основных фондов хозяйства;
16) планирует производство продукции, выполнение работ и оказание услуг подразделениями хозяйства;
17) организует выполнение организационно-технических мероприятий по повышению надежности работы контактной сети, тяговых подстанций и других устройств хозяйства;
27) принимает участие в работе, связанной с получением специальных разрешений (лицензий), необходимых для осуществления ОАО «РЖД» деятельности в области хозяйства;
Департамент осуществляет взаимодействие:
2) с «Трансэнерго» − филиалом ОАО «РЖД» по вопросам расчета и утверждения региональными энергетическими комиссиями стоимости услуг, оказываемых дистанциями электроснабжения железных дорог, по передаче электрической энергии через электрические сети ОАО «РЖД» другим организациям.
Хозяйство электрификации и электроснабжения обслуживается дистанциями электроснабжения железных дорог.
Участок энергоснабжения отвечает за содержание в исправном состоянии и ремонт устройств электрификации и энергетического хозяйства, обеспечивающих бесперебойную работу и безопасность движения поездов.
Один участок энергоснабжения обслуживает 200−300 км электрифицированных линий.
Понятие «качество».
Качество − не абстрактная категория, а осязаемый каждым человеком конкретный измеритель полезности, целесообразности и эффективности любого труда. Повышение качества обязательно приводит к снижению издержек (потерь) на всех этапах жизненного цикла продукции (маркетинг – разработка − производство − потребление – утилизация), а следовательно, к снижению себестоимости, цены и повышению жизненного уровня людей.
Продукция представляет собой результат процесса (процессов) или какой-либо деятельности. Она может быть материальной (товары) и нематериальной (услуги).
Можно отметить следующие аспекты качества.
Национальный аспект. Он проявляется присущим той или иной нации образом мышления в области качества. Так, если американский практицизм ориентирует фирмы на управление качеством с целевой функцией максимальной прибыли, то для японских фирм характерны установки на увеличение доли фирмы на рынке, даже если это будет связано с первоначальными потерями части возможной прибыли.
Политический аспект. Поскольку качество определяет конкурентоспособность фирм, и, в конечном счете, стран, оно, естественно, влияет на уровень доходов населения, уровень безработицы и, следовательно, на политическую ситуацию внутри страны, на международный политический статус государств.
Технический аспект. Уровень развития техники и качество создаваемых человеком объектов – взаимосвязанные характеристики. С одной стороны, научно-технический прогресс, приводящий к совершенствованию техники, создает мощную основу для совершенствования качества продуктов. С другой стороны, более высокого качества продукция, услуги, системы информационных и транспортных коммуникаций и других компонентов качества жизнедеятельности создают лучшие предпосылки для ускорения научно-технического прогресса1 (НТП).
Социальный аспект. Данный аспект также следует рассматривать с двух позиций. Высокое качество как компонент потребностей, повышая уровень образованности, интеллектуального развития, благосостояния нации, разумеется, влияет на социальную среду, социальный статус государства.
Экономический аспект. Качество напрямую связано с экономикой. Повысить качество – это значит, из того же количества сырья и материалов сделать большее количество продукции.
Моральный аспект. Американский ученый Джозеф М. Джуран считает, что любое предприятие включает в себя два: первое – полезное, которое выпускает качественную продукцию, приобретаемую потребителями, и второе – впустую расходующее все виды ресурсов и выпускающее брак («второй завод Джурана»).
Качество продукции – совокупность свойств продукции, обуславливающих ее способность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.
Международный стандарт ИСО-8402-94: Качество продукции – совокупность свойств и характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности.
Свойство продукции – ее объективная особенность, проявляющаяся при производстве, эксплуатации или потреблении.
Количественная характеристика свойств называется показателем качества продукции.
Потребитель – получатель продукции «предоставляемой» поставщиком.
Поставщик – сторона, несущая ответственность за продукцию, процесс или услугу, и способная продемонстрировать спои возможности по обеспечению качества.
Квалиметрия – наука о способах измерения и квантификации показателей качества.
Электроснабжение электрических железных дорог
Преобразование и передача электроэнергии электрическому подвижному составу, осуществляемая с помощью специальной системы, включающей тяговые подстанции, контактную систему и соединительные линии между ними. В СССР система электроснабжения электрической железной дороги тесно связана с общей энергосистемой и используется для электроснабжения региональных и нетрадиционных железнодорожных потребителей.
Электроэнергия поступает на тяговые подстанции по трехфазным высоковольтным линиям электропередачи и после необходимого преобразования передается по питающим и отрицательным линиям повышения напряжения в контактную систему и оттуда в подвижной состав.Тяговые подстанции подключены к линиям электропередачи таким образом, что отказ в последних не приведет к потере мощности более чем на одной подстанции. В зависимости от используемого в подвижном составе электрооборудования мощность может подаваться по системам постоянного тока, однофазным системам стандартной коммерческой частоты (в СССР 50 Гц) или однофазным системам с более низкой частотой (например, как 16 или 25 Гц). Небольшие участки пути с трехфазным питанием подвижного состава, ранее эксплуатировавшиеся за рубежом, не расширялись и переоборудованы одножильным.Системы постоянного тока, используемые в СССР, имеют номинальное напряжение 3 киловольта (кВ), а системы переменного тока с частотой 50 Гц имеют номинальное напряжение 25 кВ. (Дальнейшая электрификация железных дорог в большинстве случаев будет осуществляться с помощью системы переменного тока 25 кВ.) Также будет использоваться система 2 × 25 кВ, в которой контактная система питается напряжением 25 кВ от автотрансформаторов, расположенных между тяговыми подстанции; Автотрансформаторы получают питание от подстанций по линии 50 кВ, соединяющей специальный питающий провод и рельсы.
Электроснабжение электрических железных дорог характеризуется большой разницей нагрузок оборудования, сложностью защиты от токов короткого замыкания, несинусоидальностью и асимметрией токов (в системах переменного тока), влиянием на линии связи и восстановление мощности при рекуперативном торможении локомотивами. Чтобы уменьшить колебания напряжения, подаваемого на подвижной состав, и улучшить энергетические характеристики системы, в систему включены трансформаторы с переключением отводов нагрузки, компенсирующие устройства и другие устройства.Влияние систем электроснабжения переменного тока на линии связи снижается за счет замены воздушных линий связи на кабели и, при необходимости, за счет установки отрицательных повышающих трансформаторов, чтобы обеспечить протекание всего тока по рельсам (без утечки на землю) или через специальные обратный проводник. При питании контактной системы постоянным током на тяговых подстанциях устанавливаются сглаживающие устройства для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Когда рекуперативное торможение используется на локомотивах в системе постоянного тока, используются специальные приемники для восстановления мощности.
Электроснабжение региональных и нетрадиционных железнодорожных потребителей осуществляется по линиям электропередачи напряжением 10 и 35 кВ; линии могут быть установлены на специальных опорах или на опорах контактной системы. Широко используются также специальные линии, состоящие из двух проводов, подвешенных на опорах контактной системы, при этом рельсы выступают в качестве третьего проводника в трехфазной системе.
Бесперебойное движение железных дорог обеспечивается высокой надежностью оборудования электроснабжения, а также стационарных и мобильных резервных тяговых подстанций.Экономика советских железных дорог увеличивается за счет использования контактных систем с двусторонним питанием от двух соседних тяговых подстанций. Комплекс оборудования электроснабжения электрических железных дорог СССР представляет собой высокоавтоматизированную систему. Повседневный контроль осуществляется диспетчерами по мощности, которые производят необходимые переключения и контролируют состояние оборудования дистанционно или совместно с обслуживающим персоналом. Для обслуживания и усовершенствования электросетевого оборудования предусмотрены электротехнические мастерские и передвижные вагоны для обслуживания контактных систем.
Методы, используемые для выбора параметров оборудования (номинальные мощности трансформаторов и выпрямителей, сечение проводов, используемых для контактных систем, номинальные мощности компенсирующих устройств, а также настройки систем защиты и систем автоматического регулирования напряжения) существенно различаются. от систем электроснабжения других объектов. При расчете параметров используются методы теории вероятностей и системного моделирования путем компьютерного моделирования, обеспечивающие необходимую надежность и экономичность электроснабжения электрических железных дорог.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Марквардт К.Г. Энергоснабжение электрических железных дорог , 3-е изд. М., 1965.Пронтарский А.Ф. Системы и устройства электроснабжения , 2-е изд. Москва, 1974.
50 лет электрификации железных дорог СССР . Москва, 1976.
Большая Советская Энциклопедия, 3-е издание (1970-1979). © 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.
GENERAL INDUSTRIAL POWER: | РЕКТИФИКАТОРЫ ПОКРЫТИЯ: | МАГНИТ ВЫПРЯМИТЕЛЬ НАГРУЗКИ: Электромагнит Магнитный тормоз Магнитный патрон Магнитный стол | ||||
| АНОДИРОВАНИЕ: Твердое покрытие Мягкое покрытие | ПРОЧЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ: | Железнодорожный источник питания Специальное зарядное устройство Возбудитель возбуждения с синхронным двигателем Транспортный источник питания | ||||
Функции, которые могут быть применены к вышеуказанному: | ||||||
| ||||||