Вынужденные колебания. Переменный ток. Явление резонанса, страница 20

Долгое время для электрификации железных дорог в тяговой сети применялся лишь постоянный ток (как уже отмечалось это связано с тем, что промышленный ток частотой 50 Гц не удается использовать для достаточно мощных тяговых электродвигателей). И сейчас на постоянном токе работает более половины всех электрифицированных дорог на земном шаре. Однако постепенно дал себя знать основной недостаток систем этого типа – невозможность значительного повышения напряжения в контактной сети (а именно это необходимо делать для снижения потерь электрической энергии при передаче ее от тяговой подстанции к электровозу). В системе же однофазного переменного тока напряжение может быть значительно более высоким. В этом случае на локомотиве просто устанавливается трансформатор, который понижает напряжение контактной сети до требуемого значения, а затем уже выпрямитель превращает переменный ток в постоянный и подает его на тяговые электродвигатели постоянного тока. 

Применение трансформаторов позволяет использовать для работы электродвигателей даже более низкое напряжение, чем в электровозах постоянного тока. Это, во-первых, повышает надежность двигателей, ослабляет к требования к качеству изоляции и, во-вторых, позволяет соединять двигатели не последовательно, а параллельно, что улучшает тяговые характеристики локомотива. Напряжение в контактной сети однофазного переменного тока принято равным 25кВ. (Напомним что для железных дорог постоянного тока U=3кВ) Благодаря повышенному напряжению тяговые подстанции располагаются в 3-4 раза реже (через 40 - 60 км), чем на дорогах постоянного тока; кроме того, появляется возможность уменьшить сечение проводов контактной сети переменного тока. Уменьшение площади сечения (а значит и массы проводов) позволяет примерно в два раза снизить потребность в цветных металлах, облегчить опорные и поддерживающие конструкции контактной сети.

Еще больше экономии средств можно достичь в варианте системы переменного тока, обозначаемой 2×25 кВ. В этом случае вдоль всей линии подвешивается дополнительный питающий провод; напряжение между ним и обычным контактным проводом устанавливается равным 50 кВ. Такое напряжение подается от специальных трансформаторов тяговых подстанций, при этом рельсовая сеть подсоединяется к средней точке вторичной обмотки трансформаторов. Тем самым, несмотря на то, что напряжение в такой сети вдвое выше, чем в описанной ранее, между контактным проводом и рельсами по-прежнему сохраняется напряжение 25 кВ. Это сделано для того, чтобы на такой сети можно было использовать те же электровозы переменного тока, что и на обычной с U = 25 кВ

Тяговые подстанции в случае системы 2 х 25 кВ можно строить еще реже: требуемое напряжение между рельсами и контактным проводом поддерживается при помощи значительно более дешевых, чем тяговые подстанции, автотрансформаторов, которые устанавливаются через каждые 8 - 15 км пути.

В целом, несмотря на высокую стоимость работ по электрификации железных дорог, достоинства электрической тяги особенно отчетливо проявляются именно на линиях большой протяженности. Дело в том, что электрификация дорог позволяет повысить их пропускную способность, увеличить массу грузовых поездов, повысить скорость движения. Самой длинной электрифицированной магистралью СНГ в ближай­шие годы должна стать сверхмагистраль Брест – Минск – Москва - Омск - Иркутск-Хабаровск, протяженностью 9650 км. В перспективе же после электрификации участка Хабаровск-Уссурийск ее длина должна достичь 10400 км! Среди электрифицированныхмагистралей большой протяженности можно отметить также трассы Санкт- Петербург – Москва – Харьков - Ростов- на- Дону – Тбилиси - Ереван (3350 км), Москва – Екатеринбург - Курган (2200 км), Москва - Киев- Львов - ЧОП (1750 км) и другие. Электропоездами осу­ществляется и пригородное сообщение многих крупных городов страны, в том числе и тех (Калининград, Волгоград и др.), которые сами не расположены на электрифициро­ванных магистралях.