Схема електропостачання електрифікованої ділянки залізниці змінного струму

Наведіть схему електропостачання електрифікованої ділянки залізниці змінного струму, вкажіть призначення її основних пристроїв

Схема електропостачання електрифікованої ділянки залізниці змінного струму з призначенням її основних пристроїв наведена на рис.1.

Рисунок 1 -- Схема електропостачання електрифікованої ділянки залізниці змінного струму

Система змінного струму напругою 25 кВ має вищу напругу в контактній мережі і можливість легко знизити його трансформатором електровоза, що є його головною перевагою. Електровоз потужністю 6000 кВт на постійному струмі споживає з тягової мережі 2000 А, а на змінному – лише 300 А. Тому контактна мережа на змінному струмі легша, опорні конструкції для її кріплення також більш легкі, вимагають менше матеріалу, а значить – дешевше.

Конструкція підстанцій змінного струму в порівнянні з підстанціями постійного струму простіша завдяки відсутності перетворювальних агрегатів, що знижують і випрямляють змінну напругу. Кількість підстанцій при системі змінного струму значно менша, воно складає менше 400 на всій мережі електрифікованих залізниць країни. Експлуатаційна ж довжина ліній, електрифікованих на змінному струмі, складає більше 20 тис. км. Середня відстань між підстанціями змінного струму перевищує 50 км.

Для економії експлуатаційних витрат деякі ділянки, електрифіковані раніше на постійному струмі, перекладаються на змінний. Так, в 1995 р. вперше в світі на діючий, інтенсивно працюючий ділянці, протяжністю майже 400 км. Зима-Слюдянка Східно-Сибірської дороги практично без зупинки руху поїздів проведено перемикання електричної тяги з постійного струму на змінний, що дозволило вирішити багато технічних проблем і понизити експлуатаційні витрати До лінії електропередачі трифазного змінного струму ЛЕП-110 кВ підключений знижуючий трансформатор підстанції Т, який знижує напругу 110 до 27,5 кВ для живлення тяги, а також до 35 або 10 кВ для живлення не тягових споживачів НП.

Напруга з трансформатора Т подається на шини А, В, С 27,5 кВ і використовується для живлення ЕПС через тягову мережу. Для рівномірного завантаження всіх трьох фаз системи зовнішнього електропостачання в тягову мережу станції і перегону зліва подається напруга, що відрізняється по фазі від напруги, що подається в тягову мережу перегону справа. Контактна мережа перегону зліва від станції отримує живлення від шини фази В через вимикач Q₁, по живлячій лінії, тягова рейка підключена до шини фази С, яка на підстанції заземляється, контактна мережа станції отримує живлення від шини фази В через вимикач Q₂, перегін справа споживається від фази А через вимикач Q₃.

Контактна мережа станції відділяється від перегону зліва ізолюючим сполученням ИС, а від перегону справа – нейтральною вставкою НВ, що складається з двох ізолюючих сполучень. Нейтральна вставка дозволяє струмоприймачу ЕПС переходити з фази В станції на фазу А перегону, не створюючи короткого замикання між фазами, оскільки ізолюючі сполучення НВ перекриваються струмоприймачем по черзі. Після подачі напруги в тягову мережу вимикачами Q₁, Q₂, Q₃ машиніст може, піднявши струмоприймач електровоза і включивши вимикач Q₅, подати напругу на первинну обмотку тягового трансформатора електровоза Т. Напруга, що знімається з вторинної обмотки Т, випрямляється випрямлячем UD і через згладжуючий реактор LR підводиться до тягових двигунів М, через які протікає струм. Обертання двигунів приводить ЕПС в рух. Від шин 27,5 кВ тяговій підстанції отримують живлення також не тягові споживачі. Для цього через вимикач Q₄ до шин А і В підключено два дроти, прокладені на опорах контактної мережі з польовою сторони третім дротом цієї системи є рейка. Система отримала назву ДПР (два проводи-рейки). Знижувальні трансформатори комплектних трансформаторних підстанцій споживачів ТКТП підключаються до проводів і рейки системи ДПР, знижують напругу до величини необхідної споживачеві.

Електроенергію для власних потреб підстанції СП (живлення ланцюгів управління, сигналізації, захисту, автоматики, освітлення, опалювання, вентиляція) отримують від трансформатора власних потреб Т_сн. Від шин власних потреб через трансформатор Т_СЦБ напруга подається в лінію ВЛ СЦБ 10 кВ, призначену для живлення пристроїв СЦБ. Від ВЛ СЦБ отримують електроенергію трансформатори сигнальних крапок автоблокування Т_СТА, які, у свою чергу, живлять релейні шафи СЦБ, а через них – лампи світлофорів. Оскільки від роботи пристроїв СЦБ залежить безперебійний рух поїздів на ділянці, вони повинні мати резервне джерело живлення. Як резервне джерело використовується трансформатор напруги ТV, підключений до одного з дротів лінії ДПР і рейку.

Система електропостачання змінного струму має і ряд недоліків. Один з них полягає в значному електромагнітному впливі тягової мережі на лінії зв'язку, що проходять уздовж залізниць, що примушує виконувати їх не повітрям, як на постійному струмі, а кабельними. Це приводить до збільшення вартості електрифікації залізниць. Виникають також проблеми не симетрії струмів і напруги як в тяговій так і в зовнішній системі електропостачання через те, що електровози споживають однофазний струм, а лінії електропередачі трифазні. Оскільки перегони, прилеглі до станції, на якій знаходиться тягова підстанція, живляться від різних фаз системи зовнішнього електропостачання, то з'являється необхідність монтажу нейтральних вставок НВ у кожної підстанції. На нейтральну вставку напруга не подається, тому ЕПС може споживати струм при своєму русі тільки до НВ. Після переходу струмоприймача на нейтральну вставку протікання струму через двигуни ЕПС повинне припинитися. Проте при великому струмі це відразу не відбувається, за струмоприймачем тягнеться електрична дуга, яка за долі секунди може перепалити контактний дріт. Щоб уникнути цього машиніст зобов'язаний відключити струм, під'їжджаючи до нейтральної вставки. Проте передчасне відключення струму може викликати зупинку поїзда на нейтральній вставці. Отже, проїзд нейтральної вставки вимагає від машиніста великої уваги, а наявність таких вставок збільшує вірогідність перепалу контактного дроту. До недоліків системи змінного струму можна віднести ускладнення і дорожчання електровозів, оскільки на них перенесені з підстанцій постійного струму тягові трансформатори Т_е і випрямлячі UD.