ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Электрифицированные железные дороги в нашей стране получают электроэнергию от энергосистем.

Энергосистема– это объединение крупных электрических станций, связанных линиями электропередачи и совместно питающих потребителей электрической и тепловой энергией. Энергосистемы объединяют электростанции различных типов: тепловые, где используются разнообразные виды органического топлива, гидравлические и атомные.

Следует отметить, что нагрузки электрической тяги отличаются большой равномерностью, что способствует более стабильной работе энергосистем. От Единой энергетической системы нашей страны питаются электрические магистрали европейской части страны, Урала, Сибири, которые обеспечивают почти постоянную нагрузку, составляющую около З млн. кВт. Питание от мощных энергосистем обеспечивает бесперебойность и высокую надежность снабжения электроэнергией потребителей, в том числе и электрического подвижного состава.

Железнодорожный транспорт потребляет ≈ 7 % электроэнергии, производимой Энергосистемой. Эту энергию главным образом используют электрифицированные железные дороги.

► При электрификации железных дорог осуществляется комплексное электроснабжение:

– всего железнодорожного хозяйства (включая станции, мастерские, депо, аппаратуру СЦБ и т.д.),

– промышленности и сельского хозяйства прилегающих к железной дороге районов.

Поэтому на систему электроснабжения ложится также задача обеспечения электрической энергией так называемых нетяговых (районных) потребителей.

►Существуют 2 системы энергоснабжения:

1 – внешняя. Эл. энергия, вырабатываемая на электростанциях, передаётся по линиям электропередач к трансформаторным подстанциям, к которым и подключены потребители. Эта система также включает в себя высоковольтные выключатели, обесточивающие основные элементы системы в случае аварийных ситуаций.

2 – тяговая система. В неё входят: тяговые подстанции, тяговая сеть, быстродействующие выключатели (в качестве аппаратуры защиты).

На рисункеизображена в несколько упрощенном для наглядности виде общая схема электроснабжения электрифицированной железной дороги условно от одной тепловой электростанции.

1. На тепловых электростанциях в качестве первичных двигателей используют турбогенераторы мощностью 300, 500, 800 квт и более, работающие при сверхкритических параметрах пара (при начальном давлении пара 235 атм и выше) с минимальным удельным расходом топлива. На гидроэлектростанциях применяют гидравлические турбины мощностью до 650 тыс. квт.

Турбины вращают роторы электрических генераторов, которые строят на напряжение 6, 3; 10,5 и 15,75 кВ. Генераторы более высокого напряжения дороги, пока ненадежны в работе и поэтому их серийно не выпускают.

2. Трехфазный переменный ток, выработанный генераторами электростанции, передается через шины, высоковольтные выключатели, защитную и контрольную аппаратуру на трансформаторы, которые повышают напряжение до 35; 110; 220; 330; 400; 500 кВ и более. Эти номинальные значения напряжений предусмотрены действующими стандартами.

Рисунок – Схема энергоснабжения железных дорог

Высоковольтный выключатель применен для отключения линии электропередачи от электрической станции, если произойдет короткое замыкание на линии, или возникнут недопустимые перегрузки. Этот же выключатель используют для снятия напряжения с линии, например при ее осмотре.

3. Затем энергия высокого напряжения поступает в линии электропередачи (если она передается на переменном токе, либо статическими выпрямителями преобразуется в энергию постоянного тока и потом поступает в линию электропередачи).

Линии электропередачи классифицируют:

– по величине напряжения,

– роду тока (переменного или постоянного тока),

– по выполнению (воздушные или кабельные).

Для передачи энергии на большие расстояния сооружают, как правило, воздушные линии. Кабельные линии прокладывают лишь там, где нельзя построить воздушную линию.

Линии электропередачи длиной 500 - 600 км и мощностью 600 - 700 тыс кВт обычно выполняют переменного тока на напряжение 35, 110, 154, 220, 400 и 500 кВ. (Предельным для линий на переменном токе является напряжение 1300-1500 кВ, при котором воздух перестает быть надежной изоляцией.)

Если требуется осуществить передачу электроэнергии большей мощности на большие расстояния, то строят линии электропередачи постоянного тока напряжением 1500 кв. Постоянный ток проще передавать по кабелям, проложенным под землей (тяжелый провод). Это позволяет весьма эффективно преодолевать широкие водные пространства, а также тяжелые для воздушных линий пространства Севера России.

Линии электропередачи постоянного тока большой дальности (свыше 600 км) и мощности (свыше 700 тыс. кВт) экономичнее передач переменного тока; они требуют меньших капиталовложений и имеют более высокий к.п.д. Чем больше мощность передачи и ее дальность, тем значительнее эта разница.

К недостаткам передач постоянного тока следует отнести их более сложные и дорогие концевые подстанции с преобразователями.

4. Далее ток проходит через другой высоковольтный выключатель в первичную обмотку понижающего тягового трансформатора, находящегося на тяговой подстанции.

5. На тяговой подстанции в зависимости от вида тока, ток выпрямляется на выпрямительной установке (из переменного становится постоянным) или остаётся переменным.

Выпрямленный и невыпрямленный ток, через аппарат защиты - быстродействующий выключатель (находящийся также на тяговой подстанции) от шин положительной полярности понижающего тягового трансформатора подводится к контактной сети через питающую линию, и далее на токосъёмники ЭПС и в рельсы.

Чтобы получить замкнутую электрическую цепь, рельсы соединяют отсасывающей линией с шинами отрицательной полярности тягового трансформатора.

Быстродействующий выключатель (время срабатывания 0,015 сек.) автоматически отключает питающую линию, а следовательно, и контактную сеть в случае перегрузок и коротких замыканий последней. Кроме того, иногда необходимо отключать контактную сеть (снять с нее напряжение) для производства каких-либо работ, что также осуществляют отключением быстродействующего выключателя. Для проведения каких либо работ на самом выключателе, имеются два разъединителя.

При эксплуатации всегда стремятся обеспечить необходимый уровень напряжения на токоприёмниках ЭПС и возможно меньшие потери энергии, т.к. от этого зависит скорость движения поездов (см. схему ниже).

▲ Несмотря на потери электроэнергии, все устройства электроснабжения должны обеспечивать:

1 – Движение поездов с установленными:

- весовыми нормами,

- скоростями

- интервалами

2 – Работу устройств СЦБ, связи и вычислительной техники

3 – Гарантированное снабжение электроэнергией остальных потребителей железнодорожного транспорта.