Система переменного тока напряжением 25 кВ

Первый участок Ожереье – Павелец длиной 137 км электрифицирован на переменном токе  в 1956 – 1957 годах.  По этой системе электрифицировано около 25

% общей протяжённости электрических железных дорог мира.

Система переменного тока напряжением 25 кВ позволяет легко понизить напряжение трансформатором электровоза, что является главным достоинством системы. Электровоз мощностью 6000 кВт на постоянном токе 3,3 кВ потребляет из тяговой сети 2000 А, а на переменном – лишь 300 А. Поэтому контактная сеть на переменном токе более лёгкая, опорные конструкции для её крепления требуют меньше материала, а значит – дешевле.

Конструкция ТП переменного тока значительно проще постоянного благодаря отсутствию преобразовательных агрегатов, понижающих и выпрямляющих переменное напряжение. Количество подстанций значительно меньше, оно составляет всего 440 шт. на всю эксплутационную длину линий более 20 тыс. км, электрифицированных на переменном токе. Среднее расстояние между ТП превышает 50 км.

Переход в тяговой сети на переменный ток напряжением 25 кВ вместо постоянного тока означает, что при одной и той же передаваемой на электровозы активной мощности и увеличенном в два раза расстоянии между подстанциями тяговый ток и падение напряжения в контактной сети снижаются в 3,3 раза, а потери энергии – в 11 раз.

В качестве тяговых единиц ещё используют электровозы с двигателями постоянного тока с последовательным возбуждением. Для питания этих двигателей устанавливают преобразовательные агрегаты, состоящие из понижающих трансформаторов и однофазных статических полупроводниковых преобразователей. Но в целях экономии эксплутационных расходов участки, электрифицированные ранее на постоянном токе, переводятся на переменный. Так, в 1995 г. впервые в мире на действующем участке Зима – Слюдянка Восточно–Сибирской железной дороги протяжённостью почти 400 км без остановки движения поездов произведено переключение электрической тяги с постоянного тока на переменный.

Схема питания тяги и нетяговых потребителей от ТП

Однофазного переменного тока 25 кВ

Для равномерной загрузки всех трёх фаз системы внешнего электроснабжения напряжение в тяговую сеть станции и перегонов подаётся от разных фаз трансформатора: контактная сеть перегона слева от станции получает питание от шины фазы В через выключатель Q1, контактная сеть станции получает питание также от шины фазы В через выключатель Q2, а перегон справа питается от фазы А через выключатель Q3.

Контактная сеть станции отделяется от перегона слева изолирующим сопряжением (ИС), а от перегона справа – нейтральной вставкой (НВ), состоящей из двух ИС. Нейтральная вставка позволяет токоприёмнику ЭПС переходить с фазы В станции на фазу А перегона, не создавая короткого замыкания между фазами, так как изолирующие сопряжения НВ перекрываются токоприёмником поочерёдно.

8

После подачи напряжения в тяговую сеть выключателями Q1, Q2, Q3 машинист может, подняв токоприёмник электровоза и включив выключатель Q5, подать  напряжение на первичную обмотку тягового трансформатора электровоза  Т_э.

Напряжение, снимаемое со вторичной обмотки Т_э, выпрямляется выпрямителем UD и

через сглаживающий реактор LR подводится к тяговым двигателям.

От шин 27,5 кВ ТП получают питание и нетяговые потребители. Для этого через выключатель Q4 к шинам А и В подключены два провода, проложенные на опорах контактной сети с полевой стороны, третьим проводом этой системы является рельс. Такая система получила название ДПР (два провода – рельс). Понижающие трансформа-торы ТКТП потребителей подключаются к проводам ДПР и рельсу, понижают напряжение до величины, необходимой потребителю.

Недостатки системы:

1. Значительное электромагнитное влияние тяговой сети на линии связи, проходящие вдоль железных дорог, что вынуждает выполнять их не воздушными, как на постоянном токе, а кабельными и приводит к увеличению стоимости электрификации железных дорог.

2. Несимметрия токов и напряжений как в тяговой, так и во внешней системе электроснабжения из-за того, что электровозы потребляют однофазный ток, а линии электропередачи трёхфазные.

3. Так как перегоны, прилегающие к станции, на которой находится тяговая подстанция, питаются от разных фаз системы внешнего электроснабжения, то появляется необходимость монтажа НВ у каждой подстанции. В результате возникает вероятность пережога контактного провода, так как при переходе токоприёмника на нейтральную вставку прекращения протекания тока через двигатели ЭПС сразу не происходит, за токоприёмником тянется электрическая дуга, которая может сжечь контактный провод.

4. Усложнение конструкции и удорожание электровозов, так как на них перенесены с ТП постоянного тока тяговые трансформаторы Т_Э и выпрямители UD.

Система однофазного переменного тока 2 x 25 кВ

появилась в результате необходимости существенного повышения передаваемой по тяговой сети электрической мощности и одновременного использования стандартного ЭПС на напряжение 25 кВ.

9

При этой системе электроэнергия от ТП к ЭПС передаётся в два этапа:

1. от подстанции до автотрансформаторных пунктов (АТП) напряжением 50 кВ;

2. от АТП до ЭПС напряжением 25 кВ.

Схема питания тяги и нетяговых потребителей