Меню

Все станции переменного тока



Как устроена и работает контактная сеть?

Опубликовано 26.07.2019 · Обновлено 04.02.2021

Как устроена и работает контактная сеть?

контактная сеть на железной дороге

Электрификация пришла на наши железные дороги давно. Современные Российские железные дороги уже невозможно представить без электровозов, быстрых пассажирских, тяжелых и длинных грузовых поездов, которые водят эти локомотивы. Безусловно электрификация совершила подлинную революцию на железных дорогах всего мира. Оставим пока анализ всех технических и экономических плюсов электротяги, посмотрим на контактную сеть.

железная дорога контактная сеть

Контактная сеть представляет из себя целый набор устройств: опоры, контактный провод, консоли, поддерживающие устройства, несущий трос, струны. Много всякого, а как оно работает?

Вдоль железной дороги, как правило, с правой стороны, на определенном расстоянии друг от друга (порядка 50 метров), в специальный фундамент в насыпи устанавливаются опоры, они могут быть бетонными или металлическими. На опоры устанавливаются консоли с изоляторами, между консолью и опорой, на консоль подвешивается сверху несущий трос, под ним подвешен непосредственно сам контактный провод.

контактная сеть

Подвеска контактного провода к несущему тросу осуществляется, так называемыми, струнами, один конец струны закрепляется на несущем тросу, а к нижнему концу струны специальными хомутами крепится и закрепляется винтами контактный провод. Сам контактный провод не идеально круглый, а имеет специальное сечение, оно позволяет хомутам надежно закрепить его, не мешая токоприемникам электровозов свободно двигаться по нижней его части.

Контактный провод

Контактный провод

На станциях все практически также, только контактная сеть располагается на жестких поперечинах или на гибких поперечинах, а поперечины устанавливаются сверху опор, которые находятся на больших расстояниях друг от друга, и между ними проложено много путей, это позволяет не устанавливать опоры контактной сети на каждом пути станции.

станция ржд

С целью обеспечения возможности снятия напряжения на отдельных путях перегонов и станций при сохранении питания электроэнергией других путей, что может оказаться необходимым не только при возникновении аварийных ситуаций, но и для обеспечения плановых работ на контактной сети, выполняемых со снятием напряжения, контактная сеть делится на отдельные участки (секции), электрически непосредственно не связанные между собой, не только на перегонах, но и на станциях. Это называется – секционированием.

Тяговая подстанция

Тяговая подстанция

Контактная сеть питается от тяговых подстанций, расположенных на определенном расстоянии на участках, в зависимости от рода тока. Железные дороги электрифицированы на постоянном токе, напряжением 3000 Вольт и на переменном токе, напряжением 25000 Вольт.

На границах между линиями, электрифицированными по системам постоянного и переменного тока, устраивают станции стыкования. Контактная сеть на таких станциях делится на три района: в одном районе контактная сеть всегда находится под напряжением постоянного тока, а в другом – всегда под напряжением переменного тока, а в третьем районе, называется, район переключения, напряжение на каждом пути может быть тем или другим в зависимости от того, какого рода тока электровоз направляется на этот путь или находится на нем.

В настоящее время при электрификации предпочтение отдается переменному току, при этой системе благодаря высокому напряжению тяговые подстанции можно располагать на большем расстоянии одна от другой (через 40-60, а иногда и 80 километров), чем при постоянном токе (через 15-25 километров), общую площадь сечения проводов контактной сети можно существенно уменьшить (обычно 140 мм2, при постоянном токе она составляет 700 мм2 и даже протягивается второй провод).

Неоспоримыми положительными качествами системы переменного тока являются высокие тяговые свойства электровозов и отсутствие интенсивной коррозии подземных искусственных сооружений. Можно существенно увеличивать вес составов, а отсюда возрастает пропускная способность железных дорог, да и материальные затраты при электрификации переменным током ниже. Вообщем экономика двигает вперед научно-технический прогресс. Но есть у контактной сети переменного тока и существенный недостаток – она оказывает сильное индуктивное влияние на другие линии, находящиеся в зоне действия ее электромагнитного поля – воздушные и кабельные линии связи, линии телеуправления, радиовещания, силовые и осветительные линии, линии для питания автоблокировки и др. Приходится удалять их на большое расстояние или калибровать.

Контролирует и в оперативном порядке управляет устройствами контактной сети на дороге – энергодиспетчер.

Источник

Электрификация железных дорог переменного тока 25 кВ — 25 kV AC railway electrification

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Обзор
  • 2 История
  • 3 Распределение
  • 4 Стандартизация
  • 5 вариаций
    • 5.1 25 кВ переменного тока в 60 Гц
    • 5.2 20 кВ переменного тока в 50/60 Гц
    • 5,3 12,5 кВ переменного тока в 60 Гц
    • 5,4 12 кВ в 25 Гц
    • 5.5 6.25 кВ переменного тока
    • 5.6 50 кВ переменного тока
    • 5.7 Автотрансформаторная система 2 x 25 кВ
    • 5.8 Повышенное напряжение
    • 5,9 25 кВ на линиях широкой колеи
    • 5.10 25 кВ на узкоколейных линиях
    • 5.11 Другие напряжения при электрификации 50 Гц
  • 6 Многосистемные локомотивы и поезда
  • 7 См. Также
  • 8 ссылки
  • 9 Дальнейшее чтение

Обзор

Эта электрификация идеально подходит для железных дорог, которые покрывают большие расстояния или имеют интенсивное движение. После некоторых экспериментов перед Второй мировой войной в Венгрии и в Шварцвальде в Германии он получил широкое распространение в 1950-х годах.

Одной из причин, по которой он не был представлен раньше, было отсутствие подходящего небольшого и легкого оборудования для регулирования и выпрямления до разработки твердотельных выпрямителей и связанных с ними технологий. Другой причиной были увеличенные расстояния, необходимые для прохода под мостами и в туннелях, что потребовало бы серьезных строительных работ , чтобы обеспечить увеличенный зазор до токоведущих частей.

Железные дороги, использующие более старые системы постоянного тока меньшей мощности , ввели или вводят 25 кВ переменного тока вместо 3 кВ постоянного тока / 1,5 кВ постоянного тока для своих новых высокоскоростных линий.

История

Первое успешное и регулярное использование системы 50 Гц датируется 1931 годом, испытания проводятся с 1922 года. Она была разработана Калманом Кандо в Венгрии, который использовал переменный ток 16 кВ при 50 Гц , асинхронную тягу и регулируемое количество ( мотор) полюса. Первой электрифицированной линией для испытаний была Будапешт – Дунакеси – Алаг. Первой полностью электрифицированной линией была Будапешт – Дьер – Хедьешхалом (часть линии Будапешт – Вена). Хотя решение Кандо показало путь в будущее, железнодорожные операторы за пределами Венгрии не проявили интереса к проекту.

Первая железная дорога, использующая эту систему, была построена в 1936 году Deutsche Reichsbahn, которая электрифицировала часть Höllentalbahn между Фрайбургом и Нойштадтом, установив систему переменного тока 20 кВ , 50 Гц . Эта часть Германии находилась во французской зоне оккупации после 1945 года. В результате изучения немецкой системы в 1951 году SNCF электрифицировала линию между Экс-ле-Беном и Ла-Рош-сюр-Форон на юге Франции, первоначально используя те же 20 кВ, но преобразованные в 25 кВ в 1953 году. Затем система 25 кВ была принята в качестве стандарта во Франции, но, поскольку значительные участки к югу от Парижа уже были электрифицированы на 1500 В постоянного тока , SNCF также продолжила несколько крупных новых проектов электрификации постоянного тока. , пока в 1960-х годах не были разработаны локомотивы с двойным напряжением.

Основная причина, по которой электрификация на этом напряжении раньше не применялась, заключалась в недостаточной надежности ртутных выпрямителей, которые могли уместиться в поезде. Это, в свою очередь, связано с требованием использовать двигатели серии постоянного тока , что требует преобразования тока из переменного в постоянный, а для этого необходим выпрямитель . До начала 1950-х годов ртутно-дуговые выпрямители было трудно эксплуатировать даже в идеальных условиях, и поэтому они не подходили для использования в железнодорожных локомотивах.

Было возможно использовать электродвигатели переменного тока (и некоторые железные дороги использовали, с переменным успехом), но они имеют далеко не идеальные характеристики для тяговых целей. Это связано с тем, что управление скоростью затруднено без изменения частоты, и зависимость от напряжения для управления скоростью дает крутящий момент на любой заданной скорости, который не является идеальным. Вот почему двигатели серии постоянного тока являются лучшим выбором для тяговых целей, поскольку они могут управляться напряжением и имеют почти идеальную характеристику крутящего момента в зависимости от скорости.

В 1990-х годах в высокоскоростных поездах начали использовать более легкие, не требующие обслуживания трехфазные асинхронные двигатели переменного тока. В N700 Shinkansen используется трехуровневый преобразователь для преобразования однофазного переменного тока 25 кВ в 1520 В переменного тока (через трансформатор) в 3000 В постоянного тока (через фазоуправляемый выпрямитель с тиристором) в трехфазный переменный ток максимум 2300 В (через трансформатор). переменное напряжение, преобразователь частоты с использованием БТИЗ с широтно-импульсной модуляцией ) для работы двигателей. Система работает в обратном направлении для рекуперативного торможения .

Выбор 25 кВ был связан с эффективностью передачи энергии в зависимости от напряжения и стоимости, а не с точным соотношением напряжения питания. Для заданного уровня мощности более высокое напряжение обеспечивает меньший ток и, как правило, лучшую эффективность при более высоких затратах на высоковольтное оборудование. Было обнаружено, что 25 кВ было оптимальной точкой, где более высокое напряжение все же улучшило бы эффективность, но не на значительную величину по сравнению с более высокими затратами, вызванными необходимостью в изоляторах большего размера и большим зазором от конструкций.

Во избежание коротких замыканий высокое напряжение необходимо защищать от влаги. Погодные явления, такие как « неправильный тип снега », в прошлом приводили к неудачам. Пример атмосферных причин произошел в декабре 2009 года, когда четыре поезда Eurostar сломались внутри туннеля под Ла-Маншем .

Читайте также:  Электромагнитный вихревых токов метод

Распределение

Электроэнергия от генерирующей станции передается на сетевые подстанции по трехфазной системе распределения.

На сетевой подстанции понижающий трансформатор подключен к двум из трех фаз источника высокого напряжения. Трансформатор понижает напряжение до 25 кВ, которое подается на железнодорожную фидерную станцию, расположенную рядом с путями. SVC используются для балансировки нагрузки и управления напряжением.

В некоторых случаях к подстанциям с однофазными трансформаторами переменного тока были построены выделенные однофазные линии электропередач переменного тока. Такие линии были построены для снабжения французских ТЖВ .

Стандартизация

Электрификация железных дорог с использованием переменного тока 25 кВ , 50 Гц стала международным стандартом. Существует два основных стандарта, определяющих напряжения в системе:

  • EN 50163: 2004 + A1: 2007 — «Железнодорожные приложения. Напряжение питания тяговых систем».
  • IEC 60850 — «Железнодорожные приложения. Напряжение питания тяговых систем».

Допустимый диапазон разрешенных напряжений указан в вышеуказанных стандартах и ​​учитывает количество поездов, потребляющих ток, и их расстояние от подстанции.

Система электрификации Напряжение
Мин.
не постоянный
Мин.
постоянный
Номинальный Максимум.
постоянный
Максимум.
не постоянный
25 000 В , переменный ток, 50 Гц 17 500 В 19 000 В 25 000 В 27 500 В 29 000 В

Эта система в настоящее время является частью стандартов совместимости трансъевропейских железных дорог Европейского союза (1996/48 / EC «Функциональная совместимость трансъевропейской высокоскоростной железнодорожной системы» и 2001/16 / EC «Функциональная совместимость трансъевропейской системы обычных железных дорог». «).

Вариации

Были использованы системы, основанные на этом стандарте, но с некоторыми вариациями.

25 кВ переменного тока в 60 Гц

В странах, где 60 Гц является нормальной частотой сети, 25 кВ при 60 Гц используется для электрификации железных дорог.

  • В Аргентине на линии Рока (при ширине колеи 1676 мм или 5 футов 6 дюймов ).
  • В Канаде на линии Deux-Montagnes в Агентстве транспорта Монреаля митрополит .
  • В Японии линии Токайдо, Саньо и Кюсю Синкансэн ( длина 1435 мм или 4 фута 8 дюймов). 1 / 2 в калибровке).
  • В Южной Корее на Кораил .
  • На Тайване, на линии Тайваньской высокоскоростной железной дороги (расстояние 1435 мм или 4 фута 8 1 / 2 в калибровке) и железнодорожная администрация Тайваня электрифицированных линий «с ( использовании 1,067 мм или 3 фута 6 в калибровке).
  • В Соединенных Штатах, новые электрифицированные участки Северо-восточного коридора (т.е. сегмент Нью-Хейвен-Бостон) междугородних пассажирских линий, пригородных линий Транзита Нью-Джерси , пригородной железной дорогиДенвераRTD и отдельных отдельных коротких линий.

20 кВ переменного тока в 50/60 Гц

В Японии это используется на существующих железнодорожных линиях в регионах Тохоку , Хокурику , Хоккайдо и Кюсю , из которых Хокурику и Кюсю имеют частоту 60 Гц .

12,5 кВ переменного тока в 60 Гц

Некоторые линии в США были электрифицированы на 12,5 кВ 60 Гц или преобразованы с 11 кВ 25 Гц на 12,5 кВ 60 Гц . Использование 60 Гц обеспечивает прямое питание от электросети 60 Гц, но не требует большего расстояния между проводами для 25 кВ и 60 Гц или требует возможности двойного напряжения для поездов, также работающих на линиях 11 кВ 25 Гц . Примеры:

  • Metro-North Railroad «s New Haven Line из Pelham, Нью — Йорк в Нью — Хейвене, штат Коннектикут (Начиная с 1985 года, ранее 11 кВ 25 Гц).

12 кВ в 25 Гц

  • Береговая линия Северной Джерси компанииNew Jersey Transit от Матавана, штат Нью-Джерси, до Лонг-Бранч, штат Нью-Джерси (1988–2002 гг.; Изменено на 25 кВ, 60 Гц).
  • Amtrak

6,25 кВ переменного тока

В начале электрификации железной дороги переменным током 50 Гц в Соединенном Королевстве планировалось использовать участки 6,25 кВ переменного тока, где было ограниченное пространство под мостами и в туннелях. Подвижной состав был двухвольтным с автоматическим переключением между 25 кВ и 6,25 кВ . В кВ 6,25 участков были преобразованы в AC 25 кВ в результате научно — исследовательской работы , которая показала , что расстояние между живым и заземленным оборудованием может быть снижено по сравнению с первоначально думали, что это необходимо.

Исследование проводилось с использованием парового двигателя под мостом в Крю . Участок ВЛ-25 кВ постепенно приближался к заземленным металлоконструкциям моста, подвергаясь воздействию пара из дымовой трубы локомотива. Расстояние, на котором произошло перекрытие, было измерено, и оно использовалось в качестве основы для определения новых зазоров между воздушным оборудованием и конструкциями.

50 кВ переменного тока

Иногда 25 кВ удваивается до 50 кВ, чтобы получить большую мощность и увеличить расстояние между подстанциями. Такие линии обычно изолированы от других линий, чтобы избежать осложнений при перебеге. Примеры:

  • Sishen-Салдана железной руды железной дороги ( 50 Гц ).
  • Дезрает Железнодорожное питание , который был изолирован углем железной дорогой. ( 60 Гц )
  • Теперь закрытая железная дорога Блэк-Меса и озера Пауэлл, которая также была изолированной угольной железной дорогой ( 60 Гц ).
  • Сейчас закрытое подразделение Tumbler Ridge компании BC Rail ( 60 Гц ).

Источник

yelkz

Yelkz

. уютный фотобложек для фотовсячины

Заметки о железнодорожном транспорте: Об электрификации ЖД в СССР и видах токов в контактных сетях yelkz 13 апреля, 2018

Одной из особенностей железнодорожного транспорта в России является высокая доля электрифицированных дорог. По протяжённости электрифицированных магистралей на конец 2014-го года Россия занимает 1-е место в мире — 43,4 тыс. км (2-е место Китай — 38,5 тыс. км) — где-то около половины дорог общего пользования. Ну то что много магистралей электрифицировано — это в общем ни для кого не секрет, а вот то что в контактных сетях используется токи разного рода многие узнают с удивлением. Тем ни менее факт: в контактных сетях используется либо постоянный электрический ток номинальным напряжением 3 кВ или переменный однофазный ток промышленной частоты 50 Гц номинальным напряжением 25 кВ. Я об этом сам долгое время не задумывался — узнал когда получал третью группу электробезопасноти (работа в конторе связанной с РЖД как-то обязывала вникать и разбираться). Ну и в общем долгое время я этот факт («есть постояннка 3 кв, есть переменка 25 кВ/50 Гц») принимал как должное — «потому что так принято исторически». А некоторое время всё-таки в вопрос захотелось вникнуть и как-то разобраться — а почему собственно так.

Сразу хочу оговориться — очень глубоко к физику электропитания я копать не буду, ограничиваясь какими-то общими фразами и где-то специально утрируя. Мне иногда высказывают, что вот я упрощаю — а специалисты-то читают и понимаю, что там «всё не так». Это я в курсе, но специалисты то о чём я пишу думаю и так знают — и вряд ли для себя что-то новое почерпнут.

Итак, собственно начать следует с того, что впервые применение электричества в качестве источника энергии для тяги поездов было продемонстрировано на промышленной выставке в Берлине в 1879 году, где был представлен макет электрической железной дороги. По участку протяженностью менее 300 м со скоростью 7 км/ч двигался поезд, состоящий из локомотива мощностью 2,2 кВт и трех вагончиков, в каждом из которых могло разместиться до 6 пассажиров. Создателями нового вида тяги были знаменитый немецкий учёный, изобретатель и промышленник Эрнст Вернер фон Сименс (Werner von Siemens, 1816-1892) и инженер Хальске. К началу 20 века сомнений в эффективности электрической тяги не оставалось. В короткий срок в различных странах было реализовано несколько проектов электрификации жд. На первом этапе электрификация применялась в горных местностях на линиях с тяжелым профилем, с большим количеством тоннелей, а также на пригородных участках, т.е. на тех участках, где преимущества электрической тяги были очевидны.

Соответственно два главных направления применения электрификации: пригородное сообщение и горные магистрали. О пригородном сообщении (суть электропоездах) хочется рассказать отдельно, сейчас же надо заметить лишь, что как раз пригородное железнодорожное сообщение в плане электрификации явилось приоритетным в СССР (в Российской Империи этот проект довести до ума не успели — помешала первая мировая война и революция), в СССР же за это взялись с размахом (тут план ГОЭЛРО конечно очень поспособствовал) — электропоезда начали заменять пригородные поезда на паровой тяге.

В качестве системы электроснабжения была принята система постоянного тока с номинальным напряжением 1500 В. Система постоянного тока была выбрана потому, что при однофазном переменном токе требовались бы более тяжелые и дорогие моторные вагоны из-за необходимости постановки на них трансформаторов. Кроме того, тяговые двигатели постоянного тока имеют при прочих равных условиях более высокий вращающий момент и более приспособлены для пуска по сравнению с двигателями однофазного тока. Это особенно важно для моторных вагонов, работающих на пригородных участках с большим числом остановочных пунктов, где требуется высокое ускорение при трогании с места. Напряжение 1500 В было выбрано в связи с тем, что требуется значительно меньше меди для контактной сети по сравнению с системой 600-800 В (использовалось для электрификации трамваев-троллейбусов). Одновременно появилась возможность создать надежное электрооборудование моторного вагона, на что нельзя было в то время рассчитывать при напряжении 3000 В (первые линии пригородного сообщения, электрифицированные постоянным током 3000 В появились только в 1937 году, однако в дальнейшем на такое напряжение перевели все уже построенные линии).

Параллельно с развитием пригородного сообщения в 1932—1933 гг. электротяга была внедрена на магистральной железной дороге Хашури — Зестафони (63 км) на тяжёлом Сурамском перевале. Здесь, в отличие от Москвы и Баку, электротяга использовалась для грузовых и пассажирских перевозок. Впервые на железнодорожных линиях СССР стали работать электровозы (собственно по месту применения их так и стали называть «сурамские электровозы» или «или электровозы сурамского типа»):

Читайте также:  Вывод формулы для работы тока

Основной чертой всех электровозов сурамского типа явилось наличие переходных площадок по концам кузова, что по существовавшим в то время нормам было обязательным для всех электровозов с электрооборудованием для работы по СМЕ. Экипажная часть локомотива состоит из двух сочленённых трёхосных тележек (осевая формула 0- 3-0 + 0-3-0). Кузов вагонного типа с несущей главной рамой. Рессорное подвешивание выполнено преимущественно на листовых рессорах. Подвешивание тягового электродвигателя — опорно-осевое.

И вот тут надо сделать важное замечание. В противовес паровозам, двигателем которого является паровая машина, железнодорожный транспорт следующих поколений начал приводиться в действие электродвигателями: так называемые ТЭД-ы (тяговые электродвигатели) — для многих кстати неочевидно, что ТЭД-ы используются как в электровозах/электропоездах, так и в тепловозах (последние просто питают ТЭД-ы размещенным в локомотиве дизель-генератором). Так вот на заре электрификации ЖД использовались ТЭД-ы исключительно постоянного тока. Это связано с их конструктивными особенностями, возможностью достаточно простыми средствами регулировать скорость и вращающий момент в широких пределах, возможностью работать с перегрузкой и т.д. Говоря техническим языком, электромеханические характеристики двигателей постоянного тока идеально подходят для целей тяги. Двигатели же переменного тока (асинхронные, синхронные) имеют такие характеристики, что без специальных средств регулирования их применение для электротяги становится невозможным. Таких средств регулирования на начальном этапе электрификации еще не было и поэтому, естественно, в системах тягового электроснабжения применялся постоянный ток. Строились тяговые подстанции, назначением которых является понижение переменного напряжения питающей сети до необходимого значения, и его выпрямление, т.е. преобразование в постоянный.

Но использование контактной сети постоянного тока создавало другую проблему — большой расход меди в контактной сети (по сравнению с переменным током), ибо для передачи большой мощности (мощность равна произведению тока на напряжение) при постоянном напряжении напряжении нужно обеспечить большую силу тока, ну то есть нужно больше провода и большего сечения (напряжение неизменно — надо понижать сопротивление).

Ещё в конце 1920-х гг., когда только начинали электрифицировать Сурамский перевал, многие специалисты хорошо понимали, что в будущем электрическая тяга на постоянном токе с номинальным напряжением 3 кВ не позволит рационально решить вопрос увеличения провозной способности линий путём повышения веса поездов и скорости их движения. Простейшие расчёты показывали, что при ведении поезда массой 10 000 т на подъёме 10 ‰ при скорости 50 км/ч тяговый ток электровозов будет составлять более 6000 А. Это требовало бы увеличения сечения контактных проводов, а также более частого расположения тяговых подстанций. После сравнения около двухсот вариантов сочетаний рода тока и величин напряжений было принято решение, что оптимальным вариантом является электрификация на постоянном или переменном (50 Гц) токе напряжением 20 кВ. Первая система на тот момент в мире нигде не была испытана, а вторая была хоть и очень мало, но изучена. Поэтому на первой Всесоюзной конференции по электрификации железных дорог было принято решение о сооружении опытного участка, электрифицированного на переменном токе (50 Гц) напряжением 20 кВ. Требовалось создать электровоз для испытаний, которые бы позволили выявить преимущества и недостатки электровозов переменного тока в условиях нормальной эксплуатации.

В 1938-м году был создан электровоз ОР22 (однофазный с ртутным выпрямителем, 22 — нагрузка от колёсных пар на рельсы, в тоннах). Принципиальная схема электровоза (трансформатор—выпрямитель—ТЭД, то есть с регулированием напряжения на низкой стороне) оказалась настолько удачной, что её стали использовать при проектировании подавляющего большинства советских электровозов переменного тока. На этой модели было опробовано ещё множество других идей, нашедших потом воплощение в более поздних проектах, но к сожалению дальше вмешалась война. Экспериментальная машина была разобрана, её выпрямитель использован на тяговой подстанции постоянного тока. А к идеям электровозов переменного тока вернулись только в 1954-м году с серией НО (или ВЛ61) уже на Новочеркасском электровозостроительном заводе.

Первым на переменном токе (напряжением 20 кВ) был электрифицирован опытный участок Ожерелье — Михайлов — Павелец в 1955—1956 гг. После проведения испытаний было решено увеличить напряжение до 25 кВ. Результаты эксплуатации опытного участка электрической тяги на переменном токе Ожерелье — Павелец Московской железной дороги позволили рекомендовать эту систему переменного тока к широкому внедрению на железных дорогах СССР (постановление Совета Министров СССР № 1106 от 3 октября 1958 г.). С 1959 года переменный ток напряжением 25 кВ начал внедряться на длинных участках, где требовалась электрификация, но поблизости не было полигонов постоянного тока.

В 1950—1955 гг. началось первое, ещё осторожное расширение полигона электрификации. Начался переход с напряжения 1500 В на 3000 В на всех пригородных узлах, дальнейшее развитие пригородных узлов, удлинение электрифицированных линий до соседних областных центров с внедрением электролокомотивной тяги для пассажирских и грузовых поездов. «Островки» электрификации появились в Риге, в Куйбышеве, в Западной Сибири, Киеве. С 1956 года (которой ознаменовал собой конец эпохи паровозов) начался новый этап массовой электрификации железных дорог СССР, который стремительно вывел электротягу и тепловозную тягу с 15 % доли в перевозках в 1955 году до 85 % доли в 1965 году. Массовая электрификация шла преимущественно на уже хорошо себя зарекомендовавшем постоянном токе напряжением 3000 В, хотя где-то уже начинал вводиться и переменный токе частоты 50 Гц напряжением 25 кВ. Параллельно с развитием сети линий на переменном токе велась разработка подвижного состава переменного тока. Так, первые электропоезда переменного тока ЭР7 и ЭР9 начали работу в 1962 г., а для Красноярской железной дороги в 1959 г. были приобретены французские электровозы типа Ф, так как производство советских электровозов переменного тока (ВЛ60 и ВЛ80) задерживалось.

В общем постоянным током были электрифицированы линии, вводимые в эксплуатацию раньше — более поздние линии электрифицировались уже переменным током. Также в 90-е/2000-е произошёл масштабный перевод ряда линий с постоянного тока на переменный. Споры о преимуществах систем не прекратились до сих пор. На заре внедрения переменного тока считалось, что эта система электропитания более экономичная, но сейчас однозначного решения нет:
— подвижной состав постоянного тока в полтора раза дешевле
— удельный расход у ЭПС на холмистом профиле, типичном для большей части нашей страны на 30% ниже.
Так или иначе, новые линии электрификации сейчас строятся только на переменном токе, а также некоторые старые переводятся с постоянного на переменный ток. Единственный в истории электрификации советских и российских железных дорог случай перевода участка с переменного тока на постоянный произошёл в 1989 году на Павелецком направлении Московской железной дороги. После электрификации на постоянном токе участка Рыбное — Узуново участок Ожерелье — Узуново (та самая исторически первая магистраль переменного тока) с переменного тока переведён на постоянный ток:

К слову сказать, сейчас есть тенденция к внедрению более надежных и экономичных асинхронных ТЭД-ов (на локомотивах нового поколения ЭП20, ЭС10, 2ТЭ25А ставятся именно они). Так что в сильно отдаленном будущем по причине перехода на такие ТЭД-ы от постоянного тока можно будет отказаться совсем. Пока что же отлично используются оба рода тока:

Осталось прояснить последний вопрос. Разнообразие систем электроснабжения вызвало появление пунктов стыкования (систем тока, напряжений, частоты тока). При этом возникло несколько вариантов решения вопроса организации движения через такие пункты. Выявились три основные направления:
1) Оборудование станции стыкования переключателями, позволяющими подавать на отдельные участки контактной сети тот или иной род тока. Например, поезд прибывает с электровозом постоянного тока, затем этот электровоз отцепляется и уезжает в оборотное депо или тупик для отстоя локомотивов. Контактную сеть на этом пути переключают на переменный ток, сюда заезжает электровоз переменного тока и ведет поезд далее. Недостатком такого способа является удорожание электрификации и содержание устройств электроснабжения, а также требует смены локомотива и связанных с этим дополнительных материальных, организационных и временны́х затрат. При этом значительное время занимает не столько смена электровоза, сколько опробование тормозов

2) 2. Использование многосистемного подвижного состава (в данном случае — двухсистемного — хотя в Европе например бывают и четырёхсистемные локомотив). При этом стыкование по контактной сети может делаеться за пределами станции. Данный способ позволяет проходить пункты стыкования без остановки (хоть и, как правило, на выбеге). Применение двухсистемных пассажирских электровозов сокращает время следования пассажирских поездов, и не требует сменять локомотив. Но стоимость таких электровозов выше. Дороже такие электровозы и в эксплуатации. Кроме того, многосистемные электровозы имеют больший вес (что, однако, малоактуально на железной дороге, где нередка добалластировка локомотивов для увеличения сцепного веса).

3) Применение тепловозной вставки — оставление между участками с разными системами электроснабжения небольшого тягового плеча, обслуживаемого тепловозами. На практике применяется на участке Кострома — Галич протяженностью 126 км: в Костроме постоянный ток (=3 кВ), в Галиче — переменный (

25 кВ). Транзитом курсируют поезда Москва—Хабаровск и Москва—Шарья, а также Самара—Кинель—Оренбург (прицепка тепловоза к пассажирским поездам происходит в Самаре, а к грузовым — в Кинеле). В Самаре и в Кинеле постоянный ток (=3 кВ), в Оренбурге — переменный (

Читайте также:  Каким должно быть сопротивление амперметра для измерения силы тока в участке цепи выберите ответ

25 кВ), транзитом проходят поезда на Орск, Алма-Ату, Бишкек. При таком способе «стыкования» значительно ухудшаются условия эксплуатации линии: вдвое удлиняется время стоянки составов, снижается эффективность электрификации из-за содержания и пониженной скорости тепловозов.

На практике же у нас в основном встречается первый способ — со станциями стыкования родов тяги. Скажем если я еду из Саратова в Москву такой станцией будет Узуново, если в Санкт-Петербург — Рязань-2, если в Самару — Сызрань-1, ну а если в Сочи или Адлер — Горячий Ключ (всегда кстати удивлялся тому факту, что в Сочи до сих пор используется постоянный ток, хотя все Северо-Кавказские ЖД на переменке — но говорят там надо чтоб на переменку перевести туннели где-то расширять, есть в общем проблемы).

А вообще могу ещё порекомендовать отличную карту-схема с где обозначена электрификация железных дорог России и Европы. Очень я люблю в эту карту позалипать:
>>> смотреть

Источник

Электростанции постоянного и однофазного переменного тока

В 70-80-х годах XIX века процесс производства электроэнергии еще не был отделен от процесса ее потребления. Электростанции, обеспечивающие электроэнергией ограниченное число потребителей, назывались блок-станциями.

В связи с трудностями регулирования системы дугового освещения на первых порах строились специализированные блок-станции : одни для дуговых ламп; другие для ламп накаливания.

Развитие первых электростанций было сопряжено с преодолением трудностей не только научно-технического, но и волюнтаристского и конъюнктурного характера. Так, городские власти запрещали сооружение воздушных линий, опасаясь за внешний вид города. Газовые компании всячески подчеркивали действительные и мнимые недостатки нового рода освещения.

На таких блок-станциях в качестве первичных двигателей поначалу применяли в основном поршневые паровые машины (локомобили), иногда ДВС. Сопряжение производилось с помощью ременных передач, так как поршневые двигатели были низкоскоростные (не более 200 об/мин). Для регулирования натяжения ремня электрогенераторы монтировались на салазках.

Впервые блок-станции («домовые») были построены в Париже для питания свечей Яблочкова на улице «Opera».

В России первой установкой такого рода явилась станция для освещения Литейного моста (в Петербурге), созданная в 1879 г. Яблочковым.

Однако идея централизованного производства электроэнергии была настолько экономически оправданной и соответствовала тенденции концентрации производства, что первые такие станции возникли уже в середине 80-х годов и быстро вытеснили блок-станции.

В 1881 г. несколько предприимчивых американских финансистов под впечатлением успеха, которым сопровождалась демонстрация ламп накаливания, заключили с Эдисоном соглашение и приступили к строительству первой в мире центральной электростанции (в Нью-Йорке). В сентябре 1882 г. она была сдана в эксплуатацию. В машинном зале было установлено 6 генераторов Эдисона мощностью по 90 кВт каждый. Станция была спроектирована очень рационально : генераторы имели искусственное охлаждение; они соединялись непосредственно с приводными двигателями; осуществлялась механическая подача топлива в котельную и механическое удаление золы и шлаков; защита от токов короткого замыкания осуществлялась плавкими вставками; магистральные линии были кабельными. Так что в дальнейшем при сооружении других станций развивались эти правильные принципы.

Исходные величины напряжений первых электростанций, от которых впоследствии были произведены другие, образующие известную шкалу напряжений, сложились исторически.

Дело в том, что в период исключительного распространения дугового освещения эмпирически было установлено, что наиболее подходящим для горения дуги является U = 45 В. Чтобы уменьшить токи короткого замыкания в момент зажигания дуги (при соприкосновение углей) и для более устойчивого горения дуги, последовательно с дуговой лампой включали сопротивление. Также эмпирически было найдено, что величина этого балластного сопротивления должна быть такой, чтобы падение напряжения на нем при нормальной работе составляло — 20 В. Таким образом, получалось U = 65 В, что долго и применялось. Однако часто в одну цепь включали две дуговые лампы, отсюда U= 2 · 45 +20 = 110 В. Это напряжение и было принято почти повсеместно в качестве стандартного.

Уже при проектировании первых центральных электростанций столкнулись с трудностями, которые в достаточной степени не были преодолены в течение всего периода господства техники постоянного тока.

Радиус электроснабжения определяется величиной допустимых потерь напряжения в сети, которые для данной сети тем меньше, чем выше напряжение. Именно это заставляло строить электростанции в центральных частях города, что существенно затрудняло не только обеспечение водой и топливом, но и удорожало стоимость земельных участков для строительства. Этим, в частности, объясняется вид Нью-Йоркской электростанции, где оборудование располагалось на многих этажах. Аналогичная ситуация была и в Петербурге: электростанции, обслуживающие район Невского проспекта, располагались на баржах (рядом вода, не надо земли), стоявших на Мойке и Фонтанке.

Ограничение возможности расширения радиуса электроснабжения привело к тому, что удовлетворять спрос на электроэнергию со временем становилось все труднее.

На центральных электростанциях с ростом их мощности локомобили, применявшиеся в качестве первичных двигателей, постепенно вытеснялись стационарными машинами. Их мощность составляла 100 — 300 л.с. при скорости вращения 100 — 200 об/мин, что приводило к необходимости введения между машиной и генератором ременной или канатной передачи. Давление пара не превышало 10 кг/см . Основным топливом служил каменный уголь, сжигавшийся на плоских колосниках, загрузка была ручной. Расход топлива при таком способе сжигания и отсутствие экономайзера, подогрева воздуха и плохой изоляции в 3 — 4 раза превышал расходы современных станций.

Рост потребностей в электроэнергии эффективно стимулировал повышение производительности и экономичности тепловых станций. Следует отметить решительный поворот от поршневых паровых машин к паровым турбинам.

В России первые паровые турбины были установлены в 1891 г. в Петербурге на Фонтанке [2].

В рассматриваемый период гидроэлектростанции строились редко в связи с трудностями передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электростанции — капиталистические предприятия — стремились расширить круг потребителей своего товара — электрической энергии. Было найдено несколько путей увеличить радиус распределения энергии.

Первая идея, не получившая распространения, касалась понижения напряжения электрических ламп. Однако расчеты показали, что при длине сети более 1.5 км экономически выгодней было построить новую электростанцию.

Другое решение, которое во многих случаях могло удовлетворить потребителей, состояло в изменении схемы сети: переход от двухпроводной к многопроводной, т.е. фактически повышение напряжения. Одним из таких решений была трехпроводная сеть: генераторы на станциях соединялись последовательно, и от средней точки шел нейтральный или компенсационный провод (1882 г. Дж. Гопкинсон и Т. Эдисон). При этом обычные лампы сохранялись и включались между линейным и нейтральным проводами, а двигатель для сохранения симметрии нагрузки включался на линейные провода (220 В). При несимметричной нагрузке в нейтральном проводе появлялся ток, но много меньше линейного, что позволяло уменьшить его сечение. Уменьшалось сечение (из-за нейтрального провода) и линейных проводов -экономия меди. Практически это позволяло увеличить радиус электроснабжения до 1200 м.

Третий путь увеличения радиуса электроснабжения предполагал сооружение аккумуляторных подстанций. Они были в то время обязательным дополнением любой электростанции, так как покрывали пики нагрузки. Эти подстанции сооружались вблизи потребителей.

Все возможности увеличения радиуса электроснабжения при постоянном токе довольно быстро были исчерпаны. Многопроводные сети и аккумуляторные подстанции могли удовлетворять потребности малых и средних городов, но совершенно не отвечали нуждам крупного города.

В 80-х г. начинают сооружаться станции переменного тока, выгодность которых с точки зрения радиуса электроснабжения была бесспорной.

Первой постоянно действовавшей электростанцией переменного тока можно считать станцию Гровнерской галереи (Лондон). На ней, пущенной в эксплуатацию в 1884 г., были установлены два генератора переменного тока Сименса, которые через последовательно включенные трансформаторы Голяра и Гиббса работали на освещение галереи. Недостатки последовательного включения трансформаторов (трудность поддержания постоянства тока) были выявлены быстро, ив 1886 г. эта станция была реконструирована по проекту С.Ц. Ферранти. Генераторы Сименса были заменены машинами Ферранти, каждая мощностью 1000 кВт с U= 2.5 кВ. Трансформаторы, изготовленные по проекту Ферранти, включались параллельно и служили для снижения напряжения в непосредственной близости от нагрузки.

Быстроходность паровых поршневых двигателей в то время сильно отставала от быстроходности генераторов. Поэтому последние имели большие диаметры и малые длины. Это характерно сейчас для гидростанций.

Примером крупной гидростанции однофазного тока, питавшей осветительную нагрузку, может служить американская станция, построенная в 1889 г. на водопаде вблизи г. Портленда. Гидравлические двигатели приводили в действие 8 однофазных генераторов общей мощностью 720 кВт. Энергия передавалась на расстояние 14 миль.

Характерная особенность первых электростанций переменного тока -изолированная работа отдельных машин. Синхронизация генераторов еще не производилась, и от каждой машины шла отдельная цепь к потребителям. Легко понять, насколько неэкономичными были такие сети (расход меди и изоляторов).

В России крупнейшие станции однофазного тока были сооружены в конце 80-х начале 90-х годов (1887 г. — Одесса). В том же году началась эксплуатация электростанции в Царском Селе. Протяженность воздушных линий была 64 км. В 1890 г. станция была переведена на переменный ток U = 2 кВ. По свидетельствам современников Царское Село было первым городом в Европе, который был освещен исключительно электричеством.

Крупнейшей в России электростанцией однофазного тока была станция на Васильевском острове в Петербурге, построенная в 1894 г. инженером Н.В. Смирновым [1]. Ее мощность составляла 800 кВт и превосходила мощность любой существующей в то время станции постоянного тока.

Дата добавления: 2016-06-29 ; просмотров: 2184 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник