Система постоянного тока

Требованиям, связанным с условиями тяги электровозов, наиболее полно отвечают тяговые двигатели постоянного тока. Кроме того, эти двигатели достаточно экономичны, надежны и при сравнительно небольших габаритах развивают необходимую мощность. Поэтому в СССР, как и во многих других странах, долгое время осуществлялась электрификация железных дорог по системе постоянного тока напряжением 1500 и 3000 В. В настоящее время в России и СНГ все электрические железные дороги постоянного тока работают при напряжении 3000 В. На постоянном токе, но более низкого напряжения, работают также трамвай, троллейбус и метрополитен.

Локомотивы, к которым контактный провод подводит электрическую энергию постоянного тока, называются электровозами постоянного тока, а железнодорожные линии, где они работают, – электрифицированными железными дорогами постоянного тока или, точнее, железными дорогами, электрифицированными по системе постоянного тока (рис. 2.2).

Существуют разные модификации систем тяги постоянного тока, различающихся в основном уровнем подводимого к ЭПС напряжения – от 750 до 3000 В. На рис. 2.2 приведена принципиальная схема наиболее распространенной системы тяги постоянного тока.

Структурная схема тяговой подстанции постоянного тока 3 кВ с первичным напряжением 110(220) кВ и РУ 35 кВ для питания районных потребителей. Основные функциональные узлы тяговой подстанции (рис. 2.2): РУ110(220) кВ; понижающий трансформатор; РУ 35 кВ; РУ 10 кВ; преобразовательный трансформатор; выпрямители; РУ 3,3 кВ. Через вводы трехфазное напряжение 110(220) кВ, передаваемое по трем проводам, подается в РУ110(220) кВ, откуда по присоединениям – к понижающим трансформаторам. Эти трансформаторы трехобмоточные и поэтому они обмотками ВН и НН понижают первичное напряжение до 10 кВ, а обмотками ВН и СН – до 35 кВ. Напряжение 10 кВ поступает в РУ 10 кВ, а напряжение 35 кВ – в РУ 35 кВ. От РУ 35 кВ питаются трансформаторные подстанции района, от РУ 10 кВ – нетяговые железнодорожные потребители по воздушной линии, которая обычно размещается с полевой стороны на опорах контактной сети.

Рис. 2.2. Принципиальная схема системы тягового электроснабжения 3 кВ

От того же РУ 10 кВ получают трехфазное напряжение преобразовательные трансформаторы. Они понижают напряжение до 2,63 кВ. Это напряжение подается на выпрямители, которые преобразуют его в напряжение постоянного тока 3,3 кВ. Поэтому от выпрямителей в РУ 3,3 кВ идут уже всего два провода (две шины).

Через РУ 3,3 кВ и питающую линию (фидер) контактной сети потенциал шины (+) подается на участок контактной сети, а обратный фидер (отсос) с потенциалом (–) – на рельсы.

Особенности системы электротяги. Между любым участком контактной сети и рельсами разность потенциалов (напряжение) составляет 3 кВ. На шинах питающего контактную сеть РУ напряжение на 10 % должно быть выше, чем в контактной сети, т. е. 3,3 кВ. это связано с потерями напряжения до электроподвижного состава. Расстояние между тяговыми подстанциями составляет 15–20 км. На участках электрифицированных железных дорог с большими нагрузками расстояние между ТП составляет не более 5–7 км.