Преимущества и недостатки системы тяги однофазного тока пониженной частоты.

К достоинствам системы электротяги следует отнести:

1) индуктивное сопротивление тяговой сети (пропорциональное частоте) в 3 раза меньше, чем при частоте 50 Гц (соответственно потери напряжения в сети меньше);

2) расстояние между тяговыми подстанциями, в среднем составляющее 50 км;

3) незначительное электромагнитное влияние на линии связи из-за более низкой частоты;

4) отсутствие проблемы несимметрии токов и напряжений, так как электрическая энергия из трехфазной сети передается в однофазную тяговую сеть посредством механического звена (преобразователь частоты, двигатель-генератор) или посредством статических преобразователей;

5) легкость контактной подвески данной системы тяги, так как сечение проводов в среднем составляет 200–250 мм²;

6) надежный электроподвижной состав со значительной мощностью 10 МВт;

7) отсутствие электрокоррозии на подземных коммуникациях, что освобождает от применения мер по их защите.

Недостатки системы переменного тока напряжением 15 кВ пониженной частоты заключаются в том, что:

1) система требует громоздких вращающихся преобразователей или строительства отдельных электростанций. Трансформаторы, работающие на пониженной частоте, массивны из-за большой площади сечения стальных сердечников, так как для создания необходимой эдс при пониженной частоте требуется больший магнитный поток;

2) невозможно применение принципа комплексности электрификации, система тяги не предусмотрена для питания районных и нетяговых потребителей.

2.2.3. Система однофазного переменного тока промышленной
частоты (50 Гц)

Мировой опыт применения различных систем электрической тя­ги постоянного и переменного тока свидетельствует о преимущественном использовании системы переменного тока про­мышленной частоты 50 Гц. Подтверждает это и мно­голетний опыт эксплуатации электрифицированных железных до­рог России.

Капитальные затраты на электрификацию железнодорожных линий при переменном токе ниже на 15–18 %, чем при постоянном. А число тяговых подстанций меньше в 2–3 раза. Тяговые подстанции существенно проще, в результате чего значительно ниже расходы на их техническое обслуживание. Легче контактная подвеска – эко­номия меди составляет более 2 т на 1 км. Полностью снимается проб­лема износа контактных проводов и их периодической замены, ис­ключается электрокоррозия опор контактной сети и подземных со­оружений [2].

Опыт ОАО «РЖД» показывает, что электрифицированные участки пере­менного тока имеют более высокую энергетическую эффективность, меньшие на 5–6 % суммарные потери энергии на тягу; на них прак­тически не ограничивается весовая норма поездов. При равных объе­мах работы на участках переменного тока требуется на 15–20 % мень­ше локомотивов и локомотивных бригад. В результате себестоимость перевозок на участках пере­менного тока почти на 20 % меньше, чем при электротяге постоянно­го тока [8].

Система переменного тока обеспечивает большие преимущества в поэтапном наращивании энергетических возможностей электричес­кой тяги, а при необходимости и в их понижении, например, при спа­де объемов перевозок. Существующие варианты системы снабжения переменного тока напряжением 25 кВ и 2×25 кВ, много­проводные, с экранирующими и усиливающими проводами (ЭУП) и другие хорошо вписываются в идеологию «категорирования» линий по объемам перевозок (рис. 2.5).

Для каждой из названных систем тягового электроснабжения су­щест­вует своя «ниша» по объему перевозок (на рис. 2.5 они заштрихо­ваны), в которой перевозочный процесс реализуется с оптимальной энергетической эффективностью. Границы этих «ниш» зависят от многих факторов и прежде всего от стоимостных, но для каждого кон­кретного участка эти границы вполне определенны [8].

Рис. 2.5. Зоны применения различных систем тягового электроснабже­ния по условиям оптимальной энергетической эффективности: T – критический грузооборот, при котором нецелесообразен перевод соответственно с теп­ловозной тяги на электрическую и с постоянного тока на переменный; S – среднегодовое по­требление электроэнергии на 1 км электрифицированной линии [8]

Исходя из очевидных преимуществ электрической тяги перемен­ного тока, не случайно в ряде стран начали переводить отдельные «старые» участки с постоянного тока на переменный (Франция, Ин­дия и др.). Пример подала Россия, где впервые в мировой практике в 1996 г. был осуществлен такой перевод протяженного магистраль­ного участка Транссибирской магистрали Зима–Слюдянка (длина 386 км), работающего в условиях высокой грузонапряженности. Уни­кальная технология перевода этого участка на переменный ток до­стойна внимания специалистов.

Протяженность дорог переменного тока в России составляет около 24,4 тыс. км, это 59 % электрифицированных дорог.