2.7. Схемы питания тяговой сети
Выбор рациональной схемы питания тяговой сети при проектировании и в условиях эксплуатации электрифицированной железной дороги является одной из важных задач, обеспечивающих оптимальные технико-экономические показатели работы как системы электроснабжения, так и железной дороги в целом. Очевидно, что решение этой задачи требует предварительного изучения основных характеристик возможных схем питания тяговой сети, ясного понимания достоинств и недостатков каждой из схем.
Электрический локомотив, находящийся в определенный момент времени на участке железной дороги между двумя смежными тяговыми подстанциями (на межподстанционной зоне), может получать питание от питающих проводов (фидеров) одной или обеих подстанций. Питание осуществляется от фидеров одной подстанции, если контактная подвеска каждого пути разделена на самостоятельные, электрически не связанные друг с другом секции.
Секционирование осуществляется с помощью секционирующих устройств: изолирующие сопряжения анкерных участков (воздушные промежутки), нейтральные вставки (НВ), секционные изоляторы. Рельсовый путь не секционируется.
У мест расположения тяговых подстанций контактная сеть (КС) секционируется. Каждая примыкающая секция КС питается через свой фидер, который присоединяется к шинам ТП через выключатель. На переменном токе секционирование станции с ТП, с одной стороны, выполняется с помощью НВ, так как контактная сеть станции и перегона имеют разные фазы. С другой стороны, воздушным промежутком, так как контактная сеть станции и перегона имеют одинаковые фазы. Для питания КС станций и локомотивного депо используют отдельные фидеры КС.
Изолирующее сопряжение для отделения станции и перегона располагают между входным сигналом и первой стрелкой станции со стороны перегона, чтобы при снятии напряжения со станции поезд мог быть остановлен у входного сигнала.
2.7.1. Схемы питания контактной сети однопутных участков
Односторонняя схема питания контактной сети представлена на рис. 2.35.
Рис. 2.35. Схема одностороннего питания: 1 – фидерная зона; 2 – межподстанционная зона; 3 – подстанционная зона
Фидерная зона – это участок контактной сети, получающий питание от одного фидера независимо от того, питают ли его другие фидеры.
Межподстанционная зона (МПЗ) – участок контактной сети между двумя тяговыми подстанциями.
Подстанционная зона – участок контактной сети, питающийся от данной подстанции.
Встречно-консольное питание предполагает раздельную работу подстанций (рис. 2.36). провода контактной сети МПЗ в середине участка между подстанциями разделяются нейтральной вставкой или воздушным промежутком на две секции. Питание каждой секции осуществляется от одной подстанции.
Сравним схемы питания по потерям напряжения, мощности, сечениям контактной сети и надёжности питания.
Рис. 2.36. Схема встречно-консольного питания КС: I – нагрузка; L – длина межподстанционной зоны
Приведем формулы расчета потерь напряжения и мощности для случая, когда нагрузка I находится посередине МПЗ:
,
(2.17)
где I – ток электровоза; r – сопротивление тяговой сети; L – длина межподстанционной зоны;
.
(2.18)
Преимущество встречно-консольной схемы питания заключается в отсутствии уравнительного тока, который может быть вызван разностью модулей напряжения или их разностью фаз на 1–2○.
При коротком замыкании отключается лишь половина межподстанционной зоны.
Двусторонняя схема питания контактной сети. Двустороннее питание контактной сети (параллельная работа тяговых подстанций по контактной сети, рис. 2.37) обеспечивает питание поезда одновременно от двух ТП.
Рис. 2.37. Схема двустороннего питания КС
Также приведем формулы расчета потерь напряжения и мощности схемы двустороннего питания КС для случая, когда нагрузка I находится посередине МПЗ:
,
(2.19)
.
(2.20)
В формуле (2.18) показано, что потери мощности формируются на двух участках (слева и справа от нагрузки I) за счет протекания тока I/2.
По
расчётным формулам (2.17)–(2.19) видно, что
потери напряжения
и
потери мощности
снижаются в два раза по сравнению со
схемой одностороннего питания.
Недостатком работы схемы двустороннего питания является снижение надежности электроснабжения, так как если КС не секционирована, то при коротком замыкании отключается вся МПЗ.
Для объединения преимуществ схем одностороннего и двустороннего питания в середине МПЗ контактная сеть секционируется воздушным промежутком и устанавливается пост секционирования (рис. 2.38).
Рис. 2.38. Схема с постом секционирования