Размещено на http: //www. allbest. ru/

Оглавление

• Введение
• 1. История развития электроснабжения железных дорог
• 2. Передача электроэнергии
• 3. Распределение электроэнергии
• 4. Электроснабжение электрических железных дорог
• 5. Система тока.Напряжение в контактной сети.
• 6. Тяговая сеть
• Заключение
• Список использованных источников


Введение

Железнодорожный транспорт потребляет около 7 % энергии, производимой электростанциями России. В основном она расходуется на обеспечение тяги поездов и питания нетяговых потребителей, к которым относятся станции, депо, мастерские и устройства регулирования движения поездов.

Кроме того, к системе электроснабжения железной дороги могут быть подключены расположенные вблизи нее предприятия и небольшие населенные пункты.

Согласно Правилам технической эксплуатации устройства электроснабжения железных дорог должны обеспечивать: а) бесперебойное движение поездов с установленными нормами массы, скоростями и интервалами между поездами при требуемых размерах движения; б) надежное электропитание устройств СЦБ и связи, как электроприемников I категории; в) надежное электроснабжение всех потребителей железнодорожного транспорта.

Также можно подчеркнуть, что электричество - основа развития экономики, фундамент технического прогресса во всем народном хозяйстве. Нет отрасли, нет современного предприятия, которые не нуждались бы в электричестве. Не может обойтись без него и железнодорожный транспорт.

Я хочу рассказать о системе электроснабжения железных дорог.

Но для начала обратимся к истории развития электроснабжения железных дорог.

1. История развития электроснабжения железных дорог

железнодорожный транспорт электроснабжение тяговой

Первая научная работа по внедрению электрической тяги на железных дорогах появилась в России в 1837 году, т.е. в год открытия первой железной дороги Петербург - Царское Село. Это была публикация в Вестнике Министерства путей сообщения, так как инженерная мысль уже начинала работать в направлении возможной электрификации транспорта на самом начальном этапе развития, как железных дорог, так и электротехники.

В начале 1899 года создан синдикат германских электротехнических фирм "Сименс-Гальске", "Унион", "АЭГ". В том же году образован "Большой русский банковский синдикат 1899 года" для финансирования работ по электротехническому развитию. Важное место в планах, как русских банков, так и германских электроконцернов в этот период занимали проекты электрификации российских железных дорог.

Первые проекты электрификации железных дорог были разработаны в самом начале XX века выдающимся инженером, потом академиком, Генрихом Осиповичем Графтио. Он же с 1907 года начал читать курс лекций "Электрические железные дороги" студентам Петербургского электротехнического института.

В 1912 году создано учредительное общество для строительства электрифицированного участка транссибирской железнодорожной магистрали Москва-Сергиев Посад.

В 1913 году началось строительство линии, электрифицированной на постоянном токе 1200 вольт между Петербургом и Петергофом. Были сооружены две электростанции в Екатерингофе и Ораниенбауме. Однако работы были прекращены в связи с Первой Мировой войной.

После Февральской революции Временное правительство пыталось привлечь зарубежный капитал к продолжению развития электрификации России. Было получено согласие ряда иностранных компаний, в частности американских ("Вестингауз"), на продолжение работ по электрификации железных дорог.

К 1918 году в России насчитывалось около шестидесяти проектов пригородных и магистральных электрических железных дорог.

24 марта 1920 года была создана Государственная комиссия по электрификации России в состав которой входил и Отдел по электрификации железных дорог. Разработанный Комиссией план ГОЭЛРО ставил задачу создать основной транспортный скелет из таких путей, которые "соединяли бы в себе дешевизну перевозок с чрезвычайной провозоспособностью".

План предусматривал электрификацию на постоянном токе, но в качестве перспективной была рекомендована также система переменного тока промышленной частоты. Дальновидность такого решения была вполне подтверждена последующим развитием электрической тяги как в СССР, так и в мире.

В Советском Союзе первые электропоезда стали курсировать в 1926 году на участке Баку - Сабунчи. Однако эта железная дорога находилась в ведении Бакинского горсовета и являлась, по сути, городским электрическим транспортом. В состав Закавказской железной дороги НКПС СССР электрифицированный участок Баку - Сабунчинской дороги был передан только в апреле 1940 года.

В контактной сети электрифицированных железных дорог в России используется постоянный электрический ток напряжением 3000 вольт или переменный однофазный ток промышленной частоты напряжением 25000 вольт.

При питании переменным током (хотя это и усложняет конструкцию электровоза) значительно упрощаются устройства энергоснабжения электрических железных дорог: повышенное напряжение в контактной сети позволяет увеличить расстояние между тяговыми подстанциями при тех же потерях до 50 км (20-25 км при постоянном токе).

Кроме того, стоимость строительства контактной сети снижается в среднем на 7%, расход меди на её сооружение - в 2,5 раза.

2. Передача электроэнергии

Электрическая энергия один из самых важных видов энергии. Электроэнергия в своей конечной форме может передаваться на большие расстояния потребителю .

Электроэнергия, вырабатываемая генератором, отводится к повышающему трансформатору по массивным жестким медным или алюминиевым проводникам, называемым шинами. Шина каждой из трех фаз изолируется в отдельной металлической оболочке, которая иногда заполняется изолирующим элегазом (гексафторидом серы).

Трансформаторы повышают напряжение до значений, необходимых для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния.

Генераторы, трансформаторы и шины соединены между собой через отключающие аппараты высокого напряжения - ручные и автоматические выключатели, позволяющие изолировать оборудование для ремонта или замены и защищающие его от токов короткого замыкания. Защита от токов короткого замыкания обеспечивается автоматическими выключателями. В масляных выключателях дуга, возникающая при размыкании контактов, гасится в масле. В воздушных выключателях дуга выдувается сжатым воздухом или применяется «магнитное дутье». В новейших выключателях для гашения дуги используются изолирующие свойства элегаза.

Для ограничения силы токов короткого замыкания, которые могут возникать при авариях на ЛЭП, применяются электрические реакторы. Реактор представляет собой катушку индуктивности с несколькими витками массивного проводника, включаемую последовательно между источником тока и нагрузкой. Он понижает силу тока до уровня, допустимого для автоматического выключателя.

С экономической точки зрения, наиболее целесообразным, на первый взгляд, представляется открытое расположение большей части высоковольтных шин и высоковольтного оборудования электростанции. Тем не менее все чаще применяется оборудование в металлических кожухах с элегазовой изоляцией. Такое оборудование необычайно компактно и занимает в 20 раз меньше места, нежели эквивалентное открытое. Это преимущество весьма существенно в тех случаях, когда велика стоимость земельного участка или когда требуется нарастить мощность существующего закрытого распредустройства. Кроме того, более надежная защита желательна там, где оборудование может быть повреждено из-за сильной загрязненности воздуха.

Для передачи электроэнергии на расстояние используются воздушные и кабельные линии электропередачи, которые вместе с электрическими подстанциями образуют электросети. Неизолированные провода воздушных ЛЭП подвешиваются с помощью изоляторов на опорах. Подземные кабельные ЛЭП широко применяются при сооружении электросетей на территории городов и промышленных предприятий. Номинальное напряжение воздушных ЛЭП - от 1 до 750 кВ, кабельных - от 0,4 до 500 кВ.

3. Распределение электроэнергии

На трансформаторных подстанциях напряжение последовательно понижается до уровня, необходимого для распределения по центрам электропотребления и, в конце концов, по отдельным потребителям.

Высоковольтные ЛЭП через автоматические выключатели присоединяются к сборной шине распределительной подстанции. Здесь напряжение понижается до значений, установленных для магистральной сети, разводящей электроэнергию по улицам и дорогам.

Напряжение магистральной сети может составлять от 4 до 46 кВ. На трансформаторных подстанциях магистральной сети энергия ответвляется в распределительную сеть.

Сетевое напряжение для бытовых и коммерческих потребителей составляет от 120 до 240 В.

Крупные промышленные потребители могут получать электроэнергию с напряжением до 600 В, а также с более высоким напряжением - по отдельной линии от подстанции.

Распределительная (воздушная или кабельная) сеть может быть организована по звездной, кольцевой или комбинированной схеме в зависимости от плотности нагрузки и других факторов.

Сети ЛЭП соседних электроэнергетических компаний общего пользования объединяются в единую сеть.

4. Электроснабжение электрических железных дорог

Электрифицированные железные дороги в нашей стране получают электроэнергию от энергосистем.

Энергосистема - это совокупность крупных электрических станций, объединены линиями электропередачи и совместно питающих потребителей электрической и тепловой энергией.

Энергосистемы объединяют электростанции различных типов: тепловые, где используются разнообразные виды органического топлива, гидравлические и атомные.

Система электроснабжения электрифицированных дорог состоит из внешней (электростанции, районные трансформаторные подстанции, сети и линии электропередач) и тяговой (тяговые подстанции и электротяговая сеть) частей. (рисунок 1)

На тепловых, гидравлических и атомных электростанциях вырабатывается трехфазный переменный ток напряжением 6...21 кВ и частотой 50 Гц. Для передачи электрической энергии к потребителям напряжение на трансформаторных подстанциях повышают до 750 кВ в зависимости от протяженности высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП).

Вблизи мест потребления электроэнергии напряжение понижают до 110... 220 кВ и подают в районные сети, к которым наряду с другими потребителями подключены тяговые подстанции электрифицированных железных дорог и трансформаторные подстанции дорог с тепловозной тягой.

-Нарушение электроснабжения железных дорог может привести к сбою в движении поездов. Чтобы обеспечить надежное питание электроэнергией тяговой сети железнодорожного транспорта, как правило, предусматривают ее подключение к двум независимым источникам. В отдельных случаях допускается питание от двух одноцепных линий электропередачи или одной двухцепной.

-Тяговая сеть состоит из контактных и рельсовых проводов, представляющих собой соответственно питающую и отсасывающую линии.

Участки контактной сети подсоединяют к соседним тяговым подстанциям. Это позволяет более равномерно загружать подстанции и контактную сеть, что в целом способствует снижению потерь электроэнергии в тяговой сети.

Рисунок 1

5. Система тока. Напряжение в контактной сети

На железных дорогах России используют две системы электроснабжения: постоянного и однофазного переменного тока.

Тяга на трехфазном переменном токе не получила распространения, поскольку технически сложно изолировать близко расположенные провода двух фаз контактной сети (третья фаза - рельсы).

Электрический подвижной состав обеспечивают тяговыми двигателями постоянного тока, так как предлагаемые модели двигателей переменного тока не отвечают предъявляемым требованиям по мощности и надежности. Поэтому железнодорожные линии снабжают системой однофазного переменного тока, а на локомотивах устанавливают специальное оборудование, преобразующее переменный ток в постоянный.

Правилами технической эксплуатации регламентированы номинальные уровни напряжения на токоприемниках электрического подвижного состава: 3 кВ - при постоянном токе и 25 кВ - при переменном.

При этом определены допустимые с точки зрения обеспечения стабильности движения колебания напряжения: при постоянном токе - 2,7...4 кВ, при переменном - 21 ...29 кВ. На отдельных участках железных дорог допускается уровень напряжения не менее 2,4 кВ при постоянном токе и 19 кВ - при переменном.

Основными параметрами, характеризующими систему электроснабжения электрифицированных железных дорог, являются мощность тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь сечения контактной подвески.

На железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, тяговые подстанции выполняют две функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный.

Все оборудование, подающее переменный ток, размещается на открытых площадках, а выпрямители и вспомогательные агрегаты - в закрытых помещениях (рисунок 2). От тяговых подстанций электроэнергия поступает в контактную сеть по питающей линии - фидеру.

Основными недостатками системы электроснабжения постоянного тока являются его полярность, относительно низкое напряжение и отсутствие возможности обеспечить полную электроизоляцию верхнего строения пути от нижнего. Рельсы, служащие проводниками тока разной полярности, и земляное полотно представляют собой систему, в которой возможна электрохимическая реакция, приводящая к коррозии металла.

В результате снижается срок службы рельсови искусственных сооружений. Для предотвращения этого применяют соответствующие защитные устройства (анодные заземлители, катодные станции и др.).

Из-за относительно низкого напряжения (U = 3 кВ) в системе постоянного тока по контактной сети к электрическому подвижному составу подводится мощность при большой силе тягового тока. Для этого тяговые подстанции размещают недалеко друг от друга (10... 20 км) и увеличивают площадь сечения проводов контактной подвески.

При переменном токе повышается эффективность использования электрической тяги, поскольку по контактной сети передается требуемая мощность при меньшей силе тока по сравнению с системой постоянного тока.

Тяговые подстанции в этом случае располагаются на расстоянии 40... 60 км друг от друга. Их задачей является только понижение напряжения со 110...220 до 25 кВ, поэтому их техническое оснащение проще и дешевле, чем у тяговых подстанций постоянного тока.

Кроме того, в системе однофазного переменного тока площадь сечения проводов контактной сети примерно в два раза меньше. Для размещения оборудования на тяговых подстанциях при переменном токе используют открытые площадки. Однако конструкция локомотивов и электропоездов при переменном токе сложнее, а их стоимость выше.

В результате воздействия электромагнитного поля переменного тока на металлические конструкции и коммуникации, расположенные вдоль железнодорожных путей, в них появляется опасное для людей напряжение, а в линиях связи и автоматики возникают помехи.

Поэтому применяют особые меры защиты сооружений. Затраты на такие защитные меры, как улучшение электрической изоляции между рельсами и землей, замена воздушных линий кабельными или радиорелейными, составляют 20...25% общей стоимости работ по электрификации. Стыкование контактных сетей линий, электрифицированных на постоянном и переменном токе, осуществляют на специальных железнодорожных станциях.

В ряде случаев, когда создание таких станций представляется нецелесообразным, применяют электровозы двойного питания, работающие как на постоянном, так и на переменном токе.

Рисунок 2 Общий вид тяговой подстанции

6. Тяговая сеть

Тяговая сеть состоит из контактной (питающей) и рельсовой (отсасывающей) сетей.

Рельсовая сеть представляет собой рельсы, имеющие стыковые электрические соединения.

Контактная сеть - это совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприемникам электрического подвижного состава.

Основным требованием к конструкции контактной сети является обеспечение надежного постоянного контакта провода с токоприемником независимо от скорости движения поездов, климатических и атмосферных условий.

В контактной сети нет дублируемых элементов, поэтому ее повреждение может повлечь за собой нарушение установленного графика движения поездов. В соответствии с назначением электрифицированных путей используют простые и цепные воздушные контактные сети.

На второстепенных станционных и деповских путях при сравнительно небольшой скорости движения может применяться простая контактная подвеска, представляющая собой свободно висящий провод, который закреплен на опорах. При высокой скорости движения провисание контактного провода должно быть минимальным. Это обеспечивается конструкцией цепной подвески, в которой контактный провод между опорами подвешен не свободно, как в простой подвеске, а прикреплен к несущему тросу с помощью часто расположенных проволочных струн.

Рисунок 3

Благодаря такой конструкции расстояние между поверхностью головки рельса и контактным проводом остается практически постоянным. Для цепной подвески в отличие от простой требуется меньше опор: они располагаются на расстоянии 70...75 м друг от друга. В соответствии с ПТЭ высота контактного провода над поверхностью головки рельса на перегонах и станциях должна составлять не менее 5750 мм, а на переездах - 6000...6800 мм. В горизонтальной плоскости контактный провод расположен зигзагообразно относительно оси пути с отклонением у каждой опоры на ±300 мм.

Благодаря этому обеспечиваются его ветроустойчивость и равномерное изнашивание контактных пластин токоприемников. Контактный провод изготавливают из твердотянутой электролитической меди. Он может иметь площадь сечения 85, 100 или 150 мм2.

Наиболее распространены медные фасонные (МФ) провода

Рисунок 4 Сечение контактного провода МФ

Для увеличения срока службы контактных проводов используют различные технические решения (сухая графитовая смазка медных накладок на полозе токоприемника и др.), снижающие их износ. На строящихся магистральных железных дорогах применяют металлические (высотой до 15 м и более) и железобетонные (до 15,6 м) опоры контактной сети. Расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор на прямых участках должно составлять не менее 3100 мм. На существующих линиях, оборудованных контактной сетью, и в особых случаях на электрифицируемых линиях допускается сокращение указанного расстояния до 2450 мм - на станциях и до 2750 мм - на перегонах. Схема оснащения контактными проводами станционных путей зависит от их назначения и типа станции. Над стрелочными переводами контактная сеть имеет так называемые воздушные стрелки, образуемые пересечением двух контактных подвесок. Надежное электроснабжение подвижного состава и безопасность работников, обслуживающих контактную сеть, обеспечиваются, в частности, ее секционированием (делением на отдельные участки) с помощью воздушных промежутков, нейтральных вставок (изолирующих соединений), а также секционных и врезных изоляторов. Нейтральные вставки представляют собой несколько последовательно включенных воздушных промежутков, исключающих кратковременное электрическое соединение смежных секций контактной сети токоприемниками электрического подвижного состава в процессе его движения. Применение нейтральных вставок обязательно на участках переменного трехфазного тока с питанием секций от разных фаз. Перегоны и промежуточные станции, а на крупных станциях группы электрифицированных путей выделяются в отдельные секции. Соединение или разъединение секций осуществляется посредством секционных разъединителей, размещаемых на опорах контактной сети. 9,30...14,50 10,19...15,50 Рис. 6.4. Сечение контактного провода МФ Для защиты контактной сети от короткого замыкания между соседними тяговыми подстанциями располагают посты секционирования, оборудованные автоматическими выключателями.

Рисунок 5

Пост секционирования.

Кроме того, с целью обеспечения безопасности обслуживающего персонала и других лиц, а также защиты систем автоматики и телемеханики от токов короткого замыкания все металлические конструкции, непосредственно взаимодействующие с элементами контактной сети или находящиеся в радиусе 5 м от них, заземляют или оборудуют устройствами отключения. Для предохранения подземных металлических сооружений от повреждения блуждающими токами их изолируют от земли.

Снабжение электроэнергией линейных железнодорожных потребителей осуществляется посредством использования специальной трехфазной линии с напряжением 10 кВ, которая подвешивается на опорах контактной сети.

На электрифицированных железных дорогах по рельсам проходит тяговый ток. Для сокращения потерь электроэнергии и обеспечения нормального режима работы устройств автоматики и телемеханики на таких линиях предусматривают следующие особенности устройства верхнего строения пути:

- к головкам рельсов с наружной стороны колеи приваривают медные стыковые соединители, снижающие электрическое сопротивление рельсовых стыков;

- рельсы изолируют от шпал с помощью резиновых прокладок в случае применения железобетонных шпал и пропиткой деревянных шпал креозотом;

- используют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами, и между подошвой рельса и балластом обеспечивают зазор не менее 3 см;

- на линиях, оборудованных автоблокировкой и электрической централизацией, применяют изолирующие стыки (для того чтобы пропускать тяговый ток в обход их, устанавливают дроссельтрансформаторы или частотные фильтры).

Заключение

Перевод на электрическую тягу железнодорожных линий позволил увеличить весовые нормы поездов, участковые скорости, среднесуточные пробеги локомотивов.

Повысилась устойчивость работы, особенно в районах с суровыми климатическими условиями.

К числу важным преимуществ электротяги является экологический фактор.

Внедрение на сети железных дорог электрической тяги способствовало ускорению перевозочного процесса, качественно изменило эксплуатационную работу железных дорог.

Сегодня электровозы и электропоезда являются основным видом тяги на российских железных дорогах. Страна по прежнему занимает первое место в мире по протяженности сети: электрифицировано 42 тыс. км железнодорожных линий, хотя это и чуть меньше половины всей российской сети, но по этим направлениям осуществляется 82,3 % объема всех перевозок.

С учетом многолетнего опыта повышения эффективности перевозок на электротяге стратегической программой развития ОАО "РЖД" до 2010 года предусмотрено осуществить перевод на электрическую тягу до 2 тыс.км железнодорожных линий.

В итоге к 2010 году общая протяженность электрифицированных участков достигнет 44,5 тыс. км, на которых будет выполняться до 84% всей перевозочной работы.

Список использованных источников

1. Железные дороги. Общий курс / Учебник под ред. Ю.И. Ефименко, Электрон. дан. - М.: УМЦТ ЖДТ (Учебно - методический центр по образованию на железнодорожном транспорте), 2013, - 504с

2. Шиман, "Электрические железные дороги" (перев. Гинса под редакцией П. Д. Войнаровского); Dupuy, "Traction йlectrique" (2-е изд.); Ernest Gerard, "Traitй d'electrotraction"; Corsepius, "Die elektrische Bahnen"; H. Martin, "Production et distribution de l'energie pour la traction йlectrique"; Blondel et Dubois, "La traction йlectrique"; Roloff, "Elektrische Fernschnellbahnen"; Marechal, "Les chemius de fer йlectriques"; Zehme, "Handbuch der elektrischen Eisenbahnen".

3. 2. Веников В.В., Путятин Е.В. Введение в специальность: Электроэнергетика . М., 1988

4. Лит.: Марквардт К. Г., Энергоснабжение электрических железных дорог, 3 изд., М., 1965.

5. www.history.rzd.ru

Размещено на Allbest.ru