Схемы питания контактной сети двухпутных участков
На двухпутных участках (и в общем случае на многопутных участках) следует различать также схемы соединения контактных подвесок путей. При отсутствии поперечных электрических соединений между контактными подвесками путей получаем схему раздельного питания (рис. 2.39, а).
В сочетании этой схемы с раздельной работой подстанций образуются фидерные зоны одностороннего (консольного) питания. Наличие одного поперечного электрического соединения контактных подвесок путей на каждой подстанционной зоне при раздельной работе подстанций позволяет создать кольцевую и встречно-консольную схемы питания, в каждой из которых любой электровоз получает питание от двух фидеров одной и той же подстанции. При двух и более поперечных соединениях контактных подвесок путей на каждой подстанционной зоне при раздельной работе подстанций осуществляется параллельная схема соединения подвесок КС при одностороннем питании.
При параллельной работе подстанций применение одного поперечного соединения контактных подвесок путей нa межподстанционной зоне дает узловую схему (рис. 2.39, б). Если число поперечных электрических соединений составляет не менее трех, то получаемую схему можно называть параллельной схемой соединения при двустороннем питании (рис. 2.39, в).
В нормальном режиме работы системы электроснабжения продольное и поперечное электрическое соединение контактных подвесок отдельных секций контактом сети обеспечивается с помощью специальных устройств – постов секционирования (ПС), а поперечное электрическое соединение контактных подвесок путей – применением пунктов (постов) параллельного соединения (ППС). Используемое в схемах ПС и ППС коммутационное оборудование позволяет в послеаварийных режимах работы системы электроснабжения автоматически отключать поврежденную секцию контактной сети.
Контактная сеть делится с помощью поста секционирования. Дополнительно могут устанавливаться 2–4 ППС. Схема с ПС и параллельная схема обеспечивают равномерную нагрузку контактной сети, тем самым уменьшаются протекающие в КС токи, снижаются потери, следовательно, можно уменьшить сечение контактной сети. Основной схемой для участков переменного тока является узловая, для постоянного тока – параллельная схема.
Рис. 2.39. Схемы питания контактной сети двухпутного участка: а – раздельное питание путей; б – узловая схема;
в – параллельное соединение путей; 1 – тяговая подстанция; 2 – контактная сеть пути I; 3 – контактная сеть пути II; 4 – секционирующие устройства; 5 – пост секционирования; 6 – пункт параллельного соединения контактной сети путей
Рассмотрим потери напряжения для трех основных схем (раздельная, узловая, параллельная): т. е. потери напряжения до пантографа электровоза при движении одного поезда по одному пути. Известно, что максимальные потери напряжения 
– для параллельной схемы. Тогда потери 
для узловой и раздельной схем питания построим в относительных единицах 
(рис. 2.40). Из полученного графика видно, что наибольшие потери напряжения будут при раздельной схеме питания.
Все схемы питания (однопутные, двухпутные) можно условно разделить на схемы одностороннего и двустороннего питания.
При двустороннем питании ток поступает к нагрузке с двух сторон все время, пока она находится между данными подстанциями, т. е. подстанции и контактная сеть загружаются большее время и меньшей нагрузкой. Таким образом, подстанции и контактная сеть при двустороннем питании нагружены более равномерно во времени. потери энергии и износ изоляции трансформаторов подстанций зависят от нагрузки: чем больше неравномерность распределения нагрузки во времени, тем (при прочих равных условиях) будут больше потери энергии и необходимая мощность тяговых подстанций. Потери напряжения, особенно их максимальные значения, также находятся в зависимости от схемы питания и получаются меньшими при двустороннем питании [10].
Рис. 2.40. Потери напряжения на участке КС в относительных единицах для схем питания: а – параллельной; б – узловой; в – раздельной
Следует отметить, что все эти преимущества схемы двустороннего питания достигаются при равных действующих значениях и отсутствии фазового сдвига напряжений на шинах смежных подстанций. В противном случае нагрузка распределяется между смежными подстанциями неравномерно, что ведет к увеличению потерь энергии и напряжения. В отдельных случаях это может уничтожить все преимущества двустороннего питания и, более того, создать заведомо недопустимые условия для применения такой схемы. В частности, это может возникнуть при питании смежных подстанций от различных энергосистем.
После определения значения уравнительного тока в межподстанционной зоне выполняются расчеты потерь электроэнергии для различных размеров движения поездов при применении различных схем питания тяговой сети с учетом потерь, вызываемых протеканием уравнительного тока.
На основании результатов расчета принимается решение о необходимости перехода с двусторонней схемы питания к встречно-консольной или кольцевой. Теоретически такое решение является правомерным и экономически оправданным, если потери электрической энергии в тяговой сети при двустороннем питании превосходят соответствующие потери при встречно-консольном или кольцевом питании.
На дорогах России, электрифицированных на переменном токе, как правило, применяется двустороннее питание, одностороннее – в виде исключения и обычно только на концевых участках или небольших ответвлениях от основных магистралей. За рубежом на участках однофазного тока (например, на японских, французских, испанских железных дорогах) предпочитают схему одностороннего питания контактной сети.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные требования, предъявляемые к различным схемам соединения обмоток трансформаторов железных дорог переменного тока?
2. Каковы причины появления несимметрии в системе тягового электроснабжения и ее влияние на технико-экономические показатели?
3. Назовите основные допущения, необходимые для построения векторных диаграмм.
4. Назовите особенность работы схемы Скотта. в чем заключается симметрирующий эффект ее работы?
5. Опишите работу схемы «звезда – треугольник – 11», объясните, почему данная схема принята основной для электроснабжения железных дорог переменного тока в Российской Федерации?
6. Каковы причины возникновения уравнительных токов, протекающих в контактной сети?
7. Каким образом уравнительный ток влияет на технико-экономические показатели системы тягового электроснабжения?
8. изобразите схематически возможные принципиальные схемы питания и секционирования контактной сети на двухпутном участке.
9. изобразите схематически возможные принципиальные схемы соединения контактных подвесок путей на двухпутном участке при параллельной работе подстанций.
10. С помощью каких устройств может быть осуществлено поперечное соединение контактных подвесок путей?
11. Укажите сходство и различие в назначении и принципиальных схемах постов секционирования и пунктов параллельного соединения.
12. Назовите особенности электрического питания районных и нетяговых потребителей?
рекомендуемая литература: [1, 2, 5–10].
3. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Общие сведения
Расчеты системы электроснабжения электрических железных дорог используются при проектировании системы электроснабжения магистральных железных дорог и метрополитена, а также в условиях эксплуатации при решении вопросов усиления системы, выбора энергоэффективных режимов работы электрооборудования или схемы питания.
Основные решаемые задачи:
– выбор мощности тяговой подстанции;
– выбор сечения проводов контактной сети;
– корректировка пропускной способности участка электрической железной дороги;
– выбор защиты от токов короткого замыкания и установок защиты;
– выбор вариантов схем питания тяговой сети и вариантов расположения подстанций;
– выбор защиты подземных сооружений от блуждающих токов;
– выбор способов защиты смежных линий от влияния электрических железных дорог.
Для решения этих задач нужно уметь определять нагрузки устройств: токи подстанций и фидеров, токи короткого замыкания в тяговой сети, токи в контактной сети и сети тяговых рельсов, токи утечки из рельсов в землю, токи в подземном сооружении. Необходимо также уметь рассчитывать напряжение в тяговой сети при перемещении поезда, потенциалы сети тяговых рельсов относительно земли [11].
Токи и напряжения в тяговой сети определяются при помощи специальных методов расчета.