Электроснабжение нетяговых потребителей железнодорожного транспорта

Электроснабжение нетяговых потребителей железнодорожного транспорта

В проектах электрификации железных дорог предусматривается питание железнодорожных нетяговых потребителей от тяговых подстанций. Такое питание осуществляется либо специальными линиями 6(10) и 35 кВ (рис.1), либо линиями продольного электроснабжения (ПЭС) (рис. 2). При электрификации на однофазном токе промышленной частоты линия продольного электроснабжения имеет напряжение 25 кВ и выполняется по схеме «два провода – рельсы» (ДПР).

Рис. 3.1 Схема питания нетяговых потребителей от отдельной ЛЭП

Рис. 3.2 Схема питания нетяговых потребителей от линии ДПР

Линии продольного электроснабжения 6 или 10 кВ, предназначенные для электроснабжения нетяговых потребителей и устройств железнодорожной автоматики (ЖАТ), на значительных расстояниях (а иногда и целиком) проходят по опорам контактной сети. Эти линии используются на железных дорогах электрифицированных как по системе постоянного тока, так и по системе переменного тока.

На железных дорогах РФ с электротягой переменного тока для электроснабжения линейных нетяговых потребителей и устройств ЖАТ преимущественно применяется система ДПР. Это трехфазная ВЛ, фазы «А» и «В» которой подключены на подстанции к тяговой обмотке трансформатора 25 кВ и подвешены с противоположной от рельсов стороны опор контактной сети. Фаза «С» — это непосредственно рельсы.

У системы ДПР имеется масса недостатков:

1. Заземление обмоток высокого и низкого напряжения трехфазных КТП этой системы выполняется на два различных, электрически не связанных контура заземления.

2. При системе ДПР нельзя включать смежные подстанции для параллельной работы из-за разных групп соединения трансформаторов. Это создает затруднения для бесперебойного питания устройств СЦБ при переключениях фидеров.

3. Вследствие своей несимметрии система ДПР индуктирует напряжение в окружающие сети. Отключение контактной сети для работы на ней лишь частично уменьшает опасность.

4. По условиям термической стойкости огромная величина тока короткого замыкания на ДПР вынуждает устанавливать измерительные трансформаторы, рассчитанные на первичный ток величиной не менее 150 или 200 А. При этом они нагружаются лишь на несколько процентов. По ПУЭ эти трансформаторы должны устанавливаться на ток нагрузки величиной не менее 5 % от номинального. Реальный ток нагрузки на большинстве фидеров намного меньше. Это одна из причин погрешностей при измерениях.

5. При гальванической и электромагнитной связи потребителей с тяговой сетью и питании их от общей системы шин точный учет электроэнергии при системе ДПР представляет большую проблему. Это приводит к значительной разнице между показаниями счетчиков потребителей и тяговых подстанций. Применение современных электронных счетчиков не исправило ситуацию. К тому же тариф для потребителей электроэнергии от ДПР выше, чем от ВЛ сетевых районов (ЭЧС) примерно в 1,7 раза.

6. Питание контактной сети и нетяговых потребителей от одних шин имеет еще одно неудобство. Для резервного питания от ДПР напольных устройств СЦБ применяются приспособленные для этой цели измерительные трансформаторы типа ЗНОМ-35-66 (1,2 кВ×А, 27,5 кВ). Напряжение на основной и дополнительной вторичных обмотках этих трансформаторов в сумме составляет 227 В. Под нагрузкой от спаренных сигнальных точек оно снижается еще на 9…11 В. От потерь в кабелях напряжение в релейных шкафах оказывается уже близким к нижней границе нормы, что приводит к сбоям в работе рельсовых цепей.

Причина широкого применения системы ДПР не только в стремлении сэкономить на одном проводе, но и в необходимости питать в вынужденном режиме две подряд фидерные зоны (до 100—120 км). Выбор нестандартного напряжения ДПР 25 кВ был в свое время «простым решением» при отсутствии в России сетей с номинальным напряжением 20 кВ, которые широко распространены во всем мире и позволяют делать протяженные ВЛ с «глубокими вводами» на предприятия с компактным оборудованием.

Для ДПР применяется дорогостоящее, громоздкое и металлоемкое оборудование, рассчитанное на напряжение 35 кВ. Напряжение 6 или 10 кВ третьей обмотки тягового трансформатора не позволяет делать длинные фидерные зоны продольного электроснабжения, а напряжение 35 кВ велико для стесненных габаритов железных дорог.

Преобразование системы ДПР в полноценную симметричную (трехпроводную) ВЛ с изолированной нейтралью напряжением 25 кВ избавит рельсовые цепи от выравнивающих контуров КТП, установки дополнительных трансформаторов и обеспечит более предсказуемые условия электробезопасности.

Для электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог в странах Европы, США и Японии используются трехфазные сети 10 или 20 кВ с изолированной нейтралью. У таких сетей величина тока однофазного КЗ на землю составляет единицы, а в разветвленных сетях — десятки ампер. Это на два порядка меньше, чем в системе ДПР.