Рельсовая сеть в системе тягового электроснабжения

 

Для всех видов электрифицированного рельсового транспорта характерно единообразное построение системы тягового электроснабжения:

• внешнее электроснабжение (электрические станции и линии электропередачи);

• тяговые подстанции;

• питающие и отсасывающие фидеры;

• тяговая есть, включающая в себя контактную сеть, подводящую тяговые токи к потребителю (ЭПС), и обратную тяговую (рельсовую) сеть (ОТС), обеспечивающую их возврат на тяговую подстанцию (рис. 4.6).

Под термином «рельсовая сеть» понимается вся цепь протекания тяговых токов по рельсам от поезда до тяговых подстанций в отличие от понятия «рельсовая цепь», которым определяется ограниченный изолирующими или электрическими стыками участок рельсовой линии, по которому замыкается цепь сигнальных токов железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ).

Рельсовые сети различных систем электрической тяги отличаются друг от друга. На рисунке 4.6 приведены схемы рельсовых сетей для различных систем электрической тяги.

Для системы электроснабжения переменного тока характерным является наличие значительного электромагнитного влияния на смежные системы (линии связи и энергетики, трубопроводы и т. п.), что влечет за собой дополнительные затраты по их переустройству и защите. Это влияние вызывается большой несимметрией протекания прямой и обратной составляющих тока в контуре контактный провод — рельс — земля, поскольку из-за значительной индуктивной составляющей сопротивления рельсов большая часть тягового переменного тока протекает по земле. Поэтому появилась система тягового электроснабжения переменного тока напряжением 25 кВ с отсасывающими трансформаторами (рис. 4.6,в). Применение отсасывающих трансформаторов снижает уровень электромагнитного влияния в 4 - 6 раз.

Дальнейшим развитием системы с отсасывающими трансформаторами (ОТ) является система тягового электроснабжения 25 кВ с экранирующим и усиливающим проводами (рис. 1.1, г). Такая система имеет пониженное общее сопротивление тяговой сети, что делает ее более эффективной, чем обычная система 25 кВ или 25 кВ с отсасывающими трансформаторами.

При этом во всех системах электрической тяги рельсовая сеть используется в качестве обратного провода. Такое техническое решение, принятое на электрифицированном рельсовом транспорте, связано с определенными преимуществами: экономия цветных металлов и других материальных ресурсов, снижение потерь электроэнергии, уменьшение падения напряжения в тяговой сети систем электроснабжения.

При этом ходовые рельсы соединяют с минусовой шиной (или фазой «С» при электротяге переменного тока) тяговой подстанции отсасывающими фидерами (см. рис. 4.6). Одновременно эти рельсы служат проводниками сигнального переменного тока рельсовых цепей СЦБ и АЛС, обеспечивающих безопасность движения поездов. Ходовые рельсы секционируют, разделяя их изолирующими стыками на электрически не соединенные друг с другом рельсовые цепи или блокучастки. При двухниточных рельсовых цепях для пропуска тягового тока используются обе рельсовые нити, а при однониточной — одна (рис. 4.7, а, б).

 

Рис. №4.6 Рельсовая сеть систем электрической тяги 25 кВ (а); 2x25 кВ (б); 25 кВ с отсасывающими проводами (в);25 кВ с экранирующими и усиливающими проводами (г): 1 - тяговая подстанция; 2 — контактная сеть; 3 - тяговая рельсовая сеть; 4 — питающие линии; 5 — отсасывающие линии; 6— пункт присоединения отсасывающей линии к рельсовой сети; 7— секционный изолятор; 8 — тяговая нагрузка; 9- контур заземления подстанции; 10 — автотрансформаторным пункт; 11 — дополнительный провод; 12 — отсасывающий трансформатор; 13— отсасывающий провод; 14— присоединение отсасывающего провода к рельсовой сети; 15— усиливающий провод; 16 - экранирующий провод; 17— присоединение экранирующего провода к рельсовой сети; 18— соединение усиливающего провода с контактной сетью.

 

Рис. №4.7 Схема распределения тяговых токов в двухниточных (а) и однониточных (б) рельсовых цепях: ДТ— дроссель-трансформатор; РЦ — рельсовая цепь; СТ - изолирующий стык; ТН — тяговая нить; СН — сигнальная нить; ТС— электротяговый соединитель; Р, П - аппаратура соответственно релейного и питающего концов; , - обратный тяговый ток соответственно в 1-м и 2-мрельсах; — обратный тяговый ток; — сигнальный ток

 

При этом сигнальный ток установленной частоты (25 и 50 Гц. 420 - 780 Гц и 4,5 - 5,5 кГц) для каждой рельсовой цепи протекает по рельсам в пределах каждого изолированного участка пути. Чтобы обеспечить сквозное протекание тягового тока в обход изолирующих стыков, устанавливаются при двухниточных рельсовых цепях специальные дроссель-трансформаторы, имеющие малое сопротивление для постоянного тока (омическое) и сравнительно высокое для переменного (индуктивное).

На участках с однониточными рельсовыми цепями ходовые рельсы, используемые для пропуска тягового тока, оборудуются специальными электротяговыми соединителями (ЭТС). В настоящее время широко применяются бесстыковые рельсовые цепи (БРЦ) или тональные (ТРЦ). Это позволяет отказаться в большинстве случаев от использования дроссель-трансформаторов (ДТ), их применение обусловливается исключительно необходимостью подключения заземляющих устройств (ЗУ), а также отсасывающих фидеров тяговых подстанций (ТП) и автотрансформаторных пунктов (АТП). Для увеличения электропроводности рельсовой сети на многопутных участках осуществляется параллельное соединение путей на станциях и перегонах путем установки междупутных перемычек (МП). На сборных неизолированных стыках для улучшения их проводимости устанавливаются стыковые электротяговые соединители (СЭТС), а на стрелках — стрелочные ЭТС (рис. 3).

Таким образом, в систему цепи обратного тягового тока при ЭРТ постоянного и переменного тока входят ходовые рельсы, дроссельные стыки (дроссель-трансформаторы, междроссельные и дроссельные перемычки), стыковые и стрелочные ЭТС, междупутные перемычки и отсасывающие фидеры ТП, составляющие комплекс элементов обратной тяговой (рельсовой) сети (ОТС) при электрической тяге постоянного и переменного тока. От выбора определенных и строго нормируемых параметров этих элементов зависит и качество и целом системы тягового электроснабжения, которая должна обеспечивать:

• непрерывную цепь канализации тяговых токов, токов электрообогрева и сигнального тока рельсовых цепей СЦБ в пределах фидерной зоны и устойчивое электроснабжение тягового подвижного состава;

• надежную работу устройств защиты от токов короткого замыкания в системе тягового электроснабжения и защиту от атмосферных (грозовых) перенапряжений;

• нормальное функционирование устройств СЦБ и АЛС;

• выполнение требований электробезопасности;

• выполнение нормативных требований по ограничению утечки тяговых токов и защиту от электрокоррозии подземных металлических сооружений и конструкций;

• нормируемые параметры электромагнитной совместимости электротяги и смежных устройств (волноводных, кабельных и воздушных линий связи и специальных цепей в виде усиливающих и экранирующих подвесных проводов на опорах контактной сети).

Путевой дроссель-трансформатор имеет вывод от середины обмотки для пропуска тягового тока в соседнюю РЦ в обход изолирующих стыков (ИС). Вследствие этого магнитные потоки, возникающие в сердечнике ДТ от тягового тока в каждой рельсовой нити, противоположны по направлению.

Рис. №4.8 Схемы установки рельсовых соединителей на переходах рельсовых цепей двухниточных (а), от двухниточной к однониточной (б), однониточных (в), на двухпутных участках с автоблокировкой (г), без автоблокировки (д), на стрелочных переводах при двухниточных (е) и однониточных (ж) рельсовых цепях: 1 — дроссельный электрический соединитель; 2- междроссельный соединитель; 3 — стыковой соединитель; 4 и 5 — междроссельный и междурельсовый соединители в однониточных рельсовых цепях; 6 — межпутный соединитель на участке с автоблокировкой; 7и 8— междурельсовый и междупутный соединители на участке без автоблокировки; 9 — стрелочный электротяговый со­единитель; 10— стрелочный стальной штепсельный соединитель; 11 — путевой дроссель-трансформатор; 12 — изолирующий стык; 13— тяговая рельсовая нить; 14— сигнальная (нетяговая) рельсовая нить