Тема 5. Энергоснабжение городского транспорта

Энергоснабжением городского электрического транспорта является подача электроэнергии по контактным проводам, расположенным вдоль трассы маршрута на токосъемники подвижного состава.

Городской наземный электрический транспорт работает на постоянном токе под напряжением 600 В. Метрополитен также работает на постоянном токе напряжением 825-830 В.

Источником электрической энергии является энергосистема города, которая в свою очередь является частью региональной и государственной энергосистем. Электростанции вырабатывают трехфазный переменный электрический ток, напряжением примерно 6, 5-10, 5 кВ. При необходимости транспортирования электроэнергии на большие расстояния ток поступает на повышающие подстанции, где напряжение в разы выше и достигает 100-200 кВ и более. Электрическая энергия по высоковольтным линиям электропередач поступает на понижающие подстанции, которые преобразуют электроэнергию до величины 6-10 кВ, затем по кабельным сетям электроэнергия передается на тяговые подстанции, которые преобразуют переменный трехфазный электрический ток в постоянный с напряжением 600 В. С тяговых подстанций при помощи кабельных сетей (питающих) ток поступает в контактную сеть. От контактных проводов троллейбуса электроэнергия поступает на токосъемники. Нормальное расстояние между контактными проводами троллейбуса составляет 500 мм. Продолжительность службы графитового токосъемника составляет 2-3 дня. В плохую погоду износ токосъемников сильно увеличивается, в таких условиях рекомендуется применять металлокерамические токосъемники (при нормальных условиях срок службы около 7 дней). Долго использовать их не рекомендуется, так как увеличивается износ контактных проводов.

В настоящее время разрабатываются роликовые токосъемники.

Рис. 7 – Схема энергоснабжения трамвая и троллейбуса

1 – электрическая станция; 2 – повышающая трансформаторная подстанция; 3 – линии электропередач; 4 – понижающая подстанция; 5 – кабельная линия 6 или 10 кВ; 6 – тяговая подстанция; 7 – питающие кабельные линии; 8 – контактный провод трамвая; 9 – рельсы; 10 – контактные провода троллейбуса.

*Для троллейбуса отсасывающий кабель соединен с «минусовым» контактным проводом, расположенный ближе к тротуару; у трамвая отсасывающий кабель соединен с рельсами.

Для трамваев применяются токосъемники пантографного типа – они обеспечивают надежное электрическое соединение с контактным проводом на скорости до 50 км/ч. С целью сокращения износа пантографа контактный провод трамвая располагают не прямой линией, а зигзагообразно. Таким образом, энергосистема городского пассажирского транспорта включает линии электропередач от электростанции или понижающих подстанций энергосистемы на тяговых подстанциях, питающие кабели (контактные сети с тяговых подстанций), контактные сети и отсасывающие кабели, соединяющие ходовые рельсы трамвая или метро или второй провод троллейбуса с тяговой подстанцией.

Для метро аналогично трамваю в качестве контактного провода используется специальный контактный рельс.

Тяговая подстанция – это инженерное сооружение, оснащенное сложным комплексом электрического оборудования, основными элементами которого являются трансформаторы и выпрямители. В настоящий момент применяются выпрямители терристорного типа, для обеспечения надежности используют несколько контуров электропреобразования.

По способу управления тяговые подстанции подразделяются на автоматизированные и телеуправляемые, также подразделяются по мощности. Мощность тяговой подстанции зависит от системы питания тяговых сетей. Системы питания бывают двух видов: централизованные и децентрализованные.

При централизованной системе питания радиус действия тяговой подстанции может достигать 2-3 км, мощность подстанции зависит от ее расположения и от количества подвижного состава, которое она должна обеспечивать электроэнергией. При децентрализованной системе питания радиус действия 1-1, 5 км.

Располагаются тяговые подстанции вблизи крупных транспортных узлов (для сокращения потерь электроэнергии).

Централизованную систему используют при высокой плотности сети электрического транспорта; децентрализованную используют с целью сокращения затрат электроэнергии на вылетных, отдаленных линиях.

Эффективность использования подстанций характеризуется рядом показателей:

1. Коэффициент нагрузки – отношение средней потребляемой мощности подстанции к максимальной нагрузке (мощности);

2. Коэффициент использования подстанции – это отношение средней использованной мощности за расчетный период к номинальной мощности подстанции;

3. Коэффициент загрузки агрегатов – отношение энергии, отданной в сеть, к энергии, которую преобразовали агрегаты.

Контактные сети – это совокупность устройств, предназначенных для подачи электроэнергии к двигателю подвижного состава.

Требования, предъявляемые к контактной сети:

˗ надежность – т.е. обеспечение бесперебойной передачи электроэнергии при любых атмосферных условиях и любых скоростях подвижного состава;

˗ механическая и электрическая прочность – обеспечение максимальной безопасности при любых условиях;

˗ соответствие архитектурному облику города;

˗ простота конструкции (для снижения затрат на изготовление и обслуживание);

˗ удобство эксплуатации.

1. Жесткий (простой) способ подвеса.

Рис. 8 – Простой способ подвеса контактных проводов

Преимущества: простота конструкции, удобство использования, недорогая эксплуатация. Максимальное расстояние между опорами контактного провода 35-40 м. Недостатки: возможный провес контактного провода, поэтому не обеспечивается надежная связь при высоких скоростях движения. Данный способ используется, в основном, для трамвайных контактных сетей (со скоростями движения до 40 км/ч).

2.

Рис. 9 – Цепной способ подвеса контактных проводов

ставляет до 100 м, используется для троллейбусов.

3. Консольный способ подвеса. Имеет характеристики сходные с цепным способом подвеса провода.

Рис. 10 – Консольный способ подвеса контактных проводов

Нормативная высота подвеса контактного провода 5, 5-6, 3 м. Минимальная высота подвеса – 4, 2 м. Выполняется контактный провод из холоднотянутой медной проволоки (в настоящее время – из стальной омедненной проволоки).

Питание контактной сети осуществляется, преимущественно, с использованием подземного кабеля. Сердечник кабеля изготавливают из меди, алюминия. В качестве изоляции используется кабельная бумага, пропитанная битумной массой. Также рекомендуется использовать защитную оболочку, имеющую свинцовый слой, джутовую оболочку, ленточную (проволочную) броню.

Рис. 11 - Схема электрокоррозии под действием блуждающих токов
1 – провод; 2 – рельс; 3 – влажный грунт; 4 – труба; 5 – электродвигатель трамвая; 6 – сопротивление в стыке рельса

В анодной зоне происходит разрушение подземного сооружения, т.к. «блуждающие» токи вызывают процесс электролиза (отрицательное явление). Этот фактор надо учитывать при прокладке путей и подземных инженерных сооружений.

Величина тока, уходящего из рельсов в подземные сооружения, определяется величиной падения напряжения в рельсах, величиной переходного сопротивления между рельсами и землей, величиной сопротивления между землей и подземными сооружениями, а также взаимного расположения рельсовых путей и подземных сооружений. Чем больше падение напряжения в рельсах и чем меньше переходное сопротивление, тем больше величина «блуждающих» токов. Применение «бесстыковых» рельсов позволяет уменьшить падение напряжения.

Меры защиты от «блуждающих» токов:

˗ определение оптимальной трассы прокладки подземных сооружений и рельсовых путей;

˗ соблюдение нормативных расстояний от рельсовых путей до подземных сооружений;

˗ прокладка кабелей в тоннелях, коллекторах, и использование специальных изолирующих покрытий для труб и т.п.

На уровне транспортного предприятия меры борьбы с «блуждающими» токами следующие:

˗ соблюдение нормативного сопротивления в рельсах при прокладке и в процессе эксплуатации;

˗ соблюдение нормативного сопротивления в стыках рельсов;

˗ соблюдение переходного сопротивления рельсового пути путем использования защитных материалов в путях, резиновых вставок в основании под рельсовыми путями;

˗ увеличение плотности отсасывающей сети, вследствие чего уменьшается падение напряжения;

˗ уменьшение мощности тяговых подстанций;

˗ обеспечение контроля за режимом работы отсасывающей сети.