Тяговые подстанции городского электрического транспорта
Троллейбусный транспорт, как и любой другой городской
электрический транспорт, снабжается электроэнергией от общей
энергосистемы города. Энергоснабжение города обычно обеспечивает
достаточно большое количество электрических станций, объединенных в
единую энергетическую систему. Эти электрические станции работают
параллельно на единую высоковольтную сеть электропередачи.
Энергетическая система обеспечивает бесперебойное снабжение
потребителей электроэнергией, рационально использует электроблоки
электрических станций и их мощности.
Электрические станции в зависимости от энергоносителя подразделяются
на тепловые, гидроэлектрические и атомные.
Электростанции вырабатывают трехфазный переменный ток напряжением 6
или 10 кВ при частоте 50 Гц. Передача электроэнергии на большие
расстояния производится при повышенном напряжении (до 35, 110, 220
кВ и выше). Для повышения напряжения предусмотрены повысительные
подстанции. Принимается электроэнергия понизительными подстанциями,
которые понижают напряжение до необходимых значений.
Тяговые подстанции городского электрического транспорта
Для тяги в настоящее время целесообразнее всего применять систему
постоянного тока или систему однофазного переменного тока
промышленной частоты. Во втором случае на подвижном составе
необходимо монтировать выпрямительную установку для преобразования
переменного тока в постоянный.
Преимущества системы постоянного тока заключаются в том, что тяговые
характеристики двигателей постоянного тока предпочтительнее,
относительно просто регулируется частота (скорость) вращения якоря
тягового двигателя, габариты и вес электрического оборудования
значительно меньше, а ток, идущий по контактным проводам, не создает
электрических помех.
Система постоянного тока имеет и ряд недостатков: значительную
стоимость тяговых подстанций для преобразования трехфазного
переменного тока в постоянный; большую электрокоррозию, разрушающую
подземные металлосодержащие инженерные сооружения. Применение
переменного тока для целей тяги приводит к усложнению подвижного
состава, росту потерь электроэнергии и помех, создаваемых контактной
сетью в зоне расположения трассы.
Преимущественное применение для целей электрической тяги на
городском электрическом транспорте получил постоянный ток.
Трехфазный переменный ток напряжением 6-10 кВ преобразуется на
тяговых подстанциях в постоянный напряжением 600 В, требуемый для
энергоснабжения троллейбуса, что обеспечивает подачу на
токоприемники тока напряжением 550 В. Переход на более высокое
напряжение в контактной сети позволяет значительно экономить цветной
металл контактных проводов, сократить количество тяговых подстанций,
уменьшить вес и, следовательно, удешевить применяемое
электрооборудование подвижного состава, но для этого предстоит
решить еще целый ряд технико-экономических задач.
Тяговая подстанция 6 (рис. 168) по кабелям 5 получает электроэнергию
от электростанции (энергосистемы) 1. Прежде чем попасть на тяговую
подстанцию, электроэнергия проходит повысительную подстанцию 2,
высоковольтную линию передачи 3 и понизительную подстанцию 4.
Питающие кабели 7 подают электроэнергию на контактные провода 8,
токосъем с которых осуществляют токоприемники троллейбуса 9.
Электроэнергия поступает в распределительное устройство высокого
напряжения тяговой подстанции. Распределительное устройство состоит
из сборных шин, аппаратов защиты, измерительных приборов,
оперативных и вспомогательных аппаратов.
Преобразовательные агрегаты, присоединяемые к распределительному
устройству, включают в себя силовые трансформаторы и выпрямители.
Выпрямленный ток поступает на распределительное устройство
постоянного тока, откуда по питающим кабелям идет в контактную сеть.
Распределительное устройство переменного и постоянного тока
предназначено для приема и распределения электроэнергии. Оно
включает коммутационные аппараты, аппараты защиты и автоматики,
приборы измерений, а также сборные и соединительные шины.
Кабели, по которым поступает электрическая энергия из энергосистемы
в распределительное устройство преобразовательной (тяговой)
подстанции, обычно трехжильные марки СБ или АСБ. Кабели прокладывают
в земле (в траншее).
Команду на отключение поврежденного участка цепи, элемента схемы или
подачу сигнала о нарушении нормального режима работы осуществляет
система релейной защиты тяговой подстанции. Релейная защита обладает
избирательностью действия (селективностью), быстродействием,
чувствительностью и высокой надежностью. Такая защита обеспечивает
отключение только поврежденного элемента цепи, производя его в
минимально короткий срок и срабатывая при малейших нарушениях
нормального режима, но не реагируя на изменения, сопутствующие
нормальному режиму работы (толчки тока). Релейная защита реагирует
на информацию, которая поступает от автоматических приборов (реле),
сигнализирующих об изменениях в режиме работы, и подает команду в
схему отключения или сигнализации.
В качестве преобразователей тока на тяговых подстанциях в настоящее
время применяются выпрямительные агрегаты, выполненные на
полупроводниковых элементах и обладающие способностью проводить ток
в одном направлении (вентили). Полупроводниковым материалом служит
кремний, кристаллы которого пропускают ток только в одном
направлении. Полупроводники чутко реагируют на изменение температуры
или электрического напряжения и имеют по отношению к ним критические
уровни, за пределами которых наступает пробой, нарушающий
способность к нормальному функционированию.
Масса вентилей мощных тяговых подстанций не превышает нескольких
килограммов. Охлаждение вентилей осуществляется потоком воздуха.
Тяговые подстанции должны надежно обеспечивать подвижной состав
электроэнергией. Поэтому предусмотрен автоматический непрерывный
контроль за исправной работой технических устройств тяговой
подстанции, за производством контрольных измерений, за работой
системы сигнализации и управления работой оборудования. Устройства
автоматики и телемеханики осуществляют непрерывный контроль и
управление работой оборудования преобразовательной подстанции без
участия обслуживающего персонала. Эти устройства увеличивают
надежность, сокращают материальные затраты и улучшают режим работы
тяговых подстанций.
Совершенствование техники контроля и управления, высокая надежность
кремниевых преобразовательных агрегатов позволяют осуществлять
энергоснабжение подвижного состава децентрализованным способом от
одноагрегатных тяговых подстанций, которые находятся под оперативным
руководством и контролем районного пункта диспетчеризации.
Децентрализованное энергоснабжение обеспечивает устойчивое и
бесперебойное питание контактной сети электрической энергией. Однако
это не исключает использования централизованной системы
энергоснабжения с многоагрегатными тяговыми подстанциями.
