Электроснабжение городского электрического транспорта

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА

План

Введение

1. Общие сведения об электроснабжении

2. Схемы внешнего и внутреннего электроснабжения

3. Особенности работы тяговых сетей

Литература

Введение

В Российской империи первая линия трамвая была открыта в 1892 г. в Киеве. Высокие экономические и технические показатели трамвая выявились сразу же на первых линиях, и электротяга быстро вытеснила конную и паровую на городских железных дорогах. Были пущены трамвайные линии в Нижнем Новгороде (Горьком), Казани, Орле, Курске, Екатеринославе (Днепропетровске), Риге и ряде других городов. В Москве первая линия трамвая была открыта лишь в 1899 г., а в Петербурге - в 1907 г., что было обусловлено противодействием акционерных обществ-владельцев конных железных дорог.

Система электроснабжения с двумя контактными проводами нашла применение для безрельсового электрического транспорта - троллейбуса. В' 1933 г. троллейбусное движение было открыто в Москве, а затем в Ленинграде, Киеве и других городах. Меньшие по сравнению с трамваем первоначальные затраты на сооружение троллейбусных линий, снижение уровня шума при движении позволили троллейбусному транспорту быстро обогнать трамвайный по темпам развития.

В СССР ежедневно трамваями и троллейбусами перевозится около 50 млн. пассажиров, причем объем этих перевозок с каждым годом увеличивается. В СССР к началу 1985 г. трамвай эксплуатировался в ПО городах, а троллейбус - в 174 городах. Общая протяженность контактной сети трамвая в однопутном исчислении составляла более 9,5 тыс. км, а троллейбуса - около 16 тыс. км.

В современных условиях резко возрастает роль электротранспорта в транспортном обслуживании населения наших городов. Открывается троллейбусное и трамвайное движение в новых городах, расширяются транспортные существующие сети, прокладываются маршруты трамвая и троллейбуса в пригородные зоны, места отдыха. В ряде городов построены и успешно эксплуатируются скоростные линии трамвая, значительно сокращающие время нахождения пассажиров в пути. Все чаще применяется подземная прокладка таких линий в зонах густой застройки. Разновидность городского электротранспорта, промежуточная между трамваем и метрополитеном, получила название метротрам. Такие линии существуют в Волгограде, Киеве, Саратове.

Контактные сети трамвая и троллейбуса представляет собой сложное техническое сооружение.

Контактные сети подвержены, воздействию атмосферных явлений, связаны с работой расположенных рядом сооружений, принадлежащих разным организациям, нередко повреждаются при дорожно-транспортных происшествиях. Их обслуживание затруднено из-за больших потоков транспорта и пешеходов.

Безаварийная работа системы электроснабжения трамвая в первую очередь зависит от надежности контактной сети. Поэтому перед персоналом, обслуживающим контакты сети трамвая и троллейбуса, стоит ответственная задача постоянно содержать устройства контактной сети в исправном состоянии.

1. Общие сведения об электроснабжении

Электрическая энергия для всех потребителей (промышленности, населения города, трамвая, троллейбуса и др.) вырабатывается на электрической станции / (рис. 1) в виде переменного трехфазного тока с частотой 50 Гц.

Рис. 1

Выработанная энергия передается чаще всего на значительное расстояние от электростанции к потребителям по линии электропередачи 8 (ЛЭП). Для уменьшения потерь энергии в ЛЭП напряжение повышается на трансформаторной подстанции 2 до уровня 35; 110; 220 кВ и более в зависимости от удаленности потребителей. Вблизи от места потребления на понижающей подстанции 4 уровень напряжения снижается до 6 и 10 кВ. Отсюда электроэнергия направляется потребителям. Питание тяговых подстанций 6 городского электротранспорта осуществляется по кабельным (в редких случаях воздушным) трехфазным линиям 5.

На тяговой подстанции напряжение понижается до 600 В и переменный ток преобразуется, выпрямителями в постоянный. По питающим линиям положительной и отрицательной полярности 7 электроэнергия подается в контактные провода 8 трамвая 9 или контактные провода троллейбуса 10. Подвижной состав трамваев и троллейбусов получает электроэнергию через контакт токоприемников с контактным проводом, в трамвае второй контакт осуществляется через колесные пары и рельсы.

Контактной сетью называется совокупность всех устройств, включающая в себя контактную подвеску, поддерживающие ее опоры и конструкции, усиливающие провода, тросовую систему, арматуру и спецчасти, служащие для подведения электрической энергии к подвижному составу через непосредственный контакт с его токоприемником.

2. Схемы внешнего и внутреннего электроснабжения

В современных условиях тяговые подстанции получают энергию не от одной электрической станции, а от энергетической системы, объединяющей многие электростанции линиями электропередачи (ЛЭП). Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса находятся в городе и электроснабжение получают, как правило, от подстанций, распределительных пунктов (РП), центров питания (ЦП) электрических систем.

При рассмотрении схемы электроснабжения выделяют две части:

внешнее электроснабжение, включающее в себя все устройства от' центра питания до тяговой подстанции, вместе с кабельными (воздушными) линиями;

внутреннее электроснабжение, включающее в себя тяговые подстанции и все элементы тяговой сети; контактную и рельсовую сеть, питающие линии.

Контактная сеть делится на электрически изолированные друг от друга участки, называемые секциями контактной сети. Секции отделяются на границах изоляторами, которые называются секционными изоляторами. Каждой секции присваивается номер или название. Внутри секции могут, быть секционные изоляторы, которые называются промежуточными и служат для оперативных переключений при перераспределении нагрузки. В нормальном режиме работы они шунтируются электрическими перемычками.

Рис. 2

Внутреннее электроснабжение выполняется в виде централизованного (рис. 2, а) или децентрализованного (рис. 2, б) питания контактной сети. Централизованную схему применяют при подстанциях, имеющих большую мощность, позволяющую питать весь примыкающий к ней район контактной сети, которая состоит из секций, расположенных в разном удалении от подстанции.

При децентрализованной схеме секции питаются от двух соседних подстанций, либо от любой из них, либо каждая подстанция питает примыкающую половину секции. При выходе из строя одной из подстанций ее нагрузка передается на соседнюю.. Каждая подстанция должна иметь соответствующий резерв мощности..

Выбирая ту или иную систему электроснабжения, предпочтение отдается той, которая обладает высоким уровнем надежности и обеспечивает гибкость управления. Под надежностью понимается безотказность,- долговечность и ремонтопригодность, т. е, возможность непрерывно и длительно сохранять работоспособность в определенных режимах и быть приспособленной к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей в процессе технического обслуживания и проведения ремонтов. Ремонтопригодность имеет целью снижение затрат времени, труда и средств на техническое обслуживание и ремонт оборудования и повышение на этой основе эффективности его использования в процессе эксплуатации.

Основы надежности всякой системы или инженерного сооружения закладываются при их проектировании с обеспечением определенных запасов прочности, необходимых резервных устройств в виде дублирующих элементов или увеличением запасов мощности основных элементов, которые используются при выходе из строя отдельных элементов системы. Вместе с тем система электроснабжения должна быть экономичной, что требует исключения чрезмерных затрат на дополнительное оборудование и устройства для создания резервов. Решение этого противоречия находят из сопоставления технико-экономических показателей возможных вариантов, принимая систему, обеспечивающую должную надежность при минимально возможных затратах.

В эксплуатации имеют место разные, условия работы системы электроснабжения: нормальный, вынужденный и аварийный режимы работы.

При нормальном режиме все элементы системы работают с наиболее высокими технико-экономическими показателями, обеспечивая питание подвижного состава в расчетных размерах, определенных для наиболее загруженного часа и при наиболее тяжелых условиях движения.

Вынужденный режим наступает, когда выходит из строя один из основных элементов системы: тяговая подстанция, преобразовательный агрегат или питающая линия. Движение подвижного состава идет нормально при использовании дополнительных элементов оборудования (зарезервированных ранее). При этом допускаются, предельные по нормам нагрузки на элементах системы электроснабжения и потери напряжения в тяговой сети. На этот период допускаются ухудшения экономических показателей работы.

Аварийный режим наступает при тяжелых повреждениях элементов системы электроснабжения, когда движение в расчетных размерах становится невозможным. В этом режиме движение либо сокращается, либо прекращается полностью.

3. Особенности работы тяговых сетей

Работа тяговых сетей отличается от работы других систем электроснабжения рядом существенных особенностей. Для трамвая и троллейбуса в соответствии с ГОСТ 6962-75 установлено номинальное напряжение 600 В с допустимыми отклонениями на токоприемнике электроподвижного состава в наибольших значениях до 700 В и наименьших 400 В. Тяговые нагрузки постоянно изменяются в очень широких пределах по времени и месту - приложения на контактной сети МВо время торможения тяговые двигатели подвижного состава могут быть переведены в генераторный режим и отдавать электрическую энергию в тяговую сеть, осуществляя рекуперацию.

Контактная сеть, являясь наиболее ответственным элементом системы электроснабжения, по своему устройству не имеет резерва в виде дублирующих устройств, а обслуживание ее затруднено потоками транспорта и пешеходов, особенно в условиях интенсивного движения. Поэтому к устройству контактной сети нужно подходить очень внимательно, а монтаж и ремонтные работы выполнять очень тщательно, имея в виду, что повреждение какого-нибудь ее элемента может вывести из работы большой участок сети и дезорганизовать движение не только трамвая или троллейбуса, но и другого транспорта.

Отличительной особенностью работы рельсовой сети является малая изоляция рельсов от земли. Земля - хороший проводник электрического тока, поэтому часть тока, возвращающаяся на подстанцию, ответвляется в землю и проходит как по земле, так и по подземным металлическим сооружениям (трубам каркасам подземных сооружений, броне и оболочкам кабелей и др.). Токи утечки из рельс в землю называются блуждающими токами (рис. 3).

Рис. 3

В местах выхода блуждающих токов с поверхности металлических сооружений происходит электрохимический процесс, сопровождающийся коррозией (разрушением) металла подземных сооружений. Роль электролита в этом процессе играют растворы солей, кислот и щелочей, имеющиеся в почве. Интенсивность, электрокоррозии зависит от значения величины блуждающих токов и времени их действия.

Подсчитано, что ток, равный 1 А, в течение года может при определенных условиях разрушить до 34 кг свинца или более 9 кг стали. Чтобы снизить, вредное Действие блуждающих токов до безопаснь1х значений, принимают ряд мер по их ограничению и проникновению в подземные металлические сооружения. Главными мерами являются: уменьшение продольного сопротивления рельсов посредством сварки стыков и соединения медными проводами отдельных звеньев и всех ниток рельсов для параллельной работы, увеличение переходного сопротивления между рельсами и землей благодаря улучшению изоляции основания, применение хорошего водоотвода, уменьшение разности потенциалов между пунктами присоединения к рельсам кабелей питающих линий.

Литература

1. Афанасьев А.С., Долаберидзе Г.П., Шевченко В.В. Контактные и кабельные сети трамваев и троллейбусов. М.: Транспорт, 1978. 300 с.

2. Горошков Ю.И., Бондарев Н.А. Контактная сеть. М.: Транспорт, 1981. 397 с.

3. Котельников А.В. Блуждающие токи электрифицированного транспорта. М.: Транспорт, 1986. 279 С. «

4. Марквардт Г.К., Власов И.И. Контактная сеть. М.: Транспорт, 1977. 271 с.

5. Правила техники безопасности на городском электротранспорте. Раздел III. Контактные сети. Устройства СЦБ и связи. М.: Транспорт, 1978. 103 с.

6. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. М.: Энергоиздат, 1986. 423 с.

7. Применение полимерных изоляторов в устройства»: контактной сети электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1987. 46 с.

8. Руководство по проектированию контактных сетей трамвая и троллейбуса, М.: МЖКХ РСФСР, 1980. 150 с.

9. Строительные нормы и правила СНиП Ш-41/76. Контактные сети электрифицированного транспорта. Правила производства и приемки работ. М.: Стройиздат, 1977. 41 с.

10. Строительные нормы и правила СНиП П-41-76. Электрифицированный городской транспорт. Трамвайные и троллейбусные пути. Нормы проектирования. М.: Стройиздат, 1977. 31 с.

11. Тарнижевский М.В., Томлянович Д.К. Проектирование устройств электроснабжения трамвая и троллейбуса, М.: Транспорт, 1986. 376 с.