Как получает питание городской и междугородний электрический транспорт

Городской и междугородний электротранспорт стали для современного человека привычными атрибутами его повседневной жизни. Мы давно уже не задумываемся о том, как этот транспорт получает питание. Все знают, что автомобили заправляют бензином, педали велосипедов крутят ногами велосипедисты. Но как же питаются электрические виды пассажирского транспорта: трамваи, троллейбусы, монорельсовые поезда, метро, электропоезда, электровозы? Откуда и как подается к ним движущая энергия? Давайте поговорим об этом.

В былые времена каждое новое трамвайное хозяйство было вынуждено иметь собственную электростанцию, поскольку электрические сети общего пользования еще не были в достаточной степени развиты. В 21 веке энергия для контактной сети трамваев подается от сетей общего назначения.

Питание осуществляется постоянным током относительно невысокого напряжения (550 В), которое было бы просто не выгодно передавать на значительные расстояния. По этой причине вблизи трамвайных линий размещены тяговые подстанции, на которых переменный ток из сети высокого напряжения преобразуется в постоянный ток (с напряжением 600 В) для контактной сети трамвая. В городах, где ходят и трамваи и троллейбусы, данные виды транспорта обычно имеют общее энергохозяйство.

На территории бывшего Советского Союза представлены две схемы электроснабжения контактных сетей для трамваев и троллейбусов: централизованная и децентрализованная. Централизованная появилась первой. В ней крупные тяговые подстанции, оснащенные несколькими преобразовательными агрегатами, обслуживали все прилегающие к ним линии, или линии, находящиеся на расстоянии до 2 километров от них. Подстанции данного типа располагаются сегодня в районах высокой плотности трамвайных (троллейбусных) маршрутов.

Децентрализованная система начала формироваться после 60-х годов, когда стали появляться вылетные линии трамваев, троллейбусов, метро, как то из центра города вдоль шоссе, в отдаленный район города и т. п.

Здесь на каждые 1-2 километра линии установлены тяговые подстанции малой мощности с одним или двумя преобразовательными агрегатами, способные питать максимум два участка линии, причем каждый участок на конце может подпитываться соседней подстанцией.

Так потери энергии оказываются меньше, ибо фидерные участки выходят короче. К тому же если на одной из подстанций случится авария, участок линии все равно останется под напряжением от соседней подстанции.

У троллейбуса контактная сеть разделена секционными изоляторами на изолированные друг от друга сегменты, каждый из которых присоединен к тяговой подстанции при помощи фидерных линий (воздушных или подземных). Это легко позволяет производить избирательное отключение отдельных секций для ремонта в случае их повреждения. Если неисправность случится с питающим кабелем, возможна установка перемычек на изоляторы, чтобы запитать пострадавшую секцию от соседней (но это нештатный режим, связанный с риском перегрузки фидера).

Тяговая подстанция понижает переменный ток высокого напряжения от 6 до 10 кВ и преобразует его в постоянный, с напряжением 600 вольт. Падение напряжения на любой точке сети, согласно нормативам, не должно быть более 15%.

Троллейбусная контактная сеть отличается от трамвайной. Здесь она двухпровдная, земля не используется для отвода тока, поэтому данная сеть устроена сложнее. Провода располагаются друг от друга на небольшом расстоянии, поэтому требуется особо тщательная защита от сближения и замыкания, а также изоляция на местах пересечений троллейбусных сетей между собой и с трамвайными сетями.

Поэтому на местах пересечений устанавливаются специальные средства, а также стрелки на местах ветвлений. Кроме того выдерживается определенное регулируемое натяжение, предохраняющее от захлестов проводов во время ветра. Вот почему для питания троллейбусов используются штанги — другие приспособления просто не позволят соблюсти все эти требования.

Штанги троллейбусов чувствительны к качеству контактной сети, ведь любой ее дефект может послужить причиной соскока штанги. Есть нормы, согласно которым угол излома в месте крепления штанги не должен быть более 4°, а при повороте на угол более 12° устанавливаются кривые держатели. Токосъемный башмак движется вдоль провода и не может поворачивать вместе с троллейбусом, поэтому здесь необходимы стрелки.

Во многих городах земного шара с недавних пор ходят монорельсовые поезда: в Лас-Вегасе, в Москве, в Торонто и т.д. Их можно встретить в парках развлечений, в зоопарках, монорельсы используются для обзора местных достопримечательностей, и, конечно, для городского и пригородного сообщения.

Некоторые монорельсовые поезда устроены таким образом, что как-бы насажены на колею сверху, подобно тому, как человек сидит верхом на лошади. Некоторые монорельсы подвешиваются к балке снизу, напоминая гигантский фонарь на столбе. Безусловно, монорельсовые дороги более компактны чем обычные железные дороги, но их строительство обходится дороже.

Некоторые монорельсы имеют не только колеса, но и дополнительную опору на основе магнитного поля. Московский монорельс, например, движется как раз на магнитной подушке, создаваемой электромагнитами. Электромагниты находятся в подвижном составе, а в полотне направляющей балки — стоят постоянные магниты.

В зависимости от направления тока в электромагнитах подвижной части, монорельсовый поезд движется вперед или назад по принципу отталкивания одноименных магнитных полюсов — так работает линейный электродвигатель.

Кроме резиновых колёс у монорельсового поезда есть ещё и контактный рельс, состоящий из трёх токоведущих элементов: плюс, минус и земля. Напряжение питания линейного двигателя монорельса — постоянное, равное 600 вольт.

Электропоезда метрополитена получают электричество от сети постоянного тока — как правило, от третьего (контактного) рельса, напряжение на котором составляет 750—900 Вольт. Постоянный ток получают на подстанциях из переменного тока с помощью выпрямителей.

Контакт поезда с контактным рельсом осуществляется через подвижный токосъемник. Располагается контактный рельс права от путей. Токосъемник (так называемая «токоприемная лапа» ) находится на тележке вагона, и прижимается к контактному рельсу снизу. Плюс находится на контактном рельсе, минус — на рельсах поезда.

Кроме силового тока, по путевым рельсам течет и слабый «сигнальный» ток, необходимый для работы блокировки и автоматического переключения светофоров. Также по рельсам передается информация в кабину машиниста о сигналах светофоров и разрешенной скорости движения поезда метро на данном участке.

Электровозом называют локомотив, движимый тяговым электродвигателем. Двигатель электровоза получает питание от тяговой подстанции через контактную сеть.

Электрическая часть электровоза в целом содержит не только тяговые двигатели, но и преобразователи напряжения, а также аппараты, подключающие к сети двигатели и прочее. Токоведущее оборудование электровоза находится на его крыше или капотах, и предназначено для соединения электрооборудования с контактной сетью.

Регулировка тягового усилия и скорости движения электровоза достигается изменением напряжения на якоре двигателя и варьированием коэффициента возбуждения на коллекторных двигателях, или подстройкой частоты и напряжения питающего тока на асинхронных двигателях.

Регулирование напряжения выполняется несколькими способами. Изначально на электровозе постоянного тока все его двигатели соединены последовательно, и напряжение на одном двигателе восьмиосного электровоза составляет 375 В, при напряжении в контактной сети 3 кВ.

Преобразователи электроэнергии внутри электровоза необходимы для изменения рода тока и понижения напряжения контактной сети до необходимых величин, соответствующих требованиям тяговых электродвигателей, вспомогательных машин и прочих цепей электровоза. Преобразование осуществляется прямо на борту.

На электровозах переменного тока для понижения входного высокого напряжения предусмотрен тяговый трансформатор, а также выпрямитель и сглаживающие реакторы для получения постоянного тока из переменного. Для питания вспомогательных машин могут устанавливаться статические преобразователи напряжения и тока. На электровозах с асинхронным приводом обоих родов тока применяются тяговые инверторы, которые преобразуют постоянный ток в переменный ток регулируемого напряжения и частоты, подаваемый на тяговые двигатели.

Электропоезд или электричка в классическом виде берет электричество с помощью токоприемников через контактный провод или контактный рельс. В отличие от электровоза, токоприемники электрички располагаются как на моторных вагонах, так и на прицепных.

Если ток подается на прицепные вагоны, то моторный вагон получает питание через специальные кабели. Токосъем обычно верхний, с контактного провода, осуществляется он токосъемниками в форме пантографов (похожих на трамвайные).

Обычно токосъем однофазный, но существует и трёхфазный, когда электропоезд использует токоприёмники специальной конструкции для раздельного контакта с несколькими проводами или контактными рельсами (если речь идет о метро).

Электрооборудование электрички зависит от рода тока (бывают электропоезда постоянного тока, переменного тока или двухсистемные), типа тяговых двигателей (коллекторные или асинхронные), наличия или отсутствия электрического торможения.

В основном электрическое оборудование электропоездов схоже с электрооборудованием электровозов. Однако на большинстве моделей электропоездов оно размещено под кузовом и на крышах вагонов для увеличения пассажирского пространства внутри. Принципы управления двигателями электропоездов примерно те же, что и на электровозах.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Трамвай на каком токе работает

Если Вы живете в городе, то, скорее всего, часто встречаетесь с электротранспортом. В этой статье рассмотрим принцип работы, недостатки и преимущества трамвая и троллейбуса с точки зрения электрической части. Возможно, возникали вопросы: «Почему над троллейбусом два провода, а над трамваем один?», «Зачем трамваю ездить по рельсам?».

Электроснабжение транспортного хозяйства бывает двух типов: централизованное и децентрализованное. В первом случае одна мощная подстанция производит питание прилегающей к ней большой контактной сети (целая ветка), разбитой на участки, которые расположены на разном расстоянии от подстанции. Во втором случае каждый участок сети питается от двух или одной маломощной подстанции. На линии возле подстанции размещается изолятор, который разделяет ее на два участка. Это более надежный способ, потому что при выходе из строя подстанции, всегда можно запитать аварийный участок от соседней.

Схема электроснабжения трамвая и троллейбуса изображена на рисунке 1. Для того чтобы питать контактную сеть, электрическая энергия проходит ряд преобразований: на электростанции (1) вырабатывается электроэнергия и передается на подстанцию (2), которая повышает напряжение для уменьшения потерь при транспортировке по высоковольтным линиям электропередач ЛЕП (3) на большое расстояние. В городе, на понижающей подстанции (4) происходит уменьшение напряжение до 6 или 10 кВ. Далее кабельными линиями (5) происходит соединение с тяговыми подстанциями (6), в которых и происходит преобразование переменного тока в постоянный с напряжением 600В. Контактная сеть (8,9) запитывается от тяговых подстанций. Номинальное напряжение для токоприемника передвижных составов считается 550В.

С троллейбусной контактной сетью немного иначе. Здесь корпус изолирован от соприкосновения с землей (контакт только через резиновые покрышки). Таким образом, контактная сеть состоит из двух проводов, один из которых плюс, а второй – минус (смотри рисунок 2). Но возникает опасность короткого замыкания при появлении контакта между двумя проводами контактной сети. Такое может получится при сильном ветре или падении троллей.

Токосъемник троллейбуса – это обычно штанга. Есть случаи, когда в городе трамваи используют штанговые токоприемники, тогда трамвай и троллейбус могут осуществлять движение по одной контактной сети.

У трамваев есть вероятность, что обратный тяговый ток уйдет в землю, так могут образовываться блуждающие токи, которые плохо влияют на пролегающие вблизи трубы, кабели.

Корпус трамвая постоянно соединен с землей, а вот троллейбус изолирован от нее. Из-за этого в троллейбусе ведется жесткий контроль по утечке тока на корпус. Есть возможность поражения электрическим током при посадке/высадке, когда вы одновременно касаетесь корпуса и земли.

Источник

Трамвай на каком токе работает

Интересно было бы узнать мнение специалистов о subj.

Аргументы в пользу питания трамваев переменным током:

1. Упрощается оборудование тяговых подстанций (нужны только трансформаторы и устройства защиты)

2. Упрощается конструкция самих трамваев, в частности отпадает необходимость в мотор-генераторах (умформерах), тиристоры в ТИСУ, могут еще и выполнять роль выпрямителей.

3. Корозия от переменных токов менее разрушительна, чем от постоянных, химические процессы обратимые и перенос веществ незначительный (опыт эксплуатации ж/д)

4. На переменном токе меньше страдает контактная сеть при искрении токосъемников. Дуга сама гаснет при переходе мгновенного значения переменного напряжения через нуль.

Все хорошо, кроме пункта 2: почему конструкция трамваев будет проще и каких умформеров не надо будет?

Также непонятно, что делать с существующим подвижным составом.

По поводу фаз проблемы нет. На жд вдоль всей дороги идет 3-х фазный фидер, к которому по очереди подключаются изолированные участки контактной сети. Можно так сделать и на трамвае, просто немного измениться конструкция изолирующих вставок, хотя если имеющиеся вставки выдержат напряжение 550х/3=952В, то вообще менять ничего не надо.

Имеющийся подвижной состав оборудовать выпрямителями времени и затрат много не надо. Выпрямитель прекрасно вместе со сглаживающими реакторами и конденсаторами расположиться на крыше.

Пересечения с тролем проблем не вызовет, если минус троля не заземлять.

Десять маломощных выпрямителей дороже, чем один большой, в десять раз мощнее.

А вот еще есть такая фишка, как рекуперация энергии. Удельный вес стоимости электроэнергии в общих расходах сейчас достаточно большой, потому и рекуперацией занимаются. Для рекуперации нужен реверсивный выпрямитель, т.е. не просто диодный мост.
Рекуперировать энергию в сеть постоянного тока проще, чем в сеть переменного.

> Если проводить аналогии с ж.д., где переменный
> ток активно вытесняет постоянку, здесь показатели чисто
> экономические, поскольку подстанции постоянного тока имеют
> значительные ограничения по мощности и строить их надо в 2
> раза чаще.

Экономится медь. Меньше потери на передачу тока по проводам. Обратите внимание, в чем отличие переменной контактной подвески от постоянной. На постоянке многие участки подвески выполнены двумя параллельно идущими проводами чтоб электровозы не жгли подвеску при больших нагрузках. На переменке один тоненький провод часто не цельномедный, а омедненный. Токи значительно слабее. Экономию дает в первую очередь не переменное питание как таковое, а высокое напряжение. Против 6Кв подается 27Кв. Но это справедливо лишь для ж/д систем, где большие мощности. Ездить в трамвае питающемся от 27Кв как то неуютно.

Не 6кВ на постоянке а 3,3кВ. Остальное все верно! Повышать напряжение на трамвае смысла не имеет, понятное дело, хотя на проводе можно поэкономить, ввиду более легких условий гашения дуги.

Спасибо за мнение!
Мне нужно собрать все ЗА и ПРОТИВ.

Источник

Тяговая подстанция трамвая

Тяговая подстанция трамвая — предназначена для передачи электроэнергии от ЛЭП в контактную сеть трамвая.

На подстанции осуществляется преобразование трёхфазного переменного тока в выпрямленный постоянный. Первые тяговые подстанции трамвая были оборудованы одноякорными электромашинными преобразователями тока — умформерами, позднее стали применяться ртутные выпрямители тока. КПД умформера в номинальном режиме работы составлял 88—89 %, КПД ртутного выпрямителя не превышал 94,5 %. Эксплуатация ртутных выпрямителей была сложной и требовала соблюдения персоналом предосторожностей при работе со ртутью. С 1965 года на тяговых подстанциях трамвая используются полупроводниковые преобразователи на диодах или тиристорах, обеспечивающие высокую надёжность и экологическую чистоту процесса преобразования тока; КПД их достигает 97,5 %.

Тяговая подстанция трамвая получает электроэнергию, как правило, по кабельным, реже по воздушным линиям, которые присоединяются на подстанции к распределительному устройству высокого напряжения, состоящему из сборных шин, оперативных, защитных и вспомогательных аппаратов и измерительных приборов. Уровень питающего напряжения 6,3 или 10,5 кВ. К сборным шинам подключаются через индивидуальные распределительные устройства преобразовательные агрегаты и трансформаторы собственных нужд. Преобразовательные агрегаты мощностью 600—1200 кВ содержат масляные или сухие трансформаторы и выпрямительные секции. Используются схемы выпрямления: две обратные звезды с уравнительным реактором и трёхфазная мостовая. На стороне переменного тока защита оборудования осуществляется масляными выключателями.

Выпрямленный ток поступает через распределительное устройство постоянного тока в питающие кабельные линии, связывающие подстанцию с контактной и рельсовой сетями трамвая. На подстанциях с диодными выпрямительными секциями в кабельных линиях быстродействующие автоматические выключатели обеспечивают защиту тяговой сети от токов короткого замыкания и перегрузок или защиту с задержкой времени срабатывания при наличии дополнительных устройств защиты от малых токов КЗ. Тиристорные выпрямительные секции выполняют функции преобразователей тока и быстродействующих автоматических выключателей.

Различают трамвайные и трамвайно-троллейбусные подстанции, стационарные и передвижные. В системах централизованного электроснабжения используются многоагрегатные подстанции с резервным оборудованием, включаемым в аварийных режимах. Одно- и двухагрегатные подстанции проектируют с резервом по мощности для использования в основных и децентрализованных схемах. В аварийном режиме возможно их полное отключение с разгрузкой по контактной сети от соседних подстанций.

Управление подстанциями может осуществляться без обслуживающего персонала по телемеханическим линиям с диспетчерского пункта или с обслуживающим персоналом на месте.

Стационарные подстанции выполняются надземными закрытыми или полуоткрытыми, одно- или двухэтажными; подземными и полуподземными. Стандартные размеры помещений стационарных подстанций в плане (в метрах):

одноагрегатной 8,9×8,5; двухагрегатной 9,7×14,7; трёхагрегатной двухэтажной 11×16; трёхагрегатной одноэтажной 15,5×17,3.

Высота одноэтажных подстанций 6—7 м, двухэтажных до 10 м.

Источник

Трамвай на каком токе работает

Стало интересно осветить такой технический аспект Санкт-Петербургского трамвая, как его электрическое хозяйство.

Какими участками подаётся напряжение и как они между собой связаны? Помнится, как-то стал свидетелем аварии на Кондратьевском, когда оборвавшийся троллейбусный провод замкнуло на трамвайный рельс. Встали троллейбусы обоих направлений и трамваи встречного. Трамваи попутного направления продолжали движение. Как понимать?

Если оборвётся трамвайный провод, то на участке какой длины (в среднем) произойдёт обесточивание?
3) КПД системы в целом и конкретно трамвайного вагона?

P.S. Может, кто подскажет, где это можно посмотреть?

Контактная сеть трамвая и троллейбуса по разным соображениям разбита на секции протяжённостью 1-2 км, питающиеся от отдельных кабелей (фидеров). Такие участки КС отделены друг от друга секционными изоляторами, даже если кабели к ним идут от одной подстанции. В результате аварийной ситуации отключается не вся подстанция, а защитный автомат одного фидера.
Но в некоторых ситуациях может произойти повреждение самого кабеля, идущего в земле. Такую аварию быстро устранить невозможно, поэтому обесточенный участок контактной сети присоединяют к соседнему, устанавливая перемычки из провода в обход изоляторов. Тогда на одном фидере уже «сидит» бОльший участок КС, неисправность на котором с бОльшей вероятностью может вывести из строя питающий его кабель. И так далее. Если присмотреться, можно увидеть множество замкнутых секционных изоляторов на КС по всему нашему городу.

Источник