На электрифицированных линиях электроподвижной состав получает электрическую энергию через контактную сеть от тяговых подстанций, расположенных на таком расстоянии между ними, чтобы было обеспечено стабильное номинальное напряжение на ЭПС и работала защита от токов короткого замыкания и перегрузки.

Система постоянного тока — трехфазный ток промышленной частоты преобразуется на тяговых подстанциях в постоянный ток такого напряжения, которое может быть использовано для тяговых электродвигателей, установленных на ЭПС. Наибольшее развитие на железнодорожном транспорте получила система постоянного тока с напряжением 3000 В. Увеличение уровня напряжения в контактной сети выгодно из-за уменьшения потерь электрической энергии в тяговой сети и увеличения расстояния между тяговыми подстанциями.

Система однофазного тока промышленной чатоты (50Г ц) - трехфазный ток промышленной частоты преобразуется на тяговых подстанциях при помощи трансформаторов до требуемого уровня напряжения и передается в контактную сеть, а на локомотивах устанавливают специальное оборудование, преобразующее переменный ток в постоянный, т.е. все ЭПС оборудованы тяговыми двигателями постоянного тока, т.к. предлагаемые модели двигателей переменного тока не отвечают предъявляемым требованиям мощности и надежности.

Рисунок 17. Обшая схема питания контактного ЭПС на электрифицированной железной дороге:

ЦП - центр питания (подстанция энергосистемы); ЛЭП1, ЛЭП2 - линии электропередачи для электроснабжения тяговой подстанции; ТТ - трансформатор тяговой подстанции; В- выпрямитель тяговой подстанции: П.Л — питающая линия: КС —контактная сеть

Общий вид электрифицированной ж.д. постоянного тока и питающих ее устройств:

1 - электростанция; 2 - повышающий трансформатор; 3 - высоковольтный выключатель; 4 - линия электропередачи; 5 - тяговая подстанция; 6 - блок быстродействующих выключателей и разъединителей; 7 - отсасывающая линия; 8 - питающая линия; 9 - выпрямитель; 10 - тяговый трансформатор; 11 - высоковольтный выключатель; 12 - разрядник

При системе электроснабжения постоянного тока (рис. 18. а) в контактную сеть электрическая энергия поступает от шин положительной полярности напряжением 3,3 кВ (на шинах тяговых подстанций) и возвращается после прохождения через тяговые двигатели ЭПС по рельсовой цепи, отсасывающему фидеру, реактору к шине отрицательной полярности.Расстояние между тяговыми подстанциями постоянного тока в зависимости от грузонапряженности, профиля пути определяется проектом и колеблется в широких пределах от 7 до 30 км

Рисунок 18. Системы тягового электроснабжения: а — постоянного тока 3 кВ; б — однофазного переменного тока 25 кВ; в — пере­менного тока по системе 2x25 кВ; г — переменного тока 25 кВ с отсасывающи­ми трансформаторами; д — переменного тока 25 кВ по системе ЭУП; 1 — сило­вой тяговый трансформатор тяговой подстанции; 2 — выпрямительный агре­гат; 3 — РУ-3,3 кВ; 4— контактная подвеска; 5— ЭПС; б— реактор; 7— откры­тый воздушный промежуток; # — тяговая рельсовая цепь; 9— РУ-27,5 кВ; 10 — нейтральная вставка; 11 — АТП; 12 — питающий провод; 13 — отсасывающий трансформатор; 14 — экранирующий провод; 15 — усиливающий провод; 16 — отсасывающие линии; А, В, С — фазы силового тягового трансформатора; 3 и 25 кВ — уровень напряжения между контактной подвеской и рельсовой цепью; 50 кВ — уровень напряжения между контактной подвеской и питающим про­водом; стрелки — условное направление движения тягового тока

В системе электроснабжения однофазного переменного тока (рис. 18.б) электроэнергия в контактную сеть поступает от двух фаз А и В ( с нейтральной вставкой между ними) напряжением 27,5 кВ и возвращается по рельсовой цепи к третьей фазе С. При этом питание осуществляют одной фазой встречно на фидерную зону с чередованием питания для последующих фидерных зон с целью выравнивания нагрузок отдельных фаз энергоснабжающей системы. Вследствие высокого напряжения тяговые подстанции располагают через 40-60 км.

В системе электроснабжения 2х25 кВ с автотрансформаторами (рис. 18. в) на тяговой подстанции установлены специальные однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых состоят их двух секций, каждая рассчитана на 27,5 кВ.

    Эти секции соединены последовательно, а общая точка подключена к рельсам. Вывод одной секции вторичной обмотки подключен к проводам контактной сети, а другой – к дополнительному питающему проводу, который подвешивают на опорах контактной сети.

    Контактная подвеска, основной элемент которой - опора, оснащена консолями, изоляторами, фиксаторами. На опору подвешен несущий трос, контактный провод соединен с несущим тросом множеством струн. Оптимальное расстояние между струнами 10-12 м, а между несущим тросом и контактным проводом от 1,8- 2,2 м в точке крепления. Регулировать натяжение провода помогает специальная компенсирующая подвеска – компенсатор.

    Вертикальная подвеска: контактный провод располагается строго под несущим проводом. Косая подвеска: оба провода смещены относительно осевой линии пути. Полукосая подвеска: несущий трос располагается над осевой линией, а контактный провод – зигзагом.

    Поперечины – конструкции, способные держать несколько контактных подвесок, удерживают до 15 контактных подвесок. Между опорой и поперечиной ставят изоляторы. Элементами опорной системы являются консоли, которые изолируют или заземляют.

    С одного пути на другой поезда переходят по стрелочным переводам, в контактной сети им соответствуют воздушные стрелки. В месте соединения проводов устанавливают ограничитель, благодаря которому токоприемник поднимает сразу два провода и зазора между ними не образуется.

    Контактная сеть и питающий провод с учетом потери напряжения находятся под напряжением 25 кВ по отношению к рельсу (земле), а между ними напряжение 50 кВ.

    В межподстанционной зоне на расстоянии от 8 до 15 км между ними установлены автотрансформаторы с коэффициентом трансформации 2/1. Автотрансформаторы подключены к проводам контактной сети и питающему проводу, а средняя точка – к рельсам.

    При системе электроснабжения 2х25 кВ электрическая энергия от тяговой подстанции передается по проводам контактной сети и питающему проводу при номинальном напряжении 50 кВ, в результате ток в тяговой сети вдвое меньше, чем потребляемый электровозами, что уменьшает потери напряжения и энергии и позволяет увеличить расстояние между тяговыми подстанциями до 80 – 100 км.

    При движении поезда по участку автотрансформаторы принимают нагрузку, понижают напряжение до 25 кВ и подают его в контактную сеть, от которой питается ЭПС.

    В системе электроснабжения однофазного тока с целью снижения электромагнитного влияния на смежные цепи устанавливают отсасывающие трансформаторыс коэффициентом трансформации 1/1 на расстоянии 3-4 км между ними (рис. 18. г), где контактная сеть разделяется изолирующими сопряжениями.Первичную обмотку такого трансформатора подключают в пределах изолирующего сопряжения в рассечку контактной сети, а вторичную – в рассечку провода обратного тока.

     На ряде электрифицированных участков на однофазном токе применяется система многопроводной тяговой сети с экранирующим (Э) и усиливающим (У) проводами.(система ЭУП). Эта система тягового электроснабжения позволяет увеличить расстояние между тяговыми подстанциями и допустимый тяговый ток на 20 %.Схема системы ЭУП приведена на (рис. 18. д).

    На электрифицированных железных дорогах применяют схему двустороннего питания. Каждый находящийся на линии ЭПС получает электроэнергии от двух тяговых подстанций.Исключение составляют участки контактной сети, расположенные в конце электрифицированной линии, где может быть применена схема консольного (одностороннего) питания от крайней тяговой подстанции.

    Контактную сеть делят на отдельные электрически не связанные участки -секции), для чего у тяговых подстанций и постов секционирования предусматривают изолирующие сопряжения – это так называемое продольное секционирование.Сопряжение – это участок пути, где заканчивается одна секция контактной сети и начинается другая.

    Каждая секция получает электроэнергию от питающей линии тяговой подстанции и от соседних секций контактной сети через пост секционирования(рис. 19).

Рисунок19. Схемы питания и секционирования контактной сети: а — на однопутном участке переменного тока; б — на однопутном участке постоянного тока, в на двухпутном участке переменного тока; г-на двухпутном участке постоянного тока; д — на участках переменного и постоянного тока при отсутствии тяговой подстанции на станции; е, ж, з — на участках переменного и постоянного тока на одно­путном участке; и — на участках переменного и постоянного тока при наличии поста секционирования, к в локо­мотивном депо.

При продольном секционировании с помощью изолирующих сопряжений (воздушных промежутков) выделяют в отдельные секции контактную сеть каждого перегона и станции. Эти секции между собой соединяют секционными разъединителями, что позволяет при необходимости отключать любую из секций от электрического питания.

    На двухпутных и многопутных участках электрически разделяют контактную сеть каждого главного пути перегона и станции от других путей - это так называемое поперечное секционирование. В этом случае на станциях контактную сеть группы путей выделяют в отдельные секции и питают их электроэнергией от главных путей через секционные разъединители, которые при необходимости могут быть отключены.

    Секции контактной сети на соответствующих съездах между главными и группами второстепенных путей изолируют секционными изоляторами. Этим достигается электрическое разделение каждого главного пути и секций второстепенных путей, что облегчает схему и устройство защиты. При повреждении или отключении одной из секций это дает возможность осуществлять движение поездов по другим секциям и главным путям.

    На контактной сети участков переменного тока у тяговых подстанций монтируют два рядом расположенных изолирующих сопряжения с нейтральной вставкоймеждуними. Это вызвано тем, что смежные секции питаются от разных фаз и соединение их между собой через полоз токоприемника, проходящего по изолирующему сопряжению, недопустимо, иначе произойдет короткое замыкание сети.

    На подстанции, питающей контактную сеть, осуществляется защита от токов короткого замыкания с помощью быстродействующих автоматических выключателей – на линиях постоянного тока, и выключателей – на линиях переменного тока.

    Кроме того, для защиты контактной сети от токов перегрузки и коротких замыканий между тяговыми подстанциями устанавливают посты секционирования. Таким образом, создается схема узлового питания, при которой ЭПС получает электроэнергию по контактной сети всех главных путей от двух тяговых подстанций.При схеме узлового питания в случае повреждения на каком-либо из учасков между тяговой подстанцией и постом секционирования защитная аппаратура отключит сеть только этого участка, а по остальным может продолжаться движение поездов.

    Схемы питания и секционирования контактной сети, электроснабжения СЦБ и продольного электроснабжения утверждает руководитель дистанции электроснабжения 1 раз в 2 года и начальник железной дороги 1 раз в 5 лет.

На станциях стыкования постоянного и переменного тока между изолирующим сопряжением, отделяющим перегон, и изолирующим сопряжением переключаемой секции должна быть непереключаемая секция длиной, исключающей одновременное перекрытие полозами токоприемников изолирующих сопряжений (рис.22).

Рисунок 20. Схема тягового электроснабжения станции стыкования постоянногои переменного тока:

1 — тяговый трансформатор; 2 — выпрямительный агрегат; 3 — РУ-3,3 кВ; 4 — непереключаемая секция контактной подвески; 5 — ЭПС; 6 — реактор; 7 — открытый воздушный промежуток; 8 — тяговая рельсовая цепь; 9 — РУ-27,5 кВ; 10— нейтральная вставка; 11 — секционный изолятор; 12— пункт группировки; 13 — изолирующий стык рельсовой цепи; 14 — переключаемая секция контактной подвески; стрелки — условное направление движениятягового тока

    Секционные изоляторы располагают так, чтобы при остановке ЭПС у светофора исключалась возможность перекрытия полозами токоприемников смежных секций контактной сети.

На схеме питания и секционирования показано также нормальное положение для каждого из разъединителей и его обозначение. Разъеди­нители, устанавливаемые на питающих линиях, обозначают буквой Ф; поперечные — буквой П. К каждой из указанных букв в случае необхо­димости добавляют цифровой индекс, соответствующий номерам путей и направлений. На схемах, кроме того, указывают номера путей, воздушных стрелок, которые должны соответствовать номерам стрелочных переводов.

Принципиальная схема питания и секционирования на станции двух­путной линии постоянного тока при наличии тяговой подстанции (ТП) показана на рис. 18г. На питающей линии непосредственно у тяговой подстанции устанавливают разъединители с моторными приводами и, кроме того, при длине линии более 150 м у контактной сети — дополни­тельно разъединители с ручным приводом, при длине более 750 м — с моторным.

Автотрансформаторы в системе электроснабжения 2x25 кВ подклю­чают к контактной сети разъединителями с моторными приводами.

Контактную сеть парков прибытия и отправления на больших стан­циях выделяют в отдельные секции и нередко подразделяют на группы, что дает возможность отключать часть контактной сети для ремонта.

В здании депо контактная сеть каждого пути секционируется отдель­но и имеет индивидуальный секционный разъединитель с заземляющим ножом. Выполнение ремонтных и восстановительных работ в процессе экс­плуатации требует временного изменения схемы питания и секциони­рования. Изменение схемы не должно нарушать условия работы защи­ты от токов короткого замыкания. Поэтому заблаговременно разраба­тывают специальные схемы конкретно для каждого участка, предусмат­ривающие работу защит .