контактная сеть железных дорог напряжение какое
Какое напряжение в контактной сети на РЖД и действительно ли оно доходит до 30 тысяч вольт?
Опубликовано 26.07.2019 · Обновлено 03.11.2021
Почему на железных дорогах Дальнего Востока напряжение в контактной сети 30 000 Вольт а на Западных дорогах 3 000 Вольт?
Сразу поясняю, 30 000 Вольт, это напряжение в контактной сети переменного тока и если быть точным, величина напряжения варьируется от 27 000 до 30 000 Вольт. 3 000 Вольт, это напряжение в контактной сети постоянного тока.
Да, дороги востока России электрифицированы на переменном токе, а вот в Сибири, многие дороги работают на постоянном. «Постоянка» преобладает на дорогах центральных регионов нашей страны, но не везде. На западе страны многие дороги электрифицированы на переменном токе, например юг России и недалеко от Москвы, например, Северная железная дорога. Поедем из Москвы с Ярославского вокзала в сторону Дальнего Востока и уже через несколько часов наш московский электровоз на станции Данилов отцепится от поезда и прицепится электровоз переменного тока, тоже происходит и на станции Рязань, если мы едем на юг.
Только сейчас уже вовсю эксплуатируются электровозы двойного питания. Что это такое? Это электровоз, который может работать как на постоянном так и на переменном токе, это очень здорово! Если раньше поезда стояли на станциях стыкования по 30 – 40 минут ожидая смены локомотивов, то теперь стоянка составляет несколько минут, достаточно опустить токоприемник и перевести электровоз в режим работы от другого рода тока, поднимаем токоприемник и поехали дальше!
Это, например, электровозы серии ЭП20, присмотритесь, если увидите на вокзале.
Ну а почему такой разброс в напряжении, это в основном вопрос экономический. Первыми в стране электрифицировались железные дороги в центре страны и дешевле было применить в этом деле ток постоянный, напряжением 3 000 Вольт. Железные дороги востока переходили на электрическую тягу гораздо позже и здесь уже применялся ток переменный, а потому-что это и экономически и в тяговом аспекте более выгодно, чем применение постоянного. Во- первых для работы линии на постоянном напряжении требуется через каждые 25 километров строить тяговые подстанции, для улучшения токосъема требовалось прокладывать двойной контактный провод ну и постоянный ток обладает таким нехорошим свойством – он разрушает близлежащие металлические детали и опоры контактной сети, да и в тяге он проигрывает переменному. Вообщем потери налицо.
Переменный ток лишен этих недостатков : тяговые подстанции можно строить на расстоянии 50 – 80 километров друг от друга, контактный провод прокладывается один, металлические детали не разрушаются, правда он негативно влияет на работу радиосвязи, но это мелочи. Преимущества очевидны!
Перспективность электротяги была доказана ведущими институтами и учеными и конечно впоследствии переменный ток взял верх над постоянным. В настоящее время многие участки с постоянным током, в том числе и на западе страны переводятся на переменный. Как пример, в конце 90-х годов прошлого века была проведена колоссальная работа по переделке большого участка Слюдянка – Зима, Восточно-Сибирской железной дороги с постоянного на переменный ток, поезда не ходили по Транссибу около шести суток! Сильно отличаются по устройству электровозы постоянного и переменного тока. Первые попроще да и в весе полегче, так как оборудования на них поменьше.
Внутри электровоза переменного тока ЭП-1
Электровозы переменного тока гораздо сложнее, весят они тяжелее, потому что оборудования на них больше. Электровозы переменного тока мощнее своих постоянных собратьев, соответственно можно существенно увеличить вес поездов, хотя представители постоянного тока в этом соревновании не уступают. Темой устройства, преимуществ и недостатков электровозов переменного и постоянного тока мы еще займемся. Ну вот пока все!
На дорогах с напряжением 30 000 Вольт нет проблемы ЗАЦЕПЕРОВ, особенно которые любят побегать по крыше состава, а самые отчаянные умудряются при этом еще и виснуть на токоприемнике. Зацепинг проблема запада и все дело далеко не в разном менталитете, просто 30 000 Вольт переменного тока как вы понимаете гораздо опасней 3 000 Вольт постоянного. Вероятность поражения электрическим током, если вы находитесь на крыше состава очень высока, а шансов остаться в живых после случайного соприкосновения с токоведущими элементами локомотива или электропоезда практически нет!
Какое напряжение Контактной Сети на железной дороге? Различие КС постоянного и переменного тока
Опубликовано 05.04.2021 · Обновлено 03.11.2021
В настоящее время РЖД использует два вида тока на электрифицированных участках железных дорог:
На железных дорогах России еще исторически, и в наследие от Советского Союза, большинство участков пути для движения поездов являются электрифицированными. Длина путей, электрифицированных уже в наше время, неуклонно увеличивается, РЖД уже обеспечила полный переход на электровозную тягу Транссибирской магистрали, и теперь движение от Владивостока до Москвы осуществляется лишь за счет электрической энергии. Однако если попытаться проехать этот маршрут посредством тяги лишь одного единственного электровоза (за исключением двухсистемных электровозов), ничего из запланированного не получится. Такой локомотив просто встанет в местах смены действующего напряжения и тока в контактной сети.
Контактная сеть постоянного тока 3 кВольт
Контактная сеть постоянного тока
Исторически сложилось так, что первые электровозы, несшие службу в Сурамском перевале СССР, были предназначены для питания постоянным током с напряжением до полутора тысяч Вольт. Соответственно вся транспортная инфраструктура создавалась под постоянное напряжение, и дальнейшая разработка электровозов велась также под систему питания постоянным током, а далее уже созданная инфраструктура играла ведущую роль в формировании технических требований для локомотивостроительных предприятий. Тем временем железные дороги развивались и, если пренебречь исторической точностью, так как наш материал не про историю, Московская железная дорога с некоторым количеством других железных дорог СССР, преимущественно в центральноевропейском районе, обзавелись инфраструктурой для питания электроподвижного состава постоянным током. Только вот напряжение с 1,5 кВольт было увеличено до 3 кВольт.
Такое повышение было сделано не с проста. Все дело в объемах перевозок, точнее в их постоянном росте. Развитие отраслей народного хозяйства требовали от железных дорог постоянного увеличения пассажиро- и грузо- потоков, и электровозы должны были перевозить все больший и больший вес, а для этого нужны высокие значения силы тока.
Профиль контактного провода
Исходя из законов электротехники мы знаем, что электрическая мощность равна произведению силы тока и действующего напряжения, для повышения мощности электровоза нам нужно либо повысить напряжение, либо силу тока, ну или и то и другое. При действующем напряжении даже 3000 Вольт сила тока должна постоянно расти, а это приводит к повышенному нагреву проводов, а значит контактный провод должен быть достаточного сечения. А еще постоянный ток чувствителен к длине токоведущей линии: чем расстояние больше, тем заметнее сопротивление проводника съедает часть полезного напряжения. А еще исходя из высоких токов при пробуксовке колес локомотива высок риск локального нагрева в месте контакта токоприемника с контактным проводом, что может вызвать прогорание последнего. Также есть и значительное ограничение по количеству одновременно движущихся составов на участке, обслуживаемом одной электроподстанцией, так как она должна выдавать сумму и без того высоких токов.
Минусы контактной сети постоянного тока
Постоянный ток для нужд железнодорожного движения обладает сплошными недостатками, и однозначно является менее пригодным вариантом. На сегодняшний день вся электрификация железных дорог осуществляется только переменным током, за исключением уже исторически сложившихся инфраструктур под постоянный ток. Со временем, я думаю, все железные дороги в России перейдут на переменный ток, но пока существует огромное количество единиц подвижного состава, а это и электровозы и электропоезда, заточенных под постоянный ток, что делает экономически нецелесообразным переход на переменный ток на таких дорогах.
Если обобщить уже сказанное, то электрификация постоянным током имеет следующие минусы:
Из плюсов можно отметить лишь простоту устройства электроподвижного состава, простоту регулирования работы тяговых двигателей.
Контактная сеть переменного тока
Большинство железных дорог СССР, электрифицированных впервые после 1960-х годов, ну и современной России, работают на переменном токе напряжением 27 кВольт промышленной частоты. Это очень удобное решение, когда электрическая энергия, получаемая на электростанциях в форме трехфазного переменного тока, пройдя простую трансформацию попадает непосредственно в контактную сеть. Таким образом из-за высокого напряжения итоговая мощность достигается меньшими значениями силы тока, а также переменный ток легко передавать на большие расстояния опять же из-за повышенного напряжения, а еще такой ток легко трансформировать. Однако устройство электроподвижного состава несомненно усложняется, по сравнению с составом постоянного тока. Теперь на электровозах должны устанавливаться трансформаторы и аппараты для преобразования действующего напряжения в пульсирующее или постоянное, для дальнейшего питания коллекторных тяговых электродвигателей, оборотами которых легко управлять.
В чем сложность работы от переменного тока
Тяговые электродвигатели, как главная движущая сила на электроподвижном составе, оборотами которых можно довольно просто управлять меняя напряжение, являются коллекторными и предполагают работу от постоянного тока. Таким образом мы получаем тот самый минус, который является преимуществом контактной сети постоянного тока: необходимость трансформации переменного тока в пульсирующий или постоянный, для управления тяговыми электродвигателями.
Существуют и более простые двигатели переменного тока — асинхронные, которые применяются на вспомогательных машинах электровозов и электропоездов (мотор-компрессоры, мотор-вентиляторы). Обороты этих двигателей зависят от частоты переменного тока, напомним в промышленной сети она равна 50-и Герцам. Существуют конечно электровозы, использующие подобные электродвигатели в качестве тяговых, однако изменение частоты тока процесс очень сложный, соответственно усложняющий конструкцию тяговых агрегатов и снижающий общую надежность.
Перспективы развития электроподвижного состава
На сегодняшний день из-за дороговизны текущей инфраструктуры и наличия огромного парка подвижного состава, переоборудовать дороги с постоянного тока на переменный экономически нецелесообразно, но вместо переоборудования контактной сети инженеры пошли другим путем.
Можно изменить подвижной состав — второй путь это создание электровозов двойного питания, способных работать и на постоянном и на переменном токе, причем переключение режимов работы на них максимально автоматизировано. На сегодняшний день такие машины не просто существуют на бумаге или в качестве опытных образцов, такие локомотивы успешно работают на благо РЖД — Электровозы двойного питания.
При подготовке материала использовалось: Марквардт К. Г. Контактная сеть. 4-е изд. перераб. и доп. Учеб. для ж.д. вузов.
Почему РЖД мечтает отказаться от 3000V постоянного тока в пользу 27000V переменного?
Опубликовано 15.08.2019 · Обновлено 04.02.2021
Эра постоянного тока на железной дороге началась с самого появления подвижного составов на электрической тяге. На тот момент тяговые электродвигатели (собственно рабочие лошади электротяги) использовали для своей работы только постоянный ток. Человечеству уже были известны двигатели переменного тока, как асинхронные так и синхронные, вот только из-за сложной системы управления их использование для нужд любого вида транспорта было вопросом наглухо закрытым. А двигатели постоянного тока легко управлялись как в диапазоне скоростей так и в диапазоне мощностей.
Максимальное напряжение, пригодное для использования в узлах двигателей постоянного тока, а именно в щеточном аппарате коллектора, составляло около 3000 Вольт, что и было принято за максимальное напряжение для контактной сети. Дальнейшее повышение напряжение приводило бы к совсем скорому износу электродвигателей.
Почему я собственно заговорил вдруг о повышении напряжения, как известно и сейчас электровозы тягают тысячетонные составы именно на этом напряжении, и ничего? А дело все в том, что электрическая мощность является величиной, находящейся в прямой зависимости от напряжения или силы тока в контактной сети (P=U*I). C ростом грузоперевозок и числа пассажирских поездов, возрастала и потребность в мощности контактной сети, а ввиду того, что напряжение более 3000 Вольт повышать, как мы уже выяснили, невозможно, остается эту мощность увеличивать за счет повышения силы тока. С ростом последней ложится огромная нагрузка на инфраструктуру контактной сети — это и провода с постоянно увеличивающимся сечением, это и увеличение числа трансформаторных подстанций, и, соответственно, сокращение расстояния между ними, это и огромные потери электроэнергии на этапе её передачи до электродвигателя. Закладывать в такую инфраструктуру дальнейший рост грузо- и пассажиропотока просто некуда, он достиг своего предела. Мощность электровозов постоянного тока на сегодняшний день находится на своем максимуме, и при развитии мощностей будет однозначно проигрывать электровозам переменного тока.
Электровоз переменного тока ЭП1
Пока электрификация постоянным током, испытывая описанные трудности, все же разрасталась, технический прогресс изобрел средства выпрямления переменного тока, пригодные для использования на электровозах. Напряжение в контактной сети можно было значительно увеличить, так еще и снизить силу тока при сохранении мощности. На каждый такой электровоз переменного тока устанавливается трансформатор, который может с высоким КПД дать на выходе напряжение любого значения, пригодное для дальнейшего выпрямления и питания тяговых электродвигателей.
В итоге тяговые двигатели остались работать на постоянном токе (или пульсирующем токе), сохраняя широкий диапазон и простоту регулирования, а контактная сеть могла перейти на переменный ток повышенного напряжения. Но к сожалению разрастание постоянного тока к тому моменту уже достигло существенных масштабов и было принято решение действующие сети оставить как есть, а все последующие строить исключительно на токе переменном. Так и получилось, что у нас запад России электрифицирован на постоянном токе, а Сибирь и Дальний восток на переменном.
Зацеперы совершенно не боятся постоянного тока
Напряжение переменного тока в контактной сети РЖД составляет на сегодняшний день 25 тысяч Вольт непосредственно на контактном проводе и 27,5 кВольт на шинах трансформатора на подстанции. Сами подстанции расположены далеко друг от друга, на расстоянии до 50 километров, и при этом остается ещё большой запас мощности сетей.
Поддержка постоянного тока все равно сохраняется, но модернизация и растущие потребности в мощности, серьезно наступают такой поддержке на «пятки», а в части мощностных потребностей для высокоскоростных поездов, уже не то, что на «пятки», а на самое «горло». Многие электрические сети дорог, после очередной модернизации, были переведены на переменный ток, а все вновь электрифицированные участки, как говорилось ранее, поддерживают только переменный ток. Переменный ток в РЖД принят теперь за основу в электрической тяге.
Постоянный ток морально и физически устарел для нужд ЖД, причем очень давно, и продолжает поддерживаться исключительно из-за высоких затрат на одномоментное перепрофилирование инфраструктуры и самое главное тяговых единиц подвижного состава. Были конечно изобретены электровозы, способные работать на обоих родах тока, и на перспективное будущее активно составляются сметы и планы по переходу на переменный ток, но парадокс остается на виду — поддержка инфраструктуры постоянного тока уже потребовала в десятки раз больше средств, чем требовалось для одномоментного изменения профиля тока на всей ЖД. А теперь, с ростом нагрузок и скоростей, мы имеем дело уже не с перспективностью использования переменного тока, а его неизбежностью.
Как устроена и работает контактная сеть?
Опубликовано 26.07.2019 · Обновлено 03.11.2021
Электрификация пришла на наши железные дороги давно. Современные Российские железные дороги уже невозможно представить без электровозов, быстрых пассажирских, тяжелых и длинных грузовых поездов, которые водят эти локомотивы. Безусловно электрификация совершила подлинную революцию на железных дорогах всего мира. Оставим пока анализ всех технических и экономических плюсов электротяги, посмотрим на контактную сеть.
Контактная сеть представляет из себя целый набор устройств: опоры, контактный провод, консоли, поддерживающие устройства, несущий трос, струны. Много всякого, а как оно работает?
Вдоль железной дороги, как правило, с правой стороны, на определенном расстоянии друг от друга (порядка 50 метров), в специальный фундамент в насыпи устанавливаются опоры, они могут быть бетонными или металлическими. На опоры устанавливаются консоли с изоляторами, между консолью и опорой, на консоль подвешивается сверху несущий трос, под ним подвешен непосредственно сам контактный провод.
Подвеска контактного провода к несущему тросу осуществляется, так называемыми, струнами, один конец струны закрепляется на несущем тросу, а к нижнему концу струны специальными хомутами крепится и закрепляется винтами контактный провод. Сам контактный провод не идеально круглый, а имеет специальное сечение, оно позволяет хомутам надежно закрепить его, не мешая токоприемникам электровозов свободно двигаться по нижней его части.
Контактный провод
На станциях все практически также, только контактная сеть располагается на жестких поперечинах или на гибких поперечинах, а поперечины устанавливаются сверху опор, которые находятся на больших расстояниях друг от друга, и между ними проложено много путей, это позволяет не устанавливать опоры контактной сети на каждом пути станции.
С целью обеспечения возможности снятия напряжения на отдельных путях перегонов и станций при сохранении питания электроэнергией других путей, что может оказаться необходимым не только при возникновении аварийных ситуаций, но и для обеспечения плановых работ на контактной сети, выполняемых со снятием напряжения, контактная сеть делится на отдельные участки (секции), электрически непосредственно не связанные между собой, не только на перегонах, но и на станциях. Это называется – секционированием.
Тяговая подстанция
Контактная сеть питается от тяговых подстанций, расположенных на определенном расстоянии на участках, в зависимости от рода тока. Железные дороги электрифицированы на постоянном токе, напряжением 3000 Вольт и на переменном токе, напряжением 25000 Вольт.
На границах между линиями, электрифицированными по системам постоянного и переменного тока, устраивают станции стыкования. Контактная сеть на таких станциях делится на три района: в одном контактная сеть всегда находится под напряжением постоянного тока, а в другом – всегда под напряжением переменного тока, а в третьем, называемом районом переключения, напряжение на каждом пути может быть тем или другим в зависимости от того, какого рода тока электровоз направляется на этот путь или находится на нем.
В настоящее время при электрификации предпочтение отдается переменному току, при этой системе благодаря высокому напряжению тяговые подстанции можно располагать на большем расстоянии одна от другой (через 40-60, а иногда и 80 километров), чем при постоянном токе (через 15-25 километров), общую площадь сечения проводов контактной сети можно существенно уменьшить (обычно 140 мм2, при постоянном токе она составляет 700 мм2 и даже протягивается второй провод).
Неоспоримыми положительными качествами системы переменного тока являются высокие тяговые свойства электровозов и отсутствие интенсивной коррозии подземных искусственных сооружений. Можно существенно увеличивать вес составов, а отсюда возрастает пропускная способность железных дорог, да и материальные затраты при электрификации переменным током ниже. Вообщем экономика двигает вперед научно-технический прогресс. Но есть у контактной сети переменного тока и существенный недостаток – она оказывает сильное индуктивное влияние на другие проводники электрического тока, находящиеся в зоне действия ее электромагнитного поля – воздушные и кабельные линии связи, телеуправления, радиовещания, силовые и осветительные, кабели питания автоблокировки и др. Приходится удалять их на большое расстояние или калибровать.
Контролирует и в оперативном порядке управляет устройствами контактной сети на дороге – энергодиспетчер.
Системы тока. Напряжение в контактной сети
На железных дорогах России используют две системы электроснабжения: постоянного и однофазного переменного тока. Тяга на трехфазном переменном токе не получила распространения, поскольку технически сложно изолировать близко расположенные провода двух фаз контактной сети (третья фаза — рельсы).
Электрический подвижной состав обеспечивают тяговыми двигателями постоянного тока, так как предлагаемые модели двигателей переменного тока не отвечают предъявляемым требованиям по мощности и надежности. Поэтому железнодорожные линии снабжают системой однофазного переменного тока, а на локомотивах устанавливают специальное оборудование, преобразующее переменный ток в постоянный.
Основными параметрами, характеризующими систему электроснабжения электрифицированных железных дорог, являются мощность тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь сечения контактной подвески.
На железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, тяговые подстанции выполняют две функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный. Все оборудование, подающее переменный ток, размещается на открытых площадках, а выпрямители и вспомогательные агрега ты — в закрытых помещениях. От тяговых подстанций электроэнергия поступает в контактную сеть по питающей линии — фидеру.
Основными недостатками системы электроснабжения постоянного тока являются его полярность, относительно низкое напряжение и отсутствие возможности обеспечить полную электроизоляцию верхнего строения пути от нижнего. Рельсы, служащие проводниками тока разной полярности, и земляное полотно представляют собой систему, в которой возможна электрохимическая реакция, приводящая к коррозии металла. В результате снижается срок службы рельсов и искусственных сооружений. Для предотвращения этого применяют соответствующие защитные устройства (анодные заземлители, катодные станции и др.).
Из-за относительно низкого напряжения (11 = 3 кВ) в системе постоянного тока по контактной сети к электрическому подвижному составу подводится мощность (Ж= Ш) при большой силе тягового тока /. Для этого тяговые подстанции размещают недалеко друг от друга (10. 20 км) и увеличивают площадь сечения проводов контактной подвески.
При переменном токе повышается эффективность использования электрической тяги, поскольку по контактной сети передается требуемая мощность при меньшей силе тока по сравнению с системой постоянного тока. Тяговые подстанции в этом случае располагаются на расстоянии 40. 60 км друг от друга. Их задачей является только понижение напряжения со 110. 220 до 25 кВ, поэтому их техническое оснащение проще и дешевле, чем у тяговых подстанций постоянного тока. Кроме того, в системе однофазного переменного тока площадь сечения проводов контактной сети примерно в два раза меньше. Для размещения оборудования на тяговых подстанциях при переменном токе используют открытые площадки. Однако конструкция локомотивов и электропоездов при переменном токе сложнее, а их стоимость выше.
В результате воздействия электромагнитного поля переменного тока на металлические конструкции и коммуникации, расположенные вдоль железнодорожных путей, в них появляется опасное для людей напряжение, а в линиях связи и автоматики возникают помехи. Поэтому применяют особые меры защиты сооружений. Затраты на такие защитные меры, как улучшение электрической изоляции между рельсами и землей, замена воздушных линий кабельными или радиорелейными, составляют 20. 25 % общей стоимости работ по электрификации.
Стыкование контактных сетей линий, электрифицированных на постоянном и переменном токе, осуществляют на специальных железнодорожных станциях. В ряде случаев, когда создание таких станций представляется нецелесообразным, применяют электровозы двойного питания, работающие как на постоянном, так и на переменном токе.