Раздел 3. Тяговые сети
Тема 3.1. Параметры тяговых сетей и их влияние на линии связи. Распределение токов и напряжений в проводах, рельсовых цепях, земле и в подземных сооружениях на участках постоянного тока.
Тяговая сеть представляет собой систему устройств, состоящую в основном из контактной и рельсовой сетей, питающих и отсасывающих линий. Передача электрической энергии от сборных шин тяговой подстанции к электроподвижному составу осуществляется по проводам замкнутой цепи: шины подстанции – питающая линия – контактная сеть – скользящий контакт – тяговые двигатели ЭПС – катящийся контакт – рельсовая цепь – отсасывающая линия – шины подстанции.
Схема протекания токов в тяговой сети
1 – подстанция, 2 – контактная сеть, 3 – электроподвижной состав, 4 – тяговые рельсы, 5 – обратный фидер |
На электрифицированных линиях постоянного и переменного тока в качестве обратного провода используются рельсы. Чем ниже сопротивление рельсовой цепи, тем меньше потери напряжения и энергии в ней. Для уменьшения сопротивления рельсовой цепи устанавливают различные электрические соединители (междурельсовые и междупутные электрические соединители), увеличи-вают переходное сопротивление между рельсом и землёй, применяя с этой целью щебёночный балласт, железобетонные или деревянные шпалы, пропитанные изолирующим составом и др. (чем меньше переход- |
ное сопротивление от рельсов к грунту, проводимость рельсов и их стыков и сопротивление земли, тем большая часть тягового тока проходит в земле).
На электрифицированных линиях переменного тока в отличие от частоты 50 Гц, на которой работает электрическая тяга, для лучшей избирательности в устройствах СЦБ используют частоту 25 или 75 Гц.
Для ограничения утечки тяговых токов в землю и снижения вредного воздействия блуждающих токов на подземные сооружения принимают меры по увеличению переходного сопротивления между рельсами и землёй и уменьшению сопротивления рельсовой цепи.
Изоляции рельсов от земли способствуют:
- щебёночный балласт;
- просвет между подошвой рельса и поверхностью балласта размером не менее 30 мм;
- железобетонные или деревянные шпалы.
Все присоединённые к рельсам заземляющие провода и соединители изолируют от земли, металлических и железобетонных сооружений.
Представляя тяговую подстанцию источником напряжения с внутренним сопротивлением ρ, равным сопротивлению сети от источников питания до шин 3 кВ
1
выпрямленного тока, а электровоз, заменяя омической нагрузкой по потребляемому току Iэ реальному электровозу получаем модель взаимодействия тяговой подстанции, контактной подвески, одиночного электровоза и ходовых рельсов с параллельно расположенной землёй:
Модель протекания тока одиночного электровоза
1 – подстанция; 2 – контактная сеть; 3 – эквивалентная нагрузка; 4 – удельное переходное сопротивление от рельсов к земле; 5 – проводник с сопротивлением, равным нулю, моделирующий землю; 6 – удельное продольное электрическое сопротивление рельсов; 7 – обратный фидер.
В модели различают три характерных участка рельсовой цепи:
I – между подстанцией и нагрузкой;
II – за нагрузкой;
III – за подстанцией.
Расчёт распределения потенциалов и токов в рельсовой цепи можно выполнить с использованием потенциальных диаграмм, т.е. графиков, отображающих потенциалы разных точек рельсовой сети по отношению к земле. Эти диаграммы позволяют косвенно оценить блуждающий ток (без учёта шунтирующего эффекта грунта).