Основные параметры тяговой сети
К ОСНОВНЫМ ПАРАМЕТРАМ тяговой сети относятся удельное (на 1 км длины) активное сопротивление R, индуктивность L и емкость С. Значения R и L зависят в основном от числа и характеристик проводов контактной сети, рельсовых нитей и других элементов, входящих в тяговую сеть, а также от электрической проводимости земли.
Общие сведения
Вследствие утечки тока из рельсов, интенсивность изменения которой вдоль пути определяется переходным сопротивлением цепи рельсы – земля, параметры R и L не являются постоянными по длине тяговой сети: вблизи подстанций и ЭПС их значения несколько выше, чем в середине участка. При электрификации на переменном токе указанные параметры зависят также от силы протекающего по рельсам тока, т. к. электромагнитные характеристики рельсовой стали нелинейны. В зависимости от числа и марок проводов контактной сети удельное активное сопротивление R составляет 0,04-0,07 Ом/км при постоянном токе и 0,14-0,20 Ом/км при переменном токе промышленной частоты. Индуктивность L при токе промышленной частоты равна 0,9-0,15 мГн/км. Для составляющих тока ЭПС, имеющих частоту от 300 до 3000 Гц и определяющих в наибольшей степени мешающее влияние на линии связи, значение R несколько выше, a L немного ниже, чем при частоте 550 Гц. Удельная емкость С определяется геометрическими размерами и взаимным расположением элементов контактной сети относительно поверхности земли, а также характеристиками изоляции, и составляет 17-20 нФ/км.
отрицательное воздействие
Результирующие значения параметров тяговой сети (с учетом расстояния между тяговыми подстанциями и используемой схемы питания в межподстанционной зоне) оказывают существенное влияние на основные показатели системы тягового электроснабжения. Активному сопротивлению R пропорциональны потери электроэнергии в тяговой сети, а при постоянном токе и потери напряжения. В тяговой сети переменного тока потери напряжения зависят как от R} так и от L. От соотношения значений i, L, С зависит также уровень мешающего и опасного влияния тяговой сети на смежные линии связи и другие коммуникации, проложенные вдоль железной дороги.
Нагрузочная способность тяговой сети
Нагрузочная способность тяговой сети (по пропуску поездов) определяется наибольшей силой тока – длительного или кратковременного (в течение 1-3 мин), при которой температура наиболее нагруженного провода не превышает допустимого значения. При этом должно также соблюдаться предельное допустимое отклонение напряжения в контактной сети от номинального, обеспечивающее нормальную работу силового и вспомогательного оборудования ЭПС.
С увеличением площади сечения или числа проводов нагрузочная способность тяговой сети растет. Увеличение размеров движения, массы поездов и скорости их движения, а также стремление к сокращению числа тяговых подстанций (при большем расстоянии между ними) на электрифицированном участке приводят к необходимости повышения нагрузочной способности тяговой сети, что обычно обеспечивается подвешиванием усиливающего провода. Это позволяет увеличить допустимую силу тока в 1,5-2 раза, уменьшить значения R и L. На некоторых участках ж. д. переменного тока иногда требуется существенно (до 15 раз) снизить магнитное влияние на смежные коммуникации. В этом случае в тяговой сети устанавливают отсасывающие трансформаторы с обратным проводом (рис. 8.6,a). Такая сеть отличается более частым расположением изолирующих сопряжений анкерных участков и повышенными значениями R и L; улучшение ее характеристик достигается выбором определенных значений коэффициента трансформации, т. н. расщеплением обратного провода, рациональным размещением его на опорах. Кроме того, для снижения электромагнитного влияния тяговой сети переменного тока с повышенной нагрузочной способностью используют экранирующий провод, соединяемый в межподстанционной зоне с рельсовой сетью или со специальными заземлителями (рис. 8.6,6). Экранирующий провод применяют, как правило, совместно с усиливающим и подвешивают на опорах контактной сети. Под действием токов контактной подвески и усиливающего провода в контуре экранирующий провод — земля наводится ток, направленный встречно по отношению к вызвавшему его току. Чем ближе расположен экранирующий провод к усиливающему (с учетом допустимого расстояния по условиям изоляции), тем в большей степени снижаются L и магнитное влияние на смежные коммуникации.
Для улучшения параметров тяговой сети в ней повышают напряжение. Наиболее экономично, без изменения конструкции ЭПС и усиления изоляции контактной сети, это осуществляется с помощью питающего провода, находящегося под повышенным напряжением по отношению к контактной сети. Высокое напряжение, подаваемое от подстанции к питающему проводу, понижается статическими преобразователями (при постоянном токе) или автотрансформаторами (при переменном токе) до уровня, необходимого для ЭПС, и передается в контактную подвеску (рис. 8.6,в). Обычно используется тяговая сеть переменного тока с питающим проводом и автотрансформаторами. На отечественных ж. д. в таких сетях напряжение между питающим проводом и рельсовой сетью составляет 25 кВ, а между контактным проводом и питающим проводом – 50 кВ (система 2×25 кВ). Поскольку большая часть электроэнергии передается по питающему проводу, токовая нагрузка проводов контактной сети снижается в 1,5-1,8 раза, а значения R и L – в 2,2-2,6 раза. В системе 2×25 кВ возврат тока осуществляется в основном не по рельсовой сети и земле, а по питающему проводу. Вследствие этого магнитное влияние тяговой сети на линии связи уменьшается почти в 10 раз. Для существующих тяговых сетей и выбора их элементов для вновь электрифицируемых линий проводят сравнение технико-экономических показателей.