Тяговая сеть

Тяговая сеть — часть системы тягового электроснабжения, состоящая из фидеров, контактной сети, рельсовой сети и отсасывающих линий (рис. 1). В ряде случаев в тяговую сеть входят дополнительные провода и устройства, присоединённые к контактной и (или) рельсовой сетям.

Тяговая сеть является сложной электрической цепью и содержит контуры, образованные проводами, рельсовой сетью и землёй (рис. 2). Ток, протекающий от тяговой подстанции к ЭПС, распределяется между проводами контактной сети. Возврат тока на подстанцию осуществляется через рельсовую сеть и землю и далее по отсасывающей линии. Под действием взаимной индуктивной связи, проявляющейся между контурами тяговой сети при протекании переменного тока, в цепи рельсовая сеть — земля наводится индуцированный ток, который направлен противоположно вызвавшему его току в контактной сети.

Основными параметрами тяговой сети являются удельное активное сопротивление r, индуктивность L и и ёмкость C (на 1 км длины). 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. Вследствие утечки тока из рельсов, интенсивность изменения которой вдоль пути определяется переходным сопротивлением цепи рельсы — земля, параметры R и L не являются постоянными вдоль тяговой сети: вблизи подстанций и ЭПС их значения выше, чем в середине участка. При электрификации на переменном токе указанные параметры зависят также от силы протекающего по рельсам тока, как как электромагнитные свойства рельсовой стали нелинейны. Удельная ёмкость C определяется геометрическими размерами и взаимным расположением элементов контактной сети относительно поверхности земли и характеристиками изоляционного материала. От параметров тяговой сети зависят основные показатели системы тягового электроснабжения. При различном числе и марках проводов контактной сети удельное активное сопротивление тяговой сети при постоянном токе составляет 0,04—0,07 Ом/км, при переменном токе промышленной частоты 50 Гц — 0,14—0,20 Ом/км. Значение L при промышленной частоте равно 0,9—1,5 мГн/км. Для составляющих тока ЭПС, имеющих частоту от 300 до 3000 Гц и определяющих в наибольшей мере мешающее влияние на линии связи, значение R несколько выше, а L немного ниже, чем при промышленной частоте. Удельная ёмкость тяговой сети составляет около 20 нФ/км.

Возможность системы тягового электроснабжения по пропуску поездов характеризуется нагрузочной способностью тяговой сети, которая определяется наибольшей допустимой силой тока (длительного или кратковременного). С увеличением площади сечения или числа проводов нагрузочная способность тяговой сети растёт. Повышение размеров движения и массы поездов вызывает необходимость усиления тяговой сети, то есть повышения её нагрузочной способности, выполняемого обычно подвешиванием усиливающего провода. Это позволяет повысить допустимую силу тока в 1,5—2 раза, уменьшить значения R и L (чем больше расстояние между усиливающим и контактным проводами, тем меньше значение L).

На некоторых участках железных дорог 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. 3, а). Такая тяговая сеть отличается более частым расположением изолирующих сопряжений анкерных участков и повышенными значениями R, L. Улучшение характеристик таких тяговых сетей достигается выбором определённого коэффициента трансформации, так называемым расщеплением обратного провода, рациональным размещением его на опорах. Для снижения магнитного влияния тяговой сети переменного тока с повышенной нагрузочной способностью используют экранирующий провод, имеющий в межподстанционной зоне соединения с рельсовой сетью или со специальными заземлителями (рис. 3, б). Экранирующий провод применяют, как правило, совместно с усиливающим проводом и подвешивают на опорах контактной сети. Под действием токов контактной сети и усиливающего провода в контуре экранирующий провод — земля наводится ток, имеющий встречное направление по отношению к вызвавшему его току. Чем ближе расположен экранирующий провод к усиливающему, тем в большей степени снижаются L и магнитное влияние. Для улучшения параметров тяговой сети повышают напряжение в ней. 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 необходимого ЭПС уровня и передаётся в контактную сеть (рис. 3, в).

Обычно используется тяговая сеть переменного тока с питающим проводом и автотрансформаторами.

На отечественных железных дорогах в таких тяговых сетях напряжение между питающим проводом и рельсовой сетью составляет 25 кВ, а между контактной сетью и питающим проводом — 50 кВ (система 2×25 кВ).

Благодаря передаче большей части электроэнергии по питающему проводу нагрузка проводов контактной сети снижается в 1,5—1,8 раза, а значения Rи L — в 2,2—2,6 раза. В отличие от обычной тяговой сети, при 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 меньше почти в 10 раз.

Для усиления тяговой сети действующих участков и выбора элементов тяговой сети для вновь электрифицируемых линий проводят сравнение технико-экономических показателей.

См. также Электроснабжение электрических железных дорог.

Источник:

• «Энциклопедия железнодорожного транспорта», научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1995 год.