РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА Иллюстрации к лекции

РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА Иллюстрации к лекции для студентов IV курса специальности Электроснабжение железнодорожного транспорта 1 часть Москва – 200 9 Фомина З. А.

ЛИТЕРАТУРА 1. Электрические железные дороги. Учебник для вузов ж. -д. транспорта. : Под ред. Плакса А. В. Пупынина В. Н. М. : Транспорт, 1993. -280 с. 2. Марквардт К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М. : Транспорт, 1982 – 528 с. 3. Мамошин Р. Р. , Зимакова А. Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Учебник для техникумов ж. д. транспорта. , М. : Транспорт, 1980. – 296 с. 4. Пронтарский А. Ф. Системы и устройства электроснабжения. М. : Транспорт, 1983. – 264 с. 5. Котельников А. В. Электрификация железных дорог. Мировые тенденции и перспективы. Труды ВНИЖТБ. М. : Интекст, 2002. – 104 с. 6. Звездкин М. И. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Учебник для техникумов ж. д. транспорта. , М. : Транспорт, 1985. – 263 с. 7. Быков Е. И. , Панин Б. В. , Пупынин В. Н. Тяговые сети метрополитенов. , – М. : Транспорт, 1987. – 256 с. 8. Чернов Ю. А. Электроснабжение электрических железных дорог. Учебное пособие. – М. : МИИТ, 2005. – 154 с. 9. Фомина З. А. Электрические железные дороги: МИИТ, 2011. -84 с.

Отношение эл. фицированных линий к общей длине ж. д. Линии на тепловозной тяге- 43, 6 тыс км, 50, 6% Электрифицир ованных- 42, 6 тыс км, 49, 4% Объем перевозок На тепловозной тяге 16, 5% На электрической тяге 83, 5% России

51, 5 34, 0 34, 1 39, 444, 3 27, 4 27, 7 33, 6 18, 4 18, 6 18, 7 19, 3 0, 010, 020, 030, 040, 050, 060, 0 1991 г. 1995 г. 2000 г. 2003 г. Количество электроэнергии, млрд. к. Втч. Электропотребление общее В том числе электротягой Отпущено посторонним потребителям. Диаграмма потребления электроэнергии ж. д. транспортом 51, 5 34, 0 34, 1 39, 444, 3 27, 4 27, 7 33, 6 18, 4 18, 6 18, 7 19, 3 0, 010, 020, 030, 040, 050, 060, 0 1991 г. 1995 г. 2000 г. 2003 г. Количество электроэнергии, млрд. к. Втч. Электропотребление общее В том числе электротягой Отпущено посторонним потребителям

Удельный вес электрической тяги в сети дорог России в период 1991 -2003 гг и перспектива до 2010 г. 74, 3 79, 0 73, 3 83, 5 85, 0 57, 0 49, 5 47, 6 43, 9 44, 6 10, 020, 030, 040, 050, 060, 070, 080, 090, 0 1991 г. 1995 г. 2000 г. 2003 г. 2010 г. Доля , % Удельный вес грузооборота при электрической тяге Удельный вес гпротяженности электрифицированных линий

Рост протяженности электрифицированных линий по годам и перспектива до 2010 г. 38, 139 41 42, 6 19, 220, 3 21, 9 23, 8 18, 918, 719, 118, 8 50 33 17, 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1991 г 1995 г 2000 г 2003 г 20104 г Всего, тыс км, На переменном токе, тыс км, На постоянном токе, тыс км,

Система тягового энергоснаб жения. Система внешнего энергоснабже ния 110 к. В ЛЭП 110 к. ВГЭС 10 к. В 0, 38 к. В 20 к. В ТЭЦ ЛЭП 500 к. В 110 к. В Контактная сеть ЭПС Рельсы. Нейтральная вставка Тяговые подстанции 25 к. В Фидера контактной сети 110 к. В Организация движения поездов

Источники электроэнергии — электростанции АЭС Гидроэлектростанции ГЭС Русловые ГЭС Приплотинные ГЭС Деривационные ГЭС Гидроаккумулирующие ЭС Приливные ЭС ЭС на морских течениях Волновые ЭС Электростанции, работающие на органическом топливе (тепловые электростанции) ТЭС Газовые ЭС Жидкотопливные ЭС Твердотопливные ЭС Ветроэлектростанции (ВЭС) Геотермальные ЭС Солнечные ЭС Экзотические (малоприменяемые)

Выработка электроэнергии в России в год составляет около 1 трлн. к. Вт/ч Структура выработки электроэнергии по видам генерации

Наименование страны Производство электроэнергии в год, в к. Вт/час 1 США 4 110 000 000 2 Китай 3 451 000 000 3 Европейский союз 3 080 000 000 4 Россия 1 040 000 000 5 Япония 957 000 000 6 Индия 723 800 000 7 Канада 620 700 000 8 Германия 593 400 000 9 Франция 535 700 000 10 Южная Корея 440 000 000 11 Бразилия

Диаграмма удельного веса различных систем тяги Постоянный ток Зк. В 35% Переменный ток 15 к. В, 16 2/3 Гц 14%Постоянный ток 1, 5 к. В 8% Др. системы 2% Переменный ток 25 к. В, 50 Гц 41%

5 — фидера контактной сети; 8, 9 -преобразовательный агрегат, состоящий из преобразовательного трансформатора и выпрямителей; 2 — реактор; 13 — трансформатор ТСН; 14 — питание цепей собственных нужд; 15 — трансформатор ВЛ СЦБ; 20 — трансформатор СЦБ питающий путевой ящик СЦБ(21); 18, 19 — разъединители ВЛ СЦБ и ПЭ, 24, 25 — резервное питание СЦБ. 3, 3 к. В ( + )( — )ТСН 10 к. В 110 к. В 380 В ( + ) Контактная сеть3, 3 к. В 110 к. В Понижа ющий тр — р. ЛЭП 110 к. В ВЛ ПЭ 10 к. В ( — )Преобра-з ователь-н ый тр-р. 10 к. В ВЛ СЦБ 6(10) к. В 58 1 14 15 201918 ТСН 380 В 21 Рельсы. Воздушный промежуток Тяговая подстанция. I II 1 01 1 9 1 3 6 7 17 16 2 3 4 1 2 Схема питания железной дороги, электрифицированной по системе постоянного тока 25 24 ЭПС 3 к. В

Т КУ Т К ВЛ ПЭ 10 к. В ВЛ СЦБ 6(10) к. ВРазрез железной дороги, электрифицированной по системе постоянного тока

Т КВЛ ПЭ 10 к. В Силовая опора с КТПОЛМонтаж проводов ВЛ СЦБ на опоры контактной сети Т КУсил. провод ВЛ СЦБ 6(10) к. В ВОЛС ТГЗ

5 — фидера контактной сети; 6 — отсос; 10 — тяговый трансформатор; 11 –фидера нетяговых потребителей; 13 — ТСН; 14 -питание цепей собственных нужд; 15 — трансформатор ВЛ СЦБ; 18 — трансформатор СЦБ, питающий путевой ящик СЦБ(19); 17, 23 разъединители; 20 — фидера ДПР; 22 -трансформатор путевых потребителей; 24, 25 — резервное питание СЦБ. ЛЭП 110 к. В 35 к. В 110 к. В 380 ВТяговая подстанция 35 к. В 380 В 27, 5 к. В 25 к. В 5 Тяговая подстанция 20 6 9 8 7 4 3210 11 1314 16 17 18 2419 ДПР 2515 12 ВЛ СЦБ 6(10) к. В 2322 21 Нейтральная вставка Контактная сеть Рельсы. Схема питания железной дороги, электрифицированной по системе переменного тока ЭПС

Схема питания нетяговых потребителей железной дороги Тяговая подстанция ДПР ВЛ СЦБ 6(10) к. В РУ 0, 4 к. В 110 к. В РУ 27, 5 к. ВРУ 35 к. В РУ 6 к. В ТСН ТМ-400 6/0, 4 ТСЦБ ТМ-100 0, 4/6 110 к. В РУ 27, 5 к. ВРУ 35 к. ВРУ 6 к. В ТСН ТМ-400 6/0, 4 РУ 0, 4 к. ВТСЦБ ТМ-100 0, 4/6 ТМ-100 27/0, 4 ОМ-1, 25 10/0, 4 Резерв ТДНС ТМ-10000 35/

К Т К ВЛ СЦБ 6(10) к. ВРазрез железной дороги, электрифицированной по системе переменного тока КТП ДПР

К Т К ВЛ СЦБ 6 к. В КТП ДПР ТГЗ ВОЛСУсил. провод. Расположение проводов ВЛ СЦБ на опорах контактной сети КТПО

Трансформаторная подстанция КТПОЛ-1. 25/10 -У

Вакуумный реклоузер PBA/TEL

ВЛ ПЭ 10 к. В ВЛ СЦБ 6 к. В 3, 3 к. В ( + )(-)ТС Н 10 к. В 110 к. В 380 ВП/ст Истодинки Преобра-з ователь-н ый тр-р. ( + ) 3, 3 к. В 110 к. В Понижа ющий тр — р. (-) 10 к. В ТСН 380 В Воздушный промежуток Тяговая подстанция. Схема питания нетяговых потребителей с реклоузерами ВВ СЦБВВ ПЭ Р РР

Схема тяговой подстанции переменного тока 15 к. В пониженной частоты 16 2/3 Гц с преобразователем частоты5, 7 к. В Синхронный однофазный генератор Синхронный трехфазный электродвигатель Контактная сеть Воздушный промежуток Рельсы 15 к. В 110 к. ВЭПС

Схема питания железной дороги, электрифицированной по системе переменного тока с экранирующим и усиливающим проводами (ЭУП) 27, 5 к. В 25 к. В Нейтральная вставка Контактный провод Рельсы. Усиливающий провод Экранирующий провод Направление токов 800 м 200 м 0, 40, 7 У Э Т К Рельсы0, 7 ЭПС

Схема питания тяговой сети 2 х25 к. В Контактная сеть Рельсы. Тяговая подстанция 1 а 2 а 1 х1 х225 к. В 50 к. В а 2 х1 а 1 х2 Питающий провод АТПАТП 25 к. В Тяговая подстанция 2 ЭПС

ЭПС а 2 а 1 х1 х2 Подстанция 2 Рельсы. Подстанция 1 Питающий провод Контактная сеть. ПС ЭПССхема питания двухпутного участка тяговой сети 2 х25 к. В

Схема питания железной дороги, электрифицированной по системе повышенного постоянного напряжения 6 — 8 к. В (ППН) Контактная сеть Питающий провод( + ) 3, 3 к. В ( — )3 к. В 6, 6 к. В ( + ) 3, 3 к. В( — ) ППНТяговая подстанция 1 Тяговая подстанция 2 Промежуточные пункты повышенного напряжения ЭПС ППН

Схема питания железной дороги, электрифицированной по системе постоянного тока с вольтодобавочными устройствами(ВДУ) 3, 3 к. В ( + )( — )10 к. В 110 к. В ( + ) 3, 3 к. В 110 к. В Понижа ющий тр — р. ЛЭП 110 к. В ВЛ ПЭ 10 к. В ( — )Преобра-з ователь-н ый тр-р. 10 к. В Рельсы. Воздушный промежуток Тяговая подстанция 1 ( — )( + )Усилитель ный пункт 2 3 4 1 -понизительный трансформатор усилительного пункта; 2 – неуправляемый выпрямитель, включаемый паралельно в контактную сеть; 3 – управляемый выпрямитель, включаемый в рассечку контактной сети; 4 — изолирующее сопряжение КС с воздушным промежуткомю

ВДУ 1 ВДУ 2 +3, 3 к. В 1/4 L 1/2 L 1/4 L C ВДУ Без ВДУ 540 В U КС +3, 3 к. ВСхема вольтодобавочных устройств(ВДУ) в фидерной зоне

25 к. В 93, 9 к. ВСхема питания железной дороги, электрифицированной по системе повышенного напряжения 94 к. В Опорная тяговая подстанция с симметрирующим трансформатором Контактная сеть. Продольная линия повышенного напряжения ОТПОТП 350 км 70 км 93, 9 к. В 66 , 4 к. В 27, 5 к. В а. U c. U b. U АU СU ВU ЭПС

( + ) 825 В ( — ) Ходовые рельсы Схема питания метрополитена при централизованной системе питания тяговой сети ЭПС Третий(контактный) рельс. ТСН СЦБ Осве- щение. Эл. обо рудо -вания 380 В 220/127 ВТяговая подстанция Понизительная подстанция 6 -10 к. В ( + ) 825 В( — ) ТСН СЦБ Осве- щение Эл. обо рудо -вания 380 В 220/127 В Тяговая подстанция. Понизительная подстанция 6 -10 к. В 750 В 2 – 2, 5 км

( + ) 825 В( — ) ТСН СЦБ Осве- щение Эл. обо рудо -вания 380 В 220/127 В Совмещенная тяговопонизительная подстанция (СТП) 6 -10 к. В ( + ) 825 В ( — ) Ходовые рельсы. Схема питания метрополитена при децентрализованной системе питания тяговой сети ЭПС Третий(контактный) рельс. ТСН СЦБ Осве- щение. Эл. обо рудо -вания 380 В 220/127 ВСовмещенная тяговопонизительная подстанция (СТП) 6 -10 к. В 750 В 2 – 2, 5 км

69016 0 1520 900 Подвеска контактного(третьего) рельса метрополитена Контактный рельс Вагонный токоприемник

Артышта-2 — на пересечении линий Новосибирск-Главный (=) — Новокузнецк (=) — Барнаул (~) Бабаево — на линии Волховстрой-2 (=) — Вологда-1 (~) Балезино — на линии Киров (~) — Пермь-2 (=) Белореченская — на пересечении линий Туапсе-Пассажирская (=) — Армавир-Туапсинский (~) — Хаджох (~) Вековка — на линии Москва-Пассажирская-Казанская (=) — Арзамас-1 (~) Владимир — на линии Москва-Пассажирская-Курская (=) — Нижний Новгород-Московский (~) Вязьма — на линии Москва-Пассажирская-Смоленская (=) — Смоленск (~) Горячий Ключ — на линии Туапсе-Пассажирская (=) — Энем (~) Данилов — на пересечении линий Ярославль-Главный (=) — Вологда-1 (~) — Буй (~) Дербент — на линии Баку-Пассажирская (=) — Хасавъюрт (~) Дружинино — на линии Казань (~) — Екатеринбург- Пассажирский (=) Инзер — на линии Дема (=) — Магнитогорск- Пассажирский (~) Иртышское — на линии Карбышево-1 (=) — Среднесибирская (~) Карталы — на пересечении линий Челябинск-Главный (=) — Магнитогорск-Пассажирский (~) — Орск (~) — Тобол (~) Мариинск — на линии Тайга (=) — Ачинск (~) Междуреченск — на линии Новокузнецк (=) — Абакан (~) Пенза-1 и Пенза-3 — на пересечении линий Сызрань-1 (=) — Рузаевка (=) — Ртищево-2 (~) Пресногорьковская — на линии Курган (=) — Новоишимская (~) Рыбное (для грузовых) — на линии Москва-Пассажирская-Казанская (=) — Ряжск (~) Рязань-2 (для пассажирских) — на линии Москва-Пассажирская-Казанская (=) — Ряжск (~) Свирь — на линии Волховстрой-2 (=) — Петрозаводск (~) Сухиничи — на линии Москва-Пассажирская-Киевская (=) — Брянск-Льговский (~) Сызрань-Южный Парк — на линии Сызрань-1 (=) — Сенная (~) Узуново — на линии Москва-Пассажирская-Павелецкая (=) — Павелец-Тульский (~) Черепаново — на линии Новосибирск-Главный (=) —Среднесибирьская (~)

Т ЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ СТАНЦИИ СТЫКОВАНИЯ РУ постоянного тока + РУ переменного тока

Т ЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ СТАНЦИИ СТЫКОВАНИЯ РУ постоянного тока + РУ переменного тока

Т ЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ СТАНЦИИ СТЫКОВАНИЯ РУ постоянного тока + РУ переменного тока

Т ЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ СТАНЦИИ СТЫКОВАНИЯ РУ постоянного тока + РУ переменного тока

Алгебраическая форма комплексного числа где b – вещественная часть; c – мнимая часть; j = – мнимая единица. Тригонометрическая форма : где длина или модуль вектора ; аргумент вектора. Показательная форма : jcb. A sin. Ajcos. AA je. AA A bс III IV+Y +X-X A b с arctg 90 180 360270 мнимая осьвещественная ось j

I UВекторная и временная диаграммы переменного напряжения и тока

1 I 2 I 1 2 1 а I 1 р I 2 а. I 2 р I 1 U 2 UВзаимное расположение векторов напряжения и их токов на диаграмме

1 I 2 I 1 2 Взаимное расположение векторов токов на диаграмме

jcb. A оje. AA 45 Ac I +X -X 180 o > > 90 o )45360(jо e. AA b jcb. A о 135 j e. AA Ac II +X -X +Y оje. AA 225 b >180 o jcb. A о 225 j e. AA A c+ III-X +Y оj e. AA 135 b оje. AA 315 оje. AA 45 A c I b +X -Y -Y IV jcb. A 0 o > > 270 o — — — —

1 I 2 I 2 2 р. I 1 U 2 U Решить пример 1 ’ 1 =35 о +П Ц Ш 1 =30 о 2 =60 о ’ 2 = — (60 о +П Ц Ш) 1 I 2 I 1 2 Определить 1 и

Графическое сложение векторов 21 III 1 I 2 I I Графическое вычитание векторов 1 III 2 1 I 2 I I 1 2 2 1 I

11 » 1 sin. II 21 III Сложение векторов алгебраическое 2 12 22 je. II 1 11 je. II 1 I 2 I +X -X +Y -Y 11 ‘ 1 cos. II Определим проекции слагаемых векторов на оси X и Y 22 ‘ 2 cos. II 22 » 2 sin. II ‘ 1 I » 1 I ‘ 2 I » 2 I ‘IСуммируем проекции векторов на оси X Суммируем проекции векторов на оси Y «I’ 1 I’ 2 I » 1 I » 2 I Определим искомый вектор «j. III ‘ ‘I «I I I ar » sin je. II 2 «III 2 ‘ УРА!! ПОЛУЧИЛОСЬ!!

r x L Н LUUd. Udo. Uxr o. U ННI, U o. U НI LНННx. Ir. IUo. U НU НI r. IН LНx. I Второй закон Кирхгофа а I р. I Потери напряжения на линии

r. Iа Lрx. I r. Iа. Lxr Ud. Ud r. Ud Lx. Ud НU o. Ud. U Lрx. I d. U Потеря напряжения (скаляр) Падение напряжения на линии(вектор)

r 1 x L 111 ННI, U o. U Н 2 I Потери напряжения на линии r 2 x L 2 22 ННI, U 21 ННII 2 НI Н 1 U Н 1 I 21 ННII Н 2 LLUx. Udr. Udo. U 2211 1122 LН 2 Н 1 LН 2 Н 2 Н 2 x)II(r)II(x. Ir. IUo. U 2 r. IН 2 2 LН 2 x. I 1 r)II(Н 2 Н 1 1 LН 2 Н 1 x)II( o. U

x LНLUUd. Udo. Uxr LСНСННx)II(r)II(Uo. U НU НI o. U r ННI, U o. U СНII С О U С ОU с d. U С d. U c. Влияние поперечной компенсации на потери напряжения Вот на сколько уменьшаются потери напряжения в сети СI

r x L Н LUUd. Udo. Uxr ННI, U o. U СНII НU НI o. U СI С О U С ОU с d. U С d. U c LСНСННx)II(r)II(Uo. U с U НВлияние поперечной компенсации на величину напряжения в конце линии

r x L Н LU сx. Udr. Udo. U ННI, U o. U НI СНLНННx. Ir. IUo. U НU НI r. IН LНx. I а. I р. I x СВлияние продольной компенсации на потери напряжения Вот на сколько уменьшается потери напряжения в сети с d. U

r x L o. U ННI, U o. U НI НU НI r. IН LНx. I а. I р. I x С НLL UUd. Ud o. U xxr СНLНННx. Ir. IUo. U С НUВлияние продольной компенсации на величину напряжения в конце линии

Схема электроснабжения системы переменного тока A B C A Т B Т C Т X Т Y Т Z Т x y z a b c . I a . I b 27, 5 к. В 2 5 к В Нейтральная вставка 110 к. В Тяговый трансформатор Обратный провод, отсос. Правое плечо. Левое плечо. Фидера Контактный провод Рельсы

Конец обмотки: X Т , Y Т , Z Т 27, 5 к. В . I пр . I лев. A B C A Т B Т C Т X Т Y Т Z Т x y z a b c . I a . I b . I эл . I отсоса . -U В . U С Правое плечо. Левое плечо U AU С U ВСхема подключения тягового трансформатора к внешней сети X ТA Т Y Т B ТZ Т C Т U A с. U Сa z x y U В b z Начало обмотки: А Т , В Т , С Т Начало обмотки: а, в, с Конец обмотки: x, y, z . U В . U С

. I пр . I лев. A B C A Т B Т C Т X Т Y Т Z Т x y z a b c . I a . I b . I эл . I отсоса . -U В . U СU AU С U ВСхема подключения тягового трансформатора к внешней сети X ТA Т Y Т B ТZ Т C Т U A с. U Сa z x y U В b A B C x y z a b c . I a . -U В . U С . U В К провод Рельсы К провод . I от. A Т B Т C Т X Т Y Т Z Т . U С . U В . I пр . I лев. Если к КП подсоединён вывод начала вторичной обмотки, а к рельсу вывод конца обмотки – это плечо питается от фазы системы со знаком «плюс» ( обмотка « а » ). Если наоборот- плечо питается от фазы системы со знаком «минус» ( обмотка « с » )

z c. U AU С U В X ТA Т Y Т B ТZ Т C Т A B C y b . -U В . U С . U В . I пр К провод. A Т B Т C Т X Т Y Т Z Т c . I c К С прав x . I a . I от . I эл . I a a x . U С . I эл . I c . -U ВU A с. U Сa z x y U В b Рельсы. К С лев . I эл . I пр . I от . I лев . I от Если в контуре : Плечо –К Пр. — Электровоз — Рельс -Отсос- Обмотка трансформатора — направление токов совпадает: это плечо питается от фазы системы со знаком «плюс» ( обмотка « а » ). Если направление токов : Плечо –К Пр. — Электровоз — Рельс -Отсос- не совпадает с положительным направлением тока обмотки, то плечо питается от фазы системы со знаком «минус» ( обмотка « с » )

x y z a b . I c . I a . I b . I лев . I пр . I эл . I отсосас . I лев a. I b. I c. I лев. I 3 2 лев. I 31 лев. I 3 1 Расчет токораспределения в обмотках трансформатора

пр. I 31 x y z a b . I c . I a . I b . I лев . I пр . I эл . I отсосас пр. I 3 1 пр. I 32 левa. I 3 2 I левb. I 3 1 I левc. I 3 1 I 0 00 . I пр. Расчет токораспределения в обмотках трансформатора Вот и правильно! Как ни крути: сумма токов в треугольнике равна нулю!

A U AU С U В B C A B C X Y Z x y z a b c . I a . I b . I лев . I пр . I эл . I отсоса . -U В . U С В С прлевa. I 3 1 I 3 2 I прлевb. I 3 1 I прлевc. I 3 2 I 3 1 I пр лев пр. I лев. I a I b. I c. I Сумма токов в треугольнике равна нулю! . -U В

Правила подключения тяговой подстанции к ВЛ энергосистемы (ПУСТЭ ж. д. РФ (3 раздел ) 1. Фидерная зона, как слева, так и справа должна питаться от одноименных обмоток тяговых трансформаторов; 2. Указанные обмотки должны быть присоединены к одной фазе энергосистемы; 3. Фаза системы, питающая наименее нагруженную обмотку « b » должна чередоваться для симметричной загрузки фаз системы. A B C . — U CA B C X Y Z x y z a b c . I a . I b . I лев . I эл . I пр A B C X Y Z x y z a b c . I a . I b . I лев . I пр U AU С U В . — U ВФид зона 2 Фид зона 4 Фид зона 3 . U А . U В