Про підстанції

“Кидаючи каміння у воду, дивись на кола ним утворені, щоб зайняття це не було марною тратою часу”.

Козьма Прутков.

Вітаю зацікавлений читач!

Якщо Ви на цій сторінці - то це означає, що Вам цікаво дізнатись, як все це працює (я маю на увазі залізницю). Я хотів би написати цю статтю в досить популярному вигляді, щоби ії без зайвих зусиль змогли прочитати бойскаут і домогосподарка (хоч я і не знаю, чому це може їх зацікавити ?). Буду намагатися використовувати якмога менш термінів та чіпляти самі цікаві питання.

В ті недалекі часи, коли паровоз був основним сталевим конем залізниць, а професія кочегара чимось нагадувала роботу літейщика в доменому цехі, люди ще не знали, що чекає їх попереду. А попереду їх чекали нові машини, які прийшли на зміну пару – дизелі (локомотіви, використовуючі в якісті пального для руху дизельне пальне, а не вугілля або деревину, як паровози). За дизелями послідували електровози. Сама назва механізму каже сама за себе – електровоз. Звичайно, як вогню для життя потрібне пальне (дрова, вугілля та інш.), так і електровозам вже було недостатньо складеної інфраструктури, тобто сукупності пристроїв та механизмів для обслуговування руху – починаючи від рельсів (або верхньої будівлі шляху) і, закінчуючи депо (місто, де перебувають ці трудові залізничні одиниці). Щоб електровоз їхав, йому потрібно отримувати відкілясь енергію для руху. Одразу ж напрошується варіант, при якому електровоз міг би виробляти електроенергію та сам ії споживати (наприклад, мав би електростанцію). Але важко собі уявити цю складну технічну споруду на колесах, та і можливість реалізації дуже ускладнена. Можливо уявити таку ж реалізацію, що і в метро (тобто використовувати контактні рельси). Але спробуйте загородити тисячі кілометрів залізниць, щоб бабка Марфа не мала бажання перевести корову через залізницю саме в цьому місці. Згадуються ідеї про поїзди на магнитній подушці, зверхпровідність та інші чудові знахідки, реалізація яких в наших економічних умовах подібна політу на Альдебаран. І тут ми поступово підходимо до вже відпрацьованої ідеї, на якій працюють практично всі залізниці – використовування контактного провіду для передачі електроенергії локомотивам.

Спрощена схема живлення локомотивів ( синій кольор - зібраний електричний ланцюг).

Пам'ятайте, що контактний провід тільки передає енергію, а звідкіль вона отримується – це питання нашого подальшого розгляду. Існує багато варіантів підключення схем живлення електровоза за допомогою контактного провіду, але для нас важливий сам принцип, що електровоз є тільки споживач, тобто це навантаження, що рухається. На цей момент застосовується два види живлення електровозів: на постійному струмі (3кВ) та перемінному (25кВ). Сам прилад електровоза в загальних рисах представлений на малюнках.

Проста схема локомотива (перемінний струм)

Рухаючись на автомобілі, Ви регулюєте швидкість за допомогою педалей акселератора та зціплення. Таким чином, надається необхідна кількість пального у двигун. Східна ідея покладена у механізм регулювання руху електровоза, – змінюючи опір, Ви змінюєте швидкість оберту двигуна. Легше всього розглянути ці питання на прикладі руху рідини.

Порівняння управління локомотивом на прикладі водяного млина.

Якщо у машині все пальне, необхідне для подорожі Ви заливаєте до бака, то при роботі локомотива пальне знаходиться на “базі” - (тяговій підстанції), звідкіль береться для руху через “шланги” - контактний провід. Враховуючи те, що шлях, який проходить електровоз може бути доволі значним (сотні кілометрів), було б дуже важко живити його від однієї “бази” – потрібно було би створювати дуже сильний напір рідини, щоб вона доходила на такі великі відстані (тобто щоб напруга у контактній мережі була така велика, що її падіння на довжину дільниці руху не впливало на роботу локомотива).

Поперечні перетини контактного провіду (мідний фасоний та овальний). Верхні боріздки використовуються для кріплення провіду, а його форма дозволяє покращити якість торкання струмоприймача локомотива.

Щоб цього запобігти періодично протягом шляху будуються “бази”, тобто тягові підстанції, які і дають енергію локомотиву. Так при напрузі 27,5 кВ (перемінний струм) відстань між підстанціями (“базами”) може досягати близько 40-60 км. При напрузі 3.3 кВ (постійний струм) відстань між підстанціями - близько 10-20 км. Тобто можно зробити висновок, що чим більший напір води у місткості, тим на більшу відстань вона зможе дотікти. Також і в контактній мережі, чим вище рівень напруги, тим більше відстань між тяговими підстанціями (“базами”). Відповідно менше витрати, так як підстанцій потрібно менше.

При постійному струмі 3 кВ відстань менше (10-20 км.), чим при перемінному (40-60 км.).

Давайте зараз подивимось, що собою уявляє “база”, тобто тягова підстанція. Підстанцію можно уявити у вигляді бака з пальним, який передає через “трубопровіди” (контактну мережу) пальне для локомотивів. Звичайно тягова підстанція також бере “пальне” або електричну енергію з більш міцної підстанції (“більшої місткості”) - районої підстанції.

Порівнювальна схема тягової підстанції та схемы живлення залізниці.

Тобто підстанція виконує роботу по перетворенню електроенергії для локомотивів. Да, майже не забув сказати – не треба думати, що підстанція застосовується тільки для постачання локомотивів. Вона також використовується для живлення інших споживачів (починаючи від світлофорів на залізничних шляхах и закінчучи кіоском з Кока-колою на станції). Цар усієї цієї братії - тяговий трансформатор, який перетворює вхідну напругу до рівня, необхідного локомотивам. З усіх боків він оточений вірними слугами: спеціальними швидкодіючими вимикачами, які бережуть трансформатор від різних халеп і в разі проблем вимикають його. Вірні солдати підстанції – це множина різних реле, які стежать за станом “поля бою”, тобто контактної мережі. І на виході підстанції стоять своєрідні бойові редути – фідерні осередки, які живлять контактну мережу. Вони також складають маленьку армію реле, трансформаторів, вимірювальних приладів, що стоїть на бойовому посту. Окремо стоять “збирачи податків” - вимірювальні трансформатори та лічильники електроенергії. Вони стежать за тим, скільки підстанція витратила електроенергії. В сучасних лічильниках (наприклад “Альфа”, “Шлембурже”, “Ландіс та Гір”), крім видатка електроенергії можливо зафіксувати множину додаткових параметрів, використовуючи які можливо регулювати енергоспоживання.

Лічильник "Альфа" - міцний інструмент для збору, зберігання та обробки даних електропостачання.

 Ось і закінчилась перша частина моєї розповіді про електричество на залізниці и Ви, мій вдячний та замучений читач, можете зітхнути спокійно.  Звичайно, ця маленька сторінка не може вмістити усю необсяжну інформацію про залізницю, але дозволить Вам хоч трохи зрозуміти, навіщо протягом залізничного шляху хтось так часто натикав опір та й ще чогось на них начіпляв.

Якщо Ви бажаєте висловити свої негативні або позитивні коментарі з приводу цієї статті, або додати свої пропозиції - пишіть!