Про подстанции

“Бросая камни в воду, смотри на круги ими образованные, дабы данное занятие не было пустой тратой времени”.

Козьма Прутков.

Привет любознательный читатель!

Если Вы на этой странице - это значит что Вам интересно узнать, как все это работает (я имею в виду железную дорогу). Я хотел бы написать эту статью в достаточно популярном виде, чтобы текст без содрогания смогли бы прочитать бойскаут и домохозяйка (хотя я не знаю, почему это может их заинтересовать?). Буду стараться использовать как можно меньше терминов и поднимать только самые интересные вопросы.

      В те недалекие времена, когда паровоз был основным стальным конем железных дорог, а профессия кочегара чем-то напоминала работу литейщика в доменном цеху, люди еще не знали, что ждёт их впереди. А впереди их ждали новые машины, пришедшие на смену пару – дизели (локомотивы, использующие в качества топлива для движения дизельное топливо, а не уголь или древесину, как паровозы). За дизелями последовали электровозы. Само название механизма говорит само за себя – электровоз. Естественно, как огню для жизни нужно топливо (дрова, уголь и т.п.), так и электровозам уже было недостаточно сложившейся инфраструктуры, т.е. совокупности устройств и механизмов для обслуживания движения – начиная от рельсов (или верхнего строения пути) и, заканчивая депо (место, где содержатся эти трудовые железнодорожные единицы). Чтобы электровоз ехал ему надо где-то брать энергию для движения. Можно было бы предположить такой вариант - т.е. использовать контактные рельсы, как в метро. Но попробуйте оградить тысячи километров железных дорог, чтобы бабка Марфа не захотела перевести корову через путь именно в этом месте. Вспоминаются идеи о поездах на магнитной подушке, сверхпроводимость и другие замечательные идеи, реализации которых в наших экономических условиях подобно полёту на Альдебаран. И тут мы плавно подходим к уже отработанной идеи, на которой работают практически все железные дороги – использование контактного провода для передачи электроэнергии локомотивам.

Упрощенная схема питания локомотивов ( синий цвет - собранная электрическая цепь ).

Не забудьте, что контактный провод лишь передает энергию, а откуда она берётся – это вопрос нашего дальнейшего рассмотрения. Существует множество вариантов подключения схем питания электровоза с помощью контактного провода, но для нас важен сам принцип, что электровоз лишь является потребителем, т.е. это движущаяся нагрузка. На данный момент применяется два вида питания электровозов: на постоянном токе (3кВ) и переменном (25кВ). Само устройство электровоза в общих чертах представлено на рисунках.

Простая схема локомотива (переменный ток)

Простая схема локомотива (постоянный ток)

Двигаясь на машине, Вы регулируете скорость езды педалями акселератора и сцепления. Таким образом, подается необходимое количество топлива в двигатель. Сходная идея заложена в механизм регулирования движения электровоза, – изменяя сопротивление, Вы меняете скорость вращения двигателя.Легче всего рассмотреть эти вопросы на примере движения жидкости.

Сравнение управления локомотивом на примере водяной мельнцы.

Если в машине все топливо, необходимое для поездки Вы заливаете в бак, то при работе локомотива топливо находится на “базе” - (тяговой подстанции), откуда берётся для движения через “шланги” - контактный провод. Учитывая то, что путь проходящий электровозом может быть довольно значительным (в сотнях километров), было бы очень тяжело питать его от одной “базы” – нужно было бы создавать очень сильный напор жидкости, чтобы она доходила на такие большие расстояния (т.е. чтобы напряжение в контактной сети было столь велико, что его падение на длину участка движения не сказывается на работу локомотива).

Поперечные сечения контактного провода (медный фасонный и овальный). Верхние бороздки используются для крепления провода, а его форма позволяет улучшить качество соприкасания токоприемника локомотива.

Чтобы этого избежать периодически вдоль пути строятся “базы” т.е. тяговые подстанции, которые и дают энергию локомотиву. Так при питающем напряжении 27,5 кВ (переменный ток) расстояние между подстанциями (“базами”) может достигать около 40-60 км. При напряжении 3.3 кВ (постоянный ток) расстояние между подстанциями около 10-20 км. Т.е. можно сделать вывод, что чем больше напор воды в емкости, тем дальше она сможет дотечь, аналогично и в контактной сети, чем выше уровень напряжения, тем большее расстояние между тяговыми подстанциями (“базами”). Соответственно меньше затраты, т.к. подстанций нужно меньше.

При постоянном токе 3 кВ растояние меньше (10-20 км.), чем при переменном (40-60 км.).

Давайте теперь взглянем, что собой представляет “база”, т.е. тяговая подстанция. Подстанцию можно представить в виде бака с топливом, который передает через “трубопроводы” (контактную сеть) горючее для локомотивов. Естественно тяговая подстанция тоже берет “топливо” или электрическую энергию с более мощной подстанции (“большей ёмкости”) - районной подстанции.

Сравнительная схема тяговой подстанции и схемы питания железной дороги.

То есть подстанция выполняет работу по преобразованию электроэнергии для локомотивов. Да, чуть не забыл сказать – не нужно думать, что подстанция применяется только для снабжения локомотивов. Она также используется для питания других потребителей (начиная от светофоров на железнодорожных путях и заканчивая киоском с Кока-колой на станции). Царь всей этой братии тяговый трансформатор, который преобразует пришедшее напряжение к уровню, необходимому локомотивам. Со всех сторон он окружен верными слугами: специальными быстродействующими выключателями, которые берегут трансформатор от всяческих неприятностей и в случае проблем отключают его. Верные солдаты подстанции – это множество различных реле, зорко следящих за состоянием “поля боя”, т.е. контактной сетью. И на выходе подстанции стоят своеобразные боевые редуты – фидерные ячейки, дающие питание в контактную сеть. Они тоже представляют маленькую армию реле, трансформаторов, измерительных устройств, стоящих на боевом посту. Особняком стоят “сборщики налогов” - измерительные трансформаторы и счетчики электроэнергии. Они следят за тем, сколько подстанция израсходовала электроэнергии. В современных счетчиках (например “Альфа”, “Шлембурже”, “Ландис и Гир”), кроме расхода электроэнергии возможно записать множество дополнительных параметров, используя которые можно регулировать энергопотребление.

Счетчика "Альфа" - мощный инструмент для сбора, хранения и обработки данных электроснабжения.