В статье рассматриваются примечательные решения по улучшению технико-экономических показателей электрических железных дорог.
Ключевые слова: транспорт, железная дорога, улучшение показателей, усовершенствование систем электроснабжения.
В наши дни огромная часть грузов доставляется посредством железнодорожного транспорта, который нельзя представить без электрифицированных железных дорог, являющихся крайне эффективным и выгодным средством доставки фактически любых товаров, оборудования, техники, полезных ископаемых. Несмотря на наличие кризисных явлений в экономике, совершенствование тягового электроснабжения необходимо. По этой причине представляют интерес ранее известные идеи по улучшению их показателей для создания новых проектов для улучшения технико-экономических показателей. С этой целью произведен краткий обзор некоторых решений, связанных одновременно, тем или иным образом, с электроснабжением как постоянного, так и переменного тока.
Рассмотрение проектов начнём с патента № 366995 «Тяговая сеть трёхфазно-постоянного тока» К. Г. Марквардта (1973 год). Его целью является увеличение пропускной способности железных дорог постоянного тока. Это достигается подачей электроэнергии тяги поездов одновременно по тяговой сети постоянного тока и по продольной линии переменного тока. Здесь продольная трёхфазная линия 10,5 кВ играет роль дополнительного провода, усиливая тем самым тяговую сеть. Нужно отметить, что прототипом для него послужило решение по патенту № 118106 от 1958 г., касающееся обычных линий электропередач, в котором совмещалось одновременное протекание как переменного тока, так и постоянного тока.
Как показано на рис.1, линия 1 трёхфазно-постоянного тока, объединяющая функции усиливающего провода и продольной трёхфазной линии электропередач питается от шин 2 тяговой подстанции 10,5 кВ. От этих же шин 2 запитаны тяговые трансформаторы 3 и выпрямители 4, которые через контактную подвеску 5 и рельсовую цепь питают электровоз 7. Кроме того, локомотив получает питание от шин 2 через пункт подпитки 9.
При усилении действующих железных дорог данная тяговая сеть позволяет отказаться от питания промежуточной подстанции от ЛЭП 110 (220) кВ, а при электрификации новых — увеличить расстояние между подстанциями.
Рис.1. Схема питания электрической железной дороги, включающая линию трёхфазно-постоянного тока и пункт подпитки
В 60–70 годах прошлого века бурно развивалась новая система тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ, применение которой позволило передавать электроподвижному составу энергию с меньшими потерями и существенно увеличить расстояние между тяговыми подстанциями. В связи с этим возникла необходимость перевода существующих электрифицированных постоянным током участков ж. д. на переменный ток.
Рассмотрим идею, предложенную в статье В. А. Кислякова, В. П. Семенчука и В. В. Андреева «Схема перевода электрифицированных линий постоянного тока 3 кВ на переменный ток 25 кВ» (1986 г.). Суть состоит в подключении к шинам постоянного тока 3 кВ инвертора, а далее — повышающего трансформатора 25 кВ. Как видно на рис.2, элементы системы постоянного тока остаются, а преобразование происходит за счет применения дополнительных устройств, подключающихся к шинам 3.3 кВ, что позволяло совершить быстрый переход к новой системе питания, не перестраивая полностью существующие тяговые подстанции постоянного тока.
Рис.3. Схема перевода подстанции постоянного тока на переменный
Также обратим внимание на патент № 2 351 487 «Способ перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ, на переменный однофазный ток 27,5 кВ и устройство для его осуществления» В. Н. Пупынина и А. С. Телюкова (2009 г.), в котором более подробно описан перевод на переменный ток.
Устройство на рис. 3 работает следующим образом: от шин 3,3 кВ идёт дополнительный вывод на инвертор (преобразователь постоянного напряжения в переменное) и повышающие трансформаторы.
Можно сделать вывод, что данный способ перевода достаточно быстр и прост в реализации относительно дополнения действующей подстанции. Сохраняется вся инфраструктура действующей тяговой подстанций постоянного тока 3,3 кВ и дополняется системой переменного тока.
Рис.3. Схема тяговой подстанции с дополнительной структурой переменного тока
В дальнейшем система переменного тока по разным стала исчерпывать свои возможности поддерживать возрастающие размеры движения. Постепенно возник вопрос о замене системы переменного тока постоянным током, но более высокого напряжения, чем 3 кВ. Поэтому рассмотрим следующее предложение — патент № 125937 «Устройство для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25 кВ» Ш. И. Вафина, И. Ш. Вафина и В. В. Кардашова (2013 г.), предлагающим уже обратный переход, от переменного тока к постоянному току, также использующим имеющуюся инфраструктуру подстанции.
Рис.4. Схема предложения по патенту125937
Подводя итоги, можно сказать, что в данный момент в виду достаточно малого финансирования железнодорожной отрасли и ряда экономических потрясений наиболее актуальными являются идеи, преимущество которых заключается в невысокой сложности и стоимости их реализации — они не требуют капитального ремонта и крупных денежных вложений.
Литература:
- А.с. № 118106, H02J 3/02, «Устройство для передачи электрической энергии по двухцепной линии», заявл. 1955 г., оп. 1958 г.
- А.с. № 366 995, H02J 3/02 «Тяговая сеть трёхфазно-постоянного тока» К. Г. Марквардт, заявл. 1969 г., оп. 1973 г.
- А.с. № 125937, B60M 1/00 «Устройство для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25 кВ» Ш. И. Вафин, заявл. 2011 г., оп. 2013 г.
