6. ZASILANIE
 
Struktura układu zasilania

ENERGET.

SYSTEM

KRAJOWY

A

B

LINIA 110 kV

GPZ

110kV/SN

LINIA 15  30 kV

PODSTACJA

TRAKCYJNA

3 KV DC

PODSTACJA

TRAKCYJNA

3 KV DC

LINIA 110 kV

ENERGET.

SYSTEM

KRAJOWY

Transformacja napięcia w systemie trakcji 3kV
DC

ogólnopaństwowa

sieć energetyczna

podstacja trakcyjna

zasilacz trakcyjny

sieć jezdna

sieć szynowa

kabel

powrotny

Ogólny schemat zasilania trakcji elektrycznej
prądu stałego

Sieć trakcyjna kolejowa

a)

b)

c)

Odbieraki a) krążkowy, b) łyżkowy, c)
pantografowy

Konstrukcja sieci jezdnej musi być dostosowana do
prędkości jazdy pojazdów oraz do wartości prądów przez
nie czerpanych.

Występują następujące konstrukcje sieci trakcyjnej:

a) sieć płaska
b) sieć łańcuchowa pojedyncza
c) sieć łańcuchowa podwójna

Ze względu na ograniczenie wpływu warunków
atmosferycznych rozróżnia się sieć łańcuchową:

a) nieskompensowaną,
b) półskompensowaną
c) skompensowaną

30  40 m

Sieć płaska

Sieć łańcuchowa podwójna

Sieć łańcuchowa pojedyncza

Szkic zawieszenia sieci półskompensowanej i
skompensowanej

Kształt drutów jezdnych musi umożliwiać wygodne ich
mocowanie w zaciskach podwieszeniowych sieci oraz
prawidłową współpracę z odbierakiem prądu. Powszechnie
stosuje się przewód profilowany – okrągły z podłużnymi
rowkami w górnej części - oznaczenie Djp (drut jezdny
profilowany) z liczbą określającą przekrój przewodu w mm

2

.

Przewody mogą mieć różne
powierzchnie przekroju: 50 – 120
mm

2

, dla kolei Djp 100.

W Polsce na torach szlakowych stosuje się sieci całkowicie
skompensowane, zapewniające bezzwisowe położenie
przewodów (wyjątek – tunele).

Sieć ma linkę nośną o przekroju 95 lub 120 mm

2

i dwa

przewody jezdne o przekroju 100 mm

2

każdy. Przewody

prowadzone są w odległości 8 cm od siebie.

Stosowane są różne typy sieci, w zależności od charakteru
linii, a przede wszystkim jej obciążenia i prędkości jazdy
pociągów, przykładowo:

YC120-2C – dla 120 km/h, lina nośna 120 mm

2

Cu, dwa

przewody jezdne 100 mm

2

Cu oraz przewód dodatkowy 25

mm

2

Cu,

YC95-2C – dla 120 km/h, lina nośna 95 mm

2

Cu, reszta jak

wyżej.

Wysokość zawieszenia przewodów jezdnych mierzy się od
główki szyny. Na PKP wynosi 5,6 m (min 4,9, max 6,1 m).

Rozróżnia się indywidualne i grupowe zawieszenia sieci
trakcyjnej. Przy zawieszeniu indywidualnym sieć każdego toru
ma własne konstrukcje wsporcze – słupy trakcyjne. Przy
zawieszeniu grupowym sieci wielu torów (na stacjach) stosuje
się wspólne konstrukcje – bramki.

Sieć trakcyjna w komunikacji miejskiej

W sieciach tramwajowych stosuje się zasilanie jednostronne
sekcji - rysunek. Zasilacze są wyprowadzone w pobliżu
izolatorów sekcyjnych.
W bezawaryjnym stanie pracy zasilacz rezerwowy jest
odłączony od sieci.

Koło
pneumatyczne w
pojeździe metra

(np. metro w
Paryżu)

Zasilanie i sekcjonowanie sieci kolejowej

Sieć jezdna jest zasilana z podstacji trakcyjnych za

pomocą zasilaczy, wykonanych najczęściej jako linie
kablowe. Zasilacze wprowadzone są na sieć w tzw.
punktach zasilania.

W sieciach kolejowych na szlaku, w warunkach

normalnej eksploatacji, stosowane jest dwustronne
zasilanie każdego odcinka sieci jezdnej oddzielnymi
zasilaczami, wyprowadzonymi z sąsiednich podstacji.

Dwustronne zasilanie zwiększa pewność działania układu
oraz jego sprawność przez zmniejszenie spadków napięcia
i strat mocy w sieci.

Podziału sieci na odizolowane od siebie odcinki

dokonuje się za pomocą tzw. elementów sekcjonowania
podłużnego - izolatorów sekcyjnych.

Dalsze zmniejszenie spadków napięcia w sieci

osiąga się dzięki zastosowaniu kabin sekcyjnych,
umieszczonych mniej więcej pośrodku odległości między
podstacjami.

a)

podstacja

podstacja

b)

podstacja

podstacja

kabina sekcyjna

Schemat zasilania i sekcjonowania sieci jezdnej na
szlaku:
a) linii jednotorowej, b) linii dwutorowej

2

1

B

A

C D

3

4

+

tor1

tor2

S

S

PODSTACJA

KABINA

SEKCYJNA

PODSTACJA

+

+

SEKCJA I

SEKCJA II

2

1

B

A

C D

3

4

+

tor1

tor2

S

S

PODSTACJA

KABINA

SEKCYJNA

PODSTACJA

+

+

SEKCJA I

SEKCJA II

POJAZD

a)

b)

c)

Układ zasilania z

kabiną sekcyjną

a) schemat

uproszczony

b) schemat z

wyłącznikami
szybkimi

c) zasilanie pojazdu

trakcyjnego

2

1

B

A

C D

3

4

+

tor1

tor2

S

S

PODSTACJA

KABINA

SEKCYJNA

PODSTACJA

+

+

SEKCJA I

SEKCJA II

2

1

3

4

+

tor1

tor2

PODSTACJA

PODSTACJA

+

Z

Z

d)

e)

d) wyłączenie sekcji

toru przy
wystąpieniu
zwarcia

e) wyłączenie toru

na odcinku
międzypodstacyjn
ym przy
wystąpieniu
zwarcia

podstacja tr.

a)

b)

c)

kabina sekcyjna

Sposoby
zasilania
sieci
stacyjnej:

a) z sieci
torów
szlakowych
,

b) z
podstacji,

c) z kabiny
sekcyjnej

1

2

1

2

17

3

16

6

1

2

30

2

20

80

podstacja trakcyjna

70

107

7

1

4

40

10

8

108

18

39

29

19

9

106

106

106

106

106

60

Przykład sekcjonowania sieci na stacji; numeracja
odłączników

Podstacje trakcyjne

Podstacja trakcyjna składa się z trzech zasadniczych

części:

1. rozdzielni energetycznej wysokiego napięcia
2. grupy urządzeń przetwarzających energię dostarczoną

na energię o takich parametrach, jakie są potrzebne do
zasilania pojazdów

3. rozdzielni prądu przetworzonego

(+)

mostek prostowniczy

Dł. katodowy

(-)

D1

D2

D3

D4

D5

D6

filtr rezonansowy

filtr typu 

a)

b)

c)

Urządzenia podstacji
trakcyjnej

OU1

OL1

W1

OS1

LWN1

OSZ1

WZ1

T1

P1

D1

OP1

WS1

-

(+)

+

Odłącznik szyny

zapasowej

TP1

TP2

OP2

OP1

S1

S2

0,4kV

OU2

OL2

W2

OS2

LWN2

OSZ2

WZ2

T2

P2

D2

OP2

Odłącznik szyny

głównej

Wyłącznik szybki

Odłącznik liniowy

WS5

F

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

Do szyn

K

ab

le

po

w

ro

tn

e

Do sieci jezdnej

OS

15 kV

WZ

Wyłącznik

zapasowy

Schemat
obwodu
głównego
podstacji
trakcyjnej
kolejowej
systemu prądu
stałego

Podstacja trakcyjna

OZ2

OZ1

02

01

OZ5

OP

05

OZ4

OZ3

03

04

Tor 2

Tor 1

Schemat połączenia podstacji trakcyjnej kolejowej
systemu prądu stałego z siecią trakcyjną

Zespół prostownikowy przy transformacji 110/3
kV

Schemat podstacji
trakcyjnej
zasilanej
napięciem 110 kV

Dane techniczne zespołów prostownikowych

PK -17 6-pulsowy

Transformator prostownikowy: zasilanie 15/30 kV

moc znamionowa 4,4 MVA

Zespół prostownikowy: moc znamionowa 2,475 MW

znamionowy prąd wyprostowany 750
A

znamionowe napięcie wyprostowane
3300 V

 

PD-12 12-pulsowy

Transformator prostownikowy: zasilanie 15/20 kV

moc znamionowa 4,4 MVA

Zespół prostownikowy: moc znamionowa 3,96 MW

znamionowy prąd wyprostowany
1200 A

znamionowe napięcie wyprostowane
3300 V

PD-16 12-pulsowy

Transformator prostownikowy: zasilanie 15/20kV

moc znamionowa 5,85 MVA

Zespół prostownikowy: moc znamionowa 5,28 MW

znamionowy prąd wyprostowany
1600 A

znamionowe napięcie wyprostowane
3300 V

 

PD-17 12-pulsowy

Transformator prostownikowy: zasilanie 110 kV

moc znamionowa 7,4 MVA

Zespół prostownikowy: moc znamionowa 5,61 MW

znamionowy prąd wyprostowany
1700 A

znamionowe napięcie wyprostowane
3300 V

Przykładowe charakterystyki U(I) podstacji trakcyjnych
3 kV

Prądy błądzące

kabel

powrotny

szyny

rurociąg

strefa katodowa szyny

strefa anodowa szyny

strefa katodowa rurociągu

strefa anodowa rurociagu

I

sz

(x)

U

szyna-ziemia

-

+

Projektowanie systemu zasilania - wymagania

Podstawowymi kryteriami w projektowaniu układu
zasilania są:

•dopuszczalna minimalna wartość napięcia (średnia i
chwilowa) na odbieraku pojazdu trakcyjnego,

•zdolność przesyłu wymaganych mocy i energii,
•skuteczne wyłączenie zwarć,
•generacje zakłóceń i odkształceń na dopuszczalnym
poziomie określonym przez normy i przepisy,

•minimalizacja zjawiska prądów błądzących,
•wysoka sprawność energetyczna,
•bezpieczna eksploatacja i ochrona przeciwporażeniowa.

Przy projektowaniu stosuje się następujące zasady:

•dobór źródeł zasilających (system elektroenergetyczny) o odpowiednich
parametrach:

- moc zwarciowa, będąca miernikiem impedancji wewnętrznej,

- symetria napięć w trójfazowych obwodach zasilających,

- poziom napięcia w wspólnym węźle odbiorów trakcyjnych i innych
odbiorów publicznych.

•lokalizacja podstacji trakcyjnych tak, aby linie zasilające miały długości nie
powodujące nadmiernych spadków napięć,

•dobór maksymalnych odległości między podstacjami ze względu na
dopuszczalne spadki napięć, moce obciążenia podstacji trakcyjnych oraz
identyfikację zwarć,

•wartość mocy zainstalowanych w podstacjach trakcyjnych (transformatory,
zespoły prostownikowe) zapewniająca przenoszenie założonych obciążeń,

•dobór przekrojów elektrycznych przewodów głównych torów prądowych
zapewniających przenoszenie wymaganych obciążeń,

•dobór aparatury łączeniowej o odpowiednich parametrach,
•stosowane filtrów i innych urządzeń niezbędnych do prawidłowego
funkcjonowania podstacji,

•stosowanie izolacji o odpowiednich parametrach, uziemień ochronnych,
aparatury i urządzeń zabezpieczających.