Электроснабжение городского электротранспорта

Беларусский национальный технический  университет

Энергетический  факультет

Кафедра «Электрический системы»

Гр. 106222 
 
 
 
 
 

Индивидуальное  задание по теме

«Электроснабжение городского электротранспорта» 
 
 
 
 
 

Выполнил:                                                    Костевич А.А.

Проверил:                                                       Фадеева Г.А. 
 

Минск-2006 

     Общие характеристики электрического транспорта 

    В городах электрический транспорт  представлен следующими видами: трамвай, троллейбус, метрополитен.

    Трамвай — вид городского рельсового транспорта с электрической тягой, получающий электроэнергию от контактной сети. При этом рельсовый путь является частью тяговой сети, так как по нему электрический ток возвращается к тяговым подстанциям по отсасывающим линиям.

    Трамвай имеет кузов, опирающийся на двухосные  тележки. В передней части кузова располагается кабина водителя, в остальной части — места для размещения пассажиров. Тяговые электродвигатели располагаются на тележках, обычно их число равно числу осей вагона. Остальное электрическое и другое необходимое оборудование располагают под кузовом или на крыше. Кроме моторных трамвай может иметь прицепные вагоны, один или два, для увеличения вместимости при большом числе пассажиров. Несколько моторных вагонов также могут соединяться в один поезд, управляемый из одной кабины. В последнее время появились сочлененные трамваи, состоящие из 2—3 вагонов, имеющих общий пассажирский салон и две кабины водителей с двух сторон. Число осей таких трамваев может быть 6, 8 или 10. Обмоторенными могут быть все оси или часть из них.

    Для питания трамвая используется система  постоянного тока с напряжением  в контактном проводе 550...750 В (в Российской Федерации применяется напряжение 550 В). Мощность тяговых электродвигателей составляет 45...80 кВт. Обычно применяются двигатели постоянного тока, но в последнее время появились системы тягового электропривода для трамваев с бесколлекторными асинхронными двигателями. Трамваи оборудуются механическими, электромагнитными тормозами и системами электрического торможения. Максимальная скорость трамвая в России — 75 км/ч, в других странах может быть до 90 км/ч.

    В конце XX в. в отдельных странах получил развитие скоростной трамвай, эксплуатирующийся на относительно протяженных линиях, зачастую связывая город и пригороды или обслуживая перевозки пассажиров между районами в больших городах и мегаполисах. Хотя максимальную скорость трамвая при этом не увеличивают или увеличивают незначительно, за счет высоких ускорений и замедлений достигается заметное увеличение скорости сообщения. Линии скоростного трамвая прокладываются обособленно от других видов транспорта, частично под землей или в выемках, без пересечения в одном уровне с другими дорогами. На наземных линиях скоростного трамвая используют ограждения для предотвращения попадания на рельсы животных и людей.

    Скоростной  трамвай значительно дешевле  метрополитена, но имеет меньшую (примерно в 2 раза) провозную способность. На окраинах городов, где пассажиропотоки  меньше, чем в центре, скоростной трамвай может быть удобным продолжением линий метрополитена. Чаще всего для скоростного трамвая применяют специальный подвижной состав из шарнирно-сочлененных трех-четырех секций с общим салоном для пассажиров по всей длине поезда. Поскольку получение высоких ускорений и замедлений для скоростного трамвая очень важно, стремятся к тому, чтобы все оси (шесть или восемь) были обмоторенными. В качестве тяговых используются двигатели постоянного тока или асинхронные. В СССР первая линия скоростного трамвая открылась в Киеве в 1978 г., затем скоростной трамвай появился в Волгограде и ряде других городов. В Москве и Санкт-Петербурге скоростной трамвай может быть очень удобным при сочетании с другими видами городского пассажирского транспорта.

    Троллейбус  — вид электрического безрельсового  транспорта, предназначенный для движения по дорогам общего пользования. Троллейбус оборудован колесами с резиновыми пневматическими шинами, контактная сеть троллейбуса в отличие от трамвайной имеет два провода. По одному электроэнергия подается от тяговой подстанции к подвижному составу, по другому возвращается к подстанции. Устройство токоприемника троллейбуса, состоящее из двух штанг, позволяет троллейбусу отклоняться от оси контактной подвески для объезда возможных препятствий. Поэтому по маневренности троллейбусы превосходят трамваи, хотя и уступают автобусам.

    В городах Российской Федерации контактная сеть для троллейбусов питается постоянным током напряжением 550 В. Тяговый электродвигатель располагается под кузовом троллейбуса и через карданный вал и коническую зубчатую передачу приводит во вращение ведущие колеса, конструктивно объединенные в ведущий мост. Для прохождения поворотов ведущий мост снабжен дифференциалом. Кузов троллейбуса имеет большое сходство с автобусным: в передней части расположена кабина водителя, в остальной части кузова — места для пассажиров. Электрическое и механическое оборудование располагают под кузовом, частично на крыше. Поскольку под кузовом электрическое оборудование подвергается сильному воздействию влаги, грязи, пыли, в современном троллейбусостроении проявляется тенденция размещения электрооборудования на крыше. В отличие от трамвая, имеющего постоянное заземление через стальные колеса и рельсы, троллейбус от земли изолирован резиновыми шинами. Поэтому при нарушении изоляции электрического оборудования троллейбуса от его металлического кузова существует опасность поражения пассажиров электрическим током во время их посадки в троллейбус или при выходе из него. Для предотвращения этого стремятся повысить надежность изоляции электродвигателя, электрических аппаратов, применяют специальные приборы, контролирующие возможное появление электрического потенциала на кузове троллейбуса. В процессе эксплуатации регулярно проводится проверка состояния изоляции токоведущих частей оборудования троллейбусов.

    Тяговые электродвигатели троллейбусов имеют мощность 90... 170 кВт. Они являются коллекторными машинами постоянного тока. Появились также для троллейбусов тяговые электроприводы с асинхронными электродвигателями. Максимальная скорость троллейбусов до 70 км/ч. В больших городах применяются сочлененные троллейбусы с общим салоном для пассажиров.

    Одно  из перспективных направлений совершенствования  трамваев и троллейбусов — создание подвижного состава с низким уровнем пола, получившего название низкопольного. Трамваем и троллейбусом с низким полом считается экипаж с высотой пола от дорожного полотна 280...350 мм (у трамвая высота пола считается от уровня головки рельсов). Низкопольный пассажирский транспорт создает значительные удобства для пассажиров, уменьшает время для посадки и выхода пассажиров. Поскольку большая часть электрооборудования располагается под полом, создание низкопольного транспорта связано с некоторыми трудностями. Поэтому иногда применяют кузов с разным уровнем пола: низким в зоне входа и выхода пассажиров и более высоким в других зонах кузова, что дает возможность разместить тяговое электрооборудование. Для уменьшения габаритных размеров электродвигателей уменьшают их мощность, соответственно увеличивая их число. Применяют также конструкции моторколесной компоновки. Для снижения уровня пола также стремятся больше оборудования разместить на крыше.

    Основные  преимущества трамвая и троллейбуса  перед автобусом — отсутствие выбросов в атмосферный воздух вредных загрязняющих веществ и возможность экономии электрической энергии за счет ее частичного возвращения при торможении. Управление электрическим транспортом проще, чем автомобильным. Достоинства наземного электрического транспорта послужили причиной его широкого использования в разных странах мира, особенно в странах Западной Европы, в России и странах СНГ, в некоторых странах Азии и Латинской Америки. В Европе после некоторого спада в использовании трамваев в середине XX в. отмечается его возрождение. Строительство новых путей и реконструкция старых трамвайных линий начаты в Германии, Франции, Бельгии, Швейцарии, Италии, Португалии, Канаде.

    Наиболее  совершенным и комфортабельным  видом общественного пассажирского транспорта в настоящее время является метрополитен — внеуличная железная дорога для массовых перевозок пассажиров. Экономически выгодно использование метрополитенов при пассажиропотоках более 20 тыс. человек в час, что обычно наблюдается в городах с населением 1 млн человек и больше. Исторически название этого вида транспорта произошло от французского metropolitain — столичный. Чаще всего линии метро прокладываются под землей, хотя бывают и участки наземных линий или на эстакадах. Первая подземная железнодорожная линия, построенная в Лондоне в 1863 г., была с паровозной тягой. Широкое развитие метрополитен получил после применения на нем электрической тяги, избавившей тоннели от дыма и копоти при применении паровой тяги.

    Эффективность работы метрополитена во многом зависит от используемого подвижного состава. Электропоезда метро состоят из моторных или прицепных вагонов или только из моторных. Как и у пригородных электропоездов, в метро электропоезда составляются из отдельных секций, что позволяет менять число вагонов в поезде в зависимости от величины пассажиропотока.

    Электроэнергия  для питания поездов метро  поступает через тяговую сеть. При этом токосъем может осуществляться от контактного рельса или от контактного провода. Из-за ограниченных размеров тоннеля сооружение контактной сети над движущимся поездом затруднительно, такой способ используется на наземных участках метрополитена. Поэтому наибольшее распространение получил способ подвода энергии к поезду через третий, так называемый, контактный рельс, проложенный сбоку вдоль основного рельсового пути на некоторой высоте от него (в Российской Федерации и странах СНГ — на 160 мм выше головки ходовых рельсов). Нагонный токоприемник, расположенный на тележке моторных нагонов и скользящий при движении поезда по третьему рельсу, прижимается к нему снизу пружинами и снимает ток высокого напряжения. На всем протяжении контактный рельс должен быть закрыт электроизоляционным коробом таким образом, чтобы оставался доступ для токоприемника лишь снизу. Воздушную контактную сеть в метро можно использовать в тех случаях, когда на конечных станциях поезд переходит на обычные железнодорожные пути и продолжает по ним движение по территории транспортной агломерации. Так работает метрополитен в некоторых городах Японии и Южной Кореи. Для электроснабжения метрополитенов до настоящего времени используется только система постоянного тока напряжением 600... 1000 В при наличии контактного провода — напряжением 1 500 В. Для тягового электропривода поездов метро используются двигатели постоянного тока. Приводы с асинхронными электродвигателями пока не получили широкого распространения, хотя поезда московского метро последних серий оборудованы ими. Мощность тяговых электродвигателей поездов метрополитена составляет 100 кВт. Максимальная скорость поезда обычно 80...90км/ч, в некоторых странах — до 100 км/ч. Полная обособленность метрополитена от других видов транспорта позволяет организовать движение поездов с очень малыми интервалами между ними — до 20...30 с, что требует высокого уровня автоматизации.

    На  электромобилях используют электродвигатель, получающий Возможно также использование  одновременно с бортовым источником энергии накопителей, которые могут запасать энергию при торможении, а затем расходовать ее при разгоне, экономя таким образом энергию источника. В качестве накопителей перспективным представляется использование конденсаторов большой емкости с большими допустимыми токами заряда и разряда. Применение в качестве накопителей маховиков в настоящее время не признается целесообразным. Еще один вариант совершенствования электромобилей — применение на них гибридных силовых установок, сочетающих бортовой источник электроэнергии и тепловой двигатель относительно небольшой мощности с электрическим генератором. Такое сочетание позволяет значительно повысить запас хода транспортного средства. При эксплуатации подобного гибридного транспорта выброс выхлопных газов в атмосферу происходит, но количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ в несколько раз меньше, чем у автомобилей. Удачной иллюстрацией гибридного транспорта могут служить троллейбусы-автобусы, выполненные по схеме дуобуса (DUO-BUS). На базе автобусного кузова устанавливается тяговый привод троллейбуса с электродвигателем постоянного или переменного тока, получающий энергию от двухпроводной контактной сети. Имеется также дизель, обычно размещенный в задней части кузова, с синхронным электрическим генератором на общем валу. При отсутствии контактной сети водитель запускает дизель, и тяговый двигатель получает питание от синхронного генератора. Для приема энергии рекуперации при торможении дуобуса и улучшения динамики разгона при пуске устанавливается аккумуляторная батарея. Таким образом экологическая чистота троллейбуса сочетается с маневренностью и автономностью автобуса.

    Монорельсовый бесколесный транспорт может  обеспечить очень высокие скорости при сообщениях между городами и странами, обеспечивая при этом высокую безопасность движения и комфортабельность. Для этого используется принцип магнитного подвешивания подвижного состава над специально спроектированной эстакадой. Движение состава обеспечивается применением линейных электродвигателей. Применение такого типа электрического транспорта требует очень высокого уровня автоматизации с применением микропроцессорных систем управления режимами движения. Эксплуатируемых монорельсовых дорог с магнитным подвешиванием в мире в настоящее время нет, хотя действуют экспериментальные полигоны для отработки практических вариантов их создания. Наиболее совершенным является экспериментальный полигон Transrapid в ФРГ, на котором достигнута скорость поезда 482 км/ч. 
 
 

    Тяговое электроснабжение 

    Тяговое электроснабжение представляет собой  часть системы электроснабжения транспорта, служащую для передачи электрической энергии от шин тяговой подстанции к подвижному составу. Элементы тягового электроснабжения составляют в совокупности тяговую сеть, являющуюся разновидностью электрических распределительных сетей, включающую в себя контактную сеть, питающие кабельные или воздушные линии, рельсовую сеть.

    Контактная  сеть служит для подведения электрической  энергии непосредственно к подвижному составу через контакт с его токоприемником. Она делится на электрически изолированные один от другого участки — секции, присоединяемые к шинам тяговых подстанций питающими линиями (фидерами). Секционирование контактной сети осуществляется посредством секционных изоляторов — устройств, обеспечивающих проход токоприемников подвижного состава через электрический разрыв контактной сети, выполняемый в виде воздушных промежутков и нейтральных вставок. Нейтральная вставка представляет собой участок контактного провода или шины между двумя воздушными промежутками, на котором отсутствует напряжение. Нейтральные вставки исключают возможность электрического соединения смежных секций контактной сети при проходе токоприемника подвижного состава. Соединение или разделение смежных секций контактной сети осуществляется секционными разъединителями или выключателями. Коммутация секций контактной сети разъединителями может выполняться только при отсутствии токов тяговой нагрузки или короткого замыкания.