TRAKCJA ELEKTRYCZNA

PODSTACJE TRAKCYJNE

POTRZEBY WŁASNE

UKŁAD ELEKTRYCZNY
  Każda podstacja trakcyjna niezależnie od przyjętego systemu zasilania trakcji elektrycznej wyposażona jest w obwody sterowania, oświetlenia, sygnalizacji, czyli w obwody pomocnicze. Obwody te są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania podstacji. Część energii z rozdzielni energetycznej podstacji trakcyjnej przypada na potrzeby własne.
Energia ta dostarczana jest z transformatora potrzeb własnych do rozdzielni potrzeb własnych. W przypadku braku napięcia przemiennego w sieci zasilającej możliwa jest praca awaryjna obwodów pomocniczych w zależności od sposobu zasilania awaryjnego (rezerwowego).
W zależności od potrzeb podstacji można wyróżnić kilka stopni ciągłości zasilania z rezerwy:
- obwody wentylacji, ogrzewania i gniazd wtykowych podczas zasilania z rezerwy są pozbawione dostawy energii;
- w razie zasilania rezerwą oświetlenie musi być czynne w ograniczonym zakresie. Pomieszczenie dyżurki, korytarze, klatki schodowe oświetlone są żarówkami zasilanymi prądem stałym z baterii akumulatorów. Żarówki te umieszczonymi są w osobnej oprawie lub we wspólnej z oświetleniem zasadniczym;
- obwody sygnalizacji i zabezpieczeń muszą być zasilane w sposób ciągły i w czasie przerwy są zasilane z baterii akumulatorów;
- obwody sterownicze i napędy zasilane są z częściową rezerwą. Sterowanie może odbywać się poprzez obwody elektryczne zasilane z rezerwy, a napędy są uruchamiane ręcznie.

  W ostatnim przypadku należy dodać, ze obsługa podstacji w takich warunkach jest czasochłonna. W mniejszych podstacjach zarówno obwody sterowania jak i napędy są uruchamiane ręcznie. Obwody sterowania i napędy odłączników zasilane są z baterii akumulatorów, a napędy wyłączników mocy mają zdolność do wykonania jednego cyklu łączeniowego, dzięki energii zmagazynowanej w napiętych sprężynach. W niektórych zachodnich rozwiązaniach napędem odłączników i wyłączników może być sprężone powietrze.


  Zasilanie potrzeb własnych i sterowania może być realizowane w różny sposób. W niektórych rozwiązaniach wszystkie obwody pomocnicze zasilanie są prądem stałym z prostownika, który jednocześnie ładuje baterię akumulatorów. W razie zaniku napięcia zasilania zasadniczego obwody zasilane są z baterii akumulatorów (rysunek b). W innym rozwiązaniu obwody pomocnicze zasilane są prądem przemiennym, jednocześnie energia dostarczana jest do baterii akumulatorów poprzez prostownik. W razie konieczności zostają załączone obwody pomocnicze zasilane prądem stałym (rysunek c). Obwody pomocnicze w niektórych podstacjach muszą mieć zasilane prądem przemiennym. W takich przypadkach jako zasilanie awaryjne stosuje się baterię akumulatorów połączoną z przekształtnikiem (w starszych rozwiązaniach przetwornicę wirującą, w nowszych falowniki - rysunek d). Do czasu rozwoju energoelektroniki, w układach zasilania obwodów pomocniczych prądem przemiennym stosowano niekiedy zespoły trzymaszynowe. Zespół taki składał się z dwóch silników - jeden prądu przemiennego i drugi prądu stałego. Oba były sprzęgnięte z prądnicą prądu przemiennego. W czasie normalnej pracy z prądnicą współpracował silnik prądu przemiennego zasilany z transformatora potrzeb własnych. W razie awarii natychmiast uruchamiał się silnik prądu stałego zasilany z baterii akumulatorów (rysunek e). Rozwiązanie to było o tyle lepsze od zespołu akumulator - przetwornica, że prądnica pracowała bez przerwy. W przypadku stosowana przetwornicy potrzebny był czas zanim osiągnie ona obroty na wymaganym poziomie. Wynalezienie falowników zastąpiło zarówno zespoły trzymaszynowe jak i przetwornicę w modernizowanych podstacjach.
W budowlach mających szczególne znaczenie dla ruchu kolejowego jak choćby nastawnie - stosowane są agregaty prądotwórcze składające się z silnika spalinowego i prądnicy. Zespół taki może pracować przez dłuższy czas lub, gdy paliwo do silnika jest stale dostarczane - przez nieograniczony czas.

TRANSFORMATORY
  Dla potrzeb własnych stosowane są typowe trójfazowe transformatory energetyczne o mocach 75 - 200 kVA. Są one podłączone za pomocą odłącznika do szyn zbiorczych rozdzielni energetycznej. Niekiedy stosuje się odłączniki mocy, które mają możliwość odłączania transformatora przy niedużych prądach. Po stronie wtórnej niskiego napięcia 230/400 V jako zabezpieczenie stosuje się bezpieczniki i wyłączniki.
Na potrzeby własne instalowane są zazwyczaj dwa transformatory pracujące równolegle lub na przemian.


PROSTOWNIKI ŁADUJĄCE
  Baterie akumulatorów ładowane są poprzez prostowniki ładujące. Prostowniki ładują baterię w układzie połówkowym (pracują buforowo). Jeden prostownik ładuję jedną część baterii a drugi drugą. Układ taki umożliwia ładowanie jednej części podczas gdy druga jest uszkodzona. Prostowniki te zapewniają utrzymanie stałego napięcia ładowania oraz regulują napięcie ładowania przy różnym obciążeniu - zwane są awostatami (Ampery WOlty STAbilizowane).
W dawnych rozwiązaniach do stabilizacji stosowano układy z transduktorami i wzmacniaczami magnetycznymi. Obecnie do tego celu wykorzystuje się układy energoelektroniczne. Wyróżniane są trzy zakresy pracy prostowników ładujących:
- ładowanie normalne, które odpowiada normalnej pracy baterii. Prąd ładowania równy prądowi dziesięciogodzinnemu;
- ładowanie przyspieszone, ładowanie baterii po chwilowych zanikach napięcia. Napięcie ładowania 2,5 V, prąd ładowania równy prądowi pięciogodzinnemu;
- ładowanie szybkie, które stosuje się po dłuższych zanikach napięcia i dużym wyładowaniu.


  Rysunek a przedstawia wspomniane ładowanie buforowe. Na rysunku b przedstawiony jest układ ładowania stabilizowanego z wykorzystaniem urządzeń energoelektronicznych. Energia z transformatora potrzeb własnych dostarczana jest do regulatora napięcia, którym steruje sterownik. Sterownikiem może sterować człowiek lub może on być sterowany automatycznie. Przy wyładowaniach sterownik steruje odpowiednio pracą regulatora, który reguluje wartość prądu i napięcie ładowania w zależności od potrzeby. Obwód sprzężenia zwrotnego ma za zadanie przekazanie na wejście układu uchybu regulacji, który powstał w wyniku zakłóceń powstałych podczas pracy regulatora. Węzły sumacyjne mają za zadanie obliczyć wartość uchybu i przesłać z powrotem do regulatora.

BATERIA AKUMULATORÓW
  Bateria akumulatorów składa się z ogniw ołowiowo-kwasowych, otwartych lub zamkniętych. Są one wykonane w postaci słojów i ustawione na drewnianych stojakach. Poszczególne ogniwa są połączone ze sobą za pomocą mostków. Ze względu na skład chemiczny ogniw, bateria akumulatorów musi być umieszczona w oddzielnym pomieszczeniu, które musi spełniać bardzo duże wymogi bezpieczeństwa. Pomieszczenie to musi być pokryte farbą oraz środkami kwasoodpornymi, a podłoga musi być nachylona w kierunku studzienki spływowej. Dodatkowo w akumulatorni powinna znajdować się instalacja elektryczna przeciwwybuchowa oraz wentylacja wyciągowa.

UKŁAD PRZESTRZENNY
  Transformator potrzeb własnych znajduje się w oddzielnych polach rozdzielni energetycznej na zewnątrz lub wewnątrz w rozdzielniach wnętrzowych. Rozdzielnia niskiego napięcia możne występować jako okapturzona lub jako celkowa i znajduje się w budynku podstacji. Prostowniki ładujące mieszczą się w pobliżu akumulatorni w budynku podstacji.

CHARAKTERYSTYKA PODSTACJI | UKŁADY URZĄDZEŃ I ICH ZADANIA | ROZDZIELNIA ENERGETYCZNA | ZESPOŁY PRZETWÓRCZE ROZDZIELNIA TRAKCYJNA | URZĄDZENIA WYGŁADZAJĄCE | ROZDZIELNIA PRĄDÓW POWROTNYCH | UKŁAD PRZESTRZENNY PODSTACJI PODSTACJE SPECJALNE | KABINY SEKCYJNE I ODŁĄCZNIKI

Poniżej znajdują się odnośniki do poszczególnych zagadnień związanych z trakcją elektryczną:

PODSTACJE TRAKCYJNE | OGÓLNE INFORMACJE | SYSTEMY ZASILANIA | SILNIKI TRAKCYJNE | SIEĆ TRAKCYJNA AUTOMATYKA I STEROWANIE | ELEKTRYFIKACJA I EKSPLOATACJA | HAMOWANIE ELEKTRYCZNE