TRAKCJA ELEKTRYCZNA

PODSTACJE TRAKCYJNE

UKŁADY URZĄDZEŃ PODSTACJI I ICH ZADANIA

PODZIAŁ OGÓLNY
  W podstacji trakcyjnej znajdują się urządzenia służące do rozdziału energii, oraz jej przetwarzania. Muszą one spełniać swoje określone zadania.
Linie energetyczne z sieci zewnętrznej (rejonowej lub krajowej) są doprowadzone do rozdzielni energetycznej, której zadaniem jest rozdział energii. Energia ta jest rozdzielana między zespoły przetwórcze i transformator potrzeb własnych, czasem także pewna część przypada na sąsiednie podstacje oraz na inne obiekty (odbiorcy nietrakcyjni).
  Głównym elementem podstacji są zespoły przetwórcze, które przekształcają energię prądu przemiennego na energię potrzebną do zasilania pojazdów trakcyjnych, charakteryzującą się określonymi parametrami (rodzaj prądu, napięcie, częstotliwość). Na podstacji trakcyjnej prądu stałego zespołem przetwórczym jest transformator z prostownikiem. Często po stronie wtórnej transformatora stosuje się układy szczęściofazowe lub nawet dwunastofazowe dzięki temu lepsze są warunki zasilania pojazdów trakcyjnych. W przypadku systemu prądu przemiennego o obniżonej częstotliwości stosuje się urządzenia energoelektroniczne obniżające częstotliwość (dawniej maszyny wirujące), a przy systemie prądu przemiennego o częstotliwości przemysłowej wykorzystuje się transformatory specjalne.
  Po stronie trakcyjnej znajduje się rozdzielnia trakcyjna, która rozdziela energię na potrzeby trakcji do kabli zasilających. Często w tych układach stosuje się sekcje, dodatkowe wyłączniki aby podstacja zasilała sieć bez przerw w razie awarii na podstacji.
  Transformator potrzeb własnych służy do obniżenia napięcia dla obwodów pomocniczych podstacji jak oświetlenie, automatyka, ogrzewanie. Czasem zdarza się, że w podstacjach lub też kabinach sekcyjnych znajdujących się na terenie miasta obwody te są zasilane z zewnętrznej sieci 230/400 V.
W rozdzielniach można wyróżnić pola:
- w rozdzielni energetycznej w polu linii zasilającej znajdują się zestawy odłączników, wyłączników oraz układy pomiarowe (rozdzielnia energetyczna);
- w rozdzielni energetycznej w polu linii odpływowej (LPN) znajdują się także zestawy odłączników i wyłączników oraz przekładniki prądowe;
- w rozdzielni energetycznej w polu zasilającym zespoły przetwórcze znajdują się odłączniki i wyłączniki zespołów przetwórczych;
- w rozdzielni trakcyjnej w polu zasilającym sieć trakcyjną znajdują się wyłączniki szybkie i zapasowe oraz zestawy odłączników;


ROZDZIELNIA ENERGETYCZNA
  Głównym elementem w rozdzielni energetycznej podstacji trakcyjnej są szyny zbiorcze. Do nich doprowadzana jest energia z linii zasilających, natomiast od szyn odchodzą odgałęzienia do pozostałych urządzeń i linii. Wystarczy już jedna szyna, która może rozdzielać energię, jednak rozwiązanie to jest rzadko spotykane, ponieważ w przypadku awarii unieruchomiona jest cała podstacja. Zazwyczaj stosuje się szyny sekcjonowane lub też dwie szyny połączone łącznikiem. Układy te są w różny sposób łączone i rozbudowane w zależności do wielkości podstacji i potrzeb. W rozdzielniach energetycznych podstacji prądu przemiennego często stosuje się układ H pokazany na rysunku g. Często rozdzielnia energetyczna wykorzystana jest także do zasilania urządzeń zabezpieczenia ruchu, sygnalizacji i oświetlenia, które znajdują się poza terenem podstacji. Takie obwody są nazywane obwodami nietrakcyjnymi.


ZESPOŁY PRZETWÓRCZE
  Urządzenia wchodzące w skład zespołów przetwórczych są uzależnione od zadań jakie ma spełniać zespół przetwórczy. Z tego względu wyróżniamy następujące zespoły przetwórcze:
- zmieniające liczbę faz i napięcie (system prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz).
- zmieniające wartość napięcia i częstotliwość (system prądu przemiennego o obniżonej częstotliwości).
- zmieniające prąd przemienny na stały i napięcie - blok transformator-prostownik (system prądu stałego).

  W systemie prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz należy układ trójfazowy zamienić w jednofazowy. Ze względu jednak na dużą niesymetrię obciążeń należy stosować specjalne układy transformatorów. Dąży się, aby do tego celu stosowane były zwykłe transformatory energetyczne. Celem specjalnego połączenia uzwojeń transformatora jest zapewnienie symetrycznego obciążenia sieci energetycznej przy dużej niesymetrii obciążenia faz po stronie sieci trakcyjnej. Opracowane są trzy sposoby realizacji tego warunku:
- zamiana układu trójfazowego w 3 układy jednofazowe;
- zamiana liczby faz z 3 na 2 (układ Scotta);
- zastosowanie układów trójfazowych.
  Pierwszy sposób wymaga stosowania trzech transformatorów zasilających odcinek w środku (połączenie w T). W układzie tym każdy odcinek zasilany jest w jednym punkcie z jednej fazy. Z tego względu na wypadek awarii należy stosować transformator rezerwowy.
  Drugim sposobem zamiany układu trójfazowego na trzy układy jednofazowe jest połączenie V. Dzięki takiemu układowi możliwe jest zasilanie dwustronne. Do tego celu stosuje się układy dwóch jednofazowych transformatorów.
Zamianę liczby faz można uzyskać stosując układ Scotta, w którym następuje przemiana liczby faz. Układ ten wymaga stosowania specjalnego transformatora, obecnie jest rzadko spotykany.
W układach trójfazowych stosuje się połączenia gwiazda - trójkąt, który ma szerokie zastosowanie.


  W systemie prądu przemiennego o obniżonej częstotliwości trzeba stosować specjalne układy przekształtnikowe, w których obniżana jest częstotliwość. Zadanie to spełniają rozbudowane układy energoelektroniczne o bardzo dużej mocy. Dawniej do tego celu stosowano maszyny wirujące. Wprawdzie obniżona częstotliwość rozwiązuje problemy związane z komutacją w maszynach, jednak stosowanie układów obniżających częstotliwość jest drogie.

  System prądu stałego wymaga stosowania układów prostowniczych połączonych z transformatorem. Dawniej za układy prostownicze służyły maszyny wirujące, które miały wiele zalet, jednak były kłopotliwe w eksploatacji. W miarę postępu technologicznego zaczęto stosować prostowniki rtęciowe, które potem zastąpiono prostownikami półprzewodnikowymi stosowanymi do dziś.

ROZDZIELNIA TRAKCYJNA
  Rozdzielnia trakcyjna (zwana rozdzielnią plusową) ma zadania podobne jak rozdzielnia energetyczna podstacji. Rozdzielnia trakcyjna znajduje się za zespołem przetwórczym. Energia z zespołów przetwórczych jest zbierana na szynie rozdzielni trakcyjnej, następnie rozdzielana do poszczególnych odcinków zasilania sieci jezdnej. W rozdzielni tej znajduje się zestaw wyłączników głównych jak i zapasowych. Wyłączniki główne pracują w bardzo trudnych warunkach i zdarzają się przypadki, że zawodzą. Dlatego też należy stosować wyłączniki zapasowe. Automatyka pozwala na zastąpienie wyłącznika innym na wypadek potrzeby.
W wielu podstacjach stosowane są układy z szyną obejściową i zapasowym wyłącznikiem. Układ automatyki zapewnia bardzo szybkie zastąpienie wyłącznika głównego wyłącznikiem zapasowym. Istnieją również inne bardziej skomplikowane rozwiązania pokazane na rysunku.


ROZDZIELNIA PRĄDÓW POWROTNYCH
  Rozdzielnia prądów powrotnych (zwana rozdzielnią minusową) składa się z szyny zbiorczej, do której doprowadzone są kable powrotne z sieci powrotnej (szyn). Rozdzielnia prądów powrotnych zabezpieczona jest urządzeniem ziemnozwarciowym, który chroni ją przed pojawieniem się zbyt wysokiego potencjału względem ziemi. Szyna zbiorcza rozdzielni minusowej przyłączona jest do bieguna ujemnego zespołów przetwórczych.

POTRZEBY WŁASNE
  Zasadnicze znaczenie w podstacji mają obwody pomocnicze, które sterują pracą obwodów głównych. Są one zasilane z transformatora potrzeb własnych. Energia elektryczna z rozdzielni prądu przemiennego doprowadzana jest do transformatora potrzeb własnych, który obniża napięcie SN/0,4 kV, następnie przesyłana do obwodów pomocniczych poprzez układy zabezpieczeń (wyłączniki, odłączniki i bezpieczniki). Cześć energii jest prostowana i doprowadzana do akumulatorów. W razie awarii energię można czerpać z baterii akumulatorów jednak tylko przez pewien czas. Niekiedy zastosowanie mają także agregaty prądotwórcze.

ODBIORCY NIETRAKCYJNI
  Cześć energii elektrycznej dostarczonej do podstacji trakcyjnej niekiedy przypada na odbiorców nietrakcyjnych jakimi są zwykle urządzenia sterowania ruchem kolejowym: samoczynna blokada liniowa (SBL), samoczynna sygnalizacja przejazdowa (SSP), urządzenia na przejazdach kolejowych, posterunki techniczne (nastawnie, budki dróżników) a także inne urządzenia. Obecnie coraz częściej odbiorcami nietrakcyjnymi są osoby prywatne i firmy leżące blisko zelektryfikowanej linii kolejowej. Energia do odbiorców nietrakcyjnych przesyłana jest poprzez linie potrzeb nietrakcyjnych (LPN), które biegną wzdłuż zelektryfikowanej linii kolejowej. Konstrukcjami wsporczymi mogą być słupy trakcyjne, które posiadają dodatkową konstrukcję wsporczą dla sieci trójfazowej. Linia potrzeb nietrakcyjnych jest zabezpieczona poprzez zabezpieczenia nadmiarowo-prądowe, podnapięciowe i ziemnozwarciowe. Odbiorcy nietrakcyjni na wypadek awarii zasilani mogą być z drugiej podstacji.

CHARAKTERYSTYKA PODSTACJI | ROZDZIELNIA ENERGETYCZNA | ZESPOŁY PRZETWÓRCZE | ROZDZIELNIA TRAKCYJNA URZĄDZENIA WYGŁADZAJĄCE | ROZDZIELNIA PRĄDÓW POWROTNYCH | POTRZEBY WŁASNE | 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