Сеть метрополитена скрывает внутри своих многочисленных тоннелей большое количество различных элементов электроснабжения. Ведь помимо основного потребителя электроэнергии в метро – электропоезда, ещё присутствуют такие потребители как: эскалаторы , поднимающие и опускающие пассажиров в подземку, осветительное оборудование, а также оборудование для ремонта и обслуживания станций. Всё это требует немалого количества электроэнергии, которая при этом расходуется неравномерно.
Существуют так называемые часы пик, когда в городе или на отдельных маршрутах происходит массовое передвижение людей. В эти промежутки времени поезда ходят с большой интенсивностью, а нагрузка на эскалаторы возрастает в разы. Обычно это утреннее время, когда люди передвигаются на работу и учёбу, и вечернее, когда движение происходит в обратном направлении. В такое время потребление электроэнергии наиболее высоко.
Также со временем система электроснабжения метрополитена постоянно улучшается, так как используется более мощное оборудование, увеличивается количество потребителей.
Подстанции метрополитена
Электроснабжение метрополитена осуществляется от общей энергосистемы города, откуда поступает переменный трёхфазный ток напряжением 6 кВ или 10 кВ. В таком виде энергия не может использоваться потребителями метро, поэтому для её преобразования используются трансформаторы напряжения. То есть электроэнергия приходит от районных сетей электроснабжения на трансформаторную подстанцию, откуда уже распределяется по потребителям метрополитена.
Так как приёмники метрополитена являются потребителями 1 категории электроснабжения, в трансформаторную подстанцию приходят 2 ввода от независимых источников питания.
На подстанциях метрополитена содержится оборудование для преобразования и распределения электроэнергии. Всего таких подстанций метрополитена существует 3 вида:
Тяговые подстанции (Т) – сооружаются на поверхности земли для преобразования энергии из переменного тока с напряжением 6 - 10 кВ в постоянный с напряжением 825 В. Именно такое напряжение было принято в среднем для питания электропоездов. Также часть электроэнергии напряжением 10 кВ поступает на понизительные подстанции.
Понизительные подстанции (П) – устанавливаются обычно на пассажирских станциях и служат для приёма энергии от ближайших тяговых подстанций для дальнейшего его понижения и распределения по потребителям метро.
Тягово-понизительные подстанции (СТП) – являются совмещёнными подстанциями и производят преобразование переменного напряжения 6-10 кВ в постоянное 825 В и понижают переменное напряжение до значений 380, 220 и 127 В, необходимых для соответствующих приёмников.
На подстанциях метрополитенов используются электромагнитные и вакуумные высоковольтные выключатели, трансформаторы сухого исполнения с естественной циркуляцией воздуха различных мощностей, выкатные предохранительные тележки и т.п.
Почему для питания электропоездов используется именно постоянный ток?
С самого возникновения подвижных составов на электрической тяге для их движения использовались двигатели постоянного тока (ДПТ). Связано это было в первую очередь с тем, что двигатели переменного тока, например асинхронные, не позволяют плавно менять скорость вращения. В электрическом транспорте же, необходимо практически постоянно изменять скорость движения, с чем прекрасно справляется ДПТ. Поэтому электропоезда в метрополитене, трамваи, троллейбусы имеют на борту тяговые двигатели постоянного тока. При этом постоянное напряжение троллейбусной и трамвайной сети 550-600В, в тяговой сети метро 825В, а у электричек до 3000В.
Когда нагрузка на тяговые сети со временем возрастала, необходимо было увеличивать мощность тяговых подстанций и сечение проводов. Когда и этого не хватало, выход был один - уменьшить силу тока. Но чтобы сохранить мощность, нужно было повысить величину напряжения. Только вот для двигателей постоянного тока напряжение 3000В является предельным, поэтому были приняты попытки перехода на переменный ток. Двигатели переменного тока были непригодны для тяги, поэтому в системе переменного тока электросоставах стали устанавливать трансформаторы, которые изменяли величину напряжения. После трансформатора устанавливался выпрямитель, а дальше - ДПТ.
В настоящий момент развитие полупроводниковой и микропроцессорной техники позволило снять ограничения на применение на подвижных составах двигателей переменного тока. Эти двигатели являются простыми и надёжными. К тому же, преимущества переменного тока на лицо:
- Уменьшение силы тока в сети за счёт высокого напряжения 25кВ позволило передавать энергию на более дальние расстояния. Благодаря этому уменьшилось количество тяговых подстанций;
- Любое необходимое напряжение на электровозе и электропоезде можно получить за счет трансформатора, который имеет высокую надёжность и КПД;
- На переменном токе можно подавать на электровоз более высокую мощность;
- Проще конструкция тяговых подстанций и т.д.
Перевести все уже имеющиеся сети с постоянного на переменный ток - это очень трудоёмкая и экономически невыгодное мероприятие. Ведь тогда придётся переделать всю систему электроснабжения и систему электропоездов. При строительстве новых железных дорог и введении электричества на новые участки, внедряются уже наиболее совершенные сети переменного тока, а также выпускаются электровозы и поезда с двигателями переменного тока. Также существуют двухсистемные поезда, могут работать как на постоянном, так и на переменном токе.
Контактный рельс
Как поезд в метро получает электричество?
Питание электропоезд подземки получает не от воздушного контактного провода, как наземный транспорт, а от контактного рельса. И это не те рельсы, по которым движется поезд. Это третий рельс, который закреплён чаще всего с левой стороны по ходу движения поезда.
Где находится контактный рельс?
Находится он на небольшом возвышении, на станциях обычно расположен под платформой. Окрашен в красный, оранжевый или ярко жёлтый цвет.
Рельс обычно закрыт для безопасности сверху и сбоку кожухом, но тем не менее наступать на него, если вы вдруг упали с платформы запрещено. В этом случае, если приближающегося поезда ещё нет, необходимо пройти до конца платформы по ходу движения поезда, где можно будет забраться по лестнице. Если же человек при падении получил травму или поезд уже близко нужно лечь головой к поезду в желоб между рельсами. Там предусмотрено достаточно места, чтобы поезд не причинил никакого вреда.
Электропоезд питается постоянным током от контактного рельса при помощи специального токоприёмника. Токоприёмник расположен у поезда сбоку и скользит вдоль контактного рельса на протяжении всего пути, прижимаясь к нему снизу, тем самым снимая напряжение.
Рельсы в метро под напряжением?
Напряжение на контактном рельсе составляет от 750 до 900 вольт (в среднем 825 вольт.) «Плюс» в электроснабжении поездов постоянным током в метро подводится кабелями с тяговой подстанции к контактному рельсу. Обратно ток проходит через оси и колёса вагонов в ходовые рельсы и затем по кабелям возвращается на подстанцию. То есть «минус» подключается к ходовым рельсам.
По ходовым рельсам также могут пропускаться малые импульсные токи, не опасные для человека. Это необходимо для светофорно-световой сигнализации о свободном или занятом перегоне пути и для контроля целостности железнодорожных путей.
Из этого следует, что опасность представляет контактный рельс, который находится сбоку, а ходовые рельсы, по которым двигается состав - безопасны.
На определённых участках установлены шкафы ШПК-825 (шкаф подключения кабеля), ПП-825 (пункт переключений), ШПП, ШРОТ и т.д. Данные шкафы предназначены для подключения кабеля с подстанции и осуществления переключения участков тяговой сети 825В.
Щиты для метрополитена
Важным звеном в системе электроснабжения метрополитена являются электрические щиты. Они выполняют функции распределения электроэнергии по конечным потребителям, а также для защиты оборудования и коммутации участков цепи.
Щиты очень разнообразны и предназначены для разных целей. К тому же, требования метрополитенов разных городов зачастую не совпадают, поэтому щиты изготавливаются по индивидуальному техническому заданию и схемам.
Выше на фото, к примеру, распределительное устройство низкого напряжения РУНН, изготовленное для Петербургского метрополитена. Силовые шкафы имеют возможность двухстороннего обслуживания, с обеих сторон имеется доступ к элементам шкафа. В составе 12 секций, общий размер 2300х7600х600 IP54, цоколь 100 мм, по требованию заказчика окрашен в цвет RAL1011.
КММ, ЯММ - коробка (ящик) малой механизации, используется для подключения ручного электрического инструмента напряжением 220 Вольт (и других устройств, мощностью до 2,5 кВт), а также для подключения переносных фонарей ограждения (в том числе фонарей ограничения скорости). Расположены в тоннелях с интервалом не более 50 метров.
Пример выполнения коробки малой механизации с клеммной коробкой для удобства внутреннего монтажа.
ПЯ – путейский ящик - предназначается для подключения силовых электрических агрегатов больших мощностей (до 40 кВт, а возможно и большей мощности) и напряжение сети 380 Вольт. Ящики, как правило, устанавливаются вдоль путевых линий, интервал между ними составляет до 100 метров. В ящиках монтируются трансформаторы, реле, резисторы, контакторы, автоматические выключатели и т.д., применяемые в схемах рельсовых цепей.
На фотографии выше изображён путейский ящик, изготовленный для Московского метрополитена.
ПП-825 – Пункт подключения (переключения) к контактному рельсу метро служит для дистанционного подключения или отключения секции контактного рельса напряжением 825 вольт от кабельной линии тяговой подстанции. Переключение происходит при обесточенной сети, шкаф выпускается с однополюсным или двухполюсным разъединителем, имеется варианты изготовления с левым присоединением или с правым присоединением.
Посредством пунктов переключений разъединителей производится подача и снятие напряжения с секций контактного рельса. Разъединители бывают ручные, дистанционные и совмещённые. В настоящий момент используются в основном совмещённые пункты.
Также в метрополитенах используются различные шкафы и щиты постоянного и переменного тока ЩАОТ, ШУРО, ШАВР, ЩСО, шкафы управления и т.д.
Подробнее о щитах для метрополитена: https://www.04kv.com/fotoalbum/metro