Системы тока
Как указывалось выше, на железных дорогах нашей страны наибольшее распространение получили две системы электрической тяги: система постоянного тока напряжением 3 кВ и система однофазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц напряжением 25 кВ и 2х25 кВ.
Протяженность электрифицированных железных дорог на территории бывшего СССР достигла свыше 52 тыс. км, что составляет более 35% всей железнодорожной сети. Примерно половина электрифицирована по системе переменного тока.
Основным достоинством системы постоянного тока является использование на электроподвижном составе двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением, наиболее отвечающим требованиям тяги. При этом на электровозе и электропоездах не требуется устанавливать преобразователи (трансформаторы и выпрямители).
Недостатком системы является сравнительно низкое напряжение в контактной сети, определяемое максимально доступным напряжением пары тяговых двигателей, при котором не требуется промежуточные преобразования тока на локомотиве. При таком напряжении (3 кВ) приходится увеличивать сечение контактного провода, выполненного из дорогостоящей электролитической меди. Кроме этого, при этой системе возникают большие блуждающие токи, под действием которых происходит электрокоррозия подземных металлических сооружений.
При системе однофазного тока промышленной частоты из-за более высокого напряжения значительно снижается расход меди на контактный провод (в 2,5-3 раза уменьшено сечение контактного провода). В 3-4 раза требуется меньше тяговых подстанций вдоль железной дороги, так как они могут располагаться на расстоянии 45-60 км против 10-25 км при системе постоянного тока.
Чтобы уменьшить потери энергии в тяговой сети и поддержать определенный уровень напряжения на токоприемниках электроподвижного состава (не ниже 21 кВ при переменном токе и не ниже 2,7 кВ при постоянном токе) необходимо правильно обеспечить подвод к нему питания.
С увеличением силы тока в тяговой сети растут не только потери энергии, но и потери напряжения. От размера потерь напряжения зависит его значение на токоприемниках, а следовательно, и скорость движения: чем больше потери, тем меньше это напряжение и тем ниже скорость э. п. с. С ростом потерь энергии в тяговой сети снижается эффективность электрификации железной дороги, так как возрастает потребность в электрической энергии.
Питание тяговой сети участков, электрифицированных на, переменном токе, осуществляется по однофазной схеме, так как на них эксплуатируется электроподвижной состав однофазно-постоянного тока. Однако на тяговых подстанциях, как правило, устанавливают трехфазные трехобмоточные понижающие трансформаторы Но при этом к рельсовой сети приоединяют одну и ту же фазу трансформаторов, а в контактной сети между каждой парй смежных подстанций для питания тяговой сети используют разные фазы. При этом достигается равномерная нагрузка фаз системы внешнего электроснабжения и уменьшаются искажения напряжений на шинах тяговых подстанций и в линиях их электроснабжения.