Тяговая сеть или тяговая электросеть — это электрическая сеть для питания электрифицированных железнодорожных сетей . Установка отдельной тяговой сети обычно производится только в том случае, если рассматриваемая железная дорога использует переменный ток (AC) с частотой ниже, чем частота национальной сети, например, в Германии , Австрии и Швейцарии .
В качестве альтернативы, трехфазный переменный ток электросети может быть преобразован на подстанциях вращающимися трансформаторами или статическими инверторами в напряжение и тип тока, необходимые для поездов. Для железных дорог, работающих на постоянном токе (DC), этот метод используется всегда, так же как и для железных дорог, работающих на однофазном переменном токе пониженной частоты, как в Мекленбурге-Передней Померании , Саксонии-Анхальт , Норвегии и Швеции . В этих областях нет сетей тягового тока .
Отдельная мощность для тяги, отдельно от промышленной мощности, имеет исторические корни. Сегодня нет причин применять другие частоты или типы тока, чем для передачи и промышленного использования. Однако преимуществом тяги постоянного тока была более легкая передача с помощью отдельных медных проводов к точкам подачи. Преимуществом тяги переменного тока является более легкая передача на большие расстояния к точкам подачи. Помимо этих параметров и обеспечения прежних инвестиций, нет никаких доказательств того, чтобы придерживаться различных схем тока в сетях.
При питании железных дорог переменным током низкой частоты (ПНЧ) применяются выделенные линии тягового тока . Линия тягового тока подключается к подстанциям по линии железной дороги и обычно прокладывается отдельно от контактной сети, от которой питаются локомотивы.
В странах, где электропоезда работают на постоянном токе или на однофазном переменном токе с частотой общей электросети, необходимое преобразование тока осуществляется на подстанциях, поэтому опять же не требуются линии тягового тока.
Линии тягового тока обычно не прокладываются параллельно железнодорожной линии, чтобы сократить длину линии и избежать ненужного влияния на электрическую систему вблизи железнодорожной линии; это также применяется к электроснабжению некоторых скоростных железных дорог, работающих на переменном токе в Германии.
Также возможна прокладка тягового тока на специальных траверсах непосредственно на опорах контактной сети над контактным проводом. Поскольку опоры контактной сети имеют меньшее сечение, чем мачты тягового тока, траверсы не могут быть слишком широкими, поэтому стандартное расположение четырех токопроводов в одном уровне не может быть использовано. В этом случае применяется двухъярусное расположение или при двух электрических цепях для двухрельсовых линий опоры контактной сети для обоих направлений оснащаются траверсами для собственной системы тягового тока из двух токопроводов каждая.
В густонаселенных районах есть опоры, которые несут цепи как для тягового тока, так и для трехфазного переменного тока для общего питания. Такие линии встречаются там, где права прохода редки. В частности, распространен параллельный маршрут трехфазного переменного тока 110 кВ и 220 кВ. Использование линий электропередачи 380 кВ на одной опоре требует изоляторов 220 кВ для линии тягового тока, поскольку в случае выхода из строя линии 380 кВ вдоль линии тягового тока могут возникнуть скачки напряжения , с которыми изоляторы 110 кВ не справятся.
Как правило, в линиях тягового тока используются одинарные провода, однако для питания железных дорог с интенсивным движением и, в частности, для питания высокоскоростных железнодорожных линий применяются двухжильные провода .
Железная дорога Мариацелль в Нижней Австрии работает на однофазном переменном токе частотой 25 Гц . Железная дорога имеет собственные линии тягового тока с рабочим напряжением 27 кВ. Эти линии установлены на опорах контактного провода поверх контактного провода.
В Германии для линий тягового тока обычно используются одиночные проводники, но для поезда ICE используются два пучка проводников. Линии тягового тока от атомной электростанции Неккарвестхайм до станции переключения тягового тока в Неккарвестхайме и оттуда до центральной подстанции в Штутгарте , Цаценхаузен, реализованы как четырехпучковая схема проводников.
В Швеции , Норвегии и некоторых районах бывшей Германской Демократической Республики трехфазный переменный ток преобразуется в однофазный переменный ток с частотой 16,7 циклов в секунду на подстанциях. В отличие от Западной Германии, здесь нет специализированных электростанций для железнодорожной электроэнергии. Вся электроэнергия поступает от общих поставщиков электроэнергии. Хотя в этом регионе, в принципе, нет необходимости в тяговых линиях электропередачи, в Центральной Швеции имеется однофазная сеть переменного тока напряжением 132 кВ для электроснабжения железных дорог (см. Система электроснабжения железных дорог Швеции ). В Норвегии имеется небольшая однофазная сеть переменного тока напряжением 55 кВ для электроснабжения поездов на юге, питаемая электростанцией Хакавик . Еще одна электростанция в Кьофоссене подает однофазный переменный ток непосредственно в контактный провод. В Дании и Финляндии для основных линий (если они электрифицированы) используется 50 Гц, а электроэнергия поступает от общих поставщиков. Таким образом, для преобразования требуется гораздо более простое оборудование, чем в Швеции и Норвегии.
В Южно-Африканской Республике существуют обширные схемы тяги переменного и постоянного тока, включая однофазные системы переменного тока напряжением 50 кВ и 25 кВ. Электрификация в Натале была стимулирована захватом системы южноафриканских железных дорог Комиссией по электроснабжению (теперь Eskom ) на базе электростанции Коленсо .
В Соединенном Королевстве система электрификации Network Rail 750 В постоянного тока на юго-востоке Англии снабжается электроэнергией из обширной распределительной сети мощностью 33 кВ. [ необходима ссылка ]
Линии тягового тока используются для питания железнодорожных систем стран, использующих переменный ток более низкой частоты, чем общественный. Это типично для немецкоязычных стран Европы. Например, переменный ток частотой 16,7 Гц используется в Германии , Австрии и Швейцарии .
Конкретным примером является узкоколейная железная дорога Мариацеллер в Австрии, работающая на однофазном переменном токе частотой 25 Гц, имеющая собственные линии тягового тока с рабочим напряжением 27 кВ. Эти линии смонтированы на опорах контактного провода над линиями.
Напряжение , используемое для линий тягового тока, составляет 110 кВ в Германии и Австрии и 66 кВ или 132 кВ в Швейцарии.
Линии тягового тока работают симметрично относительно земли . Например, в случае линий 110 кВ каждый проводник имеет напряжение 55 кВ относительно земли. Заземление выполняется на более крупных подстанциях и электростанциях для тягового тока с использованием трансформаторов для компенсации тока утечки на землю. Как и в случае всех симметричных линий электропередач, существуют также точки скручивания тяговых линий электропередач. Тяговая линия электропередач для одной цепи обычно имеет два проводника. Поскольку большинство линий тягового тока имеют две электрические цепи, на опорах, как правило, находятся четыре проводника (в отличие от трехфазных линий переменного тока, число проводников которых является целым кратным трем).
Линии тягового тока обычно не прокладываются параллельно железнодорожной линии, чтобы минимизировать длину линии и избежать ненужного влияния электрической системы вблизи железнодорожной линии. Однако есть случаи, когда эта практика не соблюдается (например, электроснабжение некоторых скоростных железных дорог, работающих на переменном токе в Германии). В этом случае линия тягового тока прокладывается на специальных поперечных балках опор контактной сети над контактной линией. Поскольку опоры контактной сети имеют меньшее поперечное сечение, чем мачты тягового тока, эти поперечные балки должны быть довольно узкими, поэтому расположение четырех токопроводящих кабелей на одном уровне, что является стандартным для линий тягового тока, не может быть использовано. Там, где требуются четыре проводника, одним из подходов является использование двухуровневого расположения токопроводящих кабелей. Альтернативно, в случае двухпутных железнодорожных линий опоры контактной сети для обоих направлений движения оснащены поперечными балками для системы тягового тока (двухпроводные кабели).
В густонаселенных районах, где права проезда редки, часто встречаются опоры, несущие электрические цепи для тягового тока, а также для трехфазного переменного тока. Последние могут быть трехфазными линиями переменного тока напряжением 110 кВ, 220 кВ или, в некоторых случаях, 380 кВ. В таких случаях линии тягового тока должны использовать изоляторы , способные выдерживать максимальное пиковое напряжение, которое может возникнуть между линиями.
Линии тягового тока, как правило, реализуются в виде одиночных проводов. Для питания железных дорог с большим объемом движения и, в частности, для питания высокоскоростных железнодорожных линий, таких как немецкие поезда ICE (Inter City Express), используются двухжильные проводники. Линии тягового тока от атомной электростанции в Неккарвестхайме до станции переключения тягового тока в Неккарвестхайме и от станции переключения тягового тока в Неккарвестхайме до центральной подстанции в Штутгарте Цаценхаузен реализованы в виде четырехжильчатых проводников.
Линии тягового тока всегда оснащены заземляющим проводом. В некоторых случаях используются два заземляющих проводника: например, в Германии, в случаях, когда линия тягового тока проводится на опорах вместе с трехфазным переменным током, как линия к атомной электростанции в Неккарвестхайме. Аналогично, в Австрии есть некоторые линии тягового тока, оборудованные двумя заземляющими тросами.
В Швеции , Норвегии и некоторых районах бывшей ГДР трехфазный переменный ток из общественной сети преобразуется в однофазный переменный ток частотой 16,7 Гц на подстанциях вблизи железных дорог. В этих районах отсутствуют линии тягового тока.
Также в странах, где электропоезда работают на постоянном токе или на однофазном переменном токе с частотой общей электросети, необходимое преобразование тока осуществляется на подстанциях, благодаря чему в этих странах не требуются линии тягового тока.