Zasilanie elektryczne kolei w różnych krajach

[Ra]

Znalazłem mapkę przedstawiającą napięcia zasilające na liniach kolejowych w Europie. Myślę, że dobrze by było ją zachować.

Żółty: 25kV, 50Hz Czerwony: 15kV, 16.7Hz Fiolet: 11kV, 16.7Hz (1000mm) Zielony: 3kV stały Niebieski: 1.5kV stały Turkus: trzecia szyna 750V stały Szary: spalinowe albo brak kolei

Mapka pochodzi ze strony http://www.eurotrib.com/story/2009/7/4/62819/62696.

[WojTTek]

Bardzo ciekawa mapa. Kiedyś szukałem takiej mapki, jednak poza kilkoma z rozstawem szyn nic nie znalazłem. Ogólnodostępne info jest dość ubogie jeśli chodzi o trakcję elektryczną krajów europy. Szczególnie ciekawe na mapie jest zasilanie w krajach dawnego ZSRR gdzie jak widać jest to bardzo zróżnicowane ciekawe czym było to podyktowane.
Może ktoś z znawców tematu odpowie na pytanie:
Od lat 30tych XX wieku Polska bazując na technologii Wlk. Brytanii przyjęła zasilanie 3kV DC obowiązujące do dziś. Kiedy i dlaczego w GB zmieniono zasilanie na 25 kV 50 Hz ?

[pkp.]

Szczerze ?! Daltonistą nie jestem ale aż musiałem zasięgnąć porady wujka gogle bo koloru turkusowego to ja kilka lat już nie widziałem, nie lepiej napisać Jasno Niebieski?               

[Tomnord15]

Jeśli chodzi o zmianę systemu zasilania z 3kV prądu stałego i wprowadzenie 25kV 50Hz, to w tamtych czasach system 3kV prądu stałego był najnowocześniejszym systemem zasilania sieci trakcyjnej i najprostszym. Problemem zasilania prądu zmiennego było uzyskanie właściwej komutacji w silnikach trakcyjnych prądu zmiennego, z tego względu początkowo wprowadzono system 15kV 16 2/3 Hz. Poza tym w systemie prądu stałego nie potrzeba było zastosowania transformatorów w lokomotywach do zmiany napięcia na silnikach trakcyjnych, przez to lokomotywa na prąd stały była prostsza i tańsza. Wprowadzenie systemu 25 kV 50 Hz nastąpiło po 2 wojnie światowej we Francji i zaletą takiego systemu jest zasilanie sieci trakcyjnej bezpośrednio z linii zasilających o częstotliwości przemysłowej 50 Hz a w lokomotywie stosuje się silniki szeregowe prądu stałego zasilane za pomocą prostownika umieszczonego w lokomotywach. Ten system umożliwia stosowanie bardzo dużych mocy na lokomotywach a podstacje trakcyjne mogą być rozmieszczone w odległościach 100 km zamiast 25 km jak w sieciach 3 kV. Tyle wiem.

Edit. Pomijam tu lokomotywy wprowadzone później napędzane silnikami trakcyjnymi asynchronicznymi prądu zmiennego i zasilane za pomocą falowników.

[Tolein]

Jeszcze warto wspomnieć, że do zasilania odbiornika o tej samej mocy znamionowej prądem przemiennym potrzebujemy przewodu o dużo mniejszym przekroju, w efekcie trakcja jest lżejsza i dużo mniejsze problemy generuje przy dużych prędkościach pracy odbieraka.

[MichałŁ]

Jeszcze warto wspomnieć, że do zasilania odbiornika o tej samej mocy znamionowej prądem przemiennym potrzebujemy przewodu o dużo mniejszym przekroju, w efekcie trakcja jest lżejsza i dużo mniejsze problemy generuje przy dużych prędkościach pracy odbieraka.

Najpierw się uczymy potem piszemy. Co prąd AC ma wspólnego z przekrojem przewodu? Równie dobrze można mieć 25kV DC i też można wieszać cienkie przewody. Nawet przy DC mogły by być cieńsze.

Co do ZSRR. Sieć 25kV zasilana musi być z jednej fazy krajowego systemu elektroenergetycznego, dlatego przy rozruchach powoduje się dużą niesymetrię obciążenia (wtedy tam pogarsza nam się współczynnik mocy i ogólnie nie jest dobrze, ale ja się nie znam dobrze na tym). System 3kV DC pobiera prąd z trzech faz równomiernie je obciążając. Dlatego linie podmiejskie gdzie mamy często rozruchy no i jakieś linie elektryfikowane w dawnych czasach mają 3kV DC, a linie dalekobieżne o małej ilości rozruchów 25kV 50Hz.

Tak jak napisałem Podział 3/25kV zależy też od daty elektryfikacji. Puki nie rozpoczęto budowy prostowników krzemowych ciężko było upchnąć prostownik w lokomotywie (pierwsze WŁ60 i 80 miały rtęciowy prostownik ale to się nie sprawdzało) dlatego robiono prostowniki w podstacjach, a sieć zasilano już prądem stałym.

[guest4368]

Kolejne sekcje sieci 25kV 50Hz mogą być zasilane z kolejnych faz, jednak pantograf nie może zwierać dwóch sąsiednich sekcji co komplikuje nieco budowę. System 15kV 16 2/3Hz równomiernie obciąża fazy a obniżona częstotliwość pozytywnie wpływa na silniki prądu przemiennego (mniejsze prądy wirowe). Wada - podstacje muszą mieć specjalne transformatory oraz mniejsza częstotliwość -> większy przekrój rdzenia transformatora.

[MichałŁ]

System 16 2/3Hz Wymaga falowników które przetwarzają prąd z sieci 50Hz na 16 2/3Hz jak to robiono przed erą energoelektroniki ?
Albo musiały być przetwornice wirowe AC/AC albo oddzielne elektrownie dla celów sieci trakcyjnej.

Co do sekcjonowania to ciężko było by zapewnić dobre zabezpieczenie przed przeciągnięciem łuku miedzy sekcjami zapewniając krótki odcinek jazdy bez napięcia.  A jak rozwiązać problem braku napięcia przez jakiś odcinek np. na wzniesieniu?

[guest4368]

Coś o systemach zasilania:
http://www.szybkiekoleje.org.pl/UserFiles/File/ART%3ESWIAT/tts%202005%2005%2080-90.pdf
Słyszałem, że TGV opuszcza pantografy przy każdym sekcjonowaniu.

[MichałŁ]

O widzisz Czegoś i ja się dowiedziałem.
Ale to nie są tak jak u nas że każda sekcja (czyli tak jak by u nas miedzy izolatorami sekcyjnymi) jest zasilana z innej fazy. Tylko cały jakiś większy odcinek zasilany z danej podstacji. Ale i tak są stosowane urządzenia do symetryzacji obciążenia miedzy fazy.

[ET22_RULZ]

Osobiscie polecam mapy z tej strony:
http://www.bueker.net/trainspotting/maps.php
A tutaj znajdziecie mapke z szerokosciami slizgow pantografow:
http://www.bueker.net/trainspotting/voltage_map_europe.php

[kubek1234567]

Jeszcze warto wspomnieć, że do zasilania odbiornika o tej samej mocy znamionowej prądem przemiennym potrzebujemy przewodu o dużo mniejszym przekroju, w efekcie trakcja jest lżejsza i dużo mniejsze problemy generuje przy dużych prędkościach pracy odbieraka.

Z czego mnie uczono to z definicji prądu sinusoidalnego winka że gdybyśmy zasilali prądem stałym odbiornik w postaci rezystancji R przez pewną jednostkę czasu T i wytworzone ciepło miało by się równać ciepłu wytworzonemu na tej samej rezystancji R zasilanej prądem sinusoidalnym w tym samym czasie T to wówczas wartość skuteczna prądu sinusoidalnego równa jest wartości skutecznej prądu stałego * pierwiastek z 2

Czyli jeżeli zasilimy prądem stałym np 1 A to aby ciepło (moc) wytworzone równało się ciepłu sinusoidalnego to sinusoidalne musi być większe o pierwiastek z 2

Wniosek jeżeli mamy uzyskać tą samą moc to prąd w sinusoidalnym musi być większy, większy prąd = większy przekrój
wiec najpierw się doinformuj a potem pisz

[El Mecánico]

Zapomniałeś o tzw efekcie naskórkowym. Polega on na tym, że im wyższa częstotliwość tym mniejsze wnikanie prądu w materiał przewodnika, a więcej przepływu po powierzchni. dlatego przy tej samej wartości skutecznej (mimo iż szczytowa to 1,41 skutecznej) można zastosować cieńszy drut.

[Anrej]

Falownik (ang. inverter) – urządzenie elektryczne zamieniające prąd stały, którym jest zasilane, na prąd zmienny o regulowanej częstotliwości wyjściowej. Jeśli w falowniku zastosuje się modulację szerokości impulsów PWM (ang. Pulse Width Modulation), to równocześnie ze zmianą częstotliwości można regulować wartość skuteczną napięcia wyjściowego.
Podział ze względu na zasilanie przemienników częstotliwości („falowników”):to są przetwornice częstotliwości tj. AC/AC błędnie w handlu nazywane falownikami. Falownik zasilany jest tylko z obwodu prądu stałego.
Elektroniczna przetwornica częstotliwości jest urządzeniem elektronicznym służącym do zamiany jednego rodzaju energii elektrycznej na inny (żądany). Zbudowana jest z zasilacza-prostownika jednofazowego (230 V) lub trójfazowego (400 V), falownika składającego się najczęściej z elementów mocy oraz z części sterującej.

Także pisanie: System 16 2/3Hz Wymaga falowników które przetwarzają prąd z sieci 50Hz na 16 2/3Hz. Jest niezbyt poprawne.

Moc P jest polem o powierzchni
P = U * I
Nim jest większe napięcie U, tym w przewodzie płynie prąd o mniejszym natężeniu I. Przy mnieszym natężeniu prądu można zastosować przewody o mniejszej średnicy. Przy tej samej gęstości pradu w przewodzie.

W przypadku prądu stałego moc równa się;
P = I² * R
W czasie T okresem zostanie wydzielona energia;
E = I² * R * T
W przypadku prądu zmiennego wystepują wartości chwilowe
p = i² * R = I²(t) * R
Prąd się zmienia sinusoidalnie w funkcji czasu t
Wydzielona energia równa się polu pod sinusoidą, tutaj należałobysię zająć całkowaniem.
Teraz należałoby znaleź taką wartość prądu dla której wydzielona energia jest taka sama
I _max = √2 * I
Prąd maksymalny nie płynie cały czas, jest to wartość szczytowa. Dlatego nie trzeba stosować przewodu o większej średnicy niż w przypadku prądu stałego.
Opór przewodnika jest odwrotnie proporcjonalny do średnicy. Jak zwiększymy średnicę, to opór się zmniejszy, moc będzie mniejsza, wydzieli się mniej energii.

Zjawisko naskórowości wystepuje przy większych częstotliwościach. Przy częstotliwości 50Hz można można nie brać pod uwagę.

[MichałŁ]

Z czego mnie uczono to z definicji prądu sinusoidalnego winka że gdybyśmy zasilali prądem stałym odbiornik w postaci rezystancji R przez pewną jednostkę czasu T i wytworzone ciepło miało by się równać ciepłu wytworzonemu na tej samej rezystancji R zasilanej prądem sinusoidalnym w tym samym czasie T to wówczas wartość skuteczna prądu sinusoidalnego równa jest wartości skutecznej prądu stałego * pierwiastek z 2

Jak byś poczekał jeszcze do przedmiotu metrologia to byś się nauczył że woltomierze pokazują wartości skuteczne więc 25kV to wartość skuteczna a wartość międzyszczytowa to ponad 35kV więc już nic nie trzeba kombinować.

Jak każdy wie mamy w prądzie przemiennym trzy moce pozorna, czynna i bierna. Jeżeli mamy obciążenie rezystancyjne moc pozorna = biernej.
Jednak lokomotywa to jednak obciążenie indukcyjne które wprowadza przesunięcie fazowe wyrażane współczynnikiem cos fi wiec tedy z sieci pobieramy moc pozorną= U*I jednak silnik osiąga moc czynną, która jest mniejsza = U*I*cos fi. Dlatego hipotetycznie jeżeli mamy np 3kVDC i 3kV AC50Hz to przy tej samej mocy urządzenia dla DC przewody mogą być cieńsze bo tam nigdy nie wystąpi przesunięcie fazowe i przepływ mocy biernej.
W prądzie przemiennym przy odbiornikach indukcyjnych i pojemnościowych zawsze wystąpi przesunięcie fazowe i przepływ mocy biernej. Dlatego jeżeli nie chcemy przesyłać tej energii przez sieć to musimy ją skompensować przy odbiorniku tak aby cos fi był jak najbliższy 1
 W sieciach elektroenergetycznych SN przyjmuje się dla projektowania cos fi 0,6-0,7

[Anrej]

Jak każdy wie mamy w prądzie przemiennym trzy moce pozorna, czynna i bierna. Jeżeli mamy obciążenie rezystancyjne moc pozorna = biernej.

Wprowadzasz w błąd.
W prądzie przemienym mamy moc pozorną, która jest sumą geometryczna mocy czynnej i biernej.
S² = P² + Q²
Jezeli mamy obciążenie rezystancyjne to moc pozorna równa mocy czynnej.

Silnik elektryczny jest urządzeniem indykcyjnym.
Dla prądu stałego stanowi tylko opór czynny - rezystancję R
W przypadku prądu przemiennego dochodzi jeszcze opór bierny - reaktancja X_L
X_L = 2πfL
Dla prądu przemiennego silnik przedstawia opór pozorny Z impedencję.
Z² = R² +  X_L²
W przypadku  prądu stałego przepływa prąd.
I = U / R
W przypadku prądu przemiennego przepływa prąd.
I = U / Z
Dlatego silniki komutatorowe mimo że mają taką samą konstrukcję, to w przypadku pradu stałego nawijane są cieńszym drutem.

Odbiorca indywidulny płaci tylko za pobraną moc czynną. Odbiorca przemysłowy płaci za moc czynną i bierna. Ponieważ przeważnie moc pozorna jest indukcyjna, to stosuje się kondensatory kompensujące.

[MichałŁ]

Fakt moja pomyłka, miało być moc pozorna = mocy czynnej.

Silniki komutatorowe dla prądu zmiennego i stałego nie maja takiej samej konstrukcji. Dla prądu stałego stojan jest lity dla prądu przemiennego składany z cienkich blaszek, inaczej byś miał wielką grzałkę od prądów wirowych. Silnik AC na DC będzie chodził bez problemu w drugą stronę już nie.

[Anrej]

W każdym przypadku rdzeń wirnika składany jest z blach nakrzemionych, izolowanych względem siebie.
W silniku prądu przemiennego rdzeń stojana jest zawsze wykonany blach nakrzemionych i izolowanych względem siebie.
W przypadku silnika prądu stałego rdzeń stojana jest zbydowany tak samo jak w przypadku silnika prądu przemienngo. Lub rdzeń jest wykonany ze stali litej, a nadbiegunniki skladane są z blach.
Przy zasilaniu prądem stałym też wystepują prądy wirowe.

Tak dla wyjasnienia, ale to nie jest tematem wątku.

W Polsce napięcie w trakcji kolejowej wynosi 3kV DC Silniki przystosowane są do napięcia 1,5kV, dlatego są łączone szeregowo.
Jak to jest w przypadku trakcji 25kV AC 50Hz, 15kV AC 16,7Hz, 11kV AC 16,7. Silniki sa podłączane bezpośrednio do sieci, czy zasilane są przez transformator.
W Europie jest wytwarzany prąd o częstotliwości 50Hz. To skąd częstotliwość 16,7Hz - 50/3 = 16,7.

[MichałŁ]

W elektrowozach z eksploatowanych w Rosji są transformatory. I w zależności od serii mamy różne napięcia maksymalne np.
CzS4 800V
Cz8 820V
WŁ80 950V
WŁ60 1450V

A to link do filmiku o systemie regulacji napięcia w lokomotywie WŁ60, jest to opie pierwszych egzemplarzy jeszcze z prostownikiem rtęciowym.

[Anrej]

Tak ale to był rok 1960. Zastosowany jest tam prostownik pełnookresowy z punktem zerowym. W tym przypadku transformator miał podwójne uzwojenie wtórne.
Teraz mamy rok 2012 napewno technologia się zmieniła. Choćby transformatory toroidalny, prostownik w układzie mostkowym, przy którym wystarczy tylko tylko jedno uzwojenie wtórne.

[MichałŁ]

No fakt przez 50 lat coś się zmieniło na pewno. Jak to wygląda teraz można poczytać tu:
pbc.gda.pl/Content/1722

[selsyn]

Witam wszystkich. Mam prośbę do elektroenergetyków, elektryków pracujących na kolei aby przybliżyli nam nieco system zasilania, mianowicie co ile km buduje się stacje elektroenergetyczne, jakich mocy są to stacje, jakie układy prostownicze tam się znajdują, zabezpieczenia, urządzenia pomocnicze, kontroli itp. Jeżeli to nie jest jakaś tajemnica państwowa lub firmowa to chciałbym kontynuować wątek i uściślać pytania w miarę rozwoju tematu.

Scaliłem.
Rozi

[MichałŁ]

http://www.trakcja.one.pl/strona/trakcja%20elektryczna.html
http://www.transportszynowy.pl/trakcja.php
http://www.trakcja.rail.pl/news.php
http://zeus.krb.com.pl/ (wyszukaj "podstacje trakcyjne")

[janek32]

System 16 2/3Hz Wymaga falowników które przetwarzają prąd z sieci 50Hz na 16 2/3Hz jak to robiono przed erą energoelektroniki ?
Albo musiały być przetwornice wirowe AC/AC albo oddzielne elektrownie dla celów sieci trakcyjnej.

Za Niemców zelektryfikowane linie kolejowe na Dolnym Śląsku były zasilane prądem 16,7 Hz ze zbudowanej na potrzeby kolejowe elektrowni w Ścinawce Średniej, posiadającej 4 bloki o mocy 4 MW i 2 bloki 2 MW/50 Hz, które zasilały krajową sieć. Przy linii 274 Zgorzelec-Jelenia Góra-Wrocław były 4 podstacje trakcyjne: w Lubaniu, Jeleniej Górze, Sędzisławiu (przebudowana później na rozdzelnię WN) i Wałbrzychu Szczawienku.

Budynek rozdzielni w Sędzisławiu pod koniec lat 90 został wyremontowany i teraz mieści się w nim tartak:
http://fotopolska.eu/foto/90/90774.jpg
Zdjęcie z 1928 roku: http://www.bazakolejowa.pl/foto/1002/s474_1.jpg

[selsyn]

Mam pytanie odnośnie pomocniczych linii średniego napięcia 15Kv które są rozmieszczone wzdłuż szlaków kolejowych. Czy te linie należą do PKP Energetyka czy nie w każdym przypadku? Czy oprócz potrzeb PKP zasilają jeszcze inne odbiory nie związane z PKP, jak firmy czy innych odbiorców? Oraz, czy są to zawsze linie 15 Kv czy zdarzają się też o wyższym napięciu.

[MichałŁ]

Ad1. Różnie znam przypadki ze to linie PKP Energetyka znam też linie będące własnością lokalnej energetyki zawodowej.
Ad2. Tak. PKP Energetyka zasila odbiorców spoza PKP
Ad3. SN15kV to teraz taki standard ale zdarzają się jeszcze linie 30kV albo 6kV