شبکه های توزیع انرژی در راه آهن های برقی

به منظور تأمین انرژی مورد نیاز قطارهای الکتریکی از شبکه های فشار قوی 230 کیلو ولت و یا فشار متوسط 63 کیلو ولت استفاده می گردد.

با تبدیل ولتاژ در پستهای مخصوص قطارهای برقی ولتاژ توزیع 20 یا 11 یا 23 کیلو ولت را ایجاد می کنند.

سیستم مورد استفاده در شبکه های راه آهن شهری می بایست دارای شرائط ذیل باشد:

·  اولاً سیستم باید از قابلیت اعتماد خیلی بالائی برخوردار باشد بدین منظور می بایست شبکه توسط یک سیستم اضطراری مجهز NO BREAK پشتیبانی گردد.

·  ثانیاً سیستم باید به منظور تعمیر و نگهداری کاملاً در دسترس باشد تا در کوتاه ترین زمان ممکن نسبت به تعمیرات آن اقدام گردد.

·  سیستم باید قابلیت انعطاف پذیری داشته باشد و از پیچیدگی خاصی برخوردار نباشد.

کل شبکه باید به نحوی طراحی شود که اگر یکی از پستها از سیستم خارج شد بقیه پستها بار آن پست را تأمین کنند.

انرژی الکتریکی مورد نیاز جهت تبدیل آن به انرژی مکانیکی در لکوموتیوهای برقی در نیروگاه ها با سیستم مختلف (بخاری، ژنراتوری، موتوری،‌ اتمی و غیره) تولید شده در این نیروگاه ها مستقیماً یا بعد از پست های اصلی با خط های سه فاز به ایستگاه های مصرف انرژی راه آهن انتقال مییابد.

ایستگاه های تراکشن ساب استیشن اختصاص به راه آهن های برقی می باشد و معمولاً این ایستگاه ها از دو خط سه فاز ولتاژ بالا تغذیه می گردند که در موارد ضروری و قطع برق در یکی از خط ها بتوان با خط دیگر پست را تغذیه نمود.

معمولاص برای تغذیه تراکشن ساب استیشن امروزه از جریان متناوب ولتاژ بالا استفاده می گردد و بوسیله ترانس های قدرت نصب شده در ایستگاه های فرعی کشش با ولتاژ معینی و جریان معینی جهت استفاده به خط بالاسری انتقال داده می شود و در بعضی موارد در ایستگاه های فرعی کشش ترانس های قدرت دیگری نیز نصب می گردد که برای مصرف کارخانجات راه آهن و یا کارخانجاتی که در جوار راه آهن قرار گرفته اند و فاصله کمتری با این نیروگاه دارند می باشد.

معمولاً خطوط تغذیه این ایستگاه ها 110 و 132 کیلوولت و ولتاژ شبکه بالاسری 5/27 و 16 کیلوولت متناوب بسته به سیستم شبکه و راه آهن برقی می باشد و در جریان مستقیم خطوط تغذیه 110 کیلوولت و ولتاژ شبکه بالاسری 3/3 کیلوولت می باشد. ولتاژ منبع در جریان متناوب 5/27 کیلوولت و در شبکه بالاسری 25 کیلوولت و در جریان مستقیم ولتاژ منبع 3/3 کیلوولت و در شبکه بالاسری 3 کیلوولت می باشد.

از ایستگاه های فرعی کشش تا لکوموتیو برقی چهار عامل اساسی وجود دارد:

1-محل کنتاکتی

2-مدار ریل سوم

3-منبع انرژی

4-برگشت جریان

در شبکه بالاسری یا خطوط تغذیه امکان دارد از سیستم های گوناگونی استفاده شود ولی در اصل وابسته به چهار عامل ذکر شده بالا است. در لکوموتیوهای برقی که با جریان مستقیم کار می کنند از دیناموهای محرکه تا 5/1 کیلوولت استفاده می شود. حداکثر در لکوموتیوهای برقی جریان مستقیم از شش دینامو استفاده می گردد.

بصورتی که دو دینامو بصورت سری به همدیگر وصل شده و هر سه مدار سری به همدیگر به صورت موازی قرار می گیرند. استفاده بیش از یک فاز برای لکوموتیوهای برقی که نیروی کشش قطار را تأمین می نماید بندرت طراحی می شود. چون ایزوله کردن فازهای غیر همنام از همدیگر دشوار است. روی این اصل قدرت شبکه بالاسری محدود می گردد و در خطوط جریان متناوب نیز در لکوموتیوهای برقی از دینامو با جریان مستقیم استفاده می نمایند.

در اکثر کشورهای مترقی و اروپائی که دارای خطوط برقی بیشتری هستند در لکوموتیوهای برقی ترانس های کاهنده گذاشته شده که 25 کیلوولت را به ولتاژ مورد نیاز تبدیل می نماید. پست از کاهش ولتاژ و عبور از دستگاه یک سو کننده ولتاژ بدست آمده به مصرف دیناموها می رسد در همین رابطه است که جریان برگشتی لکوموتیوهای برقی توسط مدار ریلی به پس مربوطه برگشت داده می شود.

ولتاژ خروجی در ترانس های نصب شده در داخل لکوموتیوهای برقی در زیر شبکه بالاسری با جریان متناوب کمتر از ولتاژی است که در لکوموتیوهای جریان مستقیم استفاده می شود، به این منظور که ضریب اطمینان حفاظت دیناموها و عایق شدن آنها از بدنه و امکان پارالل نمودن سیستم کل دیناموها آسانتر شده و می توان میزان نیروی کشش لکوموتیو را افزایش داد.