Электроснабжение метрополитенов

В метрополитенах применяется электрическая тяга поездов с двигателями постоянного тока. Питание контактной (тяговой) сети производится постоянным током напряжением 825 в. Контактная сеть выполняется в виде третьего рельса, подвешенного на кронштейнах со специальными изоляторами.
Потребителями электрической энергии на метрополитенах являются: электропоезда, эскалаторы, оборудование санитарно-технических устройств, устройства СЦБ и связи, электрическое освещение, различные механизмы, применяемые при эксплуатации метрополитена (уборка помещений, ремонт и т. п.), мастерские депо и пр.
Питание потребителей метрополитена электроэнергией производится от подземных или наземных тяговых, понизительных или тягово-понизительных подстанций через кабельные и воздушные сети. Число подстанций и их размещение необходимо определять техникоэкономическими расчетами.
К тяговым подстанциям подводится трехфазный ток высокого напряжения (6 или 10 кв) от городских электрических станций. На подстанциях он преобразуется в постоянный ток напряжением 825 в и затем направляется в контактную сеть. Обратно ток проходит через оси и колеса вагонов в рельсы, а затем по кабелям возвращается на подстанцию. Тяговые подстанции, питающие энергией электропоезда, размещают вдоль трассы метрополитена на расстоянии, определяемом тяговыми расчетами.
Ток высокого напряжения от городских электрических станций поступает по кабелям на распределительные шины тяговых подстанций и затем подводится к отдельным агрегатам — преобразователям электроэнергии. Каждый агрегат состоит из трансформатора и выпрямителя тока. Преобразование переменного тока в постоянный производится ртутными или кремниевыми выпрямителями большой мощности. Схема питания электроэнергией контактного рельса, принятая на советских метрополитенах, приведена на рис. 256.

Питание электроэнергией эскалаторов, санитарно-технических устройств и установок, электроосвещения и других потребителей производится от понизительных подстанций. Все эти потребители получают от понизительных подстанций трехфазный ток низкого напряжения: для механизмов — 380 в, для освещения — 220/127 в. Понизительные подстанции располагают в местах наибольшего потребления электроэнергии, что значительно уменьшает длину и сечение распределительной сети и потери электроэнергии в ней. Снабжение энергией понизительных подстанций производится от питающих центров энергосистемы, через тяговые подстанции. Такая схема снабжения позволяет уменьшить протяженность высоковольтных кабельных линий, а также отказаться от использования самостоятельных ячеек на питающих центрах для сравнительно небольших нагрузок понизительных подстанций метрополитена.
Описанная схема первичного электроснабжения метрополитена относится к централизованной (сосредоточенной) системе питания. При этой системе питания наземные тяговые подстанции, как правило, удалены от пассажирских станций метрополитена, где сосредоточивается основная нагрузка, и это обстоятельство приводит к необходимости прокладывать длинные кабельные линии.
При строительстве метрополитена в Санкт-Петербурге была применена впервые в России децентрализованная (распределительная) система питания контактной сети, получившая широкое применение на метрополитенах как в России, так и в других странах (Санкт-Петербург, Москва — последующие очереди, Киев, Баку, Тбилиси, Прага, Варшава, Будапешт), При этой системе тяговые подстанции располагают вместе с понизительными подстанциями в местах сосредоточения основных нагрузок. Такие совмещенные тягово-понизительные подстанции (СТП) служат одновременно как для питания электроэнергией контактной сети, так и для питания других потребителей энергии.
Совмещенные тягово-понизительные подстанции размещаются в подземных выработках и первоначальные затраты на их сооружение несколько больше, чем при централизованной системе питания, однако такая система распределенного питания обладает большими техникоэкономическими преимуществами. Эти преимущества заключаются в том, что при сравнительно небольших расстояниях (1,5—2 км) между СТП отпадает надобность в применении длинных кабелей, соединяющих подстанции с контактным рельсом и высоковольтных кабельных линий между тяговой и понизительной подстанциями. Применение совмещенных тягово-понизительных подстанций снижает потери и напряжения в тяговой сети, резко уменьшает блуждающие (коррозирующие) токи и не требует выделения в черте города площадей для сооружения наземных зданий. Возведение подземных совмещенных тягово-понизительных подстанций, примыкающих к станционным тоннелям метрополитена, требует при проектировании станций метрополитена соблюдения дополнительных условий, обеспечивающих создание единой композиционной схемы конструкции станционных сооружений.

В большинстве случаев совмещенные подстанции располагают в среднем станционном тоннеле, удлиненном для этой цели на необходимую величину (47—63 м). На рис. 257 и 258 представлены план и разрезы по основным помещениям совмещенной тягово-понизительной подстанции, размещенной в тоннеле с внутренним диаметром 8,8 м.
Тяговые подстанции централизованной системы электроснабжения и совмещенные тягово-понизительные подстанции децентрализованной системы проектируют автоматизированными и телеуправляемыми с наземного центрального электродиспетчерского пункта. Тяговые и совмещенные подстанции имеют индивидуальное телеуправление линиями и агрегатами и программное телеуправление в объеме одной или нескольких подстанций радиуса или диаметра метрополитена. Кроме того, предусматривается местное автоматическое управление и поэлементное управление.