●●
Zastosowanie systemu zasilania prądu
przemiennego
W Polsce, ze względu na ograniczenia istniejącego systemu zasi-
lania 3 kV DC, od lat rozważana jest możliwość zastosowania na
wybranych odcinkach systemu 25 kV 50 Hz. Dotyczy to planowanych
nowych linii kolei dużych prędkości, linii kolejowej nr 4 (CMK), połą-
czenia z Litwą oraz wybranych z dużym obciążeniem ruchem towaro-
wym. System 3 kV DC służy do zasilania linii, na których ruch pasażer-
ski realizowany jest z prędkościami maksymalnymi poniżej 220 km/h
oraz mocami lokomotyw poniżej 8 MW [1]. Realizacja ruchu o para-
metrach granicznych z punktu widzenia systemu zasilania 3 kV DC
powoduje wzrost strat energii, a zatem również kosztów eksploata-
cji. Biorąc więc pod uwagę wzrost prędkości przewozowych w Polsce
zmiana jest w pełni uzasadniona i spowoduje również konieczność
zastosowania taboru wielosystemowego.
Najkorzystniejszym typem systemu zasilania 25 kV 50 Hz, ze względu
na możliwości przesyłowe mocy, jest autotransformatorowy 2 x 25 kV
50 Hz. Schemat jego układu zasilania przedstawiono na rys. 7. W roz-
wiązaniu tym podstacja trakcyjna zasilająca jednostronnie dany odci-
nek ma transformator jednofazowy lub symetryzujący, z dwoma
uzwojeniami wtórnymi połączonymi szeregowo. Jeden koniec uzwo-
jeń przyłączony jest do sieci trakcyjnej, zaś drugi do dodatkowego
zasilacza, punkt wspólny jest uziemiony i połączony z szynami. Na
odcinku zasilanym przez PT (o długości 40–100 km) instaluje się
autotransformatory co 7–25 km. Końce ich uzwojeń połączone są
z siecią trakcyjną i dodatkowym zasilaczem, natomiast punkt wspólny
z szynami. Prąd między autotransformatorami a pojazdem płynie
siecią trakcyjną i szynami (pod napięciem 25 kV), natomiast między
podstacją a autotransformatorami – siecią trakcyjną i dodatkowym
zasilaczem (pod napięciem 50 kV). Zatem energia między podstacją
a autotransformatorami przesyłana jest na poziomie napięcia 50 kV,
co znacząco zwiększa możliwości przesyłowe, a także ogranicza
występowanie spadków napięć w stosunku do systemu 1 x 25 kV,
przy korzystaniu z tego samego taboru.
Wadą tego systemu jest wprowadzanie asymetrii do układu zasila-
nia AC. W celu jej wyeliminowania należy zastosować wydzieloną linię
wysokiego napięcia dla zwiększenia mocy zwarciowej lub rozwiązania
symetryzujące (np. transformator Scotta lub filtr aktywny), co może
znacząco zwiększyć koszty inwestycyjne.
●●
Podsumowanie
Obecne uwarunkowania powodują konieczność modernizacji, w prze-
ważającej mierze wyeksploatowanej, polskiej kolejowej infrastruk-
tury energetycznej, co wymaga dużych nakładów inwestycyjnych.
Jednocześnie ze względu na regulacje międzynarodowe, w szczegól-
ności opłaty związane z emisją gazów cieplarnianych, wymuszają
wprowadzenie rozwiązań mających na celu poprawę efektywności
energetycznej. W przypadku, gdy znaczna część taboru wyposażona
jest w możliwość hamowania ze zwrotem energii do sieci trakcyjnej,
duża część energii może zostać wykorzystana poprzez zastosowanie
zasobników stacjonarnych. Jest to szczególnie uzasadnione w sytu-
acji, gdy obniża się koszt elementów zasobników, zwłaszcza super-
kondensatorów. Wobec znacznych nakładów inwestycyjnych zwią-
zanych z modernizacją podstacji trakcyjnych, na liniach mało
obciążonych warto rozważyć instalację rozwiązań pokładowych.
Montaż zasobników może również być korzystny ze względu na
wzrost cen mocy zamawianej.
Biorąc pod uwagę znaczące koszty modernizacji istniejącego sys-
temu 3 kV DC na wybranych odcinkach linii kolejowych istnieje moż-
liwość wdrożenia pilotażowego rozwiązania 2 x 25 kV. System ten
pozwoli na prowadzenie ruchu pociągów o prędkościach powyżej
220 km/h oraz towarowych z mocą lokomotyw powyżej 8 MW. Dla
parametrów ruchu pociągów poniżej limitów system jest w stanie
zapewnić zasilanie w sposób niezawodny, jednocześnie gwarantu-
jąc wzrost efektywności energetycznej w stosunku do systemu DC.
W warunkach polskich wprowadzenie nowego systemu będzie sta-
nowić duże wyzwanie dla kadry inżynierskiej oraz zespołów utrzy-
mania sieci i zasilania, z uwagi na oczywistą odmienność tego roz-
wiązania i brak doświadczeń eksploatacyjnych. Jednak zmiana ta
jest nieuchronną konsekwencją rozwoju polskiego systemu trans-
portu kolejowego.
Artykuł powstał we współpracy z:
– dr. inż. Zbigniewem Drążkiem, Zakład Trakcji Elektrycznej, Instytut
Elektroenergetyki, Politechnika Warszawska,
– dr. hab. inż. Tadeuszem Maciołkiem, Zakład Trakcji Elektrycznej,
Instytut Elektroenergetyki, Politechnika Warszawska.
Literatura
1. A. Szeląg, L. Mierzejewski, „Systemy zasilania linii kolejowych dużych
prędkości jazdy”, „TTS Technika Transportu Szynowego” 5–6/2005.
2. A. Szeląg, „Wpływ napięcia w sieci trakcyjnej 3 kV DC na parametry
energetyczno-trakcyjne zasilanych pojazdów”, Radom 2013.
3. M. Jarnut, J. Kaniewski, V. Protsiuk, „Energy storage system for peak-power
reduction of traction substation”, konferencja „Innovative Materials and
Technologies in Electrical Engineering (i-MITEL)”, 2018.
4. W. Jefimowski, „Analiza wybranych aspektów efektywności energetycznej
układu zasilania 3 kV DC zelektryfikowanej linii kolejowej”, praca doktorska,
Politechnika Warszawska, 2019.
5. A. Rojek, „Magazyn energii w układzie zasilania kolejowej trakcji
elektrycznej 3 kV DC”, Warszawa 2018.
6. M. Kroczak, „Symulacja funkcjonowania zelektryfikowanej linii kolejowej
o złożonej strukturze sieci zasilającej”, praca doktorska, Politechnika
Warszawska, 2007.
rys. W. Jefimowski
Schemat układu zasilania w systemie 2 x 25 kV [1, 6]
7
Zobacz serwis dla profesjonalistów:
128
zasilanie sieci trakcyjnych
