Электроснабжение и электропитание нетяговых потребителей железнодорожного транспорта

 

А. В. Крюков, В. П. Закарюкин 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ  
НЕТЯГОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ 
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО 
ТРАНСПОРТА 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Москва 
Берлин 
2020 

УДК 621.316.174:629.4(075) 
ББК 39.217я7 
К85 

Рецензенты: 
Шульгин М. С. — канд. техн. наук, магистр техники и технологии, 
ведущий инженер службы технической политики 
Восточно-Сибирской железной дороги — филиала ОАО «РЖД»; 
Сенько В. В. — канд. техн. наук, доцент кафедры «Автоматизированные 
электроэнергетические системы» Самарского государственного 
технического университета 

Крюков, А. В. 
 
 
Электроснабжение и электропитание нетяговых потребителей 
железнодорожного транспорта : учебное пособие / А. В. Крюков, 
В. П. Закарюкин. — Москва ; Берлин: Директ-Медиа, 2020. — 293 с. 

ISBN 978-5-4499-1231-2 

В учебном пособии даны общие сведения о системах электроснабжения 
железных дорог, приведено описание систем тягового электроснабжения постоянного и переменного тока, сформулированы требования к надежности обеспечения потребителей электроэнергией.  
Основная часть пособия посвящена вопросам построения систем электроснабжения и электропитания нетяговых потребителей железных дорог и основному электрооборудованию, применяемому в стационарной электроэнергетике 
железнодорожного транспорта. Пособие содержит описания систем электроснабжения объектов железнодорожного транспорта и сведения о высоковольтных и 
низковольтных сетях, а также об электрооборудовании, применяемом при их построении. 
Пособие предназначено студентам, обучающимся по специальности «Системы обеспечения движения поездов», специализация «Электроснабжение железных дорог». 
Пособие может быть полезным студентам технических вузов, выбравшим 
направление подготовки «Электроэнергетика и электротехника». 
Текст приводится в авторской редакции. 

УДК 621.316.174:629.4(075) 
ББК 39.217я7

ISBN 978-5-4499-1231-2
© Крюков А. В., Закарюкин В. П., текст, 2020
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2020

К85

СОДЕРЖАНИЕ 

Основные термины и определения .................................................................................... 5 
Список сокращений ................................................................................................................ 9 
Введение .................................................................................................................................... 13 
1. Общие принципы электроснабжения ........................................................................ 15 
Контрольные вопросы .................................................................................. 26 
2. Источники электроэнергии ............................................................................................ 27 
2.1. Традиционные источники энергии ....................................................... 27 
2.2. Генераторы электростанций .................................................................. 44 
2.2.1. Синхронные генераторы ............................................................................ 44 
2.2.2. Асинхронизированные генераторы электростанций ....................... 46 
Контрольные вопросы .................................................................................. 48 
3. Общая характеристика систем электроснабжения ............................................... 49 
3.1. Системы электроснабжения нетяговых потребителей 
железнодорожного транспорта ............................................................................ 49 
3.2. Требования, предъявляемые к системам электроснабжения ............. 56 
Контрольные вопросы .................................................................................. 60 
4. Характеристики потребителей ..................................................................................... 61 
4.1. Классификация электроприемников .................................................... 61 
4.2. Характеристики общепромышленных электроприемников .............. 67 
4.3. Характеристики нетяговых потребителей ........................................... 70 
4.4. Уровни систем электроснабжения ....................................................... 74 
Контрольные вопросы .................................................................................. 76 
5. ОБщие сведения о системах электроснабжения железных дорог ................... 77 
5.1. История электрификации железных дорог .......................................... 77 
5.2. Общие сведения об электрических железных дорогах мира ............. 81 
5.3. Преимущества электрифицированных железных дорог .................... 82 
5.4. Разновидности систем электрической тяги ......................................... 84 
5.5. Система тягового электроснабжения постоянного тока .................... 85 
5.6. СТЭ переменного тока промышленной частоты ................................ 88 
5.7. Автотрансформаторные СТЭ переменного тока ................................ 91 
5.8. Системы тягового электроснабжения переменного 
тока пониженной частоты .................................................................................... 93 
5.9. Схемы подключения тяговых подстанций к внешнему 
электроснабжению ................................................................................................ 97 
Контрольные вопросы ................................................................................ 101 
6. Электроснабжение предприятий железнодорожного транспорта................. 102 
6.1. Схемы электроснабжения предприятий железнодорожного 
транспорта ............................................................................................................ 102 
6.2. Центр электрического питания ........................................................... 107 
6.2.1. Главная понизительная подстанция ..................................................... 108 
6.2.2. Центральный распределительный пункт ........................................... 114 

6.2.3. Структура высоковольтной распределительной сети ................... 115 
6.2.4. Конструктивное исполнение высоковольтной 
распределительной сети ..................................................................................................... 120 
6.3. Цеховые электрические сети ............................................................... 141 
6.3.1. Режимы нейтрали сетей до 1000 В ....................................................... 142 
6.3.2. Структура низковольтной сети .............................................................. 146 
6.3.3. Конструктивное исполнение низковольтных сетей ....................... 150 
Контрольные вопросы ................................................................................ 197 
7. Электроснабжение нетяговых потребителей на перегонах ............................. 199 
7.1. Электроснабжение линейных потребителей ..................................... 199 
7.2. Электроснабжение устройств СЦБ .................................................... 202 
7.3. Конструктивное исполнение ВЛ СЦБ ................................................ 212 
7.4. Конструктивное исполнение линий продольного 
электроснабжения ............................................................................................... 218 
7.5. Новые подходы к секционированию ВЛ СЦБ и ПЭ ......................... 224 
7.6. Использование ВЛ продольного электроснабжения в качестве 
направляющих линий поездной радиосвязи .................................................... 228 
Контрольные вопросы ................................................................................ 232 
8. Графики электрических нагрузок.............................................................................. 233 
8.1. Вводные замечания .............................................................................. 233 
8.2. Графики электрических нагрузок ....................................................... 233 
8.3. Представление нагрузки в виде случайного процесса ..................... 237 
8.4. Представление нагрузок случайными величинами .......................... 240 
8.5. Показатели, характеризующие графики нагрузок ............................ 243 
Контрольные вопросы ................................................................................ 251 
9. Методика выполнения расчетов электрических нагрузок ............................... 252 
9.1. Расчетные нагрузки для выбора элементов СЭС .............................. 252 
9.2. Расчет электрических нагрузок по методике 
РТМ-36.18.32.4-92 ............................................................................................... 257 
9.3. Определение электрических нагрузок на различных стадиях 
проектирования .................................................................................................... 262 
9.4. Порядок выполнения расчетов для различных уровней системы 
электроснабжения ............................................................................................... 263 
9.5. Расчет электрических нагрузок для питающих сетей 
напряжением до 1 кВ с учетом постоянной времени нагрева 
проводников ......................................................................................................... 272 
9.6. Определение расчетных электрических нагрузок 
от однофазных электроприемников .................................................................. 277 
9.7. Определение пиковых нагрузок ......................................................... 283 
9.8. Определение расходов электроэнергии ............................................. 286 
Библиографический список ............................................................................................. 288 
 

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

Абонент энергоснабжающей организации — потребитель электрической 
энергии, энергоустановки которого присоединены к сетям энергоснабжающей 
организации. 
Внутрицеховая подстанция — подстанция, расположенная внутри производственного здания (открыто или в отдельном закрытом помещении). 
Главная понизительная подстанция — трансформаторная подстанция на 
напряжение 35…220 кВ, получающая питание непосредственно от энергоснабжающей организации и распределяющая электроэнергию на более низком 
напряжении по всему предприятию или его отдельной части. 
График нагрузки (нагрузочная диаграмма) — диаграмма, показывающая 
изменение нагрузок за определенный промежуток времени. 
Источник питания — распределительное устройство генераторного 
напряжения электростанции или распределительное устройство вторичного 
напряжения понизительной подстанции энергосистемы или подстанции 
35…220 кВ промышленного предприятия, к которому присоединены распределительные сети предприятия. 
Независимый источник питания электроприемника или группы электроприемников — источник питания, на котором сохраняется напряжение в 
пределах, регламентированных для послеаварийного режима, при исчезновении 
его на других источниках питания этих электроприемников.  
Подстанция — электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств, систем управления и 
вспомогательных сооружений. В зависимости от преобладания той или иной 
функции подстанций они называются трансформаторными или преобразовательными. 
Подстанция глубокого ввода — подстанция на напряжение 35…220 кВ, 
выполненная по упрощенным схемам коммутации на первичном напряжении, 
получающая питание непосредственно от энергосистемы или от узловой распределительной подстанции данного предприятия и предназначенная для питания отдельного объекта или блока цехов предприятия. 
Получасовой максимум — активная нагрузка, являющаяся максимальной 
из средних 30-минутных нагрузок наиболее загруженной смены промышленного предприятия. 
Послеаварийный режим — режим, возникающий после отключения поврежденного элемента системы электроснабжения, продолжающийся до восстановления нормального режима, но не более суток. 
Потенциал энергосбережения — реальный объем энергии, который возможно экономить при полном использовании имеющихся ресурсов с помощью 
проведения специальных мероприятий. 
Потери активной мощности — активная мощность, расходуемая в элементах электрической сети. 

Потребитель электрической энергии — группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории. 
Приемник электрической энергии (электроприемник) — аппарат, агрегат, 
механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. 
Приемный пункт (или пункт приема) электроэнергии — электроустановка, на которую поступает электроэнергия на предприятие от внешнего источника питания. В зависимости от потребляемой мощности и от удаленности от 
источника питания пунктами приема электроэнергии могут быть следующие: 
• присоединение — ответвление от сборных шин или отпайка от линии, 
предназначенное для питания какого-либо потребителя или подстанции; 
• распределительный пункт — распределительное устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении 
без преобразования и трансформации, не входящее в состав подстанции. 
Расчетная нагрузка по допускаемому нагреву — неизменная во времени 
30-минутная нагрузка, которая вызывает такой же нагрев проводников сети или 
тепловой износ изоляции, как и реальная переменная во времени нагрузка. 
Система электропитания — совокупность электроустановок, предназначенных для преобразования параметров электроэнергии первичного источника 
к виду, удобному потребителю, и для распределения преобразованной энергии 
между отдельными электроприемниками. 
Система электроснабжения — совокупность взаимосвязанных энергоустановок, осуществляющих электроснабжение района, города, предприятия. 
Структура электропотребления — долевое распределение суммарного 
электропотребления по типам потребителей. 
Топливно-энергетический баланс выражает полное количественное соответствие за определенный интервал времени между расходом и приходом энергии и топлива всех видов в энергетическом хозяйстве, включая изменение 
запасов топливно-энергетических ресурсов.  
Узловая распределительная подстанция — центральная подстанция 
предприятия на напряжение 110…500 кВ, получающая электроэнергию от ЭСО 
и распределяющая ее (без трансформации или с частичной трансформацией) по 
подстанциям глубоких вводов 35…220 кВ, расположенным на территории 
предприятия. 
Холодный резерв — полностью смонтированное электрооборудование 
(трансформатор, линия и т. п.), но отключенное в нормальном режиме работы 
схемы электроснабжения. 
Централизованное электроснабжение — электроснабжение потребителей от энергосистемы. 
Централизованный (складской) резерв — электрооборудование, полностью подготовленное к установке на место, находящееся в складе или на другом центральном пункте. 

Центральный (главный) распределительный пункт — распределительный пункт, получающий питание непосредственно от ЭСО или заводской станции при напряжении 6…20 кВ и распределяющий его на том же напряжении по 
всему предприятию или на отдельной его части. 
Электрическая нагрузка — мощность, потребляемая электроустановкой в 
определенный момент времени. 
Электрическая сеть — совокупность электроустановок для передачи и 
распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории. 
Электрическая энергия — форма энергии движущихся электронов или 
распределения электрического заряда в пространстве. 
Электробаланс предприятия — система показателей, характеризующих 
равновесие в процессах электропотребления. Определяет соответствие количества электроэнергии, поступающей от энергоснабжающей организации и собственных источников потребителя, количеству электроэнергии, потребляемому 
электроприемниками, с учетом потерь и отпуска другим потребителям. 
Электрооборудование — совокупность электротехнических устройств и 
(или) изделий. 
Электроснабжение — обеспечение потребителей электрической энергией. 
Электротехнические устройства — устройства, в которых при их работе производится, преобразуется, передается и распределяется электрическая 
энергия. 
Электроустановка — установка, предназначенная для производства или 
преобразования, передачи, распределения или потребления электрической 
энергии. 
Электрохозяйство предприятия — совокупность генерирующих, преобразующих, передающих электроустановок, посредством которых осуществляется 
снабжение 
предприятия 
электроэнергией 
и 
ее 
эффективное 
использование в процессе производства. Включает в себя систему электроснабжения, силовое электрооборудование и автоматизацию, электроосвещение, эксплуатацию и ремонт. 
Электроэнергетическая система — электрическая часть энергосистемы 
и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии. 
Энергетическая система (энергосистема) — совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных 
общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и 
распределения электрической энергии и теплоты при общем управлении этим 
режимом. 
Энергетический паспорт промышленного потребителя топливноэнергетических ресурсов — нормативный документ, отражающий баланс 

потребления и содержащий показатели эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в процессе хозяйственной деятельности объектами 
производственного назначения, а также содержащий энергосберегающие мероприятия. 
Энергопотребление — физическая величина, отражающая количество потребляемого хозяйственным субъектом энергоресурса определенного качества. 
Используется для расчета показателей энергоэффективности. 
Энергосбережение — реализация правовых, организационных, научных, 
производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. 
Эффективное использование электроэнергии — достижение технически 
возможной и экономически оправданной эффективности использования электроэнергии при существующем уровне развития технологии и одновременном 
снижении техногенного воздействия на окружающую среду. 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

АВР — автоматический ввод резервного питания 

АПВ — автоматическое повторное включение 

АПШ — полуавтоматический шлагбаум 

АРВ — автоматический регулятор возбуждения  

АСКУЭ — автоматизированная система контроля и учета электропотребления 

АСТГ — асинхронизированный турбогенератор 

АТ — автотрансформатор 

АЭД — асинхронный электродвигатель 

АЭС — атомная электростанция 

БСК — батарея статических конденсаторов 

ВВ ЭП — высоковольтные электроприемники 

ВВЭР — водо-водяной энергетический реактор 

ВЛ — воздушная линия электропередачи 

ВЛИ — воздушные линии с изолированными проводами 

ВН — высшее напряжение 

ВРУ — вводно-распределительное устройство 

ВУ — вводное устройство 

ВЭУ — ветроэнергетическая установка 

ГеоТЭС — геотермальная электростанция 

ГПП — главная понизительная подстанция 

ГРП — главный распределительный пункт 

ГТУ — газотурбинная установка 

ГЭН — график электрических нагрузок 

ГЭС — гидравлическая электростанция 

ДГУ — дизельная генераторная установка 

ДПР — линия электропередачи «два провода — рельс» 

ДЭС — дизельная электростанция 

ЖД — железная дорога 

ИБП — источник бесперебойного питания 

ИЭЭС ААС — интеллектуальная ЭЭС с активно-адаптивной сетью 

ИП — источник питания 

КБ — конденсаторная батарея 

КЗ — короткое замыкание 

КЛ — кабельная линия 

КПД — коэффициент полезного действия 

КРУ — комплектное распределительное устройство 

КРУН — комплектное распределительное устройство наружной установки 

КС — контактная сеть 

КТП — комплектная трансформаторная подстанция 

КТПН — комплектная трансформаторная подстанция наружной установки 

КТСМ — комплекс технических средств модернизации 

КЭС — конденсационная электростанция 

ЛТ — линейный трансформатор 

ЛЭП — линия электропередачи 

ММО — многогранная металлическая опора 

МПЗ — межподстанционная зона 

МТЗ — максимальная токовая защита 

НВ — нейтральная вставка 

НВ ЭП — низковольтные электроприемники 

НК — никель-кадмиевый 

НН — низшее напряжение 

НП — нетяговый потребитель 

ОВ — обмотка возбуждения 

ОРУ — открытое распределительное устройство 

ОУ — осветительная установка 

ПВ — продолжительность включения 

ПГВ — подстанция глубокого ввода 

ПГУ — парогазовая установка 

ПКР — повторно-кратковременный режим 

ПКЭ — показатели качества электроэнергии 

ПП — питающий провод 

ПСт — подстанция 

ПС — пост секционирования 

ПУЭ — правила устройства электроустановок 

ПЭ — продольное электроснабжение 

РГ — установка распределенной генерации 

РМ — реактивная мощность 

РОУ — редукционно-охладительное устройство 

РП — распределительный пункт 

РПН — регулирование напряжения под нагрузкой 

РУ — распределительное устройство 

РЭН — расчет электрических нагрузок 

РЭС — район электроснабжения нетяговых потребителей 

СГ — синхронный генератор 

СБП — система бесперебойного питания 

СВЭ — система внешнего электроснабжения 

СИП — самонесущие изолированные провода 

СН — среднее напряжение 

СПС — силовые питающие сети 

СПЭ — сшитый полиэтилен 

СРС — силовые распределительные сети 

СТЭ — система тягового электроснабжения 

СЦ — серебряно-цинковый 

СЭЖД — система электроснабжения магистральной железной дороги 

СЭП — система электропитания 

СЭС — система электроснабжения 

ТОУ — токоограничивающее устройство 

ТП — тяговая подстанция 

ТрП — трансформаторная подстанция 

ТСН — трансформатор собственных нужд 

ТЭД — тяговый электродвигатель 

ТЭО — технико-экономическое обоснование  

ТЭР — топливно-энергетические ресурсы 

ТЭС — тепловая электростанция 

ТЭЦ — теплоэлектроцентраль 

УБП — устройство бесперебойного питания 

УДП — устройство дистанционного питания 

УЗО — устройство защитного отключения 

УРП — узловая распределительная подстанция 

ЦРП — центральный распределительный пункт 

ШМА — магистральный шинопровод 

ШРА — распределительный шинопровод 

ЩК — щиток кроссировочный 

ЭДС — электродвижущая сила 

ЭН — электрическая нагрузка 

ЭП — электроприемник  

ЭПС — электроподвижной состав 

ЭС — электрическая станция 

ЭСО — энергоснабжающая организация 

ЭЭ — электроэнергия 

ЭЭС — электроэнергетическая система 

VPP — virtual power plant