На магистральных железных дорогах в системах тягового электроснабжения используются тяговые подстанции (ТПС) – электроустановки, обеспечивающие преобразование электроэнергии и питание тяговых сетей, нетяговых ж.-д. потребителей и потребителей района, прилегающего к железной дороге. Тяговые подстанции различают по следующим признакам: по обслуживаемой системе электрической тяги – подстанции переменного тока, постоянного тока и стыковые; по способу управления – телеуправляемые и нетелеуправляемые; по способу обслуживания – с постоянным дежурным персоналом, с дежурством на дому, без дежурного персонала; по конструктивному исполнению – стационарные, в т. ч. комплектно-блочные, и передвижные; по способу присоединения к сети внешнего электроснабжения и назначению – опорные и промежуточные.

Внешнее электроснабжение тяговых подстанций осуществляется, как правило, от двух независимых источников, т. к. электрифицированная ж. д. относится к потребителям 1-й категории. Допускается радиальное питание тяговой подстанции от одного источника по двум ЛЭП, которые могут иметь напряжение; 10; 35; НО; 150 и 220 кВ. Линии электропередачи соединяют сеть внешнего электроснабжения с распределительными устройствами (РУ) тяговых подстанций.

-Тяговые подстанции постоянного тока в России строятся вдоль полотна железной дороги на расстоянии 5—25 км для подстанций постоянного тока и 50—80 км для подстанции переменного тока. Это расстояние зависит как от размеров движения поездов, так и от профиля пути. Получают электроэнергию от подстанций РАО «ЕЭС России» по воздушным и кабельным линиям электропередачи напряжением 10—220 кВ. Электроэнергия поступает в открытое распределительное устройство, на понижающий трансформатор. С понижающего трансформатора электроэнергия поступает на тяговый трансформатор, откуда она подаётся на преобразовательный агрегат (выпрямитель). С преобразовательного агрегата выпрямленный ток подаётся на основную и резервную системы шин и распределяется в контактную сеть через быстродействующие автоматы. В Российской Федерации номинальное напряжение выпрямленного тока железнодорожных тяговых подстанций нормируется Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации и установлено на уровне 3300В. В метро тяговые подстанции выдают напряжение 825В, а для трамваев и троллейбусов — 600В.

-Тяговые подстанции переменного тока напряжением 27,5 кВ и 2×25 кВ получают питание от сети внешнего электроснабжения 110 или 220 кВ. На ТПС 27,5 кВ (рис. 8.4, a) для преобразования трехфазного переменного тока напряжением 110 (220) кВ в однофазный 27,5 кВ преимущественно применяют трехфазные трехобмоточные трансформаторы. Тяговая обмотка такого трансформатора напряжением 27,5 кВ соединена по схеме треугольника, от двух вершин которого напряжение подается в контактную сеть, а третья присоединяется к тяговой рельсовой сети. От другой обмотки, выполненной на напряжения 6 (10) кВ или 35 кВ, получают питание районные потребители. От РУ 27,5 кВ подается питание в тяговую сеть, нетяговым ж.-д. потребителям по линиям ДПР (два провода-рельс), к трансформаторам собственных нужд, фидерам плавки гололеда на ЛЭП НО или 220 кВ; на ряде тяговых подстанций в РУ 27,5 кВ применяют устройства поперечной емкостной компенсации. На ТПС переменного тока (кроме стыковых подстанций и совмещенных с подстанциями энергосистем) РУ 27,5 кВ имеет двухфазную рабочую систему сборных шин, третья фаза понижающего трансформатора подключена к контуру заземления ТПС и рельсам подъездного пути, соединенным с воздушной отсасывающей линией. На тяговых подстанциях заземляется фаза «С» обмотки 27,5 кВ понижающего трансформатора, что учитывается схемой фазировки подстанций. На вновь сооружаемых и реконструируемых тяговых подстанциях в РУ 6; 10; 27,5 и 35 кВ применяют вакуумные выключатели.

Рис.10.4.Схемы тяговых подстанций: а - переменного тока 27,5 кВ; б – переменного тока 2*25 кВ; в – постоянного тока с питанием 110-220 кВ; l – постоянного тока с питанием 6,10 или 35 кВ; Т1, Т2 – понижающие трансформаторы, В – выпрямители; АТ – автотрансформаторы.

На ТПС системы электроснабжения 2×25 кВ (рис. 8.4,6) устанавливают однофазные трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения, понижающие напряжение ПО или 220 кВ (сеть внешнего электроснабжения) до 55 кВ.

Обмотки высшего напряжения этих трансформаторов соединены по схеме открытого треугольника. Обмотки для питания тяги имеют по три вывода. Напряжение между крайними выводами составляют 55 кВ, между крайними и средними – 27,5 кВ. Средние выводы обмоток трансформаторов электрически объединены и присоединены к тяговому рельсу, крайние – к РУ 2×25 кВ открытого исполнения, содержащему четыре рабочие и две запасные (обходные) шины. От рабочих шин РУ 2 х 25 кВ, соединяемых с крайними выводами тяговой обмотки трансформатора, отходят фидеры контактной сети.

Как правило, на всех ТПС переменного тока 2 х 25 кВ кроме двух рабочих трансформаторов устанавливают третий (резервный) трансформатор. Для питания районных потребителей предусматриваются отдельные трехфазные трансформаторы, преобразующие напряжение 110 и 220 кВ в напряжение 6 (10) или 35 кВ.

Распределительные устройства 27,5 кВ и 2 х 25 кВ сооружают индустриальными методами с применением блоков КРУН или комплектно-блочных устройств.