В систему электроснабжения (ЭС) электрифицированных железных дорог входят: устройства внешней части, включающие электростанции (тепловые, гидравлические, атомные), районные трансформаторные подстанции, сети и линии электропередачи (ЛЭП); тяговая часть, состоящая из тяговых подстанций и электротяговой сети (рис. 8.1). Электротяговая сеть, в свою очередь, состоит из контактной и рельсовой сетей, питающих и отсасывающих линий (фидеров).
На электрифицированных отечественных железных дорогах применяются две системы электрической тяги: постоянного тока с номинальным напряжением в тяговой сети 3 кВ и переменного однофазного тока промышленной частоты (50 Гц) с номинальным напряжением 25 кВ. Однако и в том, и в другом случаях в подвижном составе используют тяговые двигатели постоянного тока. Электроподвижной состав электрифицированных железных дорог получает электроэнергию от энергосистемы общего пользования. Принципиальная схема систем питания электрифицированных железных дорог приведена на рис. 8.2.
В системе постоянного тока трехфазный ток напряжением 6, 10, 35, 110 или 220 кВ поступает от электрических сетей энергосистемы на тяговые подстанции, где трансформируется, выпрямляется и уже постоянный ток напряжением 3 кВ подается в контактную сеть. Низкое напряжение в контактной сети ограничивает расстояние между тяговыми подстанциями до 20 км, а на особо грузонапряженных участках — до 15—18 км. Увеличивается площадь сечения медных проводов контактной сети до 400—600 кв. мм в связи с большой мощностью электровозов и низким напряжением.
Система однофазного переменного тока промышленной частоты получила более широкое распространение во всем мире в связи с ее преимуществами по сравнению с системой постоянного тока: потери энергии в тяговой сети при одной и той же мощности электровоза снижается в 11 раз, падение напряжения в контактной сети — в 3,3 раза, а расстояние между тяговыми подстанциями увеличивается в 2 раза. Однако конструкция электровозов, работающих от системы переменного тока, значительно сложнее, чем электровозов постоянного тока.