Rautateiden sähköistys

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 23. maaliskuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 56 muokkausta .

Rautatien sähköistys  on joukko toimenpiteitä, jotka suoritetaan rataosuudella , jotta sillä voidaan käyttää sähköistä liikkuvaa kalustoa: sähköveturit (pitkän matkan matkustaja- ja tavarajunien kuljetukseen ) , sähköosuuksia tai sähköjunia (esikaupunkien tai nopeiden matkustajien kuljetukseen ) junat).

Sähköistysjärjestelmät

Sähköistysjärjestelmät voidaan luokitella:

Käytä yleensä tasa- tai yksivaiheista vaihtovirtaa . Tässä tapauksessa kiskorata toimii yhtenä johtimista.

Kolmivaihevirran käyttö edellyttää vähintään kahden ajojohtimen ripustamista, jotka eivät saa koskea missään olosuhteissa (kuten raitiovaunu ), ilmanuolet ja virrankerääjät ovat monimutkaisia. Sitä käytettiin XIX-luvun lopulla - XX-luvun alussa, tämä järjestelmä ei juurtunut pääasiassa virrankeräyksen vaikeuden vuoksi suurilla nopeuksilla [1] . Kolmivaiheinen sähköistys on säilynyt 2000-luvulla teknisenä jäännöksenä joillakin turisteja kuljettavilla hammastankoradoilla , kuten Jungfrau-rautatiellä .

Tasavirtaa käytettäessä verkon jännite tehdään melko alhaiseksi (3 kV asti), jotta sähkömoottorit voidaan käynnistää suoraan. Vaihtovirtaa käytettäessä valitaan paljon suurempi jännite (välillä 10-25 kV), koska sähköveturissa se voidaan helposti laskea muuntajan avulla .

Jännitestandardit

Kuusi yleisintä ajojohtojännitettä - 600, 750, 1500 ja 3000 V DC , 15 ja 25 kV AC - sisältyvät kansainvälisiin (IEC 60850) [2] ja eurooppalaisiin (EN 50163) [3] standardeihin.

sähköistysjärjestelmät Jännite
Min. hyväksyttäväksi Min. työskentelee Arvioitu Max. työskentelee Max. hyväksyttäväksi
600 V 400 V 400 V 600 V 720 V 800 V
750 V 500 V 500 V 750 V 900 V 1000 V
1500 V 1000 V 1000 V 1500 V 1.800 V 1.950 V
3 kV 2 kV 2 kV 3 kV 3,6 kV 3,9 kV
15 kV 16,7 Hz 11 kV 12 kV 15 kV 17,25 kV 18 kV
25 kV 50 Hz (EN 50163),
60 Hz (IEC 60850) 		17,5 kV 19 kV 25 kV 27,5 kV 29 kV

DC-järjestelmä

Veturin sähkölaitteiden yksinkertaisuus, jolla on hyperbolinen vetoominaisuus, pieni ominaispaino ja korkea hyötysuhde, johti tämän järjestelmän laajaan käyttöön sähköistyksen alkuvaiheessa.

Tasasähköistyksen haittana on suhteellisen alhainen jännite kosketusverkossa, joten saman tehon siirtämiseen tarvitaan useita kertoja enemmän virtaa korkeamman jännitteen vaihtovirtajärjestelmiin verrattuna. [huom. 1] Suuret virrat rajoittavat tasavirtavetureiden mahdollista maksimitehoa ja niiden määrää työmaalla. Tämä pakottaa:

Napaisuus

Tasavirralla sähköistetyillä rautateillä, samoin kuin raitiovaunuissa ja metrossa kontaktiverkon positiivinen napaisuus otetaan käyttöön : "plus" syötetään ajojohtimeen ( kosketinkisko ) ja "miinus" kiskoille . Positiivista napaisuutta käytetään vähentämään putkilinjojen ja muiden rautateiden lähellä sijaitsevien metallirakenteiden sähkökemiallista korroosiota .

Koska kiskot ovat paluujohdin ja niitä on käytännössä mahdotonta eristää maasta, osa vetovirrasta haarautuu. Näitä virtoja kutsutaan " hajavirroiksi ". Hajavirtojen suuntaa on lähes mahdotonta ennustaa. Vaeltavat virrat eivät kulje pelkästään maassa, vaan myös erilaisten matkalla kohtaamien maanalaisten rakenteiden metalliosien läpi.

Vyöhykkeitä, joissa hajavirrat virtaavat kiskoista tai muista maanalaisista rakenteista maahan, kutsutaan yleisesti anodivyöhykkeiksi , ja vyöhykkeitä, joissa hajavirrat tulevat kiskoille tai muihin maanalaisiin rakenteisiin maasta, kutsutaan yleisesti katodivyöhykkeiksi . Koska metallin (kisko, putki) ja maan välillä on potentiaaliero , näillä vyöhykkeillä tapahtuu elektrolyysiä ja metallin sähkökemiallista korroosiota .

Kuvassa on sähköistetty rautatie, jolla on positiivinen napaisuus.

Sähköveturin pyörien alle muodostetaan anodivyöhyke ja läheiseen putkilinjaan katodivyöhyke (kuvan vasen puoli). Anodi- ja katodivyöhykkeiden risteyksissä olevia vyöhykkeitä kutsutaan vuorotteleviksi , niissä olevat potentiaalit voivat muuttaa napaisuuttaan. Myös anodi- ja katodivyöhykkeet muodostetaan lähelle veto-asemaa (kuvan oikea puoli). Kiskot syöpyvät voimakkaimmin sähköveturin pyörien alla ja maanalaiset rakenteet - vetoasemilla.

Kuvan vasemmalla puolella kuvatut anodi- ja katodivyöhykkeet ovat kuitenkin "liikkuvia" eli varsinaisesti merkkimuutoksia ja näillä vyöhykkeillä tapahtuva elektrolyysi on lyhytkestoista. Kuvan oikealla puolella kuvatut anodi- ja katodivyöhykkeet ovat "liikkumattomia", sijaitsevat lähellä vetovoima -asemia ja niissä havaitaan eniten sähkökemiallista korroosiota. Siellä sijaitsevat vastaavasti katodisuojausasemat .

Jos kontaktiverkolla olisi negatiivinen napaisuus (eli "miinus" syötettäisiin ajolangalle), niin rautatien vieressä kulkevat putkistot edustaisivat lähes jatkuvaa anodivyöhykettä ja maanalaisia ​​rakenteita koskevia suojatoimenpiteitä olisi koko rautatien varrella, mikä olisi verrattoman kalliimpaa.

Sovellus

Venäjän ja entisen Neuvostoliiton maiden rautateillä käytetään tasavirtajärjestelmällä sähköistetyissä osissa 3000 V jännitettä . 1930-1950-luvuilla. Neuvostoliitossa jotkin esikaupunkiosat sähköistettiin 1500 V:iin, sitten ne siirrettiin 3000 V:iin. Neuvostoliitossa tehtiin 1970-luvun alussa käytännön tutkimuksia Transkaukasian rautatiellä , jossa oli mahdollisuus sähköistää tasavirralla jännitteellä 6000 V järjestelmää pidettiin kuitenkin lupaamattomana, ja jatkossa kaikki uudet osat sähköistettiin 25 kilovoltin vaihtovirralla.

IVY:n raitiovaunut ja johdinautot toimivat 550 V tasavirralla, CIS- metro 750 [4] V tasavirralla.

Teolliset DC-sähköveturit toimivat alle 3 kV sähköjännitteellä, esimerkiksi EL21 -sähköveturi  on 1,5 kV ja sähköveturi II-KP4 valmistettiin eri versioina - 220, 550 tai 600 volttia.

Veturijärjestelmät

Reostaatti-kontaktori ohjausjärjestelmä

Tässä järjestelmässä DC- ajomoottorit syötetään suoraan kontaktiverkosta. Käynnistys ja säätö suoritetaan kytkemällä reostaatteja , järjestämällä moottoreita uudelleen (sarja-, sarja-rinnakkais- ja rinnakkaiskytkentä) ja heikentämällä viritystä.

Kaikissa Neuvostoliiton sähkövetureissa ja sähköjunissa vetomoottorit on suunniteltu 1500 V:n jännitteelle, joten ne on aina kytketty pareittain sarjaan (kontaktiverkon jännite on 3000 V). Tosiasia on, että jos yrität tehdä 3000 V sähkömoottorin, jonka teho on yhtä suuri kuin 1500 V sähkömoottori, niin korkeajännitemoottorin massa ja mitat ovat suuremmat kuin pienjännitemoottorin.

Apusähkömoottorit (kompressorikäyttö, puhaltimet jne.) saavat yleensä myös virran suoraan kontaktiverkosta, joten ne osoittautuvat erittäin suuriksi ja painaviksi. Joissakin tapauksissa käytetään pyöriviä tai staattisia muuntimia niiden virransyöttöön (esimerkiksi sähköjunissa ER2T , ED4M , ET2M käytetään moottorigeneraattoria, joka muuntaa tasavirran 3000 V kolmivaiheiseksi 220 V 50 Hz).

Impulssisäätö

Viime vuosikymmeninä pulssisäätö on yleistynyt , mikä mahdollistaa reostaattien energiahäviöiden välttämisen.

Invertteripiiri

Vuonna 2010 DC-sähköveturien 2ES10 - 3ES10 "Granit" tuotanto aloitettiin Venäjällä . Asynkroniset ajomoottorit saavat tehonsa vaihtosuuntaajien kolmivaiheisesta vaihtovirrasta .

Alennettu taajuus AC-järjestelmä

Useissa Euroopan maissa (Saksa, Sveitsi jne.) käytetään yksivaiheista 15 kV 16⅔ Hz vaihtovirtajärjestelmää ja USA:ssa vanhoilla linjoilla 11 kV 25 Hz. Alennettu taajuus mahdollistaa AC-harjattujen moottoreiden käytön . Moottorit syötetään suoraan muuntajan toisiokäämistä ilman muuntajia. Apusähkömoottorit (kompressorille, puhaltimille jne.) ovat myös yleensä keräilijöitä, jotka saavat tehonsa erillisestä muuntajakäämityksestä. Matalataajuisella vaihtovirralla varustetuissa kommutaattorimoottoreissa on parempi kommutointi verrattuna tehon taajuussyöttöön.

Järjestelmän etuna on kontaktiverkon täydellinen irrottaminen syöttöverkosta, koska umformereja käytetään taajuuden muuntamiseen . Tästä tulee toinen etu - vaiheepätasapainon vaaraa ei ole (umformer-moottori saa virtansa kolmivaihevirrasta ja generaattori tuottaa yksivaihevirtaa). Kolmas etu on huomattavasti pienemmät induktiiviset häviöt.

Järjestelmän haittana on tarve muuntaa sähköasemien virran taajuutta tai erillisten voimalaitosten rakentaminen rautateitä varten.

Tämä järjestelmä ilmestyi 1910-luvulla tahattomasti, koska häviöt olivat korkeat tasavirralla , ja sen ajan tekninen taso ei sallinut teollisen taajuuden vaihtovirtajärjestelmän toteuttamista.

Euroopassa 16⅔ Hz:n taajuus valittiin, koska se on 1/3 50 Hz:stä, mikä mahdollistaa perinteisten kolmivaiheisten 50 Hz koneiden käytön modifioidulla käämiliitännällä umformer- generaattoreissa.

Yhdysvalloissa 25 Hz on tekninen jäänne: tämä oli vaihtovirran taajuus ennen verkkojen siirtymistä 60 Hz:iin 1900-luvun alussa.

Puolijohdetekniikan kehitys on johtanut siihen, että puolijohdetasasuuntaajista syötettyjä tasavirta- ( sykkivä ) kollektorimoottoreita on käytetty matalataajuisissa vaihtovirtasähkövetureissa , ja 1900-luvun lopusta lähtien asynkronisia vetomoottoreita on käytetty. on käytetty esimerkiksi IORE-sähkövetureita . Siten nykyaikaisilla matalataajuisilla vaihtovirtasähkövetureilla ei ole perustavanlaatuisia eroja teollisuustaajuisiin vaihtovirtasähkövetureihin verrattuna.

Tehotaajuus AC-järjestelmä

Teollisuuden taajuusvirran käyttö on taloudellisinta, mutta sen toteuttaminen on kohdannut monia vaikeuksia. Aluksi käytettiin kollektori-AC-moottoreita, jotka muuntavat moottorigeneraattoreita (yksivaiheinen synkroninen moottori plus tasavirtageneraattori, josta DC-ajomoottorit toimivat), pyöriviä taajuusmuuttajia (joka antoi virran asynkronisille vetomoottoreille). Teollisuustaajuusvirralla toimivat kollektorisähkömoottorit eivät toimineet hyvin, ja pyörivät muuntimet olivat liian raskaita ja epätaloudellisia.

Kuitenkin 1920-luvun lopulla Neuvostoliitossa , kun he olivat juuri alkaneet sähköistää Suramsin solaa , monet asiantuntijat[ kuka? ] tiesivät hyvin, että jatkossa tasavirtasähköveto 3 kV:n nimellisjännitteellä ei mahdollistaisi ratojen kantokyvyn lisäämisen järkevää ratkaisua junien painoa ja nopeutta lisäämällä. Yksinkertaisimmat laskelmat osoittivat, että kun 10 000 tonnia painavaa junaa ajetaan 10 ‰ nousulla nopeudella 50 km/h, sähkövetureiden vetovirta olisi yli 6 000 A, mikä vaatisi poikkileikkauksen lisäämistä. ajojohtimia sekä erittäin usein ajoasemien sijaintia. Verrattuaan noin kahtasadaa vaihtoehtoa virran ja jännitearvojen yhdistelmille päätettiin, että paras vaihtoehto on sähköistys tasa- tai vaihtovirralla (50 Hz) jännitteellä 20 kV. Ensimmäistä järjestelmää ei tuolloin testattu missään päin maailmaa, ja toista tutkittiin hyvin vähän, joten ensimmäisessä koko unionin rautateiden sähköistämiskonferenssissa päätettiin rakentaa koepaikka sähköistetty vaihtovirralla (50 Hz) 20 kV jännitteellä. Vuonna 1938 rakennettiin OR22 -sähköveturi, jossa oli sytytystasasuuntaaja ja kontaktiton portaaton vaihesäätö muuttamalla sytytysajoitusta . Sen testaus päättyi sodan alkamiseen vuonna 1941, mutta tulokset olivat erittäin positiivisia, ja kytkentäkaavio (jossa jännitteensäätö matalalla puolella) oli niin onnistunut, että sitä käytettiin suunniteltaessa suurinta osaa Neuvostoliiton vaihtovirtasähköistä. veturit.

Teollisen taajuuden (25 kV 50 Hz) yksivaihevirtajärjestelmää alettiin käyttää laajalti vasta sen jälkeen, kun Ranskassa 1950-luvulla luotiin sähköveturit staattisilla elohopeatasasuuntaajilla ( ignitrons ; myöhemmin ne korvattiin nykyaikaisemmilla piitasasuuntaajilla  - ympäristöllisistä ja taloudellisista syistä); sitten tämä järjestelmä levisi moniin muihin maihin.

Kun kuljettaja ja avustaja istuivat elohopeatasasuuntaajilla varustetun sähköveturin VL60 (tai VL80 , F , VL41 , VL61 ) ohjaamossa , heillä oli aina mukana kaasunaamarit , joissa oli erityinen elohopeahöyryä imevä suodatinlaatikko . Onnettomuuden sattuessa (ignitron-rungon palaminen) piti pukea kaasunaamari, avata ohjaamon sivuikkunat, sammuttaa viallinen ignitron ja ajaa juna lähimmälle asemalle kaasunaamarissa. .

Tasasuunnattaessa yksivaihevirtaa se ei ole tasavirtaa, vaan sykkivää , joten käytetään erityisiä sykkiviä virtamoottoreita ja piiriin tuodaan tasoitusreaktoreita (kuristimia), jotka vähentävät virran aaltoilua ja jatkuvaa herätteen vaimennusta. vastukset, jotka on kytketty rinnakkain moottoreiden virityskäämien kanssa ja ohittavat sykkivän virran vaihtokomponentin, mikä aiheuttaa vain käämin tarpeetonta kuumenemista.

Apukoneiden ohjaamiseen käytetään joko sykkiviä virtamoottoreita, jotka saavat virtansa erillisestä vetomuuntajan käämityksestä (apukäämitys) tasasuuntaajan kautta, tai teollisia asynkronisia sähkömoottoreita, jotka saavat voimansa vaiheenjakajalla (tätä kaaviota käytettiin OP22:ssa ja levisi myöhemmin ranskalaisille, amerikkalaisille ja neuvostoliittolaisille sähkövetureille) tai vaiheensiirtokondensaattoreita (käytetään erityisesti venäläisissä sähkövetureissa VL65 , EP1 , 2ES5K ).

Järjestelmän haittoja ovat merkittävät sähkömagneettiset häiriöt viestintälinjoille sekä ulkoisen tehojärjestelmän vaiheiden epätasainen kuormitus. Vaiheiden kuormituksen tasaisuuden lisäämiseksi kontaktiverkossa vaihdetaan eri vaiheisia osia ; Niiden väliin on järjestetty neutraaleja osia  - lyhyitä, useita metrejä, kosketusverkoston osia, joiden kautta liikkuva kalusto kulkee virroittimien ollessa alhaalla, rannikolla , jotta virroitin ei muodosta siltaa korkean lineaarisen (interfaasin) alla olevien osien välillä. jännite siirtymähetkellä johdosta johtoon. Pysähtyessään nollaliittimeen on mahdollista syöttää siihen jännitettä kosketusverkon etummaisesta osasta rataa pitkin.

Venäjän ja entisen Neuvostoliiton maiden rautatiet, sähköistetty vaihtovirralla, käyttävät ~ 25 kV jännitettä 50 Hz taajuudella . Jotkut lähteet ilmoittavat jännitteeksi 27,5 kV, mikä aiheuttaa sekaannusta. Itse asiassa vetoasemat tuottavat 27,5 kV jännitteen, mutta "ajolanka-kisko" -piirin korkeasta induktiivisesta resistanssista johtuvan jännitteen pudotuksen vuoksi sähköveturit on suunniteltu toimimaan 25 kV jännitteellä.

2×25 kV järjestelmä

Neuvostoliiton harvaan asutuilla alueilla käytetään 2 × 25 kV sähköistysjärjestelmää (kukin kaksikymmentäviisi kilovolttia) . Siellä ei pääsääntöisesti ole mahdollista paikantaa usein vetoasemia (lisäksi pätevän henkilöstön löytäminen niiden huoltoon ja ihmisille kunnollisten elinolojen luomiseen voi olla vaikeaa).

Kosketusverkon tukiin (rataradan ja ajolangan puolelle) venytetään erityinen voimajohto , johon syötetään 50 kV jännite vetoasemalta. Rautatieasemille (tai kuljetuksille) asennetaan vähän huoltoa vaativia portaaton automaattimuuntajia , joista yksi käämilähtö on kytketty syöttöjohtoon ja toinen ajojohtoon. Yhteinen (paluu)johto on kisko. Ajojohtimeen syötetään puolijännite 50 kV eli 25 kV. Yleensä syötetään hieman yli 50 kilovolttia, yleensä 55; häviöt huomioon ottaen siten, että ajojohdossa on 27,5 kV.

Tämän järjestelmän avulla voit rakentaa vetoasemia harvemmin ja vähentää lämpöhäviöitä . Sähköveturit ja vaihtovirtasähköjunat eivät kaipaa muutosta.

Teolliset vaihtovirtasähköveturit toimivat alle 25 kV sähköjännitteellä, esimerkiksi vetoyksikkö OPE1  - 10 kV 50 Hz.

Telakointivirtalähdejärjestelmät

Erilaiset virtalähdejärjestelmät aiheuttivat telakointipisteiden syntymisen (virran, jännitteen, virran taajuuden järjestelmät). Samalla nousi esiin useita vaihtoehtoja tällaisten pisteiden kautta tapahtuvan liikenteen järjestämisen ratkaisemiseksi. Nousi kolme pääsuuntaa.

Telakan järjestäminen

Telakointiasemassa on kontaktiverkon osia, joissa on syöttövirran kytkentä. Esimerkiksi juna saapuu tasavirtasähköveturilla, jonka jälkeen tämä sähköveturi irrotetaan ja lähtee kierrätysvarastoon tai veturien umpikujaan asettumaan. Tämän radan kontaktiverkko on kytketty vaihtovirtaan, vaihtovirtasähköveturi ajaa täällä ja ajaa junaa eteenpäin. Tämä menetelmä lisää sähköistyksen ja tehonsyöttölaitteiden ylläpidon kustannuksia ja vaatii veturin vaihdon vuoksi siihen liittyviä materiaali-, organisointi- ja aikakustannuksia (katso telakointiasemaluettelosta vetotyypit Venäjän rautatiet ja luettelo asemista vetotyyppien telakoimiseksi UZ ). Samaan aikaan ei niinkään itse sähköveturin vaihto vie paljon aikaa, vaan jarrujen rutiinitestaus .

Dieselvetovoiman käyttö

Dieselveturi - jättää osien väliin eri tehonsyöttöjärjestelmillä pienen vetovarren, jota huoltavat dieselveturit. Käytännössä sitä käytetään Kostroma - Galich -osuudella, jonka pituus on 126 km: Kostromassa tasavirta (= 3 kV), Galichissa - vaihtovirta (~ 25 kV). Junat kulkevat kauttakulkuliikenteessä Moskova - Habarovsk ja Moskova - Sharya sekä Samara - Kinel - Orenburg (dieselveturi on kiinnitetty matkustajajuniin Samarassa ja tavarajunissa - Kinelissä). Samarassa ja Kinelissä tasavirta (= 3 kV), Orenburgissa - vaihtovirta (~ 25 kV), junat kulkevat Orskiin , Alma-Ataan , Biškekiin . Tällä "telakkamenetelmällä" linjan käyttöolosuhteet huononevat merkittävästi: junien pysäköintiaika kaksinkertaistuu, sähköistyksen tehokkuus vähenee dieselvetureiden huollon ja alentuneen nopeuden vuoksi. Muita esimerkkejä veturisisäkkeistä ovat Ozherelye/Tula-Jelets, Krasny Uzel-Kanash, Krasny Uzel-Arzamas, Saraevka-Stary Oskol, Tatarskaya-Karasuk (vain Moskova-Barnaul matkustajajunat ohittavat Kazakstanin), Ryazhsk-Penza, Syzran-Alba .

Monijärjestelmän liikkuvan kaluston käyttö

Telakointi yhteysverkon yli tapahtuu aseman ulkopuolella. Tällä menetelmällä voit ohittaa telakointipisteet pysähtymättä (vaikkakin yleensä vapaasti ). Kaksijärjestelmäsähköveturien käyttö lyhentää junien kulkuaikaa eikä vaadi veturin vaihtoa. Mutta tällaisten sähköveturien hinta on korkeampi. Tällaiset sähköveturit ovat myös käytössä kalliimpia. Lisäksi monijärjestelmäsähkövetureilla on enemmän painoa (millä ei kuitenkaan ole juurikaan merkitystä rautateillä, missä ei ole harvinaista, että vetureihin lisätään painolastia pitopainon lisäämiseksi). Neuvostoliitossa ja IVY-maissa tuotettiin pienissä erissä sellaisia ​​liikkuvan kaluston tyyppejä, kuten sähköveturit VL61 d , VL82 ja VL82 m (tasavirta, jännite 3 kV ja yksivaihe 25 kV), VL19 ja sähköjuna S r (tasavirta jännitteellä 3 kV ja 1,5 kV). Kaksijärjestelmäsähköveturit liikennöivät osuudella Mineralnye Vody (~25 kV ja = 3 kV) - Kislovodsk (= 3 kV) (tämä osio siirrettiin vaihtovirtaan 2000-luvulla), liikennöivät Leningradin alueen rajalla (= 3 kV) Suomen kanssa (~ 25 kV) ja Ukrainassa (katso telakointiasemat neutraaliliittimillä ). Uudet venäläiset kaksijärjestelmäsähköveturit EP20 liikennöivät nopeilla ja suurnopeuksilla junilla Moskovasta pääsuunnissa, joissa vetotyypin muutos tapahtuu lyhyen matkan päässä: Gorkovskoje, Smolenskoje, Kievskoje, Ryazanskoje (suuntaan) Kaukasuksesta). Kaksijärjestelmän suurnopeussähköjunat EVS2 suurnopeusreitillä St.liikennöidäänAllegro(~ 25 kV),Nižni Novgorod(= 3 kV) -Moskovareitillä"Sapsan" liikennöivät ES1 toimii vaihtovirralla, Goryachiy Klyuch - Adler tasavirralla, osio Adler - Krasnaya Polyana vaihtovirralla).

Länsi-Euroopassa on nelijärjestelmäinen sähköinen liikkuva kalusto (tasavirta 1500 V, tasavirta 3000 V, vaihtovirta 25 kV 50 Hz, vaihtovirta 15 kV 16⅔ Hz).

Monijärjestelmäsähkövetureita on useita tyyppejä:

  • DC-sähköveturipiiri otetaan perustana - käytetään aina reostaattista käynnistystä ja moottoreiden uudelleenryhmittelyä; kun se saa virran vaihtovirtaverkosta, tasasuuntaajalla varustettu säätelemätön muuntaja on kytketty (esimerkki - VL82 );
  • Erillisiä piirejä käytetään tasa- ja vaihtovirralla: reostaattinen käynnistys ja moottoreiden uudelleenryhmittely, kun ne saavat virran tasavirrasta, ja muuntajan käämien kytkeminen vaihtovirtalähteellä;
  • AC-sähköveturipiiri otetaan perustana; kun muuntaja saa virtaa DC-verkosta, se on kytketty invertterin kautta .

Rautateiden sähköistyksen historia Venäjällä ja entisessä Neuvostoliitossa

Suunnitelmat ensimmäisen kotimaan sähköisen rautatien luomisesta ilmestyivät jo vuonna 1898. Oranienbaumin sähkölinjaa ( Pietari  - Krasnaja Gorka ) alettiin rakentaa vuonna 1913, mutta ensimmäinen maailmansota esti suunnitelmien toteuttamisen . Tämän seurauksena tietä alettiin käyttää rajoitetuilla alueilla raitiovaunulinjana nro 36 Strelnaan , joka on edelleen käytössä [ 5] .

Ensimmäinen sähköistetty linja entisen Neuvostoliiton alueella (jäljempänä tarkastellaan vuosien 1945-1991 rajoja) oli esikaupunkirata Tallinna  - Pääsküla , 11,2 km pitkä itsenäisessä Virossa . Perävaunuilla varustetut sähköveturit aloittivat toimintansa vuonna 1924. Solmun merkittävä saneeraus ja sähköistysalueen laajentaminen tehtiin 1950-luvulla.

Vuonna 1926 sähköveto otettiin käyttöön Bakun esikaupunkilinjoilla .

Vuodesta 1929 lähtien sähköistys otettiin käyttöön pääradalla, pääasiassa esikaupunkiliikenteessä, jossa sähköjunat korvasivat höyrykäyttöiset esikaupunkijunat . Ensimmäinen osuus oli Moskova  - Mytishchi linja, 18 km pitkä. 1930-luvulla Moskovan risteyksessä sähköistettiin Jaroslavlin (Moskova - Aleksandrov , Mytishchi  - Monino ), Gorkin (Moskova - Obiralovka , Reutovo  - Balashikha ), Rjazanin (Moskova - Ramenskoye ), Kurskin (Moskova - Podolsk ) suunnat. Käytettiin tasavirtaa 1500 V. Osuus Zagorsk  - Aleksandrov vuonna 1937 sähköistettiin 3000 V :n tasavirralla , Moskovasta tulevat sähköjunat vaihtoivat moottoriryhmiä Zagorskin asemalla ja jatkoivat matkaansa. Napan sähköistäminen jatkui Suuren isänmaallisen sodan aikana ja 1940-luvun jälkipuoliskolla (Moskova - Nakhabino , Moskova - Domodedovo , Podolsk  - Lvovskaja , Moskova - Golitsyno ).

Vuosina 1932-1933. sähköveto otettiin käyttöön Khashuri  - Zestafoni -pääradalla ( 63 km) raskaalla Suramin solalla . Täällä, toisin kuin Moskovassa ja Bakussa , rahti- ja matkustajaliikenteessä käytettiin sähkövetoa. Ensimmäistä kertaa sähköveturit alkoivat toimia Neuvostoliiton rautateillä .

Vuodesta 1933 lähtien on asetettu kurssi sähköistyksen ensisijaiselle käyttöönotolle kolmessa tapauksessa:

  1. Vilkas esikaupunkiliikenne, jossa veturin vetovoiman käyttö on erittäin tehotonta. Joten sähköveto ilmestyi Leningradissa (Baltian suunta), Kaukasian kivennäisvesien lomakohteissa ( Mineralnye Vody  - Kislovodsk ), Kuibyshevissä ( Samara  - Bezymyanka ), joissakin Georgian sähköistetyn pääradan haaroissa ( Surami , Borjomi , Kutaisi , Gardabani jne.), jossa tavaraliikenteen sähköistyksen vuoksi oli kannattamatonta pitää höyryvetureita esikaupunki- ja paikallisliikenteessä. Tällaisissa tapauksissa sähköistys suoritettiin pääsääntöisesti tasavirralla 1500 V (Georgiassa välittömästi 3000 V).
  2. Jälleenlaivausraiteilla, joilla sähköveto mahdollisti merkittävästi linjojen läpijuoksun ja kantokyvyn lisäämisen. Niin kävi Georgiassa, Uralilla ( Kizel  - Chusovskaya ja sähköisen vetovoiman edelleen kehittäminen kasvavalla teollisuusalueella, vuonna 1945 Tšeljabinsk  - Zlatoust ). Sähköistys suoritettiin tasavirralla, jonka jännite oli 3000 V.
  3. Jännityksellä uusilla teollisuusalueilla ( Perm - Sverdlovsk , Zaporizhia  - Krivbass , Loukhi  - Murmansk , Novokuznetsk  - Belovo ).

Tämä kurssi jatkui noin vuoteen 1950 saakka. Sodan aikana monilla sähköistetyillä radoilla kontaktiverkko purettiin ja sähköinen kalusto evakuoitiin. Loukhi - Murmansk -linja jatkoi toimintaansa huolimatta etulinjan läheisyydestä. Sodan aikana Moskovan solmukohdassa ja Uralissa kehitettiin sähkövetoa , ja sodan jälkeen se kunnostettiin kokonaan kaikilla aikaisemmilla osilla.

Vuosina 1950-1955. ensimmäinen, vielä varovainen, sähköistysalueen laajentaminen alkoi. Alkoi siirtyminen 1500 V:sta 3000 V:iin kaikissa esikaupunkien solmukohdissa, esikaupunkien solmukohtien jatkokehitys, sähköistettyjen ratojen pidentäminen viereisiin aluekeskuksiin ottamalla käyttöön sähköveturien veto matkustaja- ja tavarajunissa. Sähköistyksen "saaret" ilmestyivät Riikaan , Kuibyshevissä , Länsi-Siperiassa , Kiovassa .

Vuodesta 1956 lähtien Neuvostoliiton rautateiden massasähköinnin uusi vaihe alkoi, mikä nosti nopeasti sähkö- ja dieselvetovoiman 15 prosentin osuudesta liikenteessä vuonna 1955 85 prosentin osuuteen vuonna 1965. Kymmenen vuoden sisällä otettiin käyttöön pisimmät sähköistetyt tiet:

Moskova  - Kuibyshev  - Tšeljabinsk  - Novosibirsk  - Krasnojarsk  - Irkutsk ; Leningrad  - Moskova - Kharkov  - Rostov-on-Don  - Sochi  - Tbilisi  - Jerevan ; Moskova - Gorki  - Kirov  - Perm ; Moskova - Rjazan  - Voronež  - Rostov-on-Don  - Mineralnye Vody .

Tähän ajanjaksoon sisältyy myös Neuvostoliiton ensimmäisen uuden rautatien rakentaminen, joka sähköistettiin välittömästi rakentamisen aikana - Abakan-Taishet-tie . Merkittävästi lisääntyneet paikalliset sähkövetoalueet Itä-Ukrainassa, Azerbaidžanissa , Gorkin alueella , uusia "saaria" ilmestyi Minskiin , Volgogradiin , Vladivostokiin , Länsi-Ukrainaan, sähköistys valmistui yleensä Georgiassa (1969). Keskimäärin noin 2000 kilometriä sähköistettyjä rautateitä otettiin käyttöön tämän vuosikymmenen joka vuosi. Näiden vuosien aikana sähköistystä jatkettiin sekä jo hyväksi todetulla tasavirralla, jonka jännite on 3000 V, että vaihtovirralla taajuudella 50 Hz ja jännitteellä 25 kV.

Ensimmäinen vaihtovirralla (jännite 20 kV) oli sähköistetty kokeellinen osa Kaulakoru  - Mikhailov  - Pavelets vuosina 1955-1956. Testauksen jälkeen jännite päätettiin nostaa 25 kV:iin. Vuodesta 1959 lähtien 25 kV vaihtovirtaa alettiin ottaa käyttöön pitkillä osilla, joissa vaadittiin sähköistystä, mutta lähistöllä ei ollut tasavirtapolygoneja ( Krasnojarskin ja Itä-Siperian rautatiet, Gorkin risteys ja edelleen Kiroviin , Ryazaniin  - Voronezh  - Pohjois-Kaukasus , solmukohdat Barnaulissa , Keski- ja Länsi-Ukrainassa ). Samanaikaisesti vaihtovirtaratojen verkon kehittämisen kanssa toteutettiin vaihtovirtakaluston kehittäminen.

Ensimmäiset sähköjunat ER7 ja ER9 aloittivat liikennöinnin vasta vuonna 1962. Ranskalaiset F -tyypin sähköveturit ostettiin Krasnojarskin rautateille vuonna 1959, koska Neuvostoliiton vaihtovirtasähköveturien ( VL60 ja VL80 ) tuotanto viivästyi.

Vuodesta 1966 lähtien sähköistyksen laajuus on vähentynyt. Vuosien 1966-1970 viisivuotissuunnitelmassa otettiin käyttöön keskimäärin 1700 km uutta sähköistystä vuodessa ja vuosina 1971-1990 900-1000 km vuodessa, ja tällaisia ​​vakaita indikaattoreita ylläpidettiin jokaisessa neljässä viiden- tämän ajanjakson vuosisuunnitelmat. Jos vuosina 1966-1970 linjojen siirto höyryvedosta sähkövetoon oli vielä kesken, niin vuoden 1970 jälkeen voimakkaimmat dieselveturilinjat siirrettiin sähkövetoon. Lisäksi sähköistystä jatkettiin esikaupunkien suurissa solmukohdissa - Kazanissa , Saratovissa , Lvovissa , Vilnassa , Kaliningradissa , aiemmin sähköistettyjä esikaupunkijärjestelmiä kehitettiin Minskissä , Riiassa , Leningradissa , Moskovassa , Volgogradissa , Jaroslavlissa , Kostromassa jne. 1980-luvulla , siellä oli useita pitkiä valtateitä sähköistetty: Trans - Siperian Chitasta Habarovskiin , BAM Ust -Kutista Taksimoon , Vyazma -  Minsk -  Brest -linja , Cherusti -  Kazan -  Druzhinino -linja , Karaganda  - Taškent trans-Kazakstani tie jatkeena Alma-Ataan ja Samarkandiin .

Vuosina 1991-2005 sähköistyksen koko pieneni entisen Neuvostoliiton maissa 450 kilometriin vuodessa, jolloin "pudotukset" joinakin vuosina jopa 150 km vuodessa ja "nousut" jopa 700 km vuodessa osana pitkien linjojen sähköistäminen. Sähköistys jatkui pääasiassa Neuvostoliiton aikana suunnitelluilla moottoriteillä, joilla sähköveturien veto oli dieselveturia kannattavampaa. Lisäksi tänä aikana tapahtui ensimmäistä kertaa Venäjällä useiden linjojen laajamittainen siirto tasavirrasta vaihtovirtaan . Vuonna 1995 377 kilometriä Zima  - Irkutsk  - Slyudyanka linja vaihdettiin vaihtovirtaan , vuonna 2001 - 450 kilometrin linja Loukhi  - Murmansk , vuonna 2003 - 90 kilometriä esikaupunki-kaupunkilinjoja Volgogradin solmukeskuksessa. Syzran  - Volgograd  - Tikhoretskaya Volga-reitillä vaihtovirralla, ja vuonna 2006 70 kilometrin pituinen taajaman umpikujahaara Mineralnye Vody  - Kislovodsk ja Beshtau  - Zheleznovodsk siirrettiin vaihtovirtaan . Samanlainen siirtymä tehtiin jo aikaisemmin (1960-luvulla) Ukrainan rautateillä . Vuosina 1950-1959 Brovary - Kiova - Fastov sähköistettiin tasavirralla, mutta osien Znamenka - Mironovka - Fastov sähköistyksen yhteydessä vuonna 1963 ja Brovary - Konotop - Zernovo vuonna 1967, ensimmäisen osuuden linja vuonna 1967 1967 g siirrettiin vaihtovirtaan.

Vuodesta 2006 lähtien sähköistystä on vähennetty edelleen, ja sähkölinjoja on otettu käyttöön alle 200 kilometriä vuodessa.

  • Ukrainan alueella vuoteen 2012-2013 asti. Rautateiden sähköistäminen jatkuu pääosin ydinvoimaloiden halvan sähkön ylimäärän vuoksi . Samanaikaisesti dieselvetureita käytetään edelleen useilla sähköistetyillä linjoilla nykyaikaisten sähkövetureiden puutteen vuoksi. Vuodesta 2013 lähtien sähköistystyöt ovat itse asiassa pysähtyneet rahoituksen puutteen vuoksi, mutta suunnitelmat ja hankkeet jatkuvat.
  • Venäjällä 2006-2020 vain viisi suurta sähköistysprojektia on toteutettu:
  • Valko - Venäjällä on hyväksytty rautateiden sähköistysohjelma, jonka aikana vuoteen 2018 mennessä Osipovichi  - Gomel ja Molodechno  - Naujoyi-Vilnya linjat (yhdessä Liettuan kanssa ) on sähköistetty sekä Zhlobin  - Kalinkovichi - Barbarov -radan sähköistys. alkanut.
  • Uzbekistanissa 2013-2020 yli 1000 kilometriä rautateitä sähköistettiin: Samarkand - Karshi - Termez ja Samarkand - Navoi - Bukhara moottoritiet, uusi linja Kamchikin tunnelin kautta Ferghanan laaksoon ja Ferghanan laakson rautatierengas. Lähitulevaisuudessa on tarkoitus sähköistää 500 kilometriä pitkä Bukhara-Urgench-Khiva-valtatie.
  • Vuodesta 2019 lähtien Azerbaidžan on valmistautunut kaikkien sähköistettujen linjojen täydelliseen siirtoon vaihtovirtaan. Suora siirtymä alkoi 22.7.2020 Ganjan alueen osalta.

Muut tekniset ominaisuudet

  • Asynkronisten kolmivaiheisten vetomoottorien käyttöönotto voi lisätä sähköveturin tehoa noin 1,5-kertaiseksi. Tosiasia on, että vetomoottori on erittäin suorituskykyinen kone. Sen teho määräytyy kokonaismittojen mukaan raideleveyden vuoksi, tarkemmin sanoen pyörien välisen etäisyyden perusteella . On erittäin vaikeaa "pakottaa" kollektorisähkömoottoria lisäämällä virran voimakkuutta, koska tässä tapauksessa magneettijärjestelmän kyllästyminen ilmenee , virran lisääminen edelleen on hyödytöntä. Kolmivaiheisilla asynkronisilla vetomoottoreilla on pienempi metallinkulutus verrattuna samalla teholla oleviin kollektorimoottoreihin. Esimerkiksi ChS200-sähköveturin kollektorisähkömoottorin tuntiteho on 1050 kW ja sähköveturin BR 185 kolmivaiheisen asynkronisen sähkömoottorin tuntiteho on  1400 kW.

Katso myös

Muistiinpanot

Kommentit
  1. ↑ Esimerkiksi kahden sähköveturin teho on 15 000 kilowattia. DC-sähköveturissa (3 kV) virrankerääjän läpi kulkeva maksimivirta on 5000 A , vaihtovirtasähköveturilla (25 kV) - 600 A.
Lähteet
  1. ↑ Pochaevets V.S. Sähkönjakelu rautatieliikenteessä. Johdatus erikoisuuteen. Oppikirja .. - M . : Reitti, 2012.
  2. ↑ IEC 60850 (2007). Rautatiesovellukset - Vetojärjestelmien syöttöjännitteet. 3. painos. / Rautatieliikenne. Vetojärjestelmien virransyöttöjännitteet. 3. painos
  3. ↑ EN 50163 (2007). Rautatiesovellukset - Vetojärjestelmien syöttöjännitteet / Rautatieliikenne. Sähköisen ajon syöttöjännite
  4. ↑ GOST 6962-75 - Sähköistetyt ajoneuvot, jotka käyttävät yhteysverkkoa (Wikilähteessä) . fi.wikisource.org. Haettu: 4.11.2018.
  5. ↑ Sähköratatien rakentamisen historia Narvan porteista Oranienbaumiin ja edelleen Krasnaja Gorkaan .
  6. ↑ Ryazan-Ural-rautatien historia

Kirjallisuus

  • Moody, G. T. "Osa yksi". Southern Electric. – 3. painos, painos. - Lontoo : Ian Allan Ltd., 1960.
  • Voinarovsky P.D .,. Electric Railways // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : 86 nidettä (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.
  • V.A. Rakov . Kokeellinen vaihtovirtasähköveturi OR22-01 // Kotimaan rautateiden veturit 1845-1955. — 2., tarkistettu ja täydennetty. - M .: Transport, 1995. - S. 426-429. — ISBN 5-277-00821-7 .

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
  • Brockhaus ja Efron
Bibliografisissa luetteloissa