Co to jest zelektryfikowana kolej

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Wzrost wolumenu przewożonych towarów oraz natężenie ruchu pociągów na głównych szlakach komunikacyjnych doprowadziło do powstania kolei zelektryfikowanych. Takie obiekty są dość trudne technicznie do realizacji. W przeciwieństwie do pierwszych zelektryfikowanych kolei, nowoczesne autostrady są z inżynierskiego punktu widzenia złożonymi obiektami infrastrukturalnymi i realizują szereg ważnych zadań dla ludności i gospodarki państwa. Artykuł ten opisuje historię powstania i rozwoju elektrycznego transportu kolejowego, podaje główne cechy techniczne oraz ideę systemu podstacji i floty lokomotyw.

Wczesna historia zelektryfikowanej kolei

Pierwsza lokomotywa elektryczna w historii zawdzięcza swój wygląd światowej sławy niemieckiemu wynalazcy i biznesmenowiWernera Siemensa. Próbka ta została zaprezentowana całemu światu na wystawie osiągnięć przemysłu i nauki w Berlinie w dniu 31 maja 1879 roku. Specjalnie dla zademonstrowania możliwości lokomotywy elektrycznej zbudowano zelektryfikowaną kolejkę z siecią trakcyjną. Długość tej ścieżki eksperymentalnej wynosiła nieco ponad 300 metrów. Urządzenie, które zostało zademonstrowane publiczności, nie może być przypisane do lokomotyw według współczesnych standardów. Był to raczej jego model. Pojazd ważył zaledwie 250 kilogramów, miał moc trzech koni mechanicznych i mógł osiągnąć prędkość nie większą niż 7 kilometrów na godzinę. Do zasilania napięcia wykorzystano dodatkową szynę. Tabor składał się z trzech wagonów. W sumie mogły pomieścić nie więcej niż 18 osób.

Ta nowość wzbudziła duże zainteresowanie przedstawicieli biznesu. Już w tym samym 1879 r. wybudowano 2-kilometrową drogę dowożącą pracowników i surowce na teren jednej z francuskich fabryk odzieży.

Tak więc początkowo elektryczny transport kolejowy był wykorzystywany w przedsiębiorstwach przemysłowych oraz do przewozu pasażerów w obrębie miasta (linie tramwajowe). Jednak już po kilku latach ruch na trasie Likterfelzh - Berlin otwiera się. Ceremonia przecięcia czerwonej wstążki odbyła się 16 maja 1881 r.

Elektryfikacja kolei w Rosji Sowieckiej i ZSRR

W carskiej Rosji nie poświęcono należytej uwagi rozwojowi kolei elektrycznejtransport. W większych miastach zbudowano linie tramwajowe. Główne linie kolejowe łączące największe miasta imperium nie były zelektryfikowane. W 1880 roku naukowiec imieniem Pirotsky zdołał przenieść ciężki wagon kolejowy z jego miejsca za pomocą elektryczności. Ale ten eksperyment nikogo nie interesował. Dopiero wraz z nadejściem władzy sowieckiej rozpoczęła się dyskusja o perspektywach rozwoju tego przemysłu. W tym czasie lokomotywy elektryczne były aktywnie wprowadzane w większości krajów świata. Zelektryfikowane linie kolejowe były po prostu niezbędne do rozwoju. Już w 1921 r. zatwierdzono strategiczny plan elektryfikacji wszystkich terytoriów kraju. Zgodnie z ogłoszonym planem, sieć kontaktowa zelektryfikowanych kolei miała rozciągać się nad najważniejszymi autostradami łączącymi duże regiony przemysłowe i miasta.

Już w 1926 roku oddano do użytku dwudziestokilometrowy odcinek drogi z kontaktową siecią elektryczną. Połączył stolicę Azerbejdżanu SRR z polami naftowymi Surachani. W tej sekcji zastosowano prąd stały o wartości 1200 woltów. Rok 1929 upłynął pod znakiem uroczystego uruchomienia pierwszego pociągu elektrycznego z Moskwy do Mytiszczi. Wydarzenia te bez przesady oznaczały początek nowej ery w historii rozwoju i industrializacji naszego kraju.

Po kilku dekadach prąd zmienny zastępuje stałą. 19 grudnia 1955 r. oddano do eksploatacji odcinek linii kolejowej Michajłow-Ozherele. Jego długość wynosi 85 kilometrów. Lokomotywy na tym odcinku były zasilane prądem przemiennymczęstotliwość przemysłowa (50 Hz) o napięciu 22 000 woltów. Rok później przedłużono trakcyjną linię elektroenergetyczną do stacji Pavelets 1. Tym samym łączna długość tej trasy wyniosła około 140 kilometrów.

Informacje ogólne o kolei rosyjskiej

Kolej Federacji Rosyjskiej to ogromny organizm. Jest podzielony na 17 odrębnych działów. Według najnowszych danych łączna długość eksploatowanych dróg sięga 86 tys. km. Jednocześnie długość kolei zelektryfikowanych stanowi nieco ponad połowę tej wartości (51%). Nie każdy kraj może pochwalić się takim wskaźnikiem. Należy zauważyć, że udział kolei zelektryfikowanych w Rosji stanowi ponad osiemdziesiąt procent całkowitego ruchu towarowego i pasażerskiego. To całkiem zrozumiałe. Przede wszystkim elektryfikowane są wysoko obciążone autostrady transportowe. Ponadto elektryzowanie dróg o małym natężeniu ruchu jest nieopłacalne i spowoduje straty. Takie wskaźniki można osiągnąć tylko dzięki zjednoczonej pracy całego narodu. Jednocześnie konieczne jest posiadanie bardzo rozwiniętej budowy maszyn i przyrządów, rozwiniętego przemysłu elektrycznego oraz potencjału naukowego.

Łączna długość zelektryfikowanych odcinków linii kolejowej w naszym kraju wynosi około 43 tysięcy kilometrów. Jednocześnie 18 tysięcy kilometrów zasilanych jest prądem stałym. W związku z tym pozostałe 25 tysięcy kilometrów przebiega na prądzie zmiennym.

Korzyści z elektryfikacji

Na tle ogromnej liczby zalet i wad zelektryfikowanych kolei wszystkie wady są po prostu stracone. Po pierwsze, ilość szkodliwych emisji jest znacznie mniejsza niż z lokomotyw spalinowych. Ma to pozytywny wpływ na środowisko. Po drugie, sprawność lokomotywy elektrycznej jest znacznie wyższa. W ten sposób zmniejszają się koszty transportu towarów.

Zelektryfikowane koleje rozwiązują między innymi problem dostarczania energii elektrycznej przedsiębiorstwom przemysłowym i osiedlom położonym wzdłuż linii kolejowej i niedaleko niej. Według statystyk z 1975 r. Ponad połowa całkowitej energii elektrycznej sieci kontaktowej kolei ZSRR została wydana na zasilanie tych obiektów, które nie są objęte infrastrukturą transportową.

To nie jest pełna lista korzyści. Należy również powiedzieć, że zelektryfikowana kolej ma znacznie większą przepustowość, niezawodność i pozwala stworzyć komfortowe warunki do przewozu pasażerów.

Podstacje trakcyjne: koncepcje ogólne

Jeśli uprościmy do minimum, podstację trakcyjną można nadać następującą definicję: instalacja przeznaczona do dystrybucji i konwersji energii elektrycznej. Innymi słowy, podstacja trakcyjna jest transformatorem obniżającym napięcie. Jeśli lokomotywa pracuje na prądzie stałym, podstacja działa jako prostownik. Dla siecidrogi zelektryfikowane na prąd zmienny, konieczne jest wyposażenie podstacji trakcyjnych w odległości od 50 do 80 kilometrów na całym odcinku toru. Przejście na prąd stały wymaga budowy podstacji co 15-20 kilometrów. W wyjątkowych przypadkach odległość ta może zostać skrócona do 5 kilometrów (na szczególnie ruchliwych autostradach).

Metro korzysta ze specjalnego typu podstacji trakcyjnych. Urządzenia tego typu nie konwertują AC na DC, a jedynie obniżają napięcie DC.

Projektowanie bloków podstacji trakcyjnych

Jednostki podstacji trakcyjnych to zespół komórek, paneli i szaf. Elementy te są montowane na ramach i połączone siecią przewodów (zarówno zasilających, jak i sterujących).

Istnieją dwa rodzaje bloków. W niektórych blokach wszystkie elementy montowane są na ramie, w innych każdy element umieszczany jest w szczelnym pojemniku. Bloczki pierwszego typu przeznaczone są do montażu w budynkach. Bloki drugiego typu są instalowane wzdłuż linii kolejowej na wolnym powietrzu.

Sieć kontaktowa

Sieć kontaktów to bardzo złożona struktura inżynierska. Zawiera wiele elementów: sam drut, kabel (nośnik), słupy do przesyłu energii, poprzeczki sztywne i elastyczne… Na zawieszenie stawiane są bardzo rygorystyczne wymagania. Jeśli im to nie odpowiada, prąd będzie pobierany z przerwami, co nie pozwoli lokomotywie na normalną pracę i może doprowadzić do sytuacji awaryjnej. Ściśle regulowana wysokość i siła naciągudruty, maksymalna dopuszczalna krzywizna, rozpiętości i tak dalej. W naszym kraju lokomotywy działają zarówno na prąd stały, jak i na prąd zmienny. To oczywiście nieco komplikuje zasilanie zelektryfikowanych kolei. Każdy z tych systemów ma swoje wady i zalety.

Budowa prostej sieci nośnej

W rzeczywistości proste zawieszenie stykowe to drut przymocowany do wsporników. Odległość między tymi podporami wynosi zwykle 30-40 metrów. Taka konstrukcja jest dopuszczalna tylko na odcinkach dróg, na których ruch dużych prędkości jest niedozwolony (mosty, tunele), a także na liniach trolejbusowych i tramwajowych.

Zalety sieci kontaktów prądu stałego

W porównaniu z siecią styków na prąd przemienny, sieć styków na prąd stały ma wiele zalet. Wśród nich szczególnie konieczne jest zniesienie możliwości wykorzystania go do lokomotyw o stosunkowo prostej konstrukcji i niewielkiej masie. Ponadto w takich układach nie ma wpływu napięcie przyłożone do sieci stykowej. Najważniejszą zaletą jest wyższy poziom bezpieczeństwa pracy w porównaniu do systemów AC.

Wady sieci kontaktów DC

Główną wadą takich systemów zasilania dla zelektryfikowanych kolei jest ich wysoki koszt. W końcu ich konstrukcja wymaga bardziej złożonego i droższego zawieszenia. Drut miedzianyma znacznie większy przekrój, co również znacząco podnosi koszt projektu. Istotną wadą jest raczej niewielka odległość między podstacjami trakcyjnymi na zelektryfikowanych kolejach w porównaniu do sieci trakcyjnych na prądzie przemiennym. Średnio waha się od 15 (w obszarach o maksymalnym ruchu pociągów) do 20 kilometrów. Prądy stałe powodują między innymi powstawanie tzw. prądów błądzących, które prowadzą do powstania i szybkiego zniszczenia korozyjnego konstrukcji stalowych i podpór.

Wymagania szkoleniowe dla personelu obsługującego systemy zasilania

Zanim pracownik będzie mógł naprawiać i konserwować linie przesyłowe na zelektryfikowanej linii kolejowej, musi przejść specjalne szkolenie. I dotyczy to nie tylko osób pracujących bezpośrednio przy części elektrycznej, ale również ślusarzy i instalatorów obsługujących całą konstrukcję linii przesyłowych i ich podpory. Wszyscy pracownicy są zobowiązani do zdania testu wiedzy i potwierdzenia poziomu kwalifikacji.

Wniosek

Pojawienie się zelektryfikowanych kolei oznaczało szybki rozwój przemysłu ze względu na intensyfikację ruchu i wzrost przewozów towarowych. Udało się znacznie zwiększyć masę przewożonych towarów przez jedną lokomotywę.

Ponadto rozwiązało wiele problemów. Tak więc konwencjonalne lokomotywy spalinowe często zawodzą w niskich temperaturach. Lokomotywa elektryczna pracuje niezawodnie w każdych warunkach pogodowych. To z kolei stworzyło warunki do aktywnego rozwoju północnych i dalekowschodnich regionów naszego kraju.