Электрифицированный путь

Moody, G T “Part One”. Southern Electric. — 3rd edition ed. — Лондон: Ian Allan Ltd., 1960 год.

Железнодоро́жная электрифика́ция — комплекс мероприятий, выполняемых на участке железной дороги для возможности использовать на нём электроподвижной состав: электровозы, электросекции или электропоезда.

Для тяги поездов на электрифицированных участках железных дорог используются электровозы. В качестве пригородного транспорта используются электросекции или электропоезда.

Железнодоро́жная электрифика́ция — комплекс мероприятий выполняемых на участке железной дороги для возможности использовать на нём электроподвижной состав: электровозы, электросекции или электропоезда.

Неотремонтированный поезд Метро-Каммелл на британском участке железной дороги Коулун-Кантон в Гонконге в 1993 году. Британский участок железной дороги Коулун-Кантон является старейшей железной дорогой в Гонконге. Он начал работать в 1910 году и соединяется с железной дорогой Гуанчжоу-Шэньчжэнь.

переходной зоной от третьего пути к воздушному проводу на желтой линии Чикаго («Скоки Свифт»)

Подстанция ранней электрификации железных дорог в Дартфорде

A система электрификации железных дорог поставляет электроэнергию на железную дорогу поезда и трамваи без бортового первичного двигателя или местного источника топлива. На электрических железных дорогах используются либо электровозы (перевозящие пассажиров, или грузовые в отдельных вагонах), электровозы (легковые вагоны с собственными двигателями) или оба. Электроэнергия обычно вырабатывается на больших и относительно эффективных генерирующих станциях, передается в сеть железных дорог и распределяется по поездам. Некоторые электрические железные дороги имеют свои собственные выделенные генерирующие станции и линии передачи, но большинство покупает электроэнергию у электроэнергетической компании. Железная дорога обычно имеет свои собственные распределительные линии, переключатели и трансформаторы.

Электроэнергия подается на движущиеся поезда с помощью (почти) непрерывного проводника, идущего вдоль пути, который обычно принимает одну из двух форм: воздушная линия, подвешенная к столбам или опорам вдоль пути или к конструкции или перекрытиям туннелей, или третий рельс, установленный на уровне пути и контактирующий с скользящим башмаком “подборщика” “. И воздушные провода, и системы третьего рельса обычно используют ходовые рельсы в качестве обратного проводника, но в некоторых системах для этой цели используется отдельный четвертый рельс.

По сравнению с основной альтернативой, дизельным двигателем, электрические железные дороги предлагают значительно лучшую энергоэффективность, более низкие выбросы и более низкие эксплуатационные расходы. Электровозы также обычно тише, мощнее, отзывчивее и надежнее дизелей. У них нет локальных выбросов, что является важным преимуществом в туннелях и городских районах. Некоторые электрические тяговые системы обеспечивают рекуперативное торможение, которое преобразует кинетическую энергию поезда обратно в электричество и возвращает ее в систему снабжения для использования другими поездами или общей энергосистемой. В то время как тепловозы сжигают нефть, электричество можно вырабатывать из различных источников, включая возобновляемые источники энергии. Исторически соображения ресурсной независимости играли роль в решении электрифицировать железнодорожные линии. Не имеющая выхода к морю Швейцарская конфедерация, которая почти полностью лишена месторождений нефти или угля, но имеет много гидроэнергетики, частично электрифицировала свою сеть в ответ на проблемы с поставками во время обеих мировых войн.

Недостатки электрической тяги включают в себя: высокие капитальные затраты, которые могут быть неэкономичными на маршрутах с небольшим движением, относительную недостаточную гибкость (поскольку для электропоездов требуются третьи рельсы или воздушные провода) и уязвимость к перебоям в подаче электроэнергии. Электродизельные локомотивы и Электродизельные составы в некоторой степени смягчают эти проблемы, поскольку они могут работать на дизельной энергии во время простоя или на неэлектрифицированных маршрутах.

В разных регионах могут использоваться разные напряжения и частоты питания, что усложняет обслуживание и требует большей сложности локомотивной мощности. Ограниченные зазоры, доступные под воздушными линиями, могут помешать эффективной работе контейнеров с двумя штабелями. Однако Индийские железные дороги и Китайские железные дороги эксплуатируют двухъярусные грузовые поезда под воздушными проводами с электропоездами.

Электрификация железных дорог постоянно росла в последние десятилетия, и по состоянию на 2012 год на электрифицированные пути приходится почти треть от общего числа путей в мире.

Электрификация
(это организация электротяги) –
использование электроподвижного состава
для перевозок. Первое место по протяженности
электрифицированных железных дорог
49-50%. Затем Франция и Германия. США не
использует (кроме пригородных перевозок),
т.к. это дорого при строительстве. Зато
эксплуатация дешевле. Электроснабжение
– это обеспечение энергией железнодорожных
потребителей.

Департамент
или центральная дирекция. Дистанция
электрификации обслуживает участок
~150 км на каждой ж/д есть лаборатория. В
ней есть вагоны ВИКС (вагон испытатель
контактной сети). Их цепляют к локомотиву
и пускают по электрифицированной дороге.
Они измеряют параметры контактной сети,
состояние опор и пр.

Электрификация
и схема ее устройства.

ВВЛ
– высоковольтная линия;

ТП
– тяговая подстанция;

КС
– контактная сеть;

Пропуск
тягового тока по рельсовым линиям. ТП,
к ней подводится напряжение от
государственной сети, на ТП оно понижается
и выпрямляется до 3кВ (если постоянный
ток). Если переменный ток, то 37,5кВ. Все
это поступает в кс. ТП постоянного тока
ставятся через 25 км, 3300 А. ТП переменного
тока через 50 км. (На сапсане через 8 км).
Через пантограф ток поступает в тяговый
двигатель электровоза/электропоезда.
Двигатель соединяется с колесами. Каждое
колесо имеет скользящий контакт. Отдает
ток в рельс. Линия делится на блок-участки,
ограждаемые светофорами. Делятся
блок-участки изолирующими стыками,
которые ток не проводят. Применяют
дросель-трансформатор чтоб ток вернулся
на ТП.

Одновременно
рельсы используется для пропуска
сигнального тока автоблокировки. У ДТ
есть 2я обмотка, на питающем конце к ней
подключается источник электропитания
50Гц, 25 Гц или 75Гц (а на пост токе 25Гц и
75Гц), а ток тот же. Ходит по контуру – – –
– и через трансформатор попадает в
путевое реле П5 и включает зеленый огонь
на светофоре путем притягивания якоря.

Когда
блок-участок занят поездом, колесные
пары соединяют рельсы между собой.
Сопротивление у них меньше чем у реле,
поэтому увеличивается ток от источника
питания ПТ (путевой трансформатор).
Увеличивается падение напряжения на
резисторе R. На рельсах напряжение
сигнального тока уменьшается. Путевое
реле 5П отпускает якорь и зажигает на
светофоре красный.

МФ
85 (100, 150) – медный фасонный, 85 – площадь
поперечного сечения, мм2. При высоких
скоростях токосъем становится труднее.
Для этого применяют бронзовый провод
КС 200, КС 250. Проблемы устройства контактной
сети: подвешенный провод имеет провис,
который меняется при изменении
температуры. Если пантограф отрывает
от провода, возникает искра. Чтобы убрать
провис, вешают сначала несущий трос, а
контактный провод крепят к нему.

Для
того чтобы КС не провисала при изменениях
температуры, ее делят на анкерные участки
длиной 800-1000 м. Включает несущий трос,
контактный провод. На граница анкерных
участков вешают компенсаторы с грузами
для натяжения. На несущий трос не всегда
вешают компенсаторы.

Организация
технического обслуживания электрификации.

Техническое
обслуживание осуществляют ТЧ (чистка
изоляторов, ремонт ТП и т.д.). Более
сложный ремонт осуществляют СМП
(строительные монтажные поезда). Работа
здесь связана с опасностью поражения
высоким напряжением. Кто-то должен
обеспечивать безопасность работы.
Причем работы ведутся со снятием
напряжения так и без снятия. Есть
площадка, ее соединяют с металлическим
ограждением, чтобы не было разности
потенциалов.

Работа
со снятием напряжения обеспечивается
энергодиспетчером, как и все другие
работы. Если снимается напряжение, то
исключается движение поездов по этому
участку. Нужно организовать пропуск
поездов по другим путям. Энергодиспетчер
согласовывает это с поездным диспетчером.
Оформляется допуск к работе.

Это
особый вид деятельности железнодорожников
который регламентируется утверждаемыми
правилами. ПТР – правила тяговых расчетов.

1.
Расчет параметров графика движения
поездов (перегонные времена ходов
поездов разной категории, время движения
поездов между соседними станциями)
время разгона, время торможения, тормозной
путь, расход энергии на тягу и т.д.

2.
Расстановка светофоров автоблокировки.
Тормозные пути, интервалы между поездами
и т.д.

3.
Системы автоведения поездов, где ТР
выполняются на борту локомотива.

Пассажирский
вагон: местного, пригородного, дальнего
сообщения. Плацкартные, купейные, СВ,
почтовые, багажные, вагон-ресторан.
Оборудование пассажирского вагона:
комфорт, подвеска, все необходимое для
жизнедеятельности человека.

Техническое
обслуживание (ТО) вагонов.

ТО
возлагается на службу вагонного хозяйства
ремонта дорог. Ей подчиняются ПТО (пункты
ТО), где работают осмотрщики, их задача
– проверить техническое состояние
вагона и выполнить мелкий ремонт, дать
гарантию до следующего пункта осмотра.

До
реформирования РЖД порожние вагоны
перевозились централизованно

Электрификация железных дорог

перевод железных дорог (См. Железная дорога) на электрическую тягу и создание новых электрифицированных ж. д. На электрифицированных ж. д. тяговые электродвигатели Электровозов получают энергию от контактной сети (См. Контактная сеть), подключенной к тяговой подстанции; одновременно осуществляется электроснабжение районов, прилегающих к ж. д., промышленных и с.-х. предприятий (в 1975, например, нетранспортным потребителям передано 26 млрд. квт·ч при общем потреблении ж.-д. транспортом 48,9 млрд. квт·ч). Э. ж. д. повышает пропускную и провозную способности, надёжность работы, сокращает эксплуатационные расходы, позволяет сделать ж.-д. транспорт более комфортабельным. На электрифицированных ж. д. имеется возможность возврата части электрической энергии в контактную сеть при движении поезда на спусках и при торможении (см. Рекуперативное торможение). Кроме того, для выработки электроэнергии на ТЭЦ обычно используют низкосортное топливо, которое нельзя применять в Тепловозах. Электрическая тяга (практически) была впервые применена в 1895 на магистральном участке ж. д. Балтимор — Огайо в США. Во многих странах Э. ж. д. уделяется большое внимание. Например, в Швейцарии электрифицировано почти 100% ж. д. (около 3000 км), в Швеции — свыше 60% (более 7500 км), в Италии — около 50% (более 8000 км). Э. ж. д. России началась после Великой Октябрьской социалистической революции как часть плана ГОЭЛРО. В 1926 сдан в эксплуатацию 1-й электрифицированный пригородный участок Баку — Сабунчи— Сураханы; в 1929 — участок Москва — Мытищи Северной ж. д.; в 1932 — участок Хашури—Зестафони Закавказской ж. д. Всего к 1941 на электрическую тягу переведено 1865 км ж. д. В 1946—55 осуществлен переход от электрификации отдельных участков к электрификации целых ж.-д. направлений. В 1956 ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли Генеральный план Э. ж. д., по которому главнейшие магистральные направления ж. д. подлежали переводу на электрическую тягу. В 1958—65 длина электрифицированных ж.-д. линий возросла с 9,5 до 24,9 тыс. км. На электрическую тягу были переведены крупнейшие ж.-д. направления: Москва— Иркутск (свыше 5 тыс. км), Москва—Горький—Свердловск (около 2 тыс. км) и др., а также пригородные участки крупных городов и промышленных центров.         В контактной сети электрифицированных ж. д. в СССР используется постоянный электрический ток напряжением 3 кв или переменный однофазный ток промышленной частоты напряжением 25 кв. При питании переменным током (хотя это и усложняет конструкцию электровоза) значительно упрощаются устройства энергоснабжения электрических железных дорог; (См. Энергоснабжение электрических железных дорог) повышенное напряжение в контактной сети позволяет увеличить расстояние между тяговыми подстанциями при тех же потерях до 50 км (20—25 км при постоянном токе); стоимость строительства контактной сети снижается в среднем на 7%, расход меди на её сооружение — в 2,5 раза. На электрической тяге осуществляется более 50% всех грузовых перевозок, удельный вес пригородных пассажирских перевозок электропоездами возрос до 77%. По протяжённости электрифицированных ж. д. и темпам электрификации СССР занимает 1-е место в мире. На начало 1978 электрифицировано 40,5 тыс. км ж. д., из них 25 тыс. км используют постоянный ток. См. также Железнодорожный транспорт, Транспортное строительство.Лит.: Ленин В. И., Об электрификации, 2 изд., М., 1964; План электрификации РСФСР, 2 изд., М., 1955; Дмитриев В. А., Народнохозяйственная эффективность электрификации железных дорог и применения тепловозной тяги, М., 1976. И. П. Исаев.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
.

Смотреть что такое “Электрификация железных дорог” в других словарях

Большинство современных систем электрификации получают энергию переменного тока от электросети, которая подается на локомотив, а внутри локомотива преобразовывается и выпрямляется в более низкое напряжение постоянного тока для подготовки к использованию. тяговыми двигателями. Эти двигатели могут быть либо двигателями постоянного тока, которые напрямую используют постоянный ток, либо они могут быть трехфазными двигателями переменного тока, которые требуют дальнейшего преобразования постоянного тока в трехфазный переменный ток (с использованием силовой электроники). Таким образом, перед обеими системами стоит одна и та же задача: преобразование и транспортировка переменного тока высокого напряжения из электросети в постоянный ток низкого напряжения в локомотиве. Разница между системами электрификации переменного и постоянного тока заключается в том, где переменный ток преобразуется в постоянный: на подстанции или в поезде. Затраты на энергоэффективность и инфраструктуру определяют, какие из них используются в сети, хотя это часто фиксируется благодаря уже существующим системам электрификации.

Как передача, так и преобразование электроэнергии связаны с потерями: омическими потерями в проводах и силовой электронике, потерями магнитного поля в трансформаторах и сглаживающих реакторах (индукторах). Преобразование мощности для системы постоянного тока происходит в основном на железнодорожной подстанции, где может использоваться крупное, тяжелое и более эффективное оборудование по сравнению с системой переменного тока, где преобразование происходит на борту локомотива, где пространство ограничено, а потери значительно выше. Однако более высокое напряжение, используемое во многих системах электрификации переменного тока, снижает потери при передаче на большие расстояния, позволяя использовать меньше подстанций или более мощные локомотивы. Кроме того, необходимо учитывать энергию, используемую для продувки воздухом для охлаждения трансформаторов, силовой электроники (включая выпрямители) и другого оборудования для преобразования.

Электроэнергия против дизеля

Lots Road Power Station на плакате 1910 года. Эта частная электростанция, используемая лондонским метрополитеном, давала лондонским поездам и трамваям независимое электроснабжение. от главной электросети.

Энергоэффективность

Электропоезда не должны нести вес тягачей, трансмиссию и топливо. Частично это компенсируется весом электрооборудования. Рекуперативное торможение возвращает мощность в систему электрификации, чтобы ее можно было использовать в другом месте, другими поездами той же системы или возвращать в общую энергосистему. Это особенно полезно в горных районах, где тяжело нагруженные поезда должны спускаться по длинным уклонам.

Электроэнергия центральной станции часто может быть произведена с более высокой эффективностью, чем мобильный двигатель / генератор. В то время как эффективность производства электростанции и выработки тепловоза примерно одинакова в номинальном режиме, дизельные двигатели снижают эффективность в неноминальных режимах при малой мощности, в то время как, если электростанции необходимо вырабатывать меньше энергии, она отключит ее в наименьшей степени. эффективные генераторы, тем самым повышая эффективность. Электропоезд может экономить энергию (по сравнению с дизелем) за счет рекуперативного торможения и за счет того, что ему не нужно потреблять энергию на холостом ходу, как это делают тепловозы при остановке или движении накатом. Однако электрический подвижной состав может включать охлаждающие нагнетатели при остановке или движении по инерции, потребляя таким образом энергию.

Большие электростанции, работающие на ископаемом топливе, работают с высоким КПД и могут использоваться для централизованного теплоснабжения или для производства централизованного охлаждения, что приводит к более высокий общий КПД.

Выходная мощность

Электровозы легко могут быть сконструированы с большей выходной мощностью, чем большинство дизельных локомотивов. Для пассажирских перевозок можно обеспечить достаточную мощность дизельными двигателями (см., Например, «ICE TD »), но на более высоких скоростях это оказывается дорогостоящим и непрактичным. Поэтому почти все высокоскоростные поезда являются электрическими. Высокая мощность электровозов также дает им возможность тащить груз с большей скоростью по уклонам; в условиях смешанного движения это увеличивает пропускную способность, когда можно сократить время между поездами. Более высокая мощность электровозов и их электрификация также могут быть более дешевой альтернативой новой и менее крутой железной дороге, если вес поездов в системе должен быть увеличен.

С другой стороны, электрификация может не подходить для линий с низкой частотой движения, потому что более низкие эксплуатационные расходы поездов могут быть перевешены высокой стоимостью инфраструктуры электрификации. Поэтому большинство линий дальнего следования в развивающихся или малонаселенных странах не электрифицированы из-за относительно низкой частоты поездов.

Сетевой эффект

Сетевой эффект – важный фактор при электрификации. При преобразовании линий в электрические необходимо учитывать соединения с другими линиями. Некоторые электрификации впоследствии были сняты из-за сквозного движения к неэлектрифицированным линиям. Если сквозной трафик должен иметь какое-либо преимущество, для создания таких соединений должны потребоваться трудоемкие переключатели ядра или должны использоваться дорогостоящие двухрежимные механизмы. В основном это проблема для поездок на дальние расстояния, но на многих линиях преобладает сквозное движение грузовых поездов дальнего следования (обычно перевозящих уголь, руду или контейнеры в порты или из них). Теоретически эти поезда могут значительно сэкономить за счет электрификации, но распространение электрификации на изолированные районы может оказаться слишком дорогостоящим, и, если не электрифицирована вся сеть, компании часто обнаруживают, что им необходимо продолжать использовать дизельные поезда, даже если электрифицированы участки.. Растущий спрос на контейнерные перевозки, которые более эффективны при использовании двухъярусного вагона, также имеет проблемы с сетевым эффектом при существующей электрификации из-за недостаточного зазора между воздушными линиями электропередач для этих поездов, но электрификацию можно построить или изменить иметь достаточный зазор за дополнительную плату.

Проблема, конкретно связанная с электрифицированными линиями, – это пробелы в электрификации. Электромобили, особенно локомотивы, теряют мощность при прохождении разрывов в электроснабжении, таких как разрывы фазового перехода в воздушных системах и разрывы в точках в системах третьего рельса. Это становится неудобством, если локомотив останавливается со своим коллектором на мертвом зазоре, и в этом случае нет мощности для перезапуска. Перебои в питании можно преодолеть с помощью бортовых аккумуляторов или систем мотор-маховик-генератор. В 2014 году наблюдается прогресс в использовании больших конденсаторов для питания электромобилей между станциями, что позволяет избежать необходимости прокладки воздушных проводов между этими станциями.

Затраты на техническое обслуживание

Затраты на техническое обслуживание линий могут быть увеличены за счет электрификации, но многие системы требуют более низких затрат из-за меньшего износа более легкого подвижного состава. Есть некоторые дополнительные расходы на техническое обслуживание, связанные с электрооборудованием вокруг пути, таким как электрические подстанции и сам контактный провод, но при достаточном трафике сокращенный путь и особенно более низкие затраты на обслуживание и эксплуатацию двигателя превышают затраты. этого обслуживания значительно.

Эффект искр

На недавно электрифицированных линиях часто наблюдается «эффект искр», в результате чего электрификация в системах пассажирских поездов приводит к значительному скачку патронажа / доходов. Причины могут заключаться в том, что электропоезда рассматриваются как более современные и привлекательные для движения, более быстрое и бесперебойное обслуживание, а также тот факт, что электрификация часто идет рука об руку с общей инфраструктурой и капитальным ремонтом / заменой подвижного состава, что приводит к повышению качества обслуживания (в способ, которого теоретически можно было бы достичь, выполнив аналогичные обновления, но без электрификации). Какими бы ни были причины возникновения искр, он хорошо известен для многих маршрутов, электрифицированных на протяжении десятилетий.

Двухъярусный рельсовый транспорт

Из-за ограничения по высоте Что касается воздушных проводов, то двухъярусные контейнерные поезда традиционно трудны и редко используются на электрифицированных линиях. Однако это ограничение преодолевается железными дорогами в Индии, Китае и Африке путем прокладки новых путей с увеличенной высотой цепной цепи.

Такие установки находятся в Западном выделенном грузовом коридоре в Индии, где высота троса составляет 7,45 метра, чтобы принимать двухъярусные контейнерные поезда без необходимости вагонов-колодцев.

Преимущества

Королевский пограничный мост в Англии, охраняемый памятник. Добавление электрических цепных цепей к более старым структурам может быть дорогостоящим для проектов электрификации

Большинство надземных электрификаций не допускают достаточного зазора для двухэтажного вагона. Каждый контейнер может иметь высоту 9 футов 6 дюймов (2,90 м), а нижняя часть колодца находится на высоте 1 фут 2 дюйма (0,36 м) над направляющей, что составляет общую высоту 20 футов 2. дюймов (6,15 м), включая вагонетку.

Повышай знания с онлайн-тренажером

Электровозы разных систем тока на станции стыкования

Двухсистемный электровоз ВЛ82М

Разнообразие систем электроснабжения вызвало появление пунктов стыкования (систем тока, напряжений, частоты тока). При этом возникло несколько вариантов решения вопроса организации движения через такие пункты. Выявились 3 основные направления:

1. Оборудование станции стыкования переключателями, позволяющими подавать на отдельные участки контактной сети тот или иной род тока. Например, поезд прибывает с электровозом постоянного тока, затем этот электровоз отцепляется и уезжает. Контактную сеть на этом пути переключают на переменный ток, сюда заезжает электровоз переменного тока и отправляется с поездом. Недостатком такого способа является удорожание электрификации и содержание устройств электроснабжения, а также требует смены локомотива.

2. Использование многосистемного подвижного состава. При этом стыкование по контактной сети делается за пределами станции. Данный способ позволяет проходить пункты стыкования без остановки (хоть и, как правило, на выбеге). Но стоимость таких электровозов выше, а содержание дороже, кроме того, многосистемные электровозы имеют больший вес (что, однако, малоактуально на железной дороге, где нередка добалластировка локомотивов для увеличения сцепного веса). В СССР и странах СНГ были выпущены мелкими сериями такие типы подвижного состава, как электровозы ВЛ82 и ВЛ82м, ВЛ61д (постоянный ток напряжением 3000 В и однофазный 25 000 В), ВЛ19 и Ср (постоянный ток напряжением 3000 В и 1500 В). В Западной Европе встречается четырёхсистемный ЭПС (постоянный ток 1500 В, постоянный ток 3000 В, переменный ток 25 кВ 50 Гц, переменный ток 15 кВ 16⅔ Гц). В настоящее время в России налажено производство только пассажирских двухсистемных электровозов ЭП10 (постоянный ток 3000 В и переменный ток 25 кВ 50 Гц), которые выпускает НЭВЗ.

3. Применение тепловозной вставки — оставление между участками с разными системами электроснабжения небольшого тягового плеча, обслуживаемого тепловозами. На практике почти не применяется, т.к. при этом ухудшаются условия эксплуатации линии: в два раза повышается время стоянки составов, снижается эффективность электрификации из-за содержания и пониженной скорости тепловозов.

Переменный ток

Изображение знака высокого напряжения над системой электрификации железных дорог

Железные дороги и электроэнергетические компании используют переменный ток по той же причине : использовать трансформаторы, которым требуется переменный ток, для получения более высоких напряжений. Чем выше напряжение, тем ниже ток при той же мощности, что снижает потери в линии, что позволяет передавать более высокую мощность.

Поскольку переменный ток используется с высокими напряжениями, этот метод электрификации используется только на воздушных линиях, а не на третьих рельсах. Внутри локомотива трансформатор понижает напряжение для использования тяговыми двигателями и вспомогательными нагрузками.

Первым преимуществом переменного тока является то, что энергозатратные резисторы, используемые в локомотивах постоянного тока для регулирования скорости, не нужны в локомотивах переменного тока: несколько ответвлений на трансформаторе может подавать различные напряжения. Отдельные обмотки низковольтного трансформатора питают освещение и двигатели вспомогательных механизмов. Совсем недавно разработка полупроводников очень большой мощности привела к тому, что классический двигатель постоянного тока был в значительной степени заменен трехфазным асинхронным двигателем, питаемым от частотно-регулируемого привода, специального инвертор, который изменяет частоту и напряжение для управления скоростью двигателя. Эти приводы могут одинаково хорошо работать как на постоянном, так и на переменном токе любой частоты, и многие современные электровозы предназначены для работы с различными напряжениями и частотами питания для упрощения трансграничной эксплуатации.

Низкочастотный переменный ток

15 кВ Система переменного тока 16,7 Гц, используемая в Швейцарии

Пять европейских стран, Германия, Австрия, Швейцария, Норвегия и Швеция, стандартизировали 15 кВ 16 ⁄ 3 Гц (частота сети 50 Гц, разделенная на три) однофазного переменного тока. 16 октября 1995 года в Германии, Австрии и Швейцарии изменилось значение с 16 / 3 Гц на 16,7 Гц, что больше не составляет ровно одну треть частоты сети. Это решило проблемы с перегревом вращающихся преобразователей, которые использовались для выработки части этой энергии из электросети.

История электрификации железных дорог в бывшем СССР

Первой электрифицированной линией на территории бывшего СССР (здесь и далее рассматриваются границы 1945-1991 гг.) была пригородная линия Таллинн – Пяэскюла длиной 11,2 км в независимой Эстонии. Электромотрисы с прицепными вагонами начали работу в 1924 году. Существенная реконструкция узла и расширение полигона электрификации было осуществлено в 1950-х гг.

В 1926 году электротяга была внедрена на пригородных линиях в Баку.

С 1929 года электрификация начала внедряться на магистральных железных дорогах, в основном для пригородного движения, где электропоезда заменяли пригородные поезда на паровой тяге. Первым участком стала линия Москва – Мытищи длиной 18 км. В 1930-х гг. на московском узле были электрифицированы Ярославское (Москва – Загорск, Мытищи – Монино), Горьковское (Москва – Обираловка, Реутово – Балашиха), Рязанское (Москва – Раменское), Курское (Москва – Подольск) направления. Использовался постоянный ток напряжением 1500 В. На участке Загорск – Александров в 1937 году использовался постоянный ток напряжением 3000 В, электропоезда следовавшие из Москвы на станции Загорск переключали группы двигателей и продолжали движение дальше. Электрификация узла продолжилась во время Великой Отечественной войны и во второй половине 1940-х гг.

В 1932-1933 гг. электротяга была внедрена на магистральной железной дороге Хашури – Зестафони (63 км) на тяжёлом Сурамском перевале. Здесь, в отличие от Москвы и Баку, электротяга использовалась для грузовых и пассажирских перевозок. Впервые на железнодорожных линиях СССР стали работать электровозы.

С 1933 года обозначился курс на первоочередное внедрение электрификации в трёх случаях:

1. Интенсивное пригородное движение, при котором использование паровозной тяги крайне неэффективно. Так электротяга появилась в Ленинграде (Балтийское направление), в КавМинВодах (Минводы – Кисловодск), Куйбышеве (Самара – Безымянка), ответвления от магистральной электрифицированной железной дороги в Грузии (Сурами, Боржоми, Кутаиси, Гардабани и т.п.), где ввиду наличия электрификации под грузовое движение было невыгодно держать паровозы для пригородного и местного сообщения. В таких случаях как правило электрификация осуществлялась на постоянном токе напряжением 1500 В (в Грузии сразу 3000 В).

2. На перевальных железных дорогах, где электротяга позволяла существенно увеличить пропускную и провозную способность линий. Так было в Грузии, на Урале (Кизел – Чусовская и дальнейшее развитие электротяги в растущем промышленном регионе, в 1945 Челябинск – Златоуст). Электрификация велась на постоянном токе напряжением 3000 В.

3. На напряжённых железнодорожных линиях в новых промышленных районах (Пермско-Свердловский регион, Запорожье – Кривбасс, Лоухи – Мурманск, Новокузнецк – Белово).

Такой курс сохранялся примерно до 1950 года. Во время войны на многих электрифицированных линиях временно производились демонтажи контактной сети и эвакуация электроподвижного состава. Линия Лоухи – Мурманск, несмотря на прохождение рядом линии фронта, продолжала работать. Во время войны электротяга получила развитие на московском узле и на Урале, а после войны была полностью восстановлена на всех участках, где имели место быть демонтажи.

В 1950-1955 гг. началось первое, ещё осторожное расширение полигона электрификации. Начался переход с напряжения 1500 В на 3000 В на всех пригородных узлах, дальнейшее развитие пригородных узлов, удлинение электрифицированных линий до соседних областных центров с внедрением электролокомотивной тяги для пассажирских и грузовых поездов. “Островки” электрификации появились в Риге, в Куйбышеве, в Западной Сибири, Киеве.

С 1956 года начался новый этап массовой электрификации железных дорог СССР, который стремительно вывел электротягу и тепловозную тягу с 15% доли в перевозках в 1955 году до 85% доли в 1965 году. В течение десяти лет были введены самые длинные электрифицированные дороги Москва – Куйбышев – Челябинск – Новосибирск – Иркутск, Ленинград – Москва – Харьков – Ростов – Сочи – Тбилиси – Ереван, Москва – Горький – Киров – Пермь, Москва – Рязань – Воронеж – Ростов – Минводы, существенно возросли локальные полигоны электротяги в Восточной Украине, Азербайджане, Горьком, появились новые “островки” в Минске, Волгограде, Владивостоке, в Западной Украине, в основном завершена электрификация в Грузии (1969 год). В эти годы электрификация продолжалась как на уже хорошо себя зарекомендовавшем постоянном токе напряжением 3000 В, так и на переменном токе частоты 50 Гц напряжением 25 кВ. Первый опытный участок на переменном токе (напряжением 20 кВ) был Ожерелье – Михайлов – Павелец с 1955-1956 гг. После проведения испытаний было решено увеличить напряжение до 25 кВ, а в 1957 году такой тип был внедрён на линии Горький – Заволжье (47 км), где впервые начали работать электропоезда переменного тока. С 1959 года переменный ток начал внедряться на больших полигонах, где требовалась электрификация, но поблизости не было полигонов постоянного тока (Красноярская и Восточно-Сибирская железные дороги, Горьковский узел и далее в Киров, ход Рязань – Воронеж – Северный Кавказ, узлы во Владивостоке, Минске, Барнауле, на Центральной и Западной Украине).

Классификация

Системы электрификации в Европе: Неэлектрифицированные 750 В постоянного тока 1,5 кВ постоянного тока 3 кВ постоянного тока 15 кВ переменного тока25 кВ AC Высокоскоростные линии во Франции, Испании, Италии, Великобритании, Нидерландах, Бельгии и Турции работают под напряжением ниже 25 кВ, как и линии электропередач в бывшем Советском Союзе.

Системы электрификации классифицируется по трем основным параметрам:

Выбор системы электрификации основан на экономичности энергоснабжения, технического обслуживания и капитальных затрат стоимость по сравнению с выручкой от грузовых и пассажирских перевозок. Для городских и междугородних территорий используются разные системы; некоторые электровозы могут переключаться на разные питающие напряжения, чтобы обеспечить гибкость в эксплуатации.

Стандартизированные напряжения

Шесть наиболее часто используемых напряжений были выбраны для европейской и международной стандартизации. Некоторые из них не зависят от используемой контактной системы, так что, например, 750 В постоянного тока можно использовать либо с третьим рельсом, либо с воздушными линиями.

Есть много других систем напряжения, используемых для систем электрификации железных дорог по всему миру, и список систем электрификации железных дорог охватывает как стандартные, так и нестандартные системы напряжения.

Допустимый диапазон напряжений, разрешенный для стандартизованных напряжений, указан в стандартах BS EN 50163 и IEC 60850. Они учитывают количество поездов, потребляющих ток, и их расстояние от подстанции.

Электрифицированный путь

👍 Проверено Автор24

путь, снабженный воздушным контактным проводом или контактным рельсом для обеспечения электрической тяги.

На тему «Электрифицированный путь»

Статья от экспертов

Моделирование процессов электропотребления на тягу при изменении параметров графика движения поездов на электрифицированных участках с III-м и IV-м типом профиля пути

Рассматривается достаточно простой и эффективный способ навигации поезда на электрифицированных участках железной дороги, основанный на регистрации фиксаторов контактной сети фотодатчиком и последующей обработкой их числа в бортовом компьютере по предлагаемому алгоритму. Ожидаемая точность определения местоположения поезда на пути составляет ±1 метр.

Электрифицированная линия

линия с одним или несколькими электрифицированными главными путями.

На тему «Электрифицированная линия»

В статье рассмотрены методические аспекты обеспечения электромагнитной совместимости электрифицированных линий постоянного тока.

Контактная сеть

При параллельной работе высоковольтных линий питания автоблокировки в зонах стыкования систем электрической тяги постоянного и переменного тока возникают сбои в работе устройств автоблокировки, вызванные несоблюдением условий параллельной работы трансформаторов. Несогласованность их работы вызвана различными схемами подключения тяговых подстанций постоянного и переменного тока к линиям внешнего электроснабжения, разным количеством ступеней трансформации, а также разными схемами и группами соединения обмоток трансформаторов автоблокировки. В статье проведен анализ условий параллельной трансформаторов автоблокировки на смежных тяговых подстанциях разных систем электрической тяги и решена проблема обеспечения их согласованной работы.

Мировая электрификация

По состоянию на 2012 год на электрифицированных путях приходится почти одна треть всех железнодорожных путей в мире.

Швейцарская железнодорожная сеть полностью электрифицирована, это единственная сеть в мире, которая может этого достичь. В Китае самая большая протяженность электрифицированных железных дорог: более 100000 км (62000 миль) электрифицированных железных дорог в 2020 году или чуть более 70% сети. В ряде стран длина электрификации нулевая.

Несколько стран объявили о планах электрификации всей или большей части своей железнодорожной сети, например, Indian Railways, Israel Railways и Nederlandse Spoorwegen.

Электрифицированная железная дорога

железная дорога, оснащенная системой тягового электроснабжения.

На тему «Электрифицированная железная дорога»

Электрифицированные железные дороги переменного тока являются мощной несимметричной, нелинейной и неравномерной во времени нагрузкой со значительной долей потребления реактивной энергии. Подключение таких специфических нагрузок к трехфазной сети создает в ней длительные установившиеся режимы с существенным содержанием в напряжении составляющей обратной последовательности и всего спектра нечетных гармоник. Это в свою очередь сказывается на значениях показателей качества электроэнергии и коэффициенте реактивной мощности, отклонение которых от норм, указанных в договоре на электроснабжение, может приводить к дополнительным затратам со стороны ОАО «РЖД».

Проблемы эксплуатации электрифицированных железных дорог на примере Узбекистана

В статье приведен обзор электрифицированной железной дороги Республики Узбекиста. Приведенны основные особенности контактной сети и проблемы возникающие в момент эксплуатации на высокоскоростном участке Ташкент – Самарканд – Бухара в различное время года. Сформулирована концепция соверщенствования объектов электрифицированных железных дорог, для обеспечения качественного стабильного токосъёма при заданых скоростях движения.

Постоянный ток

Повышение доступности высоковольтных полупроводников может позволить использовать более высокие и более эффективные напряжения постоянного тока, которые до сих пор были практичны только с переменным током.

Воздушные системы

Электровозы под напряжением 16 кВ переменного тока воздушная линия в Швеция

Транзит Nottingham Express в Соединенном Королевстве использует Напряжение 750 В постоянного тока, общее с большинством современных трамвайных систем.

В Соединенном Королевстве 1500 В постоянного тока использовалось в 1954 году для Вудхеда транс-Пеннинского маршрута (сейчас закрытого); в системе использовалось рекуперативное торможение, позволяющее передавать энергию между поднимающимися и спускающимися поездами на крутых подходах к туннелю. Система также использовалась для электрификации пригородов в Ист-Лондоне и Манчестере, теперь преобразована в 25 кВ переменного тока. Сейчас он используется только для Tyne and Wear Metro. В Индии 1,500 В постоянного тока была первой системой электрификации, запущенной в 1925 году в районе Мумбаи. В период с 2012 по 2016 год система электрификации была преобразована в систему 25 кВ 50 Гц переменного тока, которая является общенациональной системой.

3 кВ постоянного тока используется в Бельгии, Италии, Испании, Польше, Словакии, Словении, Южной Африке, Чили, северной части Чешской Республики, бывших республиках Советского Союза, и Нидерланды. Ранее он использовался Милуоки-Роуд от Харлоутон, Монтана до Сиэтл, через континентальный водораздел, включая обширные ветки и петли в Монтане, а также Delaware, Lackawanna Western Railroad (ныне New Jersey Transit, преобразованный в 25 кВ переменного тока) в Соединенных Штатах, и пригородная железная дорога Калькутты (Bardhaman Main Line) в Индии, до преобразования в 25 кВ 50 Гц переменного тока.

Постоянное напряжение от 600 В до 800 В используется на большинстве трамваев (трамваев), троллейбусов сети и подземные сети (метро).

Третий рельс

Третий рельс с нижним контактом на Амстердамском метро, Нидерланды

С третьим (и четвертым) рельсом с верхним контактом тяжелый башмак прикрепленный к нижней части деревянной балки, которая, в свою очередь, прикреплена к тележке, собирает энергию, скользя по верхней поверхности токопроводящей шины.

В большинстве систем электрификации используются воздушные провода, но третья направляющая является вариантом до 1500 В, как и в случае с Шэньчжэньская линия метро 3. В системах третьего рельса используется исключительно распределение постоянного тока. Использование переменного тока нецелесообразно, поскольку размеры третьего рельса физически очень велики по сравнению с глубиной покрытия, через которую переменный ток проникает до 0,3 миллиметра или 0,012 дюйма в стальном рельсе. Этот эффект делает сопротивление на единицу длины неприемлемо высоким по сравнению с использованием постоянного тока. Третий рельс более компактный, чем воздушные провода, и может использоваться в туннелях меньшего диаметра, что является важным фактором для систем метро.

Четвертый рельс

Лондонский метрополитен путь в Илинг-Коммон на линии района, показывая третий и четвертый рельсы рядом и между беговыми рельсами

Поезд на линии 1 миланского метрополитена с контактной колодкой четвертого рельса.

Лондонское метро в Англии – одна из немногих сетей, в которых используется четырехрельсовая система. Дополнительный рельс обеспечивает обратный электрический ток, который на третьем рельсе и воздушных сетях обеспечивается ходовыми рельсами. В лондонском метро третий рельс с верхним контактом находится рядом с железнодорожным полотном, питается от +420 В постоянного тока, а четвертый рельс с верхним контактом расположен по центру между ходовыми рельсами с напряжением -210 В постоянного тока, которые в совокупности обеспечивают тяговое напряжение. 630 В постоянного тока. Та же система использовалась для самой ранней линии метро Милана, линии 1 Миланского метрополитена, в более поздних линиях которой используется подвесная контактная сеть или третий рельс..

Ключевым преимуществом системы с четырьмя направляющими является то, что ни одна из направляющих не проходит через них. Эта схема была введена из-за проблем с возвратными токами, предназначенными для передачи по заземленной (заземленной) ходовой части, протекающей вместо этого через железные футеровки туннелей. Это может вызвать электролитическое повреждение и даже искрение, если сегменты туннеля не соединены электрически вместе. Проблема усугублялась тем, что обратный ток также имел тенденцию протекать по соседним железным трубам, образующим водопроводные и газовые магистрали. Некоторые из них, особенно викторианские магистрали, которые предшествовали лондонским подземным железным дорогам, не были построены для пропускания токов и не имели надлежащих электрических соединений между сегментами труб. Система с четырьмя направляющими решает проблему. Хотя источник питания имеет искусственно созданную точку заземления, это соединение осуществляется с помощью резисторов, которые обеспечивают поддержание паразитных токов заземления на приемлемом уровне. Рельсы, работающие только с электроприводом, могут быть установлены на сильно изолирующих керамических стульях, чтобы минимизировать утечку тока, но это невозможно для беговых рельсов, которые должны быть установлены на более прочные металлические стулья, чтобы выдерживать вес поездов. Тем не менее, эластомерные резиновые прокладки, помещенные между рельсами и стульями, теперь могут частично решить проблему, изолировав ходовые рельсы от обратного тока, если произойдет утечка через ходовые рельсы.

Линейный двигатель

Метро ГуанчжоуЛиния 4 поезд. Обратите внимание на плиту между ходовыми рельсами.

Ряд систем линейных двигателей работает на обычных металлических рельсах и потребляет энергию от воздушной линии или третьей рельсы, но приводятся в движение линейным асинхронным двигателем , который обеспечивает тягу, натягивая «четвертую направляющую », расположенную между ходовыми направляющими. Bombardier, Kawasaki Heavy Industries и CRRC производят системы с линейными двигателями.

Метро Гуанчжоу управляет самой протяженной такой системой: более 130 км (81 миль) маршрута по линии 4, линии 5 и линии 6.

В случае Линии Скарборо 3 третья и четвертая направляющие находятся за пределами пути, а пятая направляющая представляет собой алюминиевую плиту между ходовыми направляющими.

Системы с резиновыми шинами

Тележка модели MP 05 со стальным колесом с фланцами внутри резины – на шинах один, а также вертикальный контактный башмак поверх стальной направляющей

тележки от MP 89Paris Métro автомобиль. Боковой контактный башмак расположен между резиновыми шинами.

Несколько линий Paris Métro во Франции работают от энергосистемы с четырьмя рельсами. Поезда движутся на резиновых шинах, которые катятся по паре узких роликов, изготовленных из стали и, в некоторых местах, из бетона. Поскольку шины не проводят обратный ток, две направляющие планки , расположенные за пределами движущихся «направляющих », становятся, в некотором смысле, третьей и четвертой направляющими, каждая из которых обеспечивает 750 V DC, так что по крайней мере электрически это четырехрельсовая система. Каждая колесная пара приводной тележки имеет один тяговый двигатель . Боковой скользящий (боковой ход) контактный башмак улавливает ток с вертикальной поверхности каждой направляющей шины. Возврат каждого тягового двигателя, а также каждого вагона осуществляется посредством одного контактного башмака, каждый из которых скользит поверх каждой из ходовых рельсов. Этот и все другие метро с резиновыми шинами, у которых есть 1435 мм (4 фута 8 ⁄ 2 дюйма) стандартной колеи колеи между рулонные пути работают аналогичным образом.

1. Оборудование станции стыкования переключателями, позволяющими подавать на отдельные участки контактной сети тот или иной род тока. Например, поезд прибывает с электровозом постоянного тока, затем этот электровоз отцепляется и уезжает в оборотное депо или тупик для отстоя локомотивов. Контактную сеть на этом пути переключают на переменный ток, сюда заезжает электровоз переменного тока и отправляется с поездом. Недостатком такого способа является удорожание электрификации и содержание устройств электроснабжения, а также требует смены локомотива.

3. Применение тепловозной вставки — оставление между участками с разными системами электроснабжения небольшого тягового плеча, обслуживаемого тепловозами. На практике применяется на участке Кострома — Галич протяженностью 126 км: в Костроме постоянный ток (= 3000 В), в Галиче — переменный (~ 25 000 В); транзитом курсируют поезда Москва — Хабаровск и Кострома — Шарья, а также Самара – Оренбург: в Самаре постоянный ток (= 3000 В), в Оренбурге – переменный (~25 000 В), транзитом проходят поезда на Орск, Алма-Ату, Бишкек. При таком способе «стыкования» значительно ухудшаются условия эксплуатации линии: в два раза повышается время стоянки составов, снижается эффективность электрификации из-за содержания и пониженной скорости тепловозов.