W jaki sposób miejski i międzymiastowy transport elektryczny pozyskuje energię?

Miejski i międzymiastowy transport elektryczny stał się znajomym atrybutem codzienności współczesnego człowieka. Już dawno przestaliśmy myśleć o tym, jak ten transport zdobywa pożywienie. Wszyscy wiedzą, że samochody są tankowane benzyną, rowery pedałują rowerzyści. Ale jak zasilane są elektryczne rodzaje transportu pasażerskiego: tramwaje, trolejbusy, kolejki jednoszynowe, metro, pociągi elektryczne, lokomotywy elektryczne? Gdzie i jak dostarczana jest im energia napędowa? Porozmawiajmy o tym.

Tramwajowy

W dawnych czasach każda nowa gospodarka tramwajowa musiała mieć własną elektrownię, ponieważ publiczne sieci energetyczne nie były jeszcze wystarczająco rozwinięte. W XXI wieku zasilanie sieci tramwajowej odbywa się z sieci ogólnego przeznaczenia.

Zasilanie zapewnia prąd stały o stosunkowo niskim napięciu (550 V), który byłby po prostu nieekonomiczny przy przesyłaniu na duże odległości.Z tego powodu w pobliżu torów tramwajowych zlokalizowane są podstacje trakcyjne, gdzie prąd przemienny z sieci wysokiego napięcia jest przetwarzany na prąd stały (o napięciu 600 V) dla tramwajowej sieci jezdnej. W miastach, w których działają zarówno tramwaje, jak i trolejbusy, te środki transportu generalnie charakteryzują się ogólną oszczędnością energii.

Na terenie byłego Związku Radzieckiego istnieją dwa schematy zasilania linii napowietrznych dla tramwajów i trolejbusów: scentralizowany i zdecentralizowany. Najpierw pojawił się scentralizowany. W nim duże podstacje trakcyjne wyposażone w kilka jednostek przekształtnikowych obsługiwały wszystkie sąsiednie linie lub linie znajdujące się w odległości do 2 kilometrów od nich. Podstacje tego typu są dziś zlokalizowane na terenach o dużym zagęszczeniu tras tramwajowych (tramwajowych).

System zdecentralizowany zaczął się kształtować po latach 60., kiedy zaczęły pojawiać się linie tramwajowe, trolejbusy, metro np.

Tutaj podstacje trakcyjne małej mocy z jednym lub dwoma zespołami przekształtnikowymi mogącymi zasilić maksymalnie dwa odcinki linii są instalowane co 1-2 kilometry linii, przy czym każdy odcinek końcowy może być zasilany przez sąsiednią podstację.

Tym samym straty energii są mniejsze, ponieważ sekcje mocy są krótsze. Ponadto, jeśli w jednej z podstacji wystąpi zwarcie, odcinek linii pozostanie pod napięciem z sąsiedniej podstacji.

Kontakt tramwaju z linią prądu stałego odbywa się poprzez pantograf na dachu jego wagonu. Może to być pantograf, półpantograf, pręt lub łuk. Przewód napowietrzny linii tramwajowej jest zwykle łatwiejszy do zawieszenia niż szyna.Jeśli używany jest wysięgnik, przełączniki powietrza są rozmieszczone jak wysięgniki wózka. Przepływ prądu odbywa się zwykle przez szyny do ziemi.

Trolejbusowy

W trolejbusie sieć trakcyjna jest podzielona izolatorami sekcyjnymi na izolowane segmenty, z których każdy jest połączony z podstacją trakcyjną za pomocą linii zasilających (napowietrznych lub podziemnych). Pozwala to w łatwy sposób na wyłączenie poszczególnych sekcji w celu naprawy w przypadku awarii.W przypadku awarii przewodu zasilającego istnieje możliwość zamontowania zworek na izolatorach, aby zasilić uszkodzoną sekcję z sąsiedniej (jest to jednak tryb nienormalny związany z ryzykiem przeciążenia zasilacza).

Podstacja trakcyjna obniża prąd przemienny wysokiego napięcia z 6 do 10 kV i przetwarza go na prąd stały o napięciu 600 woltów. Spadek napięcia w dowolnym punkcie sieci, zgodnie z normami, nie powinien przekraczać 15%.

Sieć komunikacyjna trolejbusu różni się od sieci trakcyjnej tramwaju. Tutaj jest dwuprzewodowy, ziemia nie służy do odprowadzania prądu, więc ta sieć jest bardziej złożona. Przewody znajdują się w niewielkiej odległości od siebie, dlatego wymagane jest szczególnie staranne zabezpieczenie przed zbliżaniem się i zwarciem, a także izolacja na skrzyżowaniach sieci trolejbusowych ze sobą oraz z sieciami tramwajowymi.

Dlatego na skrzyżowaniach instalowane są specjalne środki, a także strzałki na skrzyżowaniach. Ponadto utrzymywane jest pewne regulowane napięcie, co zapobiega nakładaniu się drutów na wietrze. Dlatego do zasilania trolejbusów używa się prętów — inne urządzenia po prostu nie pozwolą spełnić wszystkich tych wymagań.

Wysięgniki trolejbusowe są wrażliwe na jakość sieci trakcyjnej, ponieważ każda jej usterka może prowadzić do podskoku wysięgnika. Istnieją normy, zgodnie z którymi kąt zerwania w punkcie mocowania pręta nie powinien być większy niż 4 °, a przy obracaniu pod kątem większym niż 12 ° instalowane są zakrzywione uchwyty. Ślizgacz porusza się po drucie i nie można go obracać razem z wózkiem, dlatego potrzebne są tutaj strzałki.

Pojedynczy utwór

Pociągi jednoszynowe kursują ostatnio w wielu miastach na całym świecie: Las Vegas, Moskwa, Toronto itp. Można je znaleźć w parkach rozrywki, ogrodach zoologicznych, kolejki jednoszynowe służą do zwiedzania okolicy i oczywiście do komunikacji miejskiej i podmiejskiej.

Koła takich pociągów wcale nie są żeliwne, ale żeliwne. Koła po prostu prowadzą kolejkę jednoszynową po betonowym dźwigarze - szynach, na których znajduje się tor i linie (szyna kontaktowa) zasilania.

Niektóre kolejki jednoszynowe są zaprojektowane w taki sposób, że umieszcza się je na szynie, podobnie jak człowiek siedzi na koniu. Niektóre kolejki jednoszynowe są zawieszone na belce poniżej, przypominając gigantyczną latarnię na słupie. Oczywiście koleje jednoszynowe są bardziej zwarte niż koleje konwencjonalne, ale ich budowa jest droższa.

Niektóre kolejki jednoszynowe mają nie tylko koła, ale także dodatkowe wsparcie oparte na polu magnetycznym. Na przykład moskiewska kolejka jednoszynowa porusza się dokładnie na poduszce magnetycznej utworzonej przez elektromagnesy. W taborze znajdują się elektromagnesy, aw oplocie belki prowadzącej są magnesy trwałe.

W zależności od kierunku prądu w elektromagnesach części ruchomej kolejka porusza się do przodu lub do tyłu zgodnie z zasadą odpychania biegunów magnetycznych o tej samej nazwie - tak działa liniowy silnik elektryczny.

Oprócz gumowych kół kolejka jednoszynowa posiada również szynę jezdną składającą się z trzech elementów przewodzących prąd: plusa, minusa i masy. Napięcie zasilania silnika liniowego kolejki jednoszynowej jest stałe i wynosi 600 woltów.

Pod ziemią

Elektryczne pociągi metra pobierają energię elektryczną z sieci prądu stałego — z reguły z trzeciej (kontaktowej) szyny, której napięcie wynosi 750-900 woltów. Prąd stały uzyskuje się w podstacjach z prądu przemiennego za pomocą prostowników.

Kontakt pociągu z szyną jezdną odbywa się za pośrednictwem ruchomego odbieraka prądu. Autobus kontaktowy znajduje się na prawo od torów. Odbiornik prądu (tzw. «pantograf») znajduje się na wózku wagonu i jest dociskany od dołu do szyny jezdnej. Plus jest na szynie jezdnej, minus na torach kolejowych.

Oprócz prądu zasilającego wzdłuż szyn torowych płynie słaby prąd „sygnalizacyjny”, który jest niezbędny do blokowania i automatycznego przełączania sygnalizacji świetlnej. Tory przekazują również do kabiny maszynisty informacje o sygnalizacji świetlnej i dopuszczalnej prędkości pociągu metra na tym odcinku.

Lokomotywa elektryczna

Lokomotywa elektryczna to lokomotywa napędzana silnikiem trakcyjnym. Silnik lokomotywy elektrycznej jest zasilany z podstacji trakcyjnej poprzez sieć trakcyjną.

Część elektryczna lokomotywy elektrycznej zawiera na ogół nie tylko silniki trakcyjne, ale także przetwornice napięcia, a także urządzenia łączące silniki z siecią itp. Obecne wyposażenie lokomotywy elektrycznej znajduje się na dachu lub na jego osłonach i służy do podłączenia urządzeń elektrycznych do sieci trakcyjnej.

Odbiór prądu z sieci napowietrznej zapewniają pantografy na dachu, po czym prąd jest doprowadzany przez szyny zbiorcze i przepusty do urządzeń elektrycznych. Na dachu lokomotywy elektrycznej znajdują się również urządzenia przełączające: wyłączniki powietrzne, wyłączniki rodzajów prądu oraz rozłączniki umożliwiające odłączenie od sieci w przypadku awarii pantografu. Poprzez szyny prąd doprowadzany jest do wejścia głównego, do urządzeń przekształtnikowych i regulacyjnych, do silników trakcyjnych i innych maszyn, następnie do elementów kół i przez nie do szyn, do podłoża.

Regulacja siły trakcyjnej i prędkości lokomotywy elektrycznej odbywa się poprzez zmianę napięcia w tworniku silnika oraz zmianę współczynnika wzbudzenia silników kolektorów lub poprzez regulację częstotliwości i napięcia prądu zasilającego silniki asynchroniczne.

Regulacja napięcia odbywa się na kilka sposobów. Początkowo w lokomotywie elektrycznej prądu stałego wszystkie jej silniki są połączone szeregowo, a napięcie jednego silnika w lokomotywie elektrycznej ośmioosiowej wynosi 375 V, przy napięciu sieci trakcyjnej 3 kV.

Grupy silników trakcyjnych można przełączać z połączenia szeregowego — na szeregowo-równoległe (2 grupy po 4 silniki połączone szeregowo, wtedy napięcie dla każdego silnika wynosi 750 V) lub na równoległe (4 grupy po 2 silniki połączone szeregowo, następnie to napięcie dla jednego silnika — 1500 V). Aby uzyskać napięcia pośrednie silników, do obwodu dodaje się grupy reostatów, co umożliwia regulację napięcia w krokach co 40-60 V, chociaż prowadzi to do utraty części energii elektrycznej na reostatach w forma ciepła.

Przetwornice mocy wewnątrz lokomotywy elektrycznej są niezbędne do zmiany rodzaju prądu i obniżenia napięcia sieci trakcyjnej do wymaganych wartości, spełniających wymagania silników trakcyjnych, maszyn pomocniczych i innych obwodów lokomotywy elektrycznej. Konwersja odbywa się bezpośrednio na pokładzie.

W lokomotywach elektrycznych prądu przemiennego przewidziano transformator trakcyjny w celu zmniejszenia wysokiego napięcia wejściowego, a także prostownik i dławiki wygładzające w celu uzyskania prądu stałego z prądu przemiennego. Do zasilania maszyn pomocniczych można zainstalować statyczne przetwornice napięcia i prądu. W lokomotywach elektrycznych z napędem asynchronicznym obu rodzajów prądu stosowane są falowniki trakcyjne, które zamieniają prąd stały na prąd przemienny o regulowanym napięciu i częstotliwości, który jest doprowadzany do silników trakcyjnych.

Pociąg elektryczny

Pociąg elektryczny lub pociąg elektryczny w formie klasycznej odbiera energię elektryczną za pomocą pantografów przez przewód jezdny lub szynę jezdną.W przeciwieństwie do lokomotywy elektrycznej, kolektory pociągów elektrycznych znajdują się zarówno na wagonach, jak i na przyczepach.

Jeśli prąd jest dostarczany do holowanych samochodów, to samochód jest zasilany specjalnymi kablami. Odbiornik prądu jest zwykle na górze, od przewodu jezdnego, realizowany jest przez odbieraki w postaci pantografów (podobnie jak linie tramwajowe).

Zwykle odbiór prądu jest jednofazowy, ale zdarza się również trójfazowy, gdy w pociągu elektrycznym stosuje się pantografy o specjalnej konstrukcji do oddzielnego styku z kilkoma przewodami lub szynami jezdnymi (jeśli chodzi o metro).

Wyposażenie elektryczne pociągu elektrycznego zależy od rodzaju prądu (występują pociągi prądu stałego, przemiennego lub dwusystemowego), rodzaju silników trakcyjnych (kolektorowe lub asynchroniczne), obecności lub braku hamowania elektrycznego.

Zasadniczo wyposażenie elektryczne pociągów elektrycznych jest podobne do wyposażenia elektrycznego lokomotyw elektrycznych. Jednak w większości modeli pociągów elektrycznych umieszcza się go pod nadwoziem i na dachach wagonów, aby zwiększyć przestrzeń pasażerską wewnątrz. Zasady napędzania lokomotyw elektrycznych są mniej więcej takie same jak lokomotyw elektrycznych.