Головна

Електрифікація залізниць

  1. VII Правил технічної експлуатації, Інструкції з СИГНАЛИЗАЦИИ НА залізницях України
  2. Автомобільна дорога як комплексне інженерна споруда
  3. Автомобільні дороги
  4. Виникнення залізниці в Росії
  5. Виникнення перших залізниць в країнах світу
  6. Геодезичні роботи при проектуванні і будівництві трас залізних і автомобільних доріг, проектуванні трас трубопроводів, ЛЕП та інших лінійних споруд
  7. ГЛАВА 4. Будівельний транспорт і дороги ... ... 72

У всьому світі сьогодні понад 100 тис. Км електрифікованих залізниць. Найбільш швидкими темпами електрифікація здійснювалася в нашій країні до 1990 р

Днем народження електричної тяги прийнято вважати 31 травня 1879 року, коли на промисловій виставці в Берліні демонструвалася перша електрична залізниця довжиною 300 м, побудована Вернером Сіменсом (рис. 20). Електровоз, що нагадував сучасний електрокар,

Мал. 20. Перша електрична залізниця

приводився в рух електродвигуном потужністю 9,6 кВт (13 к.с.). Електричний струм напругою 160 В передавався до двигуна за окремим рельсу, зворотним проводом служили рейки, по яких рухався поїзд - три мініатюрних вагончика зі швидкістю 7 км / ч.

У тому ж 1879 р була пущена внутризаводская лінія електричної залізниці протяжністю приблизно 2 км на текстильній фабриці Дюшен-Фур'є в м Брейль у Франції. У 1880 р в Росії Ф. А. Піроцький вдалося електричним струмом привести в рух великий важкий вагон, вміщав 40 пасажирів. 16 травня 1881 року було відкрито пасажирський рух на першій міській електричної залізниці Берлін - Ліхтерфельдом. Рейки цієї дороги були укладені на естакаді. Трохи пізніше електрична залізниця Ельберфельд - Бремен з'єднала ряд промислових пунктів Німеччини.

Як видно, спочатку електрична тяга застосовувалася на міських трамвайних лініях і промислових підприємствах, особливо на рудниках і в вугільних копальнях. Але дуже скоро виявилося, що вона вигідна на перевальних і тунельних ділянках залізниць, а також в приміському русі. У 1895 р в США були електрифіковані тунель в Балтіморі і тунельні підходи до Нью-Йорку. Для цих ліній побудовані електровози потужністю 185 кВт (50 км / ч).

Після першої світової війни на шлях електрифікації залізниць вступають багато країн. Електрична тяга починає вводитися на магістральних лініях з великою щільністю руху. У Німеччині електрифікують лінії Гамбург - Альтон, Лейпциг - Дрезден - Магдебург, гірську дорогу в Сілезії, альпійські дороги в Австрії. Електрифікує північні дороги Італія. Приступають до електрифікації Франція, Швейцарія. В Африці з'являється електрифікована залізниця в Конго.

У Росії проекти електрифікації залізниць були ще до першої світової війни. Уже почали електрифікацію лінії Санкт-Петербург - Оранієнбаум, але війна перешкодила її завершити. І тільки в 1926 році було відкрито рух електропоїздів між Баку і нафтопромисли Сабунчи. З 1 жовтня 1929 почалося регулярний рух електропоїздів на ділянці Москва - Митищі.

16 серпня 1932 року набрав до ладу перший в СРСР магістральний електрифіковану ділянку Хашурі - Зестафоні, що проходить через Сурамський перевал на Кавказі. В цьому ж році був побудований перший вітчизняний електровоз серії Сс (Рис. 21). У 30-і роки були електрифіковані окремі ділянки з великим вантажопотоком і важким профілем колії, такі, як Кізел - Чусовская, Гороблагодатськая - Свердловськ, Кандалакша - Мурманськ і ряд інших. На початок 1941 року загальна довжина електрифікованих ліній перевищила 1800 км. Електрифікація не припинялася навіть в роки Великої Вітчизняної війни.

Мал. 21. Перший радянський електровоз серії Сс

Техніка електричних залізниць за час їх існування змінилася докорінно, зберігся тільки принцип дії. Застосовується привід осей локомотива від електричних тягових двигунів, які використовують енергію електростанцій. Ця енергія підводиться від електростанцій до залізниці по високовольтних лініях електропередачі, а до електрорухомого складу - по контактної мережі. Зворотною ланцюгом служать рейки і земля.

Застосовуються три різні системи електричної тяги - постійного струму, змінного струму зниженого струму зниженої частоти і змінного струму стандартної промислової частоти 50 Гц. У першій половині поточного сторіччя до другої світової війни застосовувалися дві перші системи, третя отримала визнання в 50-60-х роках, коли почався інтенсивний розвиток перетворювальної техніки і систем управління приводами. В системі постійного струму до струмоприймачів електрорухомого складу підводиться струм напругою 3000 В (в деяких країнах 1500 В і нижче). Такий струм забезпечують тягові підстанції, на яких змінний струм високої напруги загальнопромислових енергосистем знижується до потрібного значення і випрямляється потужними напівпровідниковими випрямлячами.

Перевагою системи постійного струму в той час була можливість застосування колекторних двигунів постійного струму, що володіють чудовими тяговими і експлуатаційними властивостями. А до числа її недоліків відноситься порівняно низьке значення напруги в контактній мережі, обмежена допустимим значенням напруги двигунів. З цієї причини за контактних проводів передаються значні струми, викликаючи втрати енергії і ускладнюючи процес струмознімання в контакті між проводом і струмоприймачем. Інтенсифікація залізничних перевезень, збільшення ваги поїздів привели на деяких ділянках постійного струму до труднощів харчування електровозів через необхідність збільшення площі поперечного перерізу проводів контактної мережі (підвішування другого підсилює контактного проводу) і забезпечення ефективності струмознімання.

Все система постійного струму набула широкого поширення в багатьох країнах, більше половини всіх електричних ліній працюють за такою системою.

Завдання системи тягового електропостачання - забезпечити ефективну роботу електрорухомого складу з мінімальними втратами енергії і при можливо менших витратах на спорудження та обслуговування тягових підстанцій, контактної мережі, ліній електропередачі і т.д.

Прагнення підняти напругу в контактній мережі і виключити з системи електричного живлення процес випрямлення струму пояснюється застосування і розвиток у ряді країн Європи (Німеччина, Швейцарія, Норвегія, Швеція, Австрія) системи змінного струму напругою 15 000 В, що має знижену частоту 162/3 Гц. У цій системі на електровозах використовують однофазні колекторні двигуни, які мають найгірші показники, ніж двигуни постійного струму. Ці двигуни не можуть працювати на загально частоті 50 Гц, тому доводиться застосовувати знижену частоту. Для вироблення електричного струму такої частоти треба було побудувати спеціальні «залізничні» електростанції, які не пов'язані з загальнопромисловими енергосистемами. Лінії електропередачі в цій системі однофазні, на підстанціях здійснюється тільки зниження напруги трансформаторами. На відміну від підстанцій постійного струму в цьому випадку не потрібні перетворювачі змінного струму в постійний, в якості яких застосовувалися ненадійні в експлуатації, громіздкі і неекономічні ртутні випрямлячі. Але простота конструкції електровозів постійного струму мала вирішальне значення, що визначило її більш широке використання. Це і зумовило поширення системи постійного струму на залізницях СРСР в перші роки електрифікації.

У післявоєнний період були відновлені демонтовані в воєнні роки пристрої електропостачання, продовжена електрифікація ліній з високою грузонапряженностью.

Темпи електрифікації різко зросли після прийняття урядом в 1956 р постанови «Про генеральний план електрифікації залізниць». До 1980 рік протяжність ділянок, які працюють на електричній тязі, склала 32,8% загальної протяжності, а виконуваний ними обсяг перевезень дорівнював 54,8%.

У перші десятиліття залізниці електрифікували на постійному струмі напругою 1500 В (приміські ділянки) і 3000 В (магістральні). Для стикування ділянок з різною напругою в контактній мережі були побудовані спеціальні електровози (ВЛ19) і моторвагонні електросекції (СР), створені трансформатори для ртутних випрямлячів, здатні працювати на двох напружених 1650 і 3300 В. Згодом всі ділянки з напругою в контактній мережі 1500 В переведені на 3000 В. В 50-і роки був створений більш потужний восьмивісний електровоз постійного струму ВЛ8, а потім - ВЛ10 і ВЛ11.

Починаючи з 30-х років, вивчалися можливості застосування однофазного змінного струму промислової частоти для цілей тяги. Проведені дослідження були відновлені в 1951 р Як досвідченого в 1955 - 1956 років. на змінному струмі напругою 22 кВ електрифікували ділянку Намисто - Павелець довжиною 137 км. На ньому пройшли випробування електрорухомий склад і система тягового електропостачання змінного струму, створена перша станція стикування контактної мережі двох родів струму.

У цій системі тягові підстанції, як і в системі постійного струму, живляться від загальнопромислових високовольтних трифазних мереж. Але на них немає випрямлячів. Трифазну напругу змінного струму ліній електропередачі перетвориться трансформаторами в однофазну напругу контактної мережі 25 000 В, а струм випрямляється безпосередньо на електрорухомому складі. Легкі, компактні і безпечні для персоналу напівпровідникові випрямлячі, які прийшли на зміну ртутним, забезпечили пріоритет цієї системи. У всьому світі електрифікація залізниць розвивається за системою змінного струму промислової частоти.

Першим на змінному струмі з напругою в контактній мережі 25 кВ електрифіковано в 1960 р один з найбільш вантажонапружених ділянок Східно-Сибірської залізниці Мариинск - Зима з важким профілем колії, розташований в районі з суворими кліматичними умовами.

Крім традиційної системи змінного струму напругою 25 кВ застосовувалися і застосовуються її різновиди: з відсмоктувальними трансформаторами (для зниження витрат на захист ліній зв'язку від електромагнітного впливу контактної мережі), з поздовжнім дротом напругою 50 кВ і автотрансформаторами (так звана система 2х25 кВ), з екрануючим підсилює проводом (для зниження опору тягової мережі).

З 1956 р електрична тяга вводилася в дію головним чином на основних вантажонапружених напрямках великої протяжності, що пов'язують центральні райони країни з Уралом і Сибіром, в тому числі зі східною її частиною, а також з півднем країни. У 1961 р завершена електрифікація найбільшої в світі магістралі Москва - Байкал протяжністю 5647 км, в 1962 р - магістралі Ленінград - Ленинакан протяжністю 3500 км. Електрифікація цілих напрямків дозволила істотно поліпшити використання електровозів.

Для нових ліній, електрифікованих на змінному струмі частотою 50 Гц, напругою 25 кВ, були створені шестіосние електровози ВЛ60 з ртутними випрямлячами і колекторними двигунами, а потім восьмивісні з напівпровідниковими випрямлячами ВЛ80 і ВЛ80с. Електровози ВЛ60 також були переобладнані на напівпровідникові перетворювачі та отримали позначення серії ВЛ60к.

Новий електрорухомий склад у порівнянні з тим, який випускали ще 20-30 років тому, сильно змінився конструктивно і зовні. Створено восьмивісні ВЛ80р і 12-вісні ВЛ85 (рис. 22) електровози змінного струму, що відрізняються високими тяговими і гальмівними характеристиками завдяки плавному регулюванню сили тяги і швидкості, автоматичного управління і високим енергетичним характеристикам. Розпочато випуск 12-вісних електровозів постійного струму.

Мал. 22. Електровоз змінного струму ВЛ85

Тиристорні, або так звані імпульсні, регулятори успішно замінили застарілу систему ступеневої реостатного регулювання. У багатьох країнах повністю перейшли на випуск електрорухомого складу постійного струму з тиристорними перетворювачами.

У зв'язку з розвитком напівпровідникової перетворювальної техніки колекторні двигуни все частіше замінюють двигунами змінного струму, асинхронними і синхронними.

На сучасних електровозах широко застосовують автоматизацію управління і оптимізацію режимів за допомогою мікропроцесорної техніки. Впроваджується бортове і стаціонарне діагностування обладнання. Удосконалюється апаратура захисту від струмів короткого замикання і перенапруги.

Електрична тяга є найекономічнішим по витраті палива способом транспортування вантажів. На переміщення 1 т вантажу на 100 км витрачається 1 кВт · год електроенергії. У 1998 р частка електроенергії, споживаної залізничним транспортом, в структурі електроспоживання по Мінпаливенерго РФ склала всього 4,7%. Електричні локомотиви володіють незаперечною перевагою - вони здатні при рекуперативному гальмуванні виробляти і повертати в тягову мережу електричну енергію. У 1998 р за рахунок рекуперативного гальмування річна економія електроенергії склала приблизно 0,7 млрд. КВт · год, т. Е. 3,2% її витрати на тягу поїздів. Електрична тяга - самий екологічно чистий вид транспорту.

У міру розвитку техніки удосконалювалися пристрої контактної мережі і тягові підстанції. Широке поширення отримали залізобетонні опори на блокових фундаментах, жорсткі поперечини, компенсовані підвіски, що допускають швидкість руху 200 - 250 км / ч. Для контактної мережі змінного струму використовуються залізобетонні нероздільні опори типу СС, а при необхідності - роздільні з фундаментами підвищеної надійності.

На тягових підстанціях замість ртутних випрямлячів, які замінили мотор-генератори, працюють потужні силові напівпровідникові перетворювачі. Майже всі електрифіковані лінії телемеханізованих. Перші системи телеуправління були релейно-контактними, потім їх змінили електронні пристрої та, нарешті, системи, виконані на інтегральних мікросхемах і мікропроцесорах.

На лінії Санкт-Петербург - Москва змонтована контактна підвіска типу КС-200, що забезпечує надійний струмознімання при швидкості руху поїздів до 200 км / год.

В останні роки полігон електрифікації яка відслужила вже 40 і більше років неухильно збільшується. Його протяжність в 2000 р становила 8900 км, або 22%. У 2005 р вона перевищила 15 тис. Км. Питома пошкоджуваність контактної мережі, прослужила 40 років і більше, в 2,7 рази вище, ніж на нововведених ділянках. Підтримка технічних засобів у робочому стані тільки шляхом капітального ремонту їх окремих елементів не тільки не поліпшує показників всієї системи, а й обмежує можливості збільшення провізної здатності дільниць. Необхідні нові технічні рішення і оновлення технічних засобів електропостачання.

В умовах зростання протяжності електрифікованих ліній, термін служби яких досяг граничного, необхідно забезпечити посилення матеріально-технічної бази господарства електрифікації та електропостачання з метою стабілізації технічного стану, а основних магістральних напрямках мережі - поліпшення основних технічних і експлуатаційних показників системи тягового електропостачання: контактної мережі, тягових підстанцій, мереж нетягового електропостачання (0,4-10 кВ).

Удосконалення технічних засобів повинно бути направлено на створення інтелектуальних авторегулируемого систем, що забезпечують оптимальні режими роботи пристроїв електропостачання.

Стосовно до контактної мережі необхідно:

- Оснастити вагони-лабораторії для випробування контактної мережі діагностичними комплексами на основі комп'ютерів, що дозволяють здійснювати перевірку вузлів і елементів контактної підвіски на нагрів, контроль справності ізоляторів, оцінку зносу контактного проводу з аналізом його стану, а також якості струмознімання і т.д .;

- Розробити технічні рішення, спрямовані на зниження пошкоджень опор контактної мережі, що підтримують пристроїв, арматури, ізоляторів;

- Створити саморегульовану контактну підвіску для ділянок швидкісного руху.

Для підвищення надійності тягових підстанцій потрібно розробити і впровадити такі пристрої:

- Знижувальні і тягові трансформатори нових типів;

- Вимикачі з новими електроізоляційними екологічно чистими наповнювачами (елегаз, мидель); вакуумні вимикачі;

- Випрямні і випрямно-інверторні перетворювачі на силових електронних приладах нового покоління;

- Потужні накопичувачі енергії.

При спорудженні пристроїв електропостачання необхідно застосовувати комплектні швидкобудуюємі пристрої, модулі і блоки високої заводської готовності [3].

В останні роки в світі виконано багато досліджень всіх «за» і «проти» електрифікації. Всі дослідники визнають, що електрифікація економічно вигідна. Висновки цих робіт розходяться тільки щодо величини прибутку на вкладений капітал. За різними оцінками величина прибутку перевищує 14%.



Попередня   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   Наступна

Розділ 1. Виникнення і розвиток залізниць. | Передісторія виникнення залізниць | Виникнення перших залізниць в країнах світу | Виникнення залізниці в Росії | Розвиток залізничної мережі | Ширина рейкової колії | локомотиви | Інформатизація на залізничному транспорті | Складові частини перевізного процесу | Розвиток системи управління перевізним процесом |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати