Cum primește energie transportul electric urban și interurban?

Transportul electric urban și interurban au devenit atribute familiare ale vieții de zi cu zi pentru omul modern. De mult am încetat să ne gândim la modul în care acest transport își obține hrana. Toată lumea știe că mașinile sunt pline cu benzină, bicicletele sunt pedalate de bicicliști. Dar cum sunt alimentate tipurile electrice de transport de pasageri: tramvaie, troleibuze, trenuri monorail, metrouri, trenuri electrice, locomotive electrice? Unde și cum le este furnizată energia de conducere? Să vorbim despre asta.

Tramvai

Pe vremuri, fiecare nouă economie de tramvai era nevoită să aibă propria sa centrală electrică, deoarece rețelele publice de energie electrică nu erau încă suficient dezvoltate. În secolul 21, puterea pentru rețeaua de tramvai este furnizată din rețele de uz general.

Puterea este furnizată de curent continuu de tensiune relativ scăzută (550 V), care ar fi pur și simplu neeconomic pentru transmisia pe distanțe lungi.Din acest motiv, substațiile de tracțiune sunt amplasate în apropierea liniilor de tramvai, unde curentul alternativ din rețeaua de înaltă tensiune este transformat în curent continuu (cu o tensiune de 600 V) pentru rețeaua de contact tramvai. În orașele în care funcționează atât tramvaiele, cât și troleibuzele, aceste moduri de transport au în general o economie generală de energie.

Pe teritoriul fostei Uniuni Sovietice, există două scheme de alimentare a liniilor aeriene pentru tramvaie și troleibuze: centralizat și descentralizat. Mai întâi a venit cel centralizat. În ea, stațiile mari de tracțiune echipate cu mai multe unități de conversie deserveau toate liniile învecinate sau liniile situate la o distanță de până la 2 kilometri de acestea. Substațiile de acest tip sunt astăzi amplasate în zone cu o densitate mare de trasee de tramvai (troleu).

Sistemul descentralizat a început să se formeze după anii 60, când au început să apară linii de tramvai, troleibuze, metrouri, de exemplu, din centrul orașului de-a lungul autostrăzii, până la o zonă îndepărtată a orașului etc.

Aici, la fiecare 1-2 kilometri de linie sunt instalate posturi de tracțiune de putere redusă cu una sau două unități convertoare capabile să alimenteze maximum două tronsoane de linie, fiecare secțiune de capăt putând fi alimentată de o substație adiacentă.

Astfel, pierderile de energie sunt mai mici, pe măsură ce secțiunile de putere sunt mai scurte. De asemenea, dacă apare o defecțiune la una dintre substații, secțiunea de linie va rămâne alimentată de la substația adiacentă.

Contactul tramvaiului cu linia DC se face printr-un pantograf pe acoperișul vagonului său. Acesta poate fi un pantograf, semipantograf, bară sau arc. Sârma aeriană a liniei de tramvai este de obicei mai ușor de agățat decât șina.Dacă se folosește un braț, comutatoarele de aer sunt dispuse ca niște brațe pentru cărucior. Fluxul de curent este de obicei prin șine la masă.

Troleibuz

Într-un troleibuz, rețeaua de contact este împărțită de izolatoare de secțiune în segmente izolate, fiecare dintre acestea fiind conectat la substația de tracțiune prin intermediul unor linii de alimentare (aeriene sau subterane). Acest lucru permite cu ușurință deconectarea secțiunilor individuale pentru reparații în cazul unei defecțiuni.Dacă apare o defecțiune la cablul de alimentare, este posibil să se instaleze jumperi pe izolatoare pentru a alimenta secțiunea afectată din cea adiacentă (dar aceasta este un mod anormal asociat cu riscul de suprasarcină a sursei de alimentare).

Stația de tracțiune reduce curentul alternativ de înaltă tensiune de la 6 la 10 kV și îl transformă în curent continuu cu o tensiune de 600 volți. Căderea de tensiune în orice punct al rețelei, conform standardelor, nu trebuie să fie mai mare de 15%.

Rețeaua de contact a troleibuzului diferă de cea a tramvaiului. Aici este cu două fire, pământul nu este folosit pentru a scurge curent, deci această rețea este mai complexă. Conductoarele sunt amplasate la o distanță mică unul de celălalt, motiv pentru care este necesară o protecție deosebit de atentă împotriva apropierii și a scurtcircuitării, precum și izolarea la intersecțiile rețelelor de troleibuze între ele și cu rețelele de tramvai.

Prin urmare, la intersecții sunt instalate mijloace speciale, precum și săgeți în punctele de joncțiune. În plus, se menține o tensiune reglabilă, ceea ce împiedică suprapunerea firelor în vânt. De aceea, tijele sunt folosite pentru a alimenta troleibuzele — alte dispozitive pur și simplu nu vor permite îndeplinirea tuturor acestor cerințe.

Brațele troleibuzelor sunt sensibile la calitatea catenarei, deoarece orice defecțiune a acesteia poate duce la saltul brațului. Există norme conform cărora unghiul de rupere în punctul de atașare al tijei nu trebuie să fie mai mare de 4 °, iar la întoarcerea la un unghi mai mare de 12 °, sunt instalați suporturi curbate. Sabotul de alunecare merge pe fir și nu poate fi rotit cu căruciorul, așa că aici sunt necesare săgeți.

O singura pista

Trenurile monorail au funcționat recent în multe orașe din lume: Las Vegas, Moscova, Toronto etc. Ele pot fi găsite în parcuri de distracție, grădini zoologice, monorailele sunt folosite pentru vizitarea obiectivelor turistice locale și, desigur, pentru comunicațiile urbane și suburbane.

Roțile unor astfel de trenuri nu sunt deloc din fontă, ci din fontă. Roțile ghidează pur și simplu trenul monoșină de-a lungul unei grinzi de beton - șinele pe care sunt amplasate șina și liniile (șina de contact) ale sursei de alimentare.

Unele șine sunt proiectate în așa fel încât să fie plasate deasupra unei șine, similar modului în care o persoană stă deasupra unui cal. Unele monoșini sunt suspendate de o grindă de dedesubt, asemănătoare unui felinar uriaș pe un stâlp. Desigur, monorailele sunt mai compacte decât căile ferate convenționale, dar sunt mai scumpe de construit.

Unele monoșini au nu numai roți, ci și suport suplimentar bazat pe un câmp magnetic. Monorailul din Moscova, de exemplu, rulează exact pe o pernă magnetică creată de electromagneți. Electromagneții sunt în materialul rulant și există magneți permanenți în pânza fasciculului de ghidare.

În funcție de direcția curentului în electromagneții piesei în mișcare, trenul monoșină se deplasează înainte sau înapoi, conform principiului de respingere a polilor magnetici cu același nume - așa funcționează motorul electric liniar.

Pe lângă roțile de cauciuc, trenul monorail are și o șină de contact formată din trei elemente purtătoare de curent: plus, minus și masă. Tensiunea de alimentare a motorului liniar monoșină este constantă, egală cu 600 volți.

Subteran

Trenurile electrice de metrou își primesc electricitatea din rețeaua de curent continuu — de regulă, de la a treia șină (de contact), a cărei tensiune este de 750-900 volți. Curentul continuu se obtine in statii din curent alternativ folosind redresoare.

Contactul trenului cu șina de contact se face printr-un colector de curent mobil. Autobuzul de contact este situat în dreapta pistelor. Colectorul de curent (așa-numitul «Pantograf») este situat pe boghiul vagonului și este apăsat pe magistrala de contact de dedesubt. Plusul este pe șina de contact, minusul este pe șinele de tren.

Pe lângă curentul de putere, de-a lungul șinelor de cale curge un curent slab de „semnal”, care este necesar pentru blocarea și comutarea automată a semafoarelor. Șinele transmit și către cabina șoferului informații despre semnalele de circulație și viteza admisă a trenului de metrou în acel tronson.

Locomotiva electrica

O locomotivă electrică este o locomotivă alimentată de un motor de tracțiune. Motorul locomotivei electrice primește putere de la substația de tracțiune prin intermediul rețelei de contact.

Partea electrică a unei locomotive electrice conține în general nu numai motoare de tracțiune, ci și convertoare de tensiune, precum și dispozitive care conectează motoarele la rețea etc. Echipamentul curent al unei locomotive electrice este amplasat pe acoperiș sau pe capacele acesteia și este conceput pentru a conecta echipamentul electric la rețeaua de contact.

Captarea curentului de pe linia aeriană este asigurată de pantografe de pe acoperiș, după care curentul este alimentat prin barele și bucșele către dispozitivele electrice. Pe acoperișul locomotivei electrice se află și dispozitive de comutare: întrerupătoare de aer, întrerupătoare pentru tipuri de curent și întrerupătoare pentru deconectarea de la rețea în caz de defecțiune a pantografului. Prin intermediul autobuzelor, curentul este alimentat la intrarea principală, la dispozitivele de conversie și reglare, la motoarele de tracțiune și alte mașini, apoi la piesele de roată și prin acestea la șine, la sol.

Reglarea efortului de tracțiune și a vitezei locomotivei electrice se realizează prin modificarea tensiunii din armătura motorului și prin modificarea coeficientului de excitație al motoarelor colectoare sau prin reglarea frecvenței și tensiunii curentului de alimentare al motoarelor asincrone.

Reglarea tensiunii se face în mai multe moduri. Inițial, la o locomotivă electrică cu curent continuu, toate motoarele acesteia sunt conectate în serie, iar tensiunea unui motor pe o locomotivă electrică cu opt osii este de 375 V, cu o tensiune catenară de 3 kV.

Grupurile de motoare de tracțiune pot fi comutate de la conexiune în serie — la serie-paralel (2 grupuri de 4 motoare conectate în serie, apoi tensiunea pentru fiecare motor este de 750 V) sau la paralel (4 grupuri de 2 motoare conectate în serie, apoi această tensiune pentru un motor — 1500 V). Și pentru a obține tensiuni intermediare ale motoarelor, la circuit se adaugă grupuri de reostate, ceea ce face posibilă reglarea tensiunii în trepte de 40-60 V, deși acest lucru duce la pierderea unei părți a energiei electrice de pe reostate din formă de căldură.

Convertizoarele de putere din interiorul locomotivei electrice sunt necesare pentru a schimba tipul de curent și pentru a reduce tensiunea catenară la valorile cerute care îndeplinesc cerințele motoarelor de tracțiune, mașinilor auxiliare și altor circuite ale locomotivei electrice. Conversia se face direct la bord.

La locomotivele electrice cu curent alternativ este prevăzut un transformator de tracțiune pentru a reduce tensiunea înaltă de intrare, precum și un redresor și reactoare de netezire pentru a obține curent continuu din curent alternativ. Convertizoare statice de tensiune și curent pot fi instalate pentru a alimenta mașinile auxiliare. La locomotivele electrice cu antrenare asincronă a ambelor tipuri de curent se folosesc invertoare de tracțiune, care transformă curentul continuu în curent alternativ cu tensiune și frecvență reglate, care este alimentat la motoarele de tracțiune.

Tren electric

Un tren electric sau un tren electric în forma clasică primește energie electrică cu ajutorul pantografelor printr-un fir de contact sau șină de contact.Spre deosebire de o locomotivă electrică, colectorii trenurilor electrice sunt amplasați atât pe autovehicule, cât și pe remorci.

Dacă mașinile remorcate sunt furnizate curent, atunci mașina este alimentată prin cabluri speciale. Colectorul de curent este de obicei deasupra, din firul de contact, este realizat de colectori sub formă de pantografe (asemănător liniilor de tramvai).

De regulă, colecția de curent este monofazată, dar există și una trifazată, când trenul electric folosește pantografe cu un design special pentru contactul separat cu mai multe fire sau șine de contact (când vine vorba de metrou).

Echipamentul electric al trenului electric depinde de tipul de curent (există curent continuu, curent alternativ sau trenuri electrice cu două sisteme), tipul motoarelor de tracțiune (colector sau asincron), prezența sau absența frânării electrice.

În principiu, echipamentul electric al trenurilor electrice este similar cu echipamentul electric al locomotivelor electrice. Cu toate acestea, la majoritatea modelelor de tren electric, acesta este plasat sub caroserie și pe acoperișurile vagoanelor pentru a mări spațiul pentru pasageri în interior. Principiile conducerii motoarelor electrice ale trenurilor sunt aproximativ aceleași cu cele ale locomotivelor electrice.