Star News
Pinge kontaktvõrgus rzhd. Raudtee elektrifitseerimise ajalugu
2. Elektritoitesüsteemid raudteed, raudteetranspordi ettevõtted ja nende tööviisid.
2.1 Raudtee elektrifitseerimise lühiajalugu ja hetkeseis.
2.1.1 Elektrilise veojõu ajalugu.
Esimest EZhD-d demonstreeris 1879. aastal Siemens Berliinis tööstusnäitusel. 2,2 kW võimsusega elektrivedur vedas kolme vagunit 18 reisijaga. 1880. aastal tehti Peterburis katsereise 40-kohalise 3 kW elektrimootoriga vankriga. 1881. aastal hakkas Berliinis tööle esimene trammiliin. Venemaal käivitati esimene tramm 1892. aastal. Esimene elektriveduriliiklusega raudteelõik avati USA-s 1895. aastal.
2.1.2 Venemaa raudteede elektrifitseerimise põhietapid. elektrifitseerimise plaanid.
Venemaa raudteede elektrifitseerimine oli kavandatud 1920. aastal riikliku elektrifitseerimiskavaga (GOELRO). Esimene alalisvoolu elektriraudtee pingega 3 kV Bakuu - Sabunchi käivitati 1926. aastal. 1932. aastal läbisid esimesed elektrivedurid Kaukaasias Surami kuru. 1941. aastaks oli elektrifitseeritud 1865 km. Suure Isamaasõja aastatel 1941–1945 jätkus raudteede elektrifitseerimine: lõigud Tšeljabinsk – Zlatoust, Perm – Tšusovskaja jne. Elektrifitseeritud lõik Murmansk – Kandalakša töötas järjekindlalt eesmises tsoonis.
NSV Liidu raudteede elektrifitseerimise üldplaan võeti vastu 1956. aastal. Sellest aastast on elektriveojõu kasutuselevõtu määr oluliselt kasvanud.
NSV Liidu elektrifitseerimise määrad olid järgmised:
|
Kilomeetrid |
|
1991. aasta alguses oli elektrifitseeritud 55,2 tuhat km. NSV Liidu 147 500 km raudteest moodustas see 37,4%. Elektriraudtee vedude maht oli 65%. Seega on 1/3 raudteedest elektrifitseeritud, nendel veetakse 2/3 kaubast. Reeglina olid kõige tihedama liiklusega suunad elektrifitseeritud. Selline raudtee elektrifitseerimise ja veetavate kaupade suhe viitab raudtee elektrifitseerimise olulisele efektiivsusele.
Elektrifitseeritud raudteede pikkus aastate lõikes:
|
Kokku tuhat km |
Vahelduvvoolul tuhat km |
pikkus, % kogupikkusest |
|
|
Venemaal | |||
|
Elektrifitseerimise plaanid | |||
Järgmised raudteeliinid töötavad elektrilise veojõuga:
Viibur - Peterburi - Moskva - Rostov Doni ääres - Thbilisi - Jerevan, Bakuu - 3642 km.
Moskva - Kiiev - Lvov - Chop - 1765 km.
Moskva - Samara - Ufa - Tselinograd - Chu - 3855 km.
Brest - Minsk - Moskva - Sverdlovsk - Omsk - Irkutsk - Chita - Habarovsk - Vladivostok - 10 000 km. 2002. aastal lõpetati Trans-Siberi raudtee elektrifitseerimine.
Ufa – Tšeljabinsk – Omsk – Irtõš – Altai – Abakan – Taišet – Severobaikalsk – Taksimo
Kuni 1956. aastani toimus raudteede elektrifitseerimine eranditult alalisvoolul, algul pingel 1,5 kV, seejärel 3 kV. 1956. aastal elektrifitseeriti esimene lõik vahelduvvooluga pingega 25 kV (Moskva maantee lõik Ozherelje - Pavelets).
Alanud on elektriveojõu üleviimine alalisvoolult pingega 3 kV vahelduvvoolule pingega 25 kV.
1995. aasta novembris lülitati esimest korda maailmapraktikas Zima-Sljudjanka raudtee 434 km pikkune põhilõik 3 kV alalisvoolult 25 kV vahelduvvoolule. Samal ajal likvideeriti kaks dokkimisjaama. See võimaldas suurendada kaubarongide kaalu. Loodi üks pidev maantee Mariinsk - Habarovsk pikkusega 4812 km ja 2002. aastal Vladivostokini, mis elektrifitseeriti toitesüsteemi kaudu. vahelduvvoolu 25 kV. 2000. aasta oktoobris viidi Oktjabrskaja raudtee lõik Loukhi - Murmansk harudega (490) km üle vahelduvvoolule.
Statistiline teave Venemaa raudteede elektrifitseerimise kohta:
pikkuse järgi: diiselvedu - 53,2%, elektriline veojõud - 46,8%;
veomahtude lõikes: diiselvedu - 22,3%, elektriline veojõud - 77,7%;
vooluliikide järgi: alalisvool pingega 3 kV - 46,7%, vahelduvvool pingega 25 kV - 53,35%;
Venemaal asuvate elektrifitseeritud raudteede osakaal maailmas:
pikkuse järgi kogu maailma raudteevõrgust: Venemaa - 9%, teised maailma riigid - 91%;
elektrifitseeritud raudteede pikkuse järgi: Venemaa - 16,9%, teised maailma riigid - 83,1%.
Raudtee elektrifitseerimise ja kaubaliikluse diislilt elektrifitseeritud liinidele ülemineku programm näeb perioodil 2001-2010 ette 7640 km elektrifitseerimise ja ligikaudu 1000 km raudteeliinide üleviimise alalisvoolult vahelduvvoolule. Samal ajal toimub 90% uuest elektrifitseerimisest vahelduvvoolul ja vaid mõned harud alalisvoolul. 2010. aastaks on Venemaal 49,1 tuhat km elektrifitseeritud liine. See moodustab 56,7% raudteevõrgu kogupikkusest, samas teostab sellel 81,2% kogu selle liikluse mahust. Venemaa langeb elektriveojõu kõige optimaalsema kasutamise valdkonda
Elektrilise veojõu kasutuselevõtt koosneb järgmistest etappidest:
1. Äärelinna piirkondade elektrifitseerimine alalisvoolu pingel 1,5 kV;
2. Raudtee põhilõikude elektrifitseerimine pingega 3 kV ja linnalähilõikude üleminek pingele 3 kV.
3. Vahelduvvoolu sisseviimine pingega 25 kV koos alalisvoolu hulknurga laiendamisega pingega 3 kV. Välja on töötatud usaldusväärne süsteem kahte tüüpi voolu ühendamiseks kontaktvõrgu sektsioonide kaudu.
4. Kolmejuhtmelise autotrafo kõrgendatud pingega 2x25 kV toitesüsteemi rakendamine ja elektrifitseerimise vähendamine alalisvoolul 3 kV.
5. Alalisvoolu sektsioonide ülekandmine vahelduvvoolule.
XIX sajandi viimasel veerandil. joonistati välja veduriehituse uute alade kontuurid - elektriveduri ja diiselveduri hoone.
Elektrilise veojõu kasutamise võimalusele raudteel viitas juba 1874. aastal Venemaa spetsialisti F. A. Pirotski privileegitaotlus. Aastatel 1875-1876. ta tegi Sestroretski raudteel katseid elektri edastamiseks mööda maapinnast eraldatud rööpaid. Ülekanne viidi läbi umbes 1 km kaugusel. Tagasivoolujuhtmena kasutati teist siini. Elekter viidi väikesele mootorile. 1876. aasta augustis avaldas F. A. Pirotsky ajakirjas Engineering Journal artikli oma töö tulemustega. Need katsed viisid ta ideeni kasutada metallrööbastel liikuvate kärude jaoks elektrit.
Elektrienergia transpordis kasutamise idee praktiline elluviimine kuulub Werner Siemensile (Saksamaa), kes ehitas esimese elektriraudtee, mida eksponeeriti Berliini tööstusnäitusel 1879. aastal. Tegemist oli väikese kitsarööpmelise maanteega, mis oli mõeldud jalutavad näitusekülastajad. Lühikest lahtiste haagiste rongi juhtis kahe mootoriga elektrivedur, mis sai vastu D.C. pinge 150 V rööbaste vahele asetatud raudribalt. Üks jooksurööbastest toimis tagasivoolujuhtmena.
1881. aastal ehitas W. Siemens Berliini eeslinnas Lichterfeldes elektritee proovilõigu, kasutades selleks esimest korda autot. Ühele jooksurööpale toideti 180 V vool ja teine rööp toimis tagasivoolujuhtmena.
Vältimaks suuri elektrikadusid, mis tekkisid puidust liiprite halvast isolatsioonivõimest, otsustas V. Siemens muuta elektrimootori elektritoiteahelat. Selleks kasutati samal 1881. aastal Pariisi maailmanäitusel ehitatud elektriteel õhuliini töötavat traati. Ta kujutas rööbaste kohale riputatud raudtoru. Toru alumine osa oli varustatud pikisuunalise piluga. Toru sees jooksis süstik, mis oli pilu kaudu ühendatud painduva juhtmega, mis kinnitati veduri katusele ja edastas elektrivoolu elektrimootorile. Sama toru, mis riputati esimese kõrvale, toimis tagasivoolujuhtmena. Sarnast süsteemi rakendati aastatel 1883–1884 ehitatutele. 350 V pingel töötavad äärelinna trammid Mödling - Vorderbrühl Austrias ja Frankfurt - Offenbach Saksamaal.
Umbes samal ajal kasutati Kinreshis (Iirimaa) trammiliinil kolmandat rööpa, mis paigaldati jooksurööbaste kõrvale isolaatoritele. See süsteem osutus aga linnatingimustes täiesti vastuvõetamatuks, segades vankrite ja jalakäijate liikumist.
Huvitav on märkida, et sellise mootori elektrivooluga varustamise süsteemi tehnilist hukatust nägi varem ette F. A. Pirotski, kes kirjutas 1880. aastal ajalehes Peterburi Vedomosti: „Minu ehitatud elektriraudtee on kõige lihtsam ja odavaim. See ei nõua keskmise raudteeliini maksumust, tõstab asjatult maantee maksumust 5% ja peatab veoliikluse linnas. See ei nõua malmist postide maksumust, mis on ülemäära kallid.
Selle kirja avaldas Pirotski seoses ajakirjanduses ilmunud teadetega tema poolt 3. septembril 1880 Peterburis läbiviidud elektritrammi katsetuste tulemuste kohta. Sel ajal tegeles F. A. Pirotsky intensiivselt oma projektide elluviimisega, mis olid seotud usaldusväärse linna elektritranspordi loomisega. Ta mõistis, et pearaudtee elektritranspordi arendamine on võimatu lahendamata elektrotehnika põhiprobleemi - elektri edastamist pikkadele vahemaadele. Seda arvesse võttes keskendus F. A. Pirotsky oma tähelepanu autode elektrilise liikumise katsetele, mis võeti kasutusele linna hoburaudteedel. Selle tulemusel õnnestus tal 1880. aastal esimest korda läbi viia liikumine mööda tõelise kahetasandilise auto rööpaid. F. A. Pirotsky esitles oma töö tulemusi 1881. aastal Pariisis rahvusvahelisel elektrinäitusel, kus ta eksponeeris oma elektriraudtee skeemi.
1884. aastal ehitati Brightonis (Inglismaa) Pirotski skeemi järgi elektriraudtee, mida toidab üks rööbastest, pikkusega 7 versta. Ainult ühe vaguni käitamine andis puhaskasumit, võrreldes 420 frangiga päevas.
Alates XIX sajandi 80ndate keskpaigast. Raudtee elektriveojõu arendamisega hakkavad intensiivselt tegelema Ameerika insenerid ja ettevõtjad, kes asusid energiliselt parandama elektrivedureid, aga ka voolu andmise meetodeid.
USA elektriraudteetranspordi probleemiga tegeles T. A. Edison, kes ehitas aastatel 1880–1884 kolm väikest katseliini. 1880. aastal lõi ta elektriveduri, mis oma välimuselt meenutas auruvedurit. Elektrivedur sai jõuallikaks rööbasteede elektrivoolu, millest üks oli ühendatud generaatori pluss- ja teine miinuspoolusega. 1883. aastal ehitas T. A. Edison koos S. D. Fieldiga keerukama elektriveduri ("The Judge"), mida eksponeeriti näitusel Chicagos ja hiljem Louisville'is.
1883. aastaks kuulus ameerika inseneri L. Dafti töö, kes lõi Saratoga-McGregori raudtee jaoks mõeldud esimese standardrööpmelaiusega põhiliini elektriveduri ("Atreg"). 1885. aastal ehitas Daft New York Trestle Railroadile täiustatud elektriveduri. Vedur, nimega "Benjamin Franklin", kaalus 10 tonni, oli üle 4 m pikk ja varustatud nelja veorattaga. 250 V elektrivool toodi piki kolmandat siini 125 hj mootorile. s, mis võiks vedada kaheksavagunilise rongi kiirusega 10 miili tunnis (16 km/h).
1884. aastal ehitas Šveitsi insener R. Tory eksperimentaalse hammasraudtee, mis ühendas mäe nõlval asuva hotelli Terry linnaga (Genfi järve Montreux lähedal). Vedur oli nelja veorattaga ja liikus mööda väga järsku kallakut (1:33). Selle mahutavus oli väike ja võimaldas korraga vedada nelja reisijat. Laskumisel töötas mootor pidurdamise ajal generaatorina, tagastades elektrienergia võrku.
Insenerimõte on mitu aastat väsimatult töötanud, et parandada elektriveduri voolu andmise tehnikat.
1884. aastal ehitasid Bentley ja Knight Clevelandis maa-aluse juhtmega tramm. Sarnane süsteem võeti kasutusele 1889. aastal Budapestis. See toiteallika meetod osutus ebamugavaks kasutada, kuna renn määrdus kiiresti.
1884. aasta lõpus katsetas Henry Kansas Citys (USA) vasest õhujuhtmetega süsteemi, millest üks oli otse-, teine tagurpidi.
1885. aastaks ehitas Belgia spetsialist Van Depoule Torontos (Kanadas) esimese trammi, millel oli üks töökaabel. Tema skeemis täitsid jooksurööpad tagasivoolujuhtmena. Piki liini ehitati konsoolidega postid, mille külge kinnitati töötava juhtmega isolaatorid. Töötraadiga kokkupuutumine toimus trammivardale paigaldatud metallrulli abil, mis liikumise ajal “rullis” mööda traati.
See vedrustussüsteem osutus väga ratsionaalseks, pärast edasist täiustamist võeti see kasutusele paljudes teistes riikides ja sai peagi laialt levinud. 1890. aastaks oli USA-s kasutusel umbes 2500 km trammitüüpi elektriteid ja 1897. aastaks 25 000 km. Elektritramm hakkas asendama vanu linnatranspordi liike.
1890. aastal ilmus Halle (Preisimaa) trammiliinile esimest korda Euroopas õhukaabel. Alates 1893. aastast on elektriraudtee Euroopas arenenud kiirendatud tempos, mille tulemusena oli 1900. aastaks nende pikkus jõudnud 10 tuhande km-ni.
1890. aastal rakendati ehitatud maa-alusele Londoni maanteele elektriline veojõud. Kolmanda rööpa abil toideti elektrimootorile 500 V elektrivool. See süsteem osutus isejälgivate teede jaoks väga edukaks ja hakkas kiiresti levima teistes riikides. Üks selle eeliseid on võimalus elektrifitseerida väga suure elektritarbimisega teid, mis hõlmasid metrood ja põhiraudteid.
1896. aastal võeti Baltimore-Ojai raudteelõigul esmakordselt kasutusele elektriline veojõud, kasutades voolu juhtivat kolmandat rööpa. Elektrifitseerimine mõjutas Baltimore'i lähenemisel 7 km pikkust teelõigu. Sellel rajalõigul rajati 2,5-kilomeetrine tunnel, mis sundis ehitajaid selle elektrifitseerima. Sellel lõigul töötavad elektrivedurid said elektrienergiat kolmandalt rööpalt pingega 600 V.
Esimesed elektrifitseeritud raudteed olid lühikesed. Kaugraudtee rajamisel tekkisid raskused suurte energiakadudega, mis tulenevad alalisvoolu ülekandmisest pikkadele vahemaadele. Seoses vahelduvvoolutrafode tulekuga 1980. aastatel, mis võimaldasid voolu edastada pikkadele vahemaadele, võeti need kasutusele raudteeliinide toiteahelates.
Trafode kasutuselevõtuga toitesüsteemis moodustus nn "kolmefaasiline alalisvoolusüsteem" ehk teisisõnu "kolmefaasiline jõuülekande alalisvoolusüsteem". Keskelektrijaam tootis kolmefaasilist voolu. See muudeti kõrgepingeks (5 kuni 15 tuhat V ja 20ndatel - kuni 120 tuhat V), mis toideti liini vastavatesse osadesse. Igal neist oli oma astmeline alajaam, millest suunati vahelduvvool ühele võllile paigaldatud vahelduvvoolu elektrimootorisse alalisvoolugeneraatoriga. Töötav juhe sai sellest elektri toite. 1898. aastal ehitati Šveitsis märkimisväärse pikkusega raudtee koos iseseisva rööbastee ja kolmefaasilise voolusüsteemiga, mis ühendas Freiburg-Murten-Insi. Sellele järgnes mitmete teiste raudtee- ja metroolõikude elektrifitseerimine.
1905. aastaks asendas elektriline veojõud maa-alustel teedel täielikult auru.
Shukhardin S. "Tehnoloogia ajaloolises arengus"
Tööstuse arenguga ja Põllumajandus riikides suureneb kaupade hulk, mida on vaja transportida riigi ühest piirkonnast teise ning see seab raudteetranspordile nõuded raudtee kande- ja läbilaskevõime suurendamiseks. Meie riigis moodustab üle poole kogu kaubakäibest elektriline veojõud.
Tsaari-Venemaal elektriraudteid ei olnud. Põhimaanteede elektrifitseerimine kavandati nõukogude võimu esimestel aastatel riigi plaanimajanduse korraldamise ajal.
1920. aastal välja töötatud GOELRO plaanis pöörati tähelepanu raudteede kande- ja läbilaskevõime suurendamisele, viies need üle elektriveole. 1926. aastal elektrifitseeriti Bakuu-Surakhani liin pikkusega 19 km kontaktvõrgu pingel 1200 V alalisvoolu. 1929. aastal lülitati 17,7 km pikkune eeslinnalõik Moskva - Mytishchi kontaktvõrgu pingega 1500 V elektrilisele veojõule. Pärast seda algas kliimatingimuste poolest kõige raskemate, liiklusintensiivsemate lõikude ja raske profiiliga liinide elektrifitseerimine.
Teise maailmasõja alguseks kanti üle kõige keerulisemad lõigud Kaukaasias, Uuralites, Ukrainas, Siberis, Arktikas ja Moskva eeslinnades kogupikkusega umbes 1900 km. Sõja ajal elektrifitseeriti liine Uuralites, Moskva ja Kuibõševi eeslinnades kogupikkusega umbes 500 km.
Pärast sõda tuli riigi lääneosas taastada elektrifitseeritud raudteelõigud, mis asusid ajutiselt vaenlase poolt okupeeritud territooriumil. Lisaks oli vaja uued rasked raudteelõigud üle viia elektriveole. Varem kontaktliinis 1500 V pingega elektrifitseeritud eeslinnalõigud viidi üle pingele 3000 V. Alates 1950. aastast mindi üksikute lõikude elektrifitseerimiselt üle tervete kaubamahukate suundade ülekandmisele elektriveole ja tööle. algas liinidel Moskva-Irkutsk, Moskva -Harkov jne.
Rahvamajanduse kaubavoo suurenemine ja reisijateveo kasv nõuavad võimsamaid vedureid ja rongide arvu kasvu. Kontaktvõrgu pingel 3000 V põhjustasid võimsate elektrivedurite tarbitud voolud, millest märkimisväärne osa oli veoalajaamade toitepiirkonnas, suuri energiakadusid. Kadude vähendamiseks on vaja veoalajaamad asetada üksteisele lähemale ja suurendada kontaktvõrgu juhtmete ristlõiget, kuid see suurendab toitesüsteemi maksumust. Energiakadusid on võimalik vähendada kontaktvõrgu juhtmeid läbivate voolude vähendamisega ning selleks, et võimsus jääks samaks, on vaja pinget tõsta. Seda põhimõtet kasutatakse 50 Hz tööstusliku sagedusega ühefaasilise vahelduvvoolu elektrilises veosüsteemis kontaktvõrgu pingel 25 kV.
Elektrilise veeremi (elektrivedurid ja elektrirongid) tarbitavad voolud on palju väiksemad kui alalisvoolusüsteemiga, mis võimaldab vähendada kontaktvõrgu juhtmete ristlõiget ja suurendada veoalajaamade vahelisi kaugusi. Seda süsteemi hakati meie riigis uurima juba enne Suurt Isamaasõda. Siis tuli sõja ajal uurimistöö lõpetada. Aastatel 1955-1956. sõjajärgsete arengute tulemuste kohaselt elektrifitseeriti selle süsteemi abil Moskva maantee Kaelakee-Paveletsi katselõik. Tulevikus hakati seda süsteemi meie riigi raudteedel laialdaselt kasutusele võtma koos alalisvoolu elektrilise veosüsteemiga. 1977. aasta alguseks ulatusid NSV Liidus elektrifitseeritud liinid umbes 40 tuhande km kaugusele, mis moodustab 28% riigi kõigi raudteede pikkusest. Neist umbes 25 tuhat km on alalisvoolul ja 15 tuhat km vahelduvvoolul.
Raudteed Moskvast Karõmskajasse pikkusega üle 6300 km, Leningradist Jerevani - umbes 3,5 tuhat km, Moskva-Sverdlovskist - üle 2 tuhande km, Moskva-Voronež-Rostov, Moskva-Kiievi-Chop, liinid, mis ühendavad Donbassi Volga piirkond ja Ukraina lääneosaga jne. Lisaks on kõigi suurte tööstus- ja kultuurikeskuste linnalähiliiklus üle viidud elektriveole.
Elektrifitseerimise kiiruse, liinide pikkuse, liiklusmahu ja kaubakäibe poolest on meie riik jätnud kaugele maha kõik maailma riigid.
intensiivne raudtee elektrifitseerimine oma suurte tehniliste ja majanduslike eeliste tõttu. Võrreldes auruveduriga või sama kaalu ja mõõtmetega, võib sellel olla oluliselt suurem võimsus, kuna sellel puudub primaarmootor (aurumasin või diiselmootor). Seetõttu annab elektrivedur tööd rongidega palju suurematel kiirustel ja sellest tulenevalt suurendab raudtee läbilaskevõimet ja kandevõimet. Mitme elektriveduri juhtimise kasutamine ühest postist (paljude üksuste süsteem) võimaldab neid arve veelgi suurendada. Suurem sõidukiirus tagab kaupade ja reisijate kiirema kohaletoimetamise sihtkohta ning toob riigi majandusele täiendavat majanduslikku kasu.
Elektriveojõul on suurem kasutegur kui diiselveol ja eriti auruveol. Auruveo keskmine tööefektiivsus on 3–4%, diiselveduril umbes 21% (diiseljõu kasutamisega 30%) ja elektriveojõul umbes 24%.
Kui elektrivedurit käitavad vanad soojuselektrijaamad, on elektriveo efektiivsus 16-19% (elektriveduri enda kasutegur on umbes 85%). Elektriveduri kõrge kasuteguriga süsteemi selline madal kasutegur on tingitud suurtest energiakadudest elektrijaamade ahjudes, kateldes ja turbiinides, mille kasutegur on 25-26%.
Kaasaegsed võimsate ja ökonoomse agregaatidega elektrijaamad töötavad kasuteguriga kuni 40%, kasuteguriga kuni 40%. elektriline veojõud neilt energia saamisel on 25-30%. Elektrivedurite ja elektrirongide ökonoomsem töö on siis, kui liinil on jõuallikaks hüdroelektrijaam. Samal ajal on elektrilise veojõu efektiivsus 60-62%.
Tuleb märkida, et auruvedurid ja diiselvedurid töötavad kallil ja kõrge kalorsusega kütusel. Soojuselektrijaamad võivad töötada madalama kvaliteediga kütusel - pruunsüsi, turvas, põlevkivi ning kasutada ka maagaasi. Elektriveo efektiivsus suureneb ka siis, kui sektsioone toidavad tuumajaamad.
Elektrivedurid on töökindlamad, nõuavad väiksemaid kulutusi seadmete kontrollimiseks ja remondiks ning võimaldavad tõsta tööviljakust 16-17% võrreldes diiselveoga.
Ainult elektriveojõul on omadused töödelda rongis salvestatud mehhaanilist energiat elektrienergiaks ja regeneratiivpidurdamisel üle kanda kontaktvõrku, et seda saaks kasutada teised sel perioodil veorežiimil töötavad elektrivedurid või mootorvagunid. Tarbijate puudumisel saab energiat üle kanda elektrisüsteemi. Tänu energia taaskasutamisele on võimalik saada suur majanduslik efekt. Nii tagastati 1976. aastal taastumise tõttu võrku umbes 1,7 miljardit kWh elektrit. Regeneratiivpidurdus võimaldab tõsta rongiliikluse ohutuse taset, vähendada piduriklotside ja velgede kulumist.
Kõik see võimaldab vähendada transpordikulusid ja muuta kaubaveo protsessi efektiivsemaks.
Tänu raudteetranspordi veojõu tehnilisele rekonstrueerimisele säästeti ligikaudu 1,7 miljardit tonni kütust ning tegevuskulud vähenesid 28 miljardi rubla võrra. Kui oletada, et seni töötaksid meie maanteedel auruvedurid, siis näiteks 1974. aastal oleks vaja nende ahjudes ära kasutada kolmandik riigis kaevandatavast kivisöest.
Venemaa raudteede elektrifitseerimine aitab kaasa ümbruskonna rahvamajanduse edenemisele, kuna tööstusettevõtted, kolhoosid, sovhoosid saavad voolu veoalajaamadest ning ebaefektiivsed, ebaökonoomsed kohalikud diiselelektrijaamad suletakse. Igal aastal läheb üle 17 miljardi kWh energiat veoalajaamade kaudu, et varustada mitteveojõuga tarbijaid.
Elektrilise veojõu korral tööviljakus suureneb. Kui diiselmootoriga veojõu korral suureneb tööviljakus auruga võrreldes 2,5 korda, siis elektrilise veojõu korral 3 korda. Veokulu elektrifitseeritud liinidel on 10-15% madalam kui diiselveo korral.
Elektrifitseeritud raudtee toitesüsteem koosneb elektrivarustussüsteemi välisosast, mis hõlmab seadmeid elektrienergia tootmiseks, jaotamiseks ja veoalajaamadele edastamiseks (ainult);
Toitesüsteemi veojõu osa, mis koosneb lineaarseadmete veoalajaamadest ja veovõrgust. Veovõrk omakorda koosneb kontaktvõrgust, rööbasteest, toite- ja imiliinidest (sööturitest), aga ka muudest liini pikkuses ühendatud juhtmetest ja seadmetest ning kontaktvedrustusest otse või spetsiaalsete autotransformaatorite kaudu.
Peamiseks elektrienergia tarbijaks veovõrgus on vedur. Rongide juhusliku paiknemise tõttu on vältimatud veoste juhuslikud kombinatsioonid (näiteks rongide läbimine minimaalse intervalliga rongide vahel), mis võivad oluliselt mõjutada veojõu toitesüsteemi töörežiime.
Koos sellega töötavad veoalajaamast eemalduvad rongid madalama pingega elektrienergiaga, mis mõjutab rongi kiirust ja sellest tulenevalt ka lõigu läbilaskevõimet.
Lisaks rongi vedavatele veomootoritele on veduritel erinevaid funktsioone täitvad abimasinad. Nende masinate jõudlus on seotud ka nende klambrite pingetasemega. Sellest järeldub, et veojõu toitesüsteemides on väga oluline säilitada etteantud pingetase veovõrgu mis tahes punktis.
Raudtee elektrifitseeritud lõigu toiteallikas toimub konkreetse piirkonna elektrisüsteemist. Elektrifitseeritud raudtee toiteallika skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 1.3.
Väline toitesüsteem (I) sisaldab elektrijaama 1, trafoalajaama 2, elektriliini 3. Veojõu toitesüsteem (II) sisaldab veoalajaama 4, toiteallikaid 5, imifiidrit 6, kontaktvõrku. 7 ja veorelss 9 (vt joon. joon. 1.3), samuti lineaarsed seadmed.
Raudteed varustatakse elektriga liinidelt 35, 110, 220 kV, 50 Hz. Veojõu toitesüsteem võib olla kas alalis- või vahelduvvool.
Riis. 1.3. Elektrifitseeritud raudtee toiteallika skemaatiline diagramm: 1 - linnaosa elektrijaam; 2 - tõuge trafo alajaam; 3 - kolmefaasiline elektriliin; 4 - veojõu alajaam; 5 - toiteliin (söötur); 6 - imemisliin (söötur); 7 - kontaktvõrk; 8 - elektrivedur; 9 - rööpad
Venemaa raudteedel alalisvoolu toitesüsteem pingega kontaktvõrgus 3 kV ja vahelduvvoolu toitesüsteem pingega kontaktvõrgus 25 kV ja 2 × 25 kV, sagedusega 50 Hz, on laialt levinud.
2005. aasta 1. jaanuari seisuga oli elektrifitseeritud raudteede pikkus Venemaal 42,6 tuhat km.
3 kV alalisvooluga veojõu toitesüsteem
Alalisvoolu raudtee elektrifitseeritud sektsiooni toiteahel on näidatud joonisel fig. 1.4.
Enamasti toidetakse veovõrku 110 (220) kV siinidelt läbi astmelise trafo, mis tagab pinge vähendamise 10 kV-ni. 10 kV siinidega on ühendatud muundur, mis koosneb veojõutrafost ja alaldist. Viimane tagab vahelduvvoolu muundamise pidev pinge rehvidel 3,3 kV. Kontaktvõrk on ühendatud "plusssiiniga" ja rööpad - "miinussiiniga".
Riis. 1.4. Alalisvoolu raudtee elektrifitseeritud lõigu toiteallika skemaatiline diagramm kontaktvõrgu pingega 3 kV
Alalisvoolu veojõu toitesüsteemi põhiomadus on veomootori elektriline ühendus kontaktvõrguga, st seal on kontaktvoolu kogumise süsteem. Alalisvoolu elektrivedurite ja elektrirongide veomootorid on ette nähtud 1,5 kV nimipingele. Selliste mootorite paaride jadaühendus võimaldab veovõrgus olla 3 kV pinge.
Alalisvoolusüsteemi eelise määrab alalisvoolu jadamootori kvaliteet, mille karakteristik vastab suuremal määral veomootoritele esitatavatele nõuetele.
Alalisvoolu veojõu toitesüsteemi puudused on järgmised:
Veovõrgu madalpinge, voolukoormuste ja suurte elektrikadude tõttu (alalisvoolu elektrilise veosüsteemi kogutegur (COP) on hinnanguliselt 22%);
Suure voolukoormuse korral on veoalajaamade vaheline kaugus 20 km või vähem, mis määrab toitesüsteemi kõrge hinna ja kõrged tegevuskulud;
Suured voolukoormused määravad vajaduse suurema ristlõikega kontaktvedrustuse järele, mis põhjustab väheste värviliste metallide märkimisväärset ületamist, samuti kontaktvõrgu tugede mehaaniliste koormuste suurenemist;
Alalisvoolu elektriveosüsteemi iseloomustavad suured elektrienergia kaod elektrivedurite käivitusreostaatides kiirendamisel (lähilinnaliikluse puhul moodustavad need ligikaudu 12% kogu rongi veojõu elektrienergia tarbimisest);
Alalisvoolu elektrilise veojõu korral toimub maa-aluste metallkonstruktsioonide, sealhulgas kontaktvõrgu tugede intensiivne korrosioon;
Kuni viimase ajani veoalajaamades kasutusel olnud kuueimpulsilised alaldid olid madala võimsusteguriga (0,88 ÷ 0,92) ja põhjustasid tarbitud voolu mittesinusoidse kõvera tõttu elektrienergia kvaliteedi halvenemist (eriti 10 kV siinidel). ).
Alalisvooluteedel eristatakse tsentraliseeritud ja hajutatud toiteallika skeeme. Peamine erinevus nende skeemide vahel seisneb alajaamade alaldiplokkide arvus ja võimsuse reserveerimise meetodites. Alajaama seadmete tsentraliseeritud toiteskeemiga peab neid olema vähemalt kaks. Jaotatud võimsuse korral on kõik alajaamad üheplokised ja veoalajaamade vaheline kaugus on vähenenud.
Kehtib nõue, et ühe seadme rikke korral on ette nähtud normaalsed liikumissuurused. Esimeses skeemis kasutatakse koondamiseks täiendavaid (reserv)üksusi ja teises alajaamaseadmete koondamise tahtlik tagasilükkamine sõlmede poolt ja üleminek kogu alajaama koondamisele.
2005. aasta 1. jaanuari seisuga oli 3 kV veovõrgu pingega alalisvoolusüsteemiga elektrifitseeritud elektriraudtee pikkus 18,6 tuhat km.
Ühefaasilise vahelduvvoolu veojõu toitesüsteem pingega 25 kV, sagedusega 50 Hz
Vahelduvvooluga elektrifitseeritud raudteedel on kõige levinum toitesüsteem 25 kV, 50 Hz. Elektrifitseeritud sektsiooni toiteallika skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 1.5.
Riis. 1.5. Vahelduvvoolu raudtee elektrifitseeritud lõigu toiteallika skemaatiline diagramm kontaktvõrgu pingega 25 kV, sagedus 50 Hz
Veovõrgu toiteallikaks on 110 (220) kV siinid astmelise (veo)trafo kaudu.
Sellel on kolm mähist:
I - kõrgepinge mähis 110 (220) kV;
II - madala (keskmise) pinge 27,5 kV mähis kontaktvõrgu toiteks;
III - keskmise (madala) pinge mähis 35, 10 kV mitteveojõuga tarbijate varustamiseks.
27,5 kV siinidega on ühendatud kontaktvõrgu feederid. Sel juhul toidavad faasid A ja B veoalajaama erinevaid harusid. Faaside eraldamiseks kontaktvõrgus on paigutatud neutraalne sisestus. C-faas on ühendatud rööbastega.
Vahelduvvoolu veojõu toitesüsteemi põhiomadus - veomootori elektromagnetiline ühendus kontaktvõrguga - tagatakse elektriveduri trafo abil.
Süsteemi eelised:
Kontaktvõrgus ja veomootoril luuakse sõltumatud pingerežiimid, säilitades samal ajal alalisvoolu veomootori;
Pinge kontaktvõrgus on tõstetud 25 kV vahelduvvooluni. Selle tulemusena väheneb koormusvool sama edastatava võimsuse juures; pinge- ja võimsuskaod vähenevad;
Tõmbealajaamade vahemaad on suurendatud ja nende arvu vähendatud (kaks-kolm korda);
Vähendas ehitusaega ja suurendas elektrifitseerimise kiirust;
Vähendatud värviliste metallide tarbimine.
Vahelduvvoolu veojõusüsteemi puudused:
Kolmefaasiliste trafode asümmeetriline töö (kaheharulise koormuse korral) ja selle tulemusena elektrienergia kvaliteedi halvenemine ja nende saadaoleva võimsuse oluline vähenemine. Pange tähele, et tasakaalustamata režiimis töötava trafo saadaoleva võimsuse all mõistetakse võimsust, mis vastab positiivse järjestuse voolule sellisel koormusel, kui vool trafo ühes faasis omandab nimiväärtuse;
Tarbitud voolude süsteemi mittesinusoidsus ja ka elektrienergia kvaliteedi halvenemine toiteallika toitesüsteemis (elektrivedurite tarbitava voolu kõver, millele on paigaldatud kahe impulsi alaldi, sisaldab negatiivset kõrgemat harmoonilised 3, 5, 7 suure arvväärtusega);
Vahelduvvoolu elektrivedurite madal võimsustegur. Elektrilise veojõusüsteemi kasutegur tervikuna on hinnanguliselt 26%;
Vahelduvvoolu veovõrk on külgnevate seadmete, sealhulgas sideliinide elektromagnetilise mõju allikas, mis määrab vajaduse elektromagnetilise mõju vähendamiseks suunatud erimeetmete järele;
Ringlusvoolude olemasolu vahelduvvoolu veovõrgu kahesuunalise toiteahelaga ja sellest tulenevalt täiendavad suured elektrienergia kaod.
2005. aasta 1. jaanuari seisuga oli vahelduvvoolusüsteemiga elektrifitseeritud elektriraudtee pikkus veovõrgu pingega 25 kV, sagedus 50 Hz 1. jaanuari 2005 seisuga 24,0 tuhat km.
Alalis- ja vahelduvvoolu elektriveosüsteemide veoalajaamade välise toite skeem
Elektrisüsteemist elektrifitseeritud raudteede toiteskeemid on väga mitmekesised. Need sõltuvad suuremal määral kasutatavast elektrilisest veosüsteemist, aga ka elektrisüsteemi enda konfiguratsioonist.
Mõelge alalisvoolu (joonis 1.6) ja vahelduvvoolu (joonis 1.7) elektriliste veosüsteemide toiteahelatele.
Tavaliselt toidab 50 Hz ülekandeliin elektrivõrgust ja see asub raudtee ääres.
Elektrilise veosüsteemi pinge all mõistetakse nimipinget, mille jaoks elektriline veerem (EPS) on valmistatud. See on ka nimipinge kontaktvõrgus, pinge alajaama siinidel võetakse tavaliselt 10% sellest väärtusest kõrgemaks.
Joonisel fig. 1,6 ja 1,7 on tähistatud: 1 - elektrisüsteem; 2 - elektriliin; 3 - veoalajaamad (alalditega, alalisvoolu alajaamad ja trafo alajaamad - AC); 4 - kontaktvõrk; 5 - rööpad; 6 - elektrivedur.
Riis. 1.6. Raudtee alalisvoolu toiteallika skemaatiline diagramm
Riis. 1.7. Vahelduvvoolu raudtee toiteahela skeem
Elektrifitseeritud raudteed kuuluvad esimese kategooria tarbijate hulka. Selliste tarbijate jaoks on toide kahest sõltumatust elektriallikast. Neid loetakse eraldiseisvateks piirkonnaalajaamadeks, sama alajaama erinevateks bussilõikudeks - linnaosa või veojõuks. Seetõttu peaks veoalajaamade toiteskeem elektrisüsteemist olema selline, et ühe piirkonnaalajaama või ülekandeliini rike ei saaks põhjustada rohkem kui ühe veoalajaama riket. Seda on võimalik saavutada, valides elektrisüsteemist veoalajaamade ratsionaalse toiteskeemi.
Skeemid veoalajaamade ühendamiseks liinidegajõuülekanne
Elektriliinide veoalajaamade toiteahel on näidatud joonisel fig. 1.8.
Joonis 1.8. Kaheahelalisest elektriliinist veoalajaamade kahesuunalise toite skeem
Üldjuhul sõltub veoalajaamade toiteahel linnaosa võrgu konfiguratsioonist, elektrijaamade ja alajaamade võimsusreservist, nende laiendamise võimalusest jne. Suurema töökindluse huvides kiputakse neil kõigil juhtudel olema kahesuunaline toiteahel veoalajaamadele (vt joonis 1.8). Joonisel fig. 1.8. märgistatud: 1 - etalonveoalajaam (vähemalt kolm kõrgepingeliinide sisendit). See on varustatud kõrgepinge lülitusseadmete ja automaatsete kahjukaitseseadmete kompleksiga; 2 - vahepealne jootmise alajaam. Kõrgepingelüliteid ei paigaldata, vähendades seeläbi toitesüsteemi kulusid; 3 - on ette nähtud vahetransiitalajaam, kõrgepingeliinide sektsioon remontimiseks või kahjustuse korral seiskamiseks.
Toitesüsteemi töökindluse tagamine saavutatakse kaheahelalise kõrgepingeliini kasutamisega, kahesuunalise toite tagamisega igale elektriülekandeliini võrgule, elektriliinide sektsioonidega transiitalajaamades ja kiire automaatse põhikaitsega, transiitveo- ja piirkonnaalajaamad.
Toitesüsteemi efektiivsuse tagamine saavutatakse kõrgepingeseadmete (lülitite) vähendamisega selliste vahealajaamade arvelt, millel sellised lülitid puuduvad. Nendes alajaamades kahjustuste korral lülitab kiirkaitse liinid välja referentsalajaamades ja surnud ajal - vahepealsetes. Terved alajaamad lülitatakse sisse automaatse taassulgemissüsteemiga.
Üheahelalisest ülekandeliinist toiteallikana ei ole alajaamade ühendamine haruliinidel lubatud. Liini sektsiooni kuuluvad kõik alajaamad ja igas alajaamas eraldatakse vaheliinid lülitiga.
Ühefaasilise voolu veojõuvõrgu toiteahelate omadusedtööstuslik sagedus
Ühefaasilistel vahelduvvooluteedel toidetakse veovõrku kolmefaasilisest elektriülekandeliinist trafode kaudu, mille mähised on ühendatud ühte või teise vooluringi.
Kodumaistel raudteedel kasutatakse peamiselt kolmefaasilisi kolme mähisega trafosid, mis on sisse lülitatud TDTNGE-tüüpi täht-tähekolmnurga skeemi järgi (kolmefaasiline, õli, sundjahutusega - lööklaine, kolme mähisega, pingeregulatsiooniga koormuse all, piksekindel, elektrilise veojõu jaoks) võimsus 20, 31,5 ja 40,5 MV?A. Primaarpinge - 110 või 220 kV, sekundaarne veojõu jaoks - 27,5 kV, piirkondlike tarbijate jaoks - 38,5 ja 11 kV.
Ainult veojõu koormuse toiteks kasutatakse kolmefaasilisi kahemähiseid TDG ja TDNG tüüpi trafosid täht-kolmmähise ühendusskeemiga (-11). Nende trafode võimsus on sama, mis kolme mähisega trafodel. Veojõu mähise ühendamine "kolmnurgaga" võimaldab teil saada lamedama väliskarakteristiku. Üks "kolmnurga" tipp on kinnitatud rööbastele ja kaks ülejäänud - kontaktvõrgu erinevatele osadele.
Ühefaasilise vahelduvvoolu veovõrgu toiteahel kolmefaasilisest trafost koos täht-kolmnurkse mähise ühendusega on näidatud joonisel fig. 1.9.
Veokoormuse toitel kolmest faasist tuleb alajaamast vasakule ja paremale jäävaid veovõrgu lõike toitestada erinevatest faasidest. Seetõttu on neil üksteisega faasist väljas pinge.
Riis. 1.9. Ühefaasilise vahelduvvoolu veovõrgu toiteskeem täht-kolmmähise ühendusega kolmefaasilisest trafost
Faaside voolud saab otse Kirchhoffi võrranditest. Kui vaadeldaval ajahetkel on koormus l alajaamast vasakul ja n paremal (vt joonis 1.9), siis võime kirjutada:
Ac \u003d ba + l; (1.1)
Ba = cb + n; (1.2)
Cb \u003d ac - l - p; (1.3)
Ac + ba + cb = 0. (1,4)
Võrrand (1.4) tähendab:
Ba = - ac - cb. (1,5)
Asendame avaldise (1.5) võrrandiga (1.1):
Ac \u003d - ac - cb + l. (1,6)
Asendades valemi (1.3) avaldisega (1.6), saame:
Ac \u003d - ac - ac + l + p + l;
3ac \u003d 2 l + n;
Ac = l + n. (1,7)
Asendades valemi (1.7) avaldisega (1.3), saame:
Cb \u003d l + p - l - p;
Cb = - l - p (1,8)
Asendades valemi (1.8) avaldisega (1.2), saame:
Cb \u003d - l - n + n;
Ba = - l + n (1,9)
Sekundaarse "kolmnurga" faaside ja vastavalt primaarmähise faaside voolu saab leida ka vektorskeemi koostades.
Vektordiagrammi koostamiseks eeldatakse, et toitetsoonide l ja n voolud, mis tähistavad alajaamast vastavalt vasakule ja paremale väljuvate toiteallikate koguvoolud, on jaotatud trafo sekundaarmähiste vahel. . Teisisõnu peate määrama osaluse osakaalu sekundaarmähis trafo mõlema toitetsooni toites.
Kui trafo mähised on ühendatud vastavalt skeemile ja suletud “kolmnurga” ahelas puuduvad nulljärjestuse voolud, võib iga faasi käsitleda teisest sõltumatult, st ühefaasilise trafona. Sel juhul määratakse sekundaarpoole koormuste jaotus faaside vahel ainult mähise takistuse väärtuste suhtega. Vasakpoolset toitetsooni vooluga l toidab pinge U ac . See pinge tekib nii "ah" mähistes kui ka "bu" ja "cz" mähistes. "Ah" mähiste takistus on pool ülejäänud kahe järjestikku ühendatud mähise takistusest. Seetõttu jagatakse vool l nende vahelduvvoolu pinget genereerivate mähiste vahel vahekorras 2:1. Vool jaguneb samamoodi.
Koostame kolmefaasilise trafo faasivoolude määramiseks vektorskeemi (joon. 1.10).
Riis. 1.10. Vektorskeem kolmefaasilise trafo faasivoolude määramiseks
Joonistame diagrammil pinge- ja vooluvektorid I l, I p. Vool "ah" mähistes peaks eelneva põhjal olema võrdne l ja p summaga. Kui vektorile I l on võrdne väärtus selle pikkusele, selle pikkuse vektoril I p leiame ac nende osade summana. Primaarmähise "tähe" faasi A vool (kui teisendussuhe võrdub ühega ja tühivooluvool nulliga) võrdub vooluga a.
Samamoodi koosneb vool "cz" mähises n-st ja -l-st. Nende liitmisel saame praeguse c. Vastavalt sellele c = C .
Koormus "by" mähises koosneb summadest - l ja n. Lisades vektorid, saame kolmanda vähima koormusega faasi koormuse b = B. Pange tähele, et kõige vähem koormatud faas on "kolmnurga" faas mis ei ole otse rööbastega ühendatud.
Joonisel fig. 1.10 näitab faasinihke nurki A, B, C voolu I A, I B, I C ja pinge U A, U B, U C vahel. Pange tähele, et A\u003e L ja C< П, т. е. углы сдвига А и С для двух наиболее загруженных фаз оказываются разными (даже для Л = П). У «опережающей» (по ходу вращения векторов) С угол меньше, чем у «отстающей» фазы А. Это существенно влияет на потери напряжения в трансформаторе.
Elektriülekandeliinide faaside ühtlase koormuse tagamiseks on need veoalajaamadega ühendamisel vahelduvad.
Skeemid veoalajaamade rühma ühendamiseks elektriliiniga
Ühendusskeemi nõuded on järgmised:
Paralleeltöötamise võimaluse tagamine külgnevate veoalajaamade kontaktvõrgus;
Elektriliini ühtlase koormuse loomine.
Kui elektriülekandeliin toidetakse ühesuunaliselt, siis kolmest erineva faasijadaga alajaamast koosnev tsükkel tagab nende ühtlase koormuse elektrienergia allika ja esimese alajaama vahelisel alal (joonis 1.11). Elektrijaama generaatorid töötavad tavalisel sümmeetrilisel koormusrežiimil. Pinge elektriülekandeliinide kadu väheneb ebaühtlase koormuse vähenemise tõttu.
Mõelge veoalajaamade elektriliinidega ühendamise skeemidele (vt joonis 1.11).
Alajaam nr 1. Sel juhul ühendub trafo klemm " A t" faasiga A ja ülejäänud kaks -" Vt "ja" C t "- vastavalt faasidega B ja C. Selle ühendusega on alajaam määratud I tüüpi. Koostame selle alajaama vektordiagrammi (joonis 1.12).
Mahajääv faas ac > a. Seetõttu nihutatakse voolu I ac naaberharu voolu I b võrra mahajäämuse suunas. Reaktiivvõimsuse tarbimine suureneb (mahajäänud faasis), mis viib selle pinge vähenemiseni.
eelfaas cb< b . Следовательно, ток I a сдвигает вектор тока I cb в сторону опережения. Потребление реактивной мощности снижается, напряжение увеличивается.
Eelnevast järeldub, et kolmest faasist on üks vähem koormatud - keskmine - B.
Alajaam nr 2. Trafo "Vt" klemm ei ühendata mitte samanimelise faasiga, vaid faasiga C, mis on tegelik faas. Kõik toitetsoonid saavad voolu punktidest "a" ja "b", kuid me ei saa enam vabalt valida toitefaasi, kui oleme valinud esimese veoalajaama toiteskeemi.
Koostame vektordiagrammi (joonis 1.13). Teises alajaamas on faasijärjestus muutunud. Kui esimeses alajaamas oli selleks ABC (I tüüpi alajaam), siis teises sai sellest DIA (II tüüpi alajaam). Nüüd on vähem koormatud faas C-faas.
Alajaam nr 3. Kolmanda tsooni toide alajaamast nr 2 on võimalik ainult punktist "b" (vt joonis 1.11). Alajaamast nr 3 tuleb ka see tsoon saada toidet punktist “b”. Seetõttu saavad kõik paaritud tsoonid toite punktidest "b" ja kõik paarisalad - punktidest "a".
Koostame vektordiagrammi (joonis 1.14). Kontaktjuhtmete ja rööbaste vaheline pinge on paarislõikudes positiivne ja paaritutes lõikudes negatiivne, st kas faasis elektriülekandeliini ühe faasi pingega või sellele vastupidine. Alajaama nr 3 jaoks osutub kõige vähem koormatud faasiks faas A. Faaside järjestus on CAB (III tüüpi alajaam).
Riis. 1.12. Alajaama nr 1 pingete ja voolude vektorskeem
Riis. 1.13. Alajaama nr 2 pingete ja voolude vektorskeem
Riis. 1.14. Alajaama nr 3 pingete ja voolude vektorskeem
Elektriülekandeliini kõige vähem koormatud faaside vaheldumise järjekorra määrab alajaamade arv kohapeal ja veovõrgu toiteskeem.
Kahesuunaliste jõuülekandeliinide puhul kasutatakse kolmekordseid tsükleid (joonis 1.15).
Riis. 1.15. Ühendus veoalajaamade elektriliinidega erinevad tüübid kahesuunalise toitega
Kahjuks ei lahenda veoalajaamade rühma ühendamine elektriliiniga faasijärjestuse abil kogu voolu ja pinge asümmeetria probleemi. Neid küsimusi käsitletakse eraldi.
Kolmejuhtmeline veojõu toitesüsteemvahelduvvoolu
See süsteem on omamoodi võimsuse sagedusega vahelduvvoolusüsteem, kuna vedur jääb sel juhul samaks. Näiteks võtke 2 × 25 kV 50 Hz vahelduvvoolu veojõu toitesüsteem.
2 × 25 kV vahelduvvoolu veojõu toitesüsteemi kasutava elektrifitseeritud raudteelõigu toiteskeem on näidatud joonisel fig. 1.16.
Joon.1.16. Raudtee elektrifitseeritud lõigu toiteskeem vastavalt veojõu toitesüsteemile vahelduvvooluga 2 × 25 kV:
1 - alajaama nr 1 ja 2 astmelised trafod (ühefaasiline) 220/25 kV; 2 - lineaarsed autotransformaatorid 50/25 kV võimsusega 16 mV?A, paigaldatud alajaamade vahele 10–20 km järel; 3 - rööbaste ühendus alandava trafo ja lineaarse autotransformaatori (LAT) keskpunktis; 4 - võimsusvool U = 50 kV juures; 5 - U = 25 kV juures; 6 - elektrivedur
Alajaamade vaheline kaugus on 60 - 80 km.
Süsteemi eelised on järgmised:
Võimu üleandmisega LAT-ile üle kõrgepinge(50 kV) vähenevad võimsus- ja pingekadud veovõrgus;
50 kV toitejuhtme varjestus võimaldab vähendada kontaktvõrgu mõju külgnevatele liinidele.
Vaadeldava süsteemi nimetatud eelised määravad selle rakendamise suure kaubatihedusega ja kiire reisijateveoga raudteedel.
Süsteemi puudused hõlmavad järgmist:
Elektrifitseerimise kulude tõus LAT installeeritud võimsuse tõttu;
Kontaktvõrgu hooldamise komplikatsioon;
Raskused pinge reguleerimisel.
Esimest korda kasutati kolmejuhtmelist vahelduvvoolu veojõu toitesüsteemi Jaapanis 1971. aastal. Rahvaste Ühenduse riikides paigaldati 1979. aastal Valgevene raudtee Vjazma - Orša esimene lõik.
Praegu on selle süsteemi abil elektrifitseeritud üle 2000 km Moskva, Gorki ja endisel Baikal-Amuuri raudteel.
Kaasatud toitesüsteemi käsitletakse töödes üksikasjalikumalt.
Võtke ühendust võrgu toiteallika skeemidega
Olenevalt toiteteede arvust võivad kontaktvõrgu toiteahelad olla ühe- ja mitmeteelised. Sel juhul on võimalik kasutada nii ühe- kui ka kahepoolset toiteallikat.
Üherajalistel lõikudel on laialt levinud ühesuunalise eraldiseisva, konsool- ja vastukonsooltoiteallika skeemid. Seda kasutatakse ka kahesuunalise toiteallika jaoks.
Kaherööpmelistel lõikudel - eraldiseisvate, sõlmede, vastukonsooli, vastasrõngaste ja skeemid paralleelvarustus.
Kontaktvõrgu tarnimise meetodi valik on seotud selle toimimise konkreetsete näitajatega - töökindlus ja tõhusus. Töökindluse tagamine saavutatakse kontaktvõrgu sektsioonide jagamise ja ahelate kokkupanemise automatiseerimisega, efektiivsus - üksikute sektsioonide ja rööbasteede kontaktvõrgu elektrikao ja ühtlase koormuse vähendamisega.
Kontaktvõrgu toiteahelad on näidatud joonistel 1.17 ja 1.18.
Üherajaline lõik(vt joonis 1.17). Kontaktvõrk on jagatud kaheks osaks (isolatsiooniliidese või neutraalse sisendiga) ja iga sektsioon toidetakse alajaamast läbi oma feederi. Kui mõni sektsioon on kahjustatud, blokeeritakse ainult see sektsioon (joonis 1.17, a). Konsoolskeemiga (joonis 1.17, b) toidab saiti ühel küljel üks alajaam. Kahjustuste korral eemaldatakse vool kogu piirkonnast. Vastukonsooli skeemi (joonis 1.17, c) korral toidab saiti ühel küljel üks alajaam. Igal sektsioonil on oma söötja. Kui üks alajaamadest on välja lülitatud, on koht vooluta.
Joon.1.17. Üherajalise sektsiooni kontaktvõrgu toiteahelad
kaherajaline osa(vt joonis 1.18). Eraldi toiteahel (joon. 1.18, a) annab toite igale teele üksteisest sõltumatult. Sellega seoses väheneb kontaktvedrustuse kogu ristlõige, mis toob kaasa elektrienergia kadu suurenemise. Samal ajal on selle toiteallika skeemi töökindlus teiste skeemidega võrreldes kõrgem. Sõlme toiteskeem (joonis 1.18, b) viiakse läbi jaotuspostide abil. Sellisel juhul väheneb elektrienergia kadu kontaktvõrgu ristlõike võimaliku suurenemise tõttu. Kui kontaktvõrk on kahjustatud, ei jäeta tööst välja mitte kogu alajaamadevaheline tsoon, vaid ainult alajaama ja sektsiooniposti vaheline kahjustatud ala.
Joon.1.18. Kaherööpmelise sektsiooni kontaktvõrgu toiteahelad
Konsooliahel (joonis 1.18, c) annab toite igale teele erinevatest alajaamadest eraldi. Puudused on siin samad, mis üherajalise lõigu sarnases skeemis. Vastukonsooli skeem (joonis 1.18, d) võimaldab jagada alajaamadevahelise tsooni osadeks, mis ei ole omavahel elektriliselt ühendatud. Iga rada toidab selle feeder. Kui feeder on lahti ühendatud, on sektsioon pingevaba. Elektrienergia kadu suureneb.
Vasturõnga skeem (joon. 1.18, e) võimaldab toita rõngast mööda sektsioone kahest alajaamast, mis vähendab elektrienergia kadu ja suurendab töökindlust. Toiteallika paralleelahel (joonis 1.18, e) on kõige levinum. Selle skeemi korral toidab kontaktvõrku kaks alajaama mõlemal küljel. Kuna mõlema tee kontaktvedrustus on omavahel elektriliselt ühendatud, suureneb selle ristlõige, mis toob kaasa elektrienergia kadude vähenemise. Samal ajal on paralleeltoiteahel teiste vooluahelatega võrreldes väga töökindel.
Siseriiklikel raudteedel võetakse peamiseks kasutusele paralleeltoiteskeem.
Esimesi võimalusi raudtee elektriveojõuga varustamiseks arutati 1874. aastal. Vene spetsialist F.A. Pirotsky viis näidatud aja jooksul läbi esimesed praktilised katsed Sestroretski lähedal asuvatel raudteeteedel elektrienergia edastamise võimaluse kohta maapinnast eraldatud rööbaste abil.
Esimesed katsed elektrilise veojõu varustamiseks
Tööd tehti ühe kilomeetri kaugusel. Teine rööp toimis tagasivoolujuhtmena. Saadud elektrienergia tarniti väikesele mootorile. Kaks aastat hiljem, pärast käimasoleva töö algust, andis spetsialist F.A. Pirotsky avaldab artikli saadud tulemuste kohta ühes tehnikainseneri ajakirjades. Lõpptulemusena katsetas ta saadud elektri abil mööda raudrööpaid liikuvate kärude käivitamist.
Esimene praktiline rakendus
Saksamaal elav Werner Siemens on rakendanud elektri praktilist rakendamist raudteel. 1879. aasta Berliini tööstusnäitus eksponeeris seda saavutust oma ruumides kitsarööpmelise raudtee kujul, millest näituse külalistel oli au läbida. Rongikomplekt koosnes mitmest lahtist tüüpi vagunist, mida vedas elektrivedur. Liikumist andsid kaks alalisvoolul töötavat mootorit, sajaviiekümnevoldise pinge andis rööbastevahelises ruumis asuv raudriba. Üks jooksurööbastest toimis tagasivoolujuhtmena.
proovitükk
Kaks aastat hiljem lõpetas leiutaja W. Siemens Berliini eeslinnaosas Lichterfeldis elektrijõuga varustatud katseraudteed, mida mööda liikus mootoriga auto. Pinge oli sada kaheksakümmend volti ja see toideti ühele jooksvale rööpale - see oli justkui tagasivoolujuhe.
Et kõrvaldada võimalikud suured elektrienergia kadu halva isolatsiooniga puidust liiprite kasutamise tõttu, pidi insener Werner Siemens muutma elektriskeem elektrimootori toiteallikas.
Esimene rippelektrisüsteemi kogemus
Maailmanäitus Pariisis sai platvormiks, kus inimesed nägid elektriteed koos välismootoriga. Selline toiteallikas oli raudtoru kujul, mis riputati raudteerööbaste kohale. Toru alumisse ossa tehti pikisuunaline lõige. Toru sisemuses liikus süstik, mis ühendati painduva traadi abil läbi olemasoleva pilu ja kinnitati otse katuse veduripinna külge, kandes nii voolu elektrimootorile.
Sarnane toru riputati kõrvuti, paralleelselt esimese toruga ja toimis tagurpidi ajamina. Sarnast süsteemi kasutati 1884. aastal loodud trammidel, mis ilmusid Saksamaa ja Austria aladele Offenbachi, Frankfurdi, Vorderbrühli ja Mödlingi linnades. Trammiliikluse tagamiseks toideti pinget kolmsada viiskümmend volti.
Iirimaa Kinreshi linnast sai samadel aastatel omamoodi platvorm uuendajatele, kes kasutasid trammiliinidel voolujuhina kolmandat rööpa. Selle paigaldamisel kasutati isolaatoreid, mis olid rööbastega paralleelsed. Kahjuks ei olnud sellel uuel skeemil pikka praktilist rakendust, kuna linnatingimustes oli see jalakäijatele ja hobuste meeskondadele selge takistus.
Vene inseneri töö
Kõige huvitavam on see, et Fjodor Apollonovitš Pirotski hoiatas ühes oma Peterburi Vedomosti ajaleheväljaandes avaldatud teoses kõigi nende elektrimootori toiteallikaga varustamise tehnilise huku asjaolude eest. Nad väitsid otse, et tema järelkasv elektriraudtee näol on kõige lihtsam ja odavam ehitus. Keskmise rööpatrassi rajamiseks ei ole vaja teha lisakulusid, mis tõstab projekti maksumust korraga viis protsenti ja takistab veoliiklust linnatänavatel. Tema projekti elluviimine ei nõua malmist postide ostmist, mis maksavad palju raha. Seejärel võtsid välismaa leiutajad kuulda Vene inseneri sellist mõistlikku hoiatust ja viisid kõik ellu.
Leiutaja F.A. Pirotsky tegeles aktiivselt oma projekti elluviimisega, mõistes, et linna- ja raudteetranspordil pole ilma elektrita tulevikku. Tema uute uuringute ja katsetuste tulemuste põhjal tuleb Peterburi tänavatele ilmunud kaheastmeline mootorauto, mis liigub mööda rööpaid. 1881. aastal eksponeeriti seda autot Pariisi näitusel.
Inglismaa linn Brighton sai 1884. aastal Vene inseneri projekti praktilise elluviimise teerajajaks. Elektriraudtee pikkus, kus toideti ainult ühte rööpa, oli seitse miili. Selle tulemusena oli ühe elektriauto puhaskasum tööpäeva jooksul võrreldes hobuvankriga nelisada kakskümmend franki.
Ameerika inseneride arengud
Ka Ameerika mandril ei istunud nad käed rüpes, vaid tegelesid aktiivselt juba loodud elektriveduri vooluvarustuse meetodi täiustamisega.
Ameerika teadlane T.A. Edison viis läbi otsingutööd kütusena elektrit tarbiva raudteeveduri täiustamiseks. Nelja aasta jooksul, kuni 1884. aastani, T.A. Edison suutis luua kolm lühiraja liini. Loodud veduri elektrivoolul töötav versioon meenutas pigem veduri veduri mudelit. Toidet andsid generaatorid. Üks rööbastee rööbastest sai toidet negatiivselt, teine siin oli ühendatud generaatori plusspostiga. Juba 1883. aastal ilmus Chicago näitusel ühele platsile tolleaegne kaasaegne, elektrivoolu tarbiv vedur nimega "Kohtunik". Selle elektriveduri versiooni loomine viidi läbi tihedas koostöös teise leiutaja S.D. Väli.
Samal ajal õnnestus Ameerika inseneril L. Daftil ehitada esimene peamise elektriveduri mudel, mis kannab nime "Atreg". Vedur kasutas McGregorist Saratogani kulgevatel raudteerööbastele standardset rööpmelaiust. Edaspidi õnnestub L. Daftil enda veduriversiooni tehnilisi omadusi parandada, kuid nüüd kannab see nime “Benjamin Franklin”, selle mass on kümme tonni, pikkus neli meetrit. Veorattaid oli neli. Elektrivoolu toide, mille pinge oli kakssada viiskümmend volti, viidi läbi kolmanda rööpa kaudu, mis tagas mootori töö, mille võimsus ulatus saja kahekümne viie hobujõuni. Nendest piisas, et rongis oleks kaheksa vagunit, ja nad järgnesid elektriveduri juhtimisel kiirusega kuusteist kilomeetrit tunnis.
Šveitsi hammastee
Šveitsi insener hr R. Thorn ehitas samal 1884. aastal käigukastiga katseraudtee. Selle tulemusena said Tori küla ja mägihotell järsu kaldega transpordiarteri, mida mööda järgnes nelja veorattaga väike elektrivedur. Võimsusparameetrid olid tähtsusetud ja võimaldasid reisijaid vedada vaid neljal inimesel. Kallakust alla minnes lülitati sisse pidurdusrežiim ning elektrimootorist sai generaator, mis andis tekkiva elektrienergia võrku.
Elektrifitseerimine Venemaal
Projekt
Kõigi riikide disainerid töötasid olemasolevate elektrivedurite versioonide täiustamise ja veduri elektrivarustuse tehnika kallal.
Elektrifitseerimine käis Vene impeeriumis oma teed. Esimese kodumaise raudtee elektrifitseerimise projekt ilmus üheksateistkümnenda sajandi lõpus, 1898. aastal. Aga et Oranienbaumi ehitama hakata elektriliin Peterburist Krasnõje Gorki oli võimalik alles 1913. aastal. Olemasolevaid plaane ei olnud võimalik täies mahus ellu viia Esimese maailmasõja puhkemise tõttu. Selle tulemusena muutusid piiratud teelõigud linna trammiliiniks. Strelnas sõidavad trammid ikka mööda rööpaid.
Revolutsioonijärgsel perioodil algatas RSFSRi noor valitsus tuntud GOELRO plaani väljatöötamise ja kiitis selle heaks 1921. aastal. Rööbasteede elektrifitseerimine pidi lõpule jõudma kümne kuni viieteistkümne aasta pärast. Uute radade pikkus projekti raames oli kolm tuhat viissada kilomeetrit, hõlmates vaid väikese osa olulisematest piirkondadest.
Töö algus
Esimesed elektrilise veojõuga raudteed ilmusid 1926. aastal marsruudil Surakhanist Sabunchi ja sealt edasi Aserbaidžaani pealinna Bakuusse. Kolm aastat hiljem juhivad elektrirongid mööda Põhjaraudteed äärelinna marsruuti Moskva-Reisija ja Mytishchi vahel.
Möödus veel veidi aega ja 1932. aastal sai Suramsky passi osa elektrit. Nüüd tagasid sellel teel põhiliikluse elektrivedurid. Elektrilises veojõusüsteemis kasutati alalisvoolu, mille pinge ulatus väärtuseni kolm tuhat volti. Järgnevatel aastatel kasutati seda laialdaselt Nõukogude Liidu raudteedel. Esimesed elektrivedurite tööpäevad näitasid selgelt oma eelist vedurite veojõuga võrreldes. Need näitajad olid tootlikkus ja energiatõhusus.
1941. aastaks oli kõigi elektrienergiaga varustatud teede pikkus tuhat kaheksasada kuuskümmend viis kilomeetrit.
sõjajärgne periood
Esimesel sõjajärgsel aastal saavutasid elektrifitseeritud liinide kogupikkus kaks tuhat kakskümmend üheksa kilomeetrit. Tuleb märkida, et kuussada kuuskümmend kolm kilomeetrit teed taastati ja tegelikult ehitati praktiliselt ümber.
Toimus aktiivne sõja ajal hävinud tehaste tootmisvõimsuste taastamine. Novocherkasski linna ilmub uus ettevõte, mis on spetsialiseerunud elektrivedurite tootmisele. Kaks aastat pärast sõda alustas tööd Riia elektrirongide tootmise ettevõte.
Me ei tohi unustada, et sel raskel sõjajärgsel perioodil nõudis raudteede elektrifitseerimine märkimisväärseid rahaeraldiste infusioone. Seetõttu jäi elektriga rööbasteede kasvu maht planeeritust kõvasti maha ja ulatus vaid kolmeteistkümne protsendini. Sellel oli palju põhjuseid, alustades tööde nappidest rahalistest vahenditest ja lõpetades sellise ehituse läbiviimiseks vajalike materjalide kõrge hinnaga.
50ndad
Kahekümnenda sajandi viiekümnendatel aastatel oli teenitud väärtuse tase kavandatud koormuste suhtes seitsekümmend protsenti.
Partei 20. kongressil osales NLKP Keskkomitee esimene sekretär N.S. Hruštšov kritiseeris rängalt kogu raudteeministeeriumi juhtkonda. Mõned ametnikud tagandati ametikohalt.
Viienda viieaastaplaani üheks ülesandeks oli elektrifitseeritud raudtee vajadustele vastavate uute elektrijaamarajatiste ehitamine.
Hilisemate üldplaanide koostamisel oli vaja 1970. aastaks elektrifitseerida nelikümmend tuhat kilomeetrit raudteeliine.
Tempo tõstmine
Ja jällegi aitab industrialiseerimine saavutada elektriga varustatud raudteede ehitamise iga-aastast arengut kahe tuhande kilomeetri ulatuses.
1962. aasta märtsiks ilmusid võidukad teated planeeritud koormuste täitumise kohta saja viie protsendi võrra, mis füüsilises mõttes oli kaheksa tuhat nelisada seitsekümmend kolm kilomeetrit. Kõik see andis selgelt tunnistust eelnevast mahajäämusest soovitud tulemuste tasemest.
Kahekümnenda sajandi seitsmekümnendatel aastatel hakati massiliselt pooljuhtalalditega asendama alajaamades seisvaid elavhõbedalalde. Iga uus ehitatav alajaam oli varustatud ainult pooljuhtseadmetega. Kõik see tähendas, et Nõukogude Liitu ilmusid kõige võimsamad ja töökindlamad inverterid. Need võimaldasid veeremi elektrilise pidurdamise ajal toodetud üleliigse energia tagastada esmasesse välisvõrku.
Voolu ohutu ja kiire lahtiühendamine kontaktliinivõrgus on alati olnud keeruline ja valus, eriti lühise ajal.
Lõpuks ilmusid raudtee alajaamadesse võimsad pöörmed.
Need paigaldati paarikaupa järjestikuse mustriga.
Vene periood
Kahekümne esimese sajandi algusega on Venemaa Raudtee elektrifitseeritud sideliinide ehitamise tempo aastaga märgatavalt vähenenud - see on nelisada viiskümmend kilomeetrit. Mõnikord langes see väärtus saja viiekümne kilomeetrini ja mõnikord tõusis seitsmesaja kilomeetrini. Märkimisväärne osa elektrifitseeritud rööbasteedest viidi üle vahelduvvoolu kasutamisele. Sarnane moderniseerimine viidi läbi Kaukaasia, Oktoobri teedel ja Siberi suundadel.
Sotši 2014
2014. aasta taliolümpiamängude eel ehitati Adlerist Krasnaja Poljanasse viivitamatult uus elektrifitseeritud raudtee. Täna jätkab Valgevene Vabariik oma territooriumil raudteede elektrifitseerimist.
