Kako gradski i međugradski električni prijevoz dobiva energiju?

Gradski i međugradski električni prijevoz postali su uobičajeni atributi svakodnevnog života suvremenog čovjeka. Odavno smo prestali razmišljati o tome kako ovaj transport dobiva hranu. Svi znaju da se automobili pune benzinom, a biciklima pedaliraju biciklisti. Ali kako se hrane električni tipovi prijevoza putnika: tramvaji, trolejbusi, monorail vlakovi, podzemne željeznice, električni vlakovi, električne lokomotive? Gdje i kako im se dovodi pogonska energija? Razgovarajmo o tome.

Tramvaj

Nekada je svako novo tramvajsko gospodarstvo bilo prisiljeno imati vlastitu elektranu, budući da javne elektroenergetske mreže još nisu bile dovoljno razvijene. U 21. stoljeću, struja za tramvajsku mrežu opskrbljuje se iz mreža opće namjene.

Napajanje se osigurava istosmjernom strujom relativno niskog napona (550 V), što bi jednostavno bilo neekonomično za prijenos na velike udaljenosti.Zbog toga se u blizini tramvajskih pruga nalaze vučne trafostanice u kojima se izmjenična struja iz visokonaponske mreže pretvara u istosmjernu struju (napona 600 V) za kontaktnu mrežu tramvaja. U gradovima u kojima prometuju i tramvaji i trolejbusi, ovi načini prijevoza općenito imaju ukupnu uštedu energije.

Na području bivšeg Sovjetskog Saveza postoje dvije sheme za napajanje nadzemnih vodova za tramvaje i trolejbuse: centralizirano i decentralizirano. Prvo je došao centralizirani. U njemu su velike vučne podstanice opremljene s nekoliko pretvaračkih jedinica opsluživale sve susjedne vodove ili vodove koji se nalaze na udaljenosti do 2 kilometra od njih. Trafostanice ovog tipa danas se nalaze u područjima s velikom gustoćom tramvajskih (trolejbuskih) trasa.

Decentralizirani sustav počeo se formirati nakon 60-ih godina, kada su se počele pojavljivati ​​tramvajske linije, trolejbusi, podzemne željeznice, na primjer, od centra grada duž autoceste, do udaljenih dijelova grada itd.

Ovdje se svakih 1-2 kilometra dalekovoda postavljaju vučne trafostanice male snage s jednom ili dvije pretvaračke jedinice koje mogu napajati najviše dvije dionice dalekovoda, pri čemu svaki krajnji dio može biti opskrbljen iz susjedne trafostanice.

Dakle, gubici energije su manji, jer su dionice snage kraće. Također, ako dođe do kvara na jednoj od trafostanica, dio linije će ostati pod naponom iz susjedne trafostanice.

Kontakt tramvaja s istosmjernim vodom je preko pantografa na krovu njegovog vagona. To može biti pantograf, polu-pantograf, šipka ili luk. Nadzemnu žicu tramvajske pruge obično je lakše objesiti nego tračnicu.Ako se koristi nosač, zračni prekidači su raspoređeni kao nosači kolica. Struja obično teče kroz tračnice prema zemlji.

Trolejbus

U trolejbusu je kontaktna mreža podijeljena sekcijskim izolatorima na izolirane segmente, od kojih je svaki spojen na vučnu trafostanicu pomoću napojnih vodova (nadzemnih ili podzemnih). To jednostavno omogućuje isključivanje pojedinačnih dijelova radi popravka u slučaju kvara. Ako se kvar dogodi s opskrbnim kabelom, moguće je ugraditi kratkospojnike na izolatore za napajanje pogođenog dijela sa susjednog (ali ovo je nenormalan način rada povezan s rizikom od preopterećenja napajanja).

Vučna trafostanica smanjuje izmjeničnu struju visokog napona od 6 do 10 kV i pretvara je u istosmjernu struju napona od 600 volti. Pad napona u bilo kojoj točki mreže, prema standardima, ne smije biti veći od 15%.

Kontaktna mreža trolejbusa razlikuje se od one tramvaja. Ovdje je dvožična, uzemljenje se ne koristi za odvod struje, pa je ova mreža složenija. Provodnici se nalaze na maloj udaljenosti jedan od drugog, zbog čega je potrebna posebno pažljiva zaštita od približavanja i kratkog spoja, kao i izolacija na križanjima trolejbuskih mreža međusobno i s tramvajskim mrežama.

Stoga se na raskrižjima postavljaju posebna sredstva, kao i strelice na mjestima spajanja. Osim toga, održava se neki podesivi napon, što sprječava preklapanje žica na vjetru. Zato se šipke koriste za pogon trolejbusa — drugi uređaji jednostavno ne dopuštaju ispunjavanje svih ovih zahtjeva.

Nosači trolejbusa osjetljivi su na kvalitetu kontaktne mreže, budući da svaki nedostatak može dovesti do preskakanja kraka. Postoje norme prema kojima kut loma na mjestu pričvršćivanja šipke ne smije biti veći od 4 °, a pri okretanju pod kutom većim od 12 ° postavljaju se zakrivljeni držači. Klizna cipela ide po žici i ne može se okretati s kolicima, tako da su ovdje potrebne strelice.

Jednotračni

Monorail vlakovi nedavno prometuju u mnogim gradovima diljem svijeta: Las Vegas, Moskva, Toronto itd. Mogu se naći u zabavnim parkovima, zoološkim vrtovima, monorail se koristi za lokalno razgledavanje i, naravno, za gradsku i prigradsku komunikaciju.

Kotači takvih vlakova uopće nisu od lijevanog željeza, već od lijevanog željeza. Kotači jednostavno vode monorail vlak duž betonskog nosača — tračnica na kojima se nalaze tračnica i vodovi (kontaktna tračnica) napajanja.

Neki jednotračnici dizajnirani su na takav način da se postavljaju na vrh tračnice, slično kao što osoba sjedi na vrhu konja. Neke jednotračne tračnice ovješene su o gredu ispod, nalik na golemu svjetiljku na stupu. Naravno, monorails su kompaktniji od konvencionalnih željeznica, ali su skuplji za izgradnju.

Neki monorails imaju ne samo kotače, već i dodatnu potporu temeljenu na magnetskom polju. Moskovska jednošinska željeznica, na primjer, vozi upravo na magnetskom jastuku koji stvaraju elektromagneti. Elektromagneti se nalaze u voznom parku, au platnu snopa za vođenje nalaze se stalni magneti.

Ovisno o smjeru struje u elektromagnetima pokretnog dijela, monorail vlak se kreće naprijed ili natrag prema principu odbijanja istoimenih magnetskih polova - tako radi linearni elektromotor.

Osim gumenih kotača, monorail vlak ima i kontaktnu tračnicu koja se sastoji od tri strujna elementa: plus, minus i masa. Napon napajanja monorail linearnog motora je konstantan, jednak 600 volti.

Pod zemljom

Električni vlakovi podzemne željeznice dobivaju električnu energiju iz mreže istosmjerne struje - u pravilu iz treće (kontaktne) tračnice, čiji je napon 750-900 volti. Istosmjerna struja dobiva se u trafostanicama iz izmjenične struje pomoću ispravljača.

Kontakt vlaka s kontaktnom tračnicom ostvaruje se preko pomičnog odvodnika struje. Kontaktna sabirnica nalazi se desno od tračnica. Sakupljač struje (tzv. «Pantograf») nalazi se na okretnom postolju vagona i pritisnut je na kontaktnu sabirnicu odozdo. Plus je na kontaktnoj tračnici, minus na tračnicama.

Uz struju snage, tračnicama teče i slaba "signalna" struja koja je neophodna za blokiranje i automatsko uključivanje semafora. Tračnice također prenose informacije u vozačevu kabinu o prometnoj signalizaciji i dopuštenoj brzini vlaka podzemne željeznice na tom dijelu.

Električna lokomotiva

Električna lokomotiva je lokomotiva koju pokreće vučni motor. Motor električne lokomotive dobiva napajanje iz vučne trafostanice preko kontaktne mreže.

Električni dio električne lokomotive općenito sadrži ne samo vučne motore, već i pretvarače napona, kao i uređaje za spajanje motora na mrežu itd. Strujna oprema električne lokomotive nalazi se na krovu ili na njegovim pokrovima i namijenjena je za spajanje električne opreme na kontaktnu mrežu.

Prikupljanje struje s nadzemnog voda osigurava se pantografima na krovu, nakon čega se struja dovodi kroz sabirnice i izolacijske čahure do električnih uređaja. Na krovu električne lokomotive nalaze se i sklopni uređaji: zračne sklopke, sklopke za strujne vrste i rastavljači za isključivanje iz mreže u slučaju kvara pantografa. Kroz sabirnice se struja dovodi do glavnog ulaza, do pretvaračkih i regulacijskih uređaja, do vučnih motora i drugih strojeva, zatim do dijelova kotača i preko njih do tračnica, do zemlje.

Regulacija vučne sile i brzine električne lokomotive postiže se promjenom napona u armaturi motora i promjenom koeficijenta uzbude kolektorskih motora ili podešavanjem frekvencije i napona struje napajanja asinkronih motora.

Regulacija napona se vrši na više načina. U početku su na električnoj lokomotivi istosmjerne struje svi njezini motori spojeni u seriju, a napon jednog motora na osmoosovinskoj električnoj lokomotivi je 375 V, s naponom kontaktne mreže od 3 kV.

Grupe vučnih motora mogu se prebaciti sa serijskog spoja — na serijsko-paralelni (2 grupe po 4 motora spojene serijski, tada je napon za svaki motor 750 V), ili na paralelni (4 grupe po 2 motora spojene serijski, zatim ovaj napon za jedan motor — 1500 V). A za dobivanje međunapona motora, u krug se dodaju skupine reostata, što omogućuje podešavanje napona u koracima od 40-60 V, iako to dovodi do gubitka dijela električne energije na reostatima u obliku topline.

Pretvarači snage u električnoj lokomotivi potrebni su za promjenu vrste struje i snižavanje napona kontaktne mreže na potrebne vrijednosti koje zadovoljavaju zahtjeve vučnih motora, pomoćnih strojeva i drugih strujnih krugova električne lokomotive. Pretvorba se vrši izravno na brodu.

Na električnim lokomotivama izmjenične struje postoji vučni transformator za smanjenje visokog napona, kao i ispravljač i prigušnice za dobivanje istosmjerne struje iz izmjenične struje. Statički pretvarači napona i struje mogu se ugraditi za napajanje pomoćnih strojeva. Na električnim lokomotivama s asinkronim pogonom obje vrste struje koriste se vučni izmjenjivači koji istosmjernu struju pretvaraju u izmjeničnu struju reguliranog napona i frekvencije koja se dovodi do vučnih motora.

Električni vlak

Električni vlak ili električni vlak u klasičnom obliku dobiva električnu energiju uz pomoć pantografa preko kontaktne žice ili kontaktne tračnice.Za razliku od električne lokomotive, kolektori električnih vlakova nalaze se i na motornim vozilima i na prikolicama.

Ako se struja dovodi do vučenih automobila, tada se automobil napaja posebnim kabelima. Oduzimač struje je obično na vrhu, od kontaktne žice, izvode ga kolektori u obliku pantografa (slično tramvajskim prugama).

Obično je struja jednofazna, ali postoji i trofazna, kada električni vlak koristi pantografe posebnog dizajna za odvojeni kontakt s nekoliko žica ili kontaktnih tračnica (kada je u pitanju podzemna željeznica).

Električna oprema električnog vlaka ovisi o vrsti struje (postoje istosmjerna struja, izmjenična struja ili dvosistemski električni vlakovi), vrsti vučnih motora (kolektorski ili asinkroni), prisutnosti ili odsutnosti električnog kočenja.

U načelu je električna oprema električnih vlakova slična električnoj opremi električnih lokomotiva. Međutim, u većini modela električnih vlakova postavlja se ispod karoserije i na krovove vagona kako bi se povećao prostor za putnike unutra. Načela pogona motora električnih vlakova otprilike su ista kao kod električnih lokomotiva.