Hur får stads- och interurban eltransport energi?

Elektriska transporter i städer och mellan städer har blivit välbekanta attribut i vardagen för den moderna människan. Vi har för länge sedan slutat tänka på hur den här transporten får sin mat. Alla vet att bilar fylls med bensin, cyklar trampas av cyklister. Men hur matas elektriska typer av persontransporter: spårvagnar, trolleybussar, monorailtåg, tunnelbanor, elektriska tåg, elektriska lokomotiv? Var och hur tillförs drivenergin dem? Låt oss prata om det.

Spårvagn

Förr i tiden var varje ny spårvagnsekonomi tvungen att ha en egen kraftstation, eftersom de allmänna elnäten ännu inte var tillräckligt utvecklade. På 2000-talet levereras ström till spårvagnsnätet från allmänna nät.

Ström tillhandahålls av relativt lågspänningslikström (550 V), vilket helt enkelt skulle vara oekonomiskt för långdistansöverföring.Av denna anledning finns traktionsstationer i närheten av spårvagnslinjerna, där växelströmmen från högspänningsnätet omvandlas till likström (med en spänning på 600 V) för spårvägskontaktnätet. I städer där både spårvagnar och trådbussar trafikerar har dessa transportsätt generellt sett en total energibesparing.

På fd Sovjetunionens territorium finns det två system för att driva luftledningar för spårvagnar och trådbussar: centraliserad och decentraliserad. Först kom den centraliserade. I den betjänade stora traktionsstationer utrustade med flera omvandlingsenheter alla närliggande linjer eller linjer som ligger på ett avstånd av upp till 2 kilometer från dem. Transformatorstationer av denna typ finns idag i områden med hög täthet av spårvagnsleder.

Det decentraliserade systemet började bildas efter 60-talet, när spårvagnslinjer, trolleybussar, tunnelbanor började dyka upp, till exempel från stadskärnan längs motorvägen, till ett avlägset område av staden, etc.

Här installeras lågeffekttraktionsstationer med en eller två omvandlarenheter som kan försörja maximalt två sektioner av ledningen var 1-2 kilometer av ledningen, varvid varje ändsektion kan försörjas av en intilliggande transformatorstation.

Därmed blir energiförlusterna mindre, eftersom effektsektionerna är kortare. Om ett fel uppstår vid en av transformatorstationerna, kommer ledningssektionen att förbli spänningssatt från den intilliggande transformatorstationen.

Spårvagnens kontakt med DC-ledningen sker genom en strömavtagare på taket av bilen. Detta kan vara en strömavtagare, semi-strömavtagare, stång eller båge. Spårvägsledningens lufttråd är vanligtvis lättare att hänga än skenan.Om en bom används är luftströmbrytarna anordnade som vagnbommar. Strömflödet går vanligtvis genom skenorna till jord.

Trolleybuss

I en trolleybuss är kontaktnätet uppdelat av sektionsisolatorer i isolerade segment, som vart och ett är anslutet till traktionstransformatorstationen med hjälp av matarledningar (overhead eller under jord). Detta gör det enkelt att stänga av enskilda sektioner för reparation vid fel. Om ett fel uppstår på matningskabeln är det möjligt att installera byglar på isolatorerna för att mata den drabbade sektionen från den intilliggande (men detta är en onormalt läge förknippat med risk för överbelastning av strömförsörjningen).

Traction transformatorstationen minskar högspänningsväxelströmmen från 6 till 10 kV och omvandlar den till likström med en spänning på 600 volt. Spänningsfallet vid någon punkt i nätverket, enligt standarderna, bör inte vara mer än 15 %.

Spårbussens kontaktnät skiljer sig från spårvagnens. Här är det tvåtrådigt, marken används inte för att tappa ström, så detta nätverk är mer komplext. Ledarna är placerade på litet avstånd från varandra, varför ett särskilt noggrant skydd mot närmande och kortslutning krävs samt isolering i korsningar av trolleybussnät med varandra och med spårvägsnät.

Därför installeras speciella medel vid korsningar, liksom pilar vid korsningspunkterna. Dessutom bibehålls viss justerbar spänning, vilket förhindrar att ledningarna överlappar varandra i vinden. Det är därför stavar används för att driva trolleybussar — ​​andra enheter tillåter helt enkelt inte att alla dessa krav uppfylls.

Trolleybussbommar är känsliga för kvaliteten på kontaktledningen, eftersom alla defekter i den kan leda till bomhopp. Det finns normer enligt vilka brytvinkeln vid fästpunkten för stången inte bör vara mer än 4 °, och när du vrider i en vinkel på mer än 12 ° installeras krökta hållare. Glidskon går på vajern och kan inte roteras med vagnen, så här behövs pilar.

Enkelspårig

Monorail-tåg har nyligen körts i många städer runt om i världen: Las Vegas, Moskva, Toronto, etc. De kan hittas i nöjesparker, djurparker, monorails används för lokal sightseeing och, naturligtvis, för stads- och förortskommunikation.

Hjulen på sådana tåg är inte alls gjutjärn, utan gjutjärn. Hjulen styr helt enkelt monorailtåget längs en betongbalk - skenorna på vilka strömförsörjningens spår och linjer (kontaktskenan) är placerade.

Vissa monorails är utformade på ett sådant sätt att de placeras ovanpå en skena, liknande hur en person sitter ovanpå en häst. Vissa monorails är upphängda från en balk nedanför, som liknar en gigantisk lykta på en stolpe. Visst är monorails mer kompakt än konventionella järnvägar, men de är dyrare att bygga.

Vissa monorails har inte bara hjul, utan också extra stöd baserat på ett magnetfält. Monorailen i Moskva går till exempel exakt på en magnetisk kudde skapad av elektromagneter. Elektromagneter finns i den rullande materielen, och det finns permanentmagneter i styrstrålens duk.

Beroende på strömriktningen i den rörliga delens elektromagneter, rör sig monorail-tåget framåt eller bakåt enligt principen om avstötning av magnetpolerna med samma namn - det är så den linjära elektriska motorn fungerar.

Utöver gummihjulen har monorailtåget även en kontaktskena som består av tre strömförande element: plus, minus och jord. Matningsspänningen för monorail-linjärmotorn är konstant, lika med 600 volt.

Underjordisk

Elektriska tunnelbanetåg får sin el från likströmsnätet - som regel från den tredje (kontakt) skenan, vars spänning är 750-900 volt. Likström erhålls i transformatorstationer från växelström med hjälp av likriktare.

Tågets kontakt med kontaktskenan sker genom en rörlig strömavtagare. Kontaktbussen är placerad till höger om spåren. Strömavtagaren (den så kallade «Pantograph») är placerad på vagnens boggi och pressas mot kontaktbussen underifrån. Plusen är på kontaktskenan, minus på tågspåren.

Utöver kraftströmmen flyter en svag "signal"-ström längs spårskenorna, vilket är nödvändigt för blockering och automatisk växling av trafikljus. Spåren överför även information till förarhytten om trafiksignalerna och den tillåtna hastigheten för tunnelbanetåget i den sträckan.

Ellok

Ett ellok är ett lok som drivs av en dragmotor. Ellokets motor får kraft från traktionsstationen via kontaktnätet.

Den elektriska delen av ett ellok innehåller i allmänhet inte bara dragmotorer, utan även spänningsomvandlare, samt anordningar som kopplar motorer till nätverket etc. Den nuvarande utrustningen för ett elektriskt lok är placerad på taket eller på dess lock och är utformad för att ansluta den elektriska utrustningen till kontaktnätet.

Uppsamlingen av ström från luftledningen tillhandahålls av strömavtagare på taket, varefter strömmen matas genom samlingsskenor och bussningar till de elektriska enheterna. På taket av det elektriska loket finns också omkopplingsanordningar: luftströmbrytare, omkopplare för strömtyper och frånskiljare för att koppla från nätverket i händelse av strömavtagarefel. Genom bussarna matas strömmen till huvudingången, till omvandlings- och regleranordningarna, till dragmotorerna och andra maskiner, sedan till hjuldelarna och genom dem till rälsen, till marken.

Reglering av dragkraften och hastigheten för det elektriska loket uppnås genom att ändra spänningen i motorns ankare och genom att ändra excitationskoefficienten för kollektormotorer eller genom att justera frekvensen och spänningen för matningsströmmen för asynkronmotorer.

Spänningsreglering sker på flera sätt. Inledningsvis, på ett elektriskt likströmslok, är alla dess motorer anslutna i serie, och spänningen hos en motor på ett åtta-axligt elektriskt lok är 375 V, med en kontaktledningsspänning på 3 kV.

Grupper av traktionsmotorer kan växlas från seriekoppling — till serie-parallell (2 grupper om 4 motorer kopplade i serie, då är spänningen för varje motor 750 V), eller till parallell (4 grupper om 2 motorer kopplade i serie, sedan denna spänning för en motor — 1500 V). Och för att erhålla mellanspänningar för motorerna läggs grupper av reostater till kretsen, vilket gör det möjligt att justera spänningen i steg om 40-60 V, även om detta leder till förlust av en del av elektriciteten på reostaterna i form av värme.

Effektomvandlare inuti det elektriska loket är nödvändiga för att ändra typen av ström och sänka kontaktledningsspänningen till de erforderliga värdena som uppfyller kraven för dragmotorer, hjälpmaskiner och andra kretsar i det elektriska loket. Konverteringen görs direkt ombord.

På elektriska växelströmslok finns en dragtransformator för att minska den ingående högspänningen, samt en likriktare och utjämningsreaktorer för att erhålla likström från växelström. Omvandlare för statisk spänning och ström kan installeras för att driva hjälpmaskiner. På ellok med asynkron drift av båda strömtyperna används dragväxelriktare som omvandlar likström till växelström med reglerad spänning och frekvens, som matas till dragmotorer.

Elektriskt tåg

Ett eltåg eller eltåg i klassisk form tar emot el med hjälp av strömavtagare genom en kontaktledning eller kontaktskena.Till skillnad från ett elektriskt lok är samlare av elektriska tåg placerade både på bilar och på släp.

Om strömmen tillförs de bogserade bilarna, så drivs bilen med speciella kablar. Strömavtagaren är vanligtvis på toppen, från kontakttråden, den utförs av samlare i form av strömavtagare (liknande spårvagnslinjer).

Vanligtvis är strömsamlingen enfas, men det finns också en trefas, när det elektriska tåget använder strömavtagare av en speciell design för separat kontakt med flera ledningar eller kontaktskenor (när det gäller tunnelbanan).

Den elektriska utrustningen för det elektriska tåget beror på typen av ström (det finns likström, växelström eller tvåsystems elektriska tåg), typen av dragmotorer (kollektor eller asynkron), närvaron eller frånvaron av elektrisk bromsning.

I princip liknar den elektriska utrustningen i elektriska tåg den elektriska utrustningen i elektriska lok. Men i de flesta elektriska tågmodeller placeras den under karossen och på vagnarnas tak för att öka passagerarutrymmet inuti. Principerna för att driva elektriska tågmotorer är ungefär desamma som elektriska lok.