Kaip miesto ir tarpmiestinis elektrinis transportas gauna energijos?

Miesto ir tarpmiestinis elektrinis transportas šiuolaikiniam žmogui tapo pažįstamais kasdienio gyvenimo atributais. Jau seniai nebegalvojome, kaip šis transportas gauna maisto. Visi žino, kad automobiliai pilami benzinu, dviračių pedalus mino dviratininkai. Tačiau kaip maitinami elektriniai keleivinio transporto tipai: tramvajai, troleibusai, vienbėgiai traukiniai, metro, elektriniai traukiniai, elektriniai lokomotyvai? Kur ir kaip jiems tiekiama varomoji energija? Pakalbėkime apie tai.

Tramvajus

Senais laikais kiekviena nauja tramvajaus ūkis buvo priversta turėti savo elektrinę, nes viešieji elektros tinklai dar nebuvo pakankamai išvystyti. XXI amžiuje elektra tramvajų tinklui tiekiama iš bendrosios paskirties tinklų.

Energija tiekiama iš santykinai žemos įtampos nuolatinės srovės (550 V), kuri būtų tiesiog neekonomiška perduodant tolimojo atstumo.Dėl šios priežasties šalia tramvajaus linijų yra įrengtos traukos pastotės, kuriose aukštos įtampos tinklo kintamoji srovė paverčiama nuolatine (600 V įtampos) tramvajaus kontaktinio tinklo srove. Miestuose, kur kursuoja ir tramvajai, ir troleibusai, šios transporto rūšys paprastai taupo energiją.

Buvusios Sovietų Sąjungos teritorijoje yra dvi tramvajų ir troleibusų oro linijų maitinimo schemos: centralizuota ir decentralizuota. Pirmiausia atsirado centralizuotas. Joje didelės traukos pastotės, kuriose įrengti keli konvertavimo įrenginiai, aptarnavo visas gretimas linijas arba linijas, esančias iki 2 kilometrų atstumu nuo jų. Tokio tipo pastotės šiandien yra teritorijose, kuriose gausu tramvajų (troleibusų) maršrutų.

Decentralizuota sistema pradėjo formuotis po 60-ųjų, kai pradėjo atsirasti tramvajaus linijos, troleibusai, metro, pavyzdžiui, iš miesto centro palei greitkelį, į atokią miesto zoną ir kt.

Čia kas 1-2 linijos kilometrus įrengiamos mažos galios traukos pastotės su vienu ar dviem keitikliais, galinčiais maitinti ne daugiau kaip dvi linijos atkarpas, kiekvieną galinę dalį gali aprūpinti gretima pastotė.

Taigi energijos nuostoliai yra mažesni, nes galios sekcijos yra trumpesnės. Be to, įvykus gedimui vienoje iš pastočių, linijos atkarpa liks maitinama iš gretimos pastotės.

Tramvajaus kontaktas su nuolatinės srovės linija vyksta per pantografą ant jo automobilio stogo. Tai gali būti pantografas, pusiau pantografas, strypas arba lankas. Tramvajaus linijos viršutinį laidą paprastai lengviau pakabinti nei bėgį.Jei naudojama strėlė, oro jungikliai yra išdėstyti kaip vežimėlių sijos. Srovės srautas paprastai yra per bėgius į žemę.

Troleibusas

Troleibuse kontaktinis tinklas sekcijų izoliatoriais yra padalintas į izoliuotus segmentus, kurių kiekvienas yra prijungtas prie traukos pastotės padavimo linijomis (antžeminėmis arba požeminėmis). Tai leidžia lengvai išjungti atskiras sekcijas, kad būtų galima taisyti gedimo atveju.Jei įvyksta maitinimo kabelio gedimas, ant izoliatorių galima sumontuoti trumpiklius, kurie padėtų paveiktą sekciją iš gretimos (tačiau tai yra nenormalus režimas, susijęs su maitinimo šaltinio perkrovos rizika).

Traukos pastotė sumažina aukštos įtampos kintamąją srovę nuo 6 iki 10 kV ir paverčia ją nuolatine 600 voltų įtampa. Įtampos kritimas bet kuriame tinklo taške pagal standartus neturėtų būti didesnis nei 15%.

Troleibuso kontaktinis tinklas skiriasi nuo tramvajaus. Čia jis yra dviejų laidų, įžeminimas nenaudojamas srovei nutekėti, todėl šis tinklas yra sudėtingesnis. Konduktoriai yra išdėstyti nedideliu atstumu vienas nuo kito, todėl reikalinga ypač kruopšti apsauga nuo priartėjimo ir trumpojo jungimo, taip pat izoliuoti troleibusų tinklų sankirtas tarpusavyje ir su tramvajų tinklais.

Todėl sankryžose įrengiamos specialios priemonės, o sankryžose – rodyklės. Be to, palaikoma tam tikra reguliuojama įtampa, kuri neleidžia laidams persidengti vėjyje. Todėl troleibusams varyti naudojami strypai – kiti įrenginiai visų šių reikalavimų tiesiog neleis įvykdyti.

Troleibusų strėlės jautriai reaguoja į kontaktinio tinklo kokybę, nes bet koks jo defektas gali sukelti strėlės šuolį. Yra normos, pagal kurias strypo tvirtinimo vietoje lūžio kampas neturi būti didesnis nei 4°, o sukant didesniu nei 12° kampu įrengiami lenkti laikikliai. Stumdomas batas eina ant vielos ir jo negalima pasukti su vežimėliu, todėl čia reikalingos rodyklės.

Vieno takelio

Vienbėgiai traukiniai pastaruoju metu kursuoja daugelyje pasaulio miestų: Las Vegase, Maskvoje, Toronte ir kt. Jų galima rasti atrakcionų parkuose, zoologijos soduose, vienbėgiai naudojami vietinėms ekskursijoms ir, žinoma, miesto bei priemiesčio komunikacijoms.

Tokių traukinių ratai visai ne ketiniai, o ketiniai. Ratai tiesiog nukreipia vienbėgį traukinį išilgai betoninės sijos - bėgių, ant kurių yra bėgiai ir maitinimo šaltinio linijos (kontaktinis bėgis).

Kai kurie monobėgiai yra suprojektuoti taip, kad jie būtų dedami ant bėgio, panašiai kaip žmogus sėdi ant arklio. Kai kurie vienabėgiai bėgiai yra pakabinti ant žemiau esančios sijos, panašios į milžinišką žibintą ant stulpo. Žinoma, vienbėgiai yra kompaktiškesni nei įprasti geležinkeliai, tačiau jų statyba yra brangesnė.

Kai kurie monobėgiai turi ne tik ratus, bet ir papildomą magnetinio lauko atramą. Pavyzdžiui, Maskvos vienbėgis bėgis eina būtent ant elektromagnetų sukurtos magnetinės pagalvės. Elektromagnetai yra riedmenyse, o nuolatiniai magnetai yra kreipiamojo pluošto drobėje.

Priklausomai nuo srovės krypties judančios dalies elektromagnetuose, vienbėgis traukinys juda pirmyn arba atgal pagal to paties pavadinimo magnetinių polių atstūmimo principą – taip veikia tiesinis elektros variklis.

Be guminių ratų, vienabėgis traukinys taip pat turi kontaktinį bėgelį, susidedantį iš trijų srovę nešančių elementų: pliuso, minuso ir žemės. Vienbėgio tiesinio variklio maitinimo įtampa yra pastovi, lygi 600 voltų.

Požeminis

Elektriniai metro traukiniai elektrą gauna iš nuolatinės srovės tinklo – paprastai iš trečiojo (kontaktinio) bėgio, kurio įtampa yra 750–900 voltų. Nuolatinė srovė pastotėse gaunama iš kintamosios srovės naudojant lygintuvus.

Traukinio kontaktas su kontaktiniu bėgiu vyksta per judantį srovės rinktuvą. Kontaktinis autobusas yra dešinėje nuo bėgių. Srovės kolektorius (vadinamasis „pantografas“) yra ant vežimėlio vežimėlio ir iš apačios prispaudžiamas prie kontaktinės magistralės. Pliusas – ant kontaktinio bėgio, minusas – ant traukinio bėgių.

Be galios srovės, bėgiais teka silpna „signalinė“ srovė, kuri būtina šviesoforų blokavimui ir automatiniam perjungimui. Bėgiai taip pat perduoda informaciją į mašinisto kabiną apie šviesoforus ir leistiną metro traukinio greitį toje atkarpoje.

Elektrinis lokomotyvas

Elektrinis lokomotyvas – tai traukos varikliu varomas lokomotyvas. Elektrinio lokomotyvo variklis galią gauna iš traukos pastotės per kontaktinį tinklą.

Elektrinio lokomotyvo elektrinėje dalyje paprastai yra ne tik traukos varikliai, bet ir įtampos keitikliai, taip pat variklius į tinklą jungiantys įrenginiai ir kt. Dabartinė elektrinio lokomotyvo įranga yra ant stogo arba ant jo dangčių ir skirta elektros įrangai prijungti prie kontaktinio tinklo.

Srovės paėmimas iš oro linijos užtikrinamas ant stogo esančiais pantografais, po kurių srovė per šynas ir įvores tiekiama į elektros prietaisus. Ant elektrinio lokomotyvo stogo taip pat yra perjungimo įrenginiai: oro jungikliai, srovės tipų jungikliai ir skyrikliai, skirti atsijungti nuo tinklo, esant pantografo gedimui. Per autobusus srovė tiekiama į pagrindinį įvadą, į keitimo ir reguliavimo įrenginius, į traukos variklius ir kitas mašinas, tada į ratų detales ir per jas į bėgius, į žemę.

Elektrinio lokomotyvo traukos jėgos ir greičio reguliavimas pasiekiamas keičiant įtampą variklio armatūroje ir keičiant kolektorinių variklių sužadinimo koeficientą arba reguliuojant asinchroninių variklių maitinimo srovės dažnį ir įtampą.

Įtampos reguliavimas atliekamas keliais būdais. Iš pradžių nuolatinės srovės elektrinio lokomotyvo visi jo varikliai yra sujungti nuosekliai, o vieno variklio įtampa aštuonių ašių elektrinio lokomotyvo yra 375 V, kontaktinio tinklo įtampa 3 kV.

Traukos variklių grupes galima perjungti iš nuoseklaus jungimo – į nuoseklųjį lygiagretųjį (2 grupės po 4 variklius sujungti nuosekliai, tada kiekvieno variklio įtampa yra 750 V) arba lygiagrečiai (4 grupės po 2 variklius, sujungtus nuosekliai, tada ši įtampa vienam varikliui – 1500 V). Ir norint gauti tarpines variklių įtampas, į grandinę pridedamos reostatų grupės, kurios leidžia reguliuoti įtampą 40–60 V žingsniais, nors dėl to prarandama dalis reostatų elektros. šilumos forma.

Elektros lokomotyvo viduje esantys galios keitikliai yra būtini norint pakeisti srovės tipą ir sumažinti kontaktinio tinklo įtampą iki reikiamų verčių, atitinkančių traukos variklių, pagalbinių mašinų ir kitų elektrinio lokomotyvo grandinių reikalavimus. Konvertavimas atliekamas tiesiogiai laive.

Kintamosios srovės elektriniuose lokomotyvuose yra traukos transformatorius, skirtas sumažinti įėjimo aukštą įtampą, taip pat lygintuvas ir išlyginimo reaktoriai, norint gauti nuolatinę srovę iš kintamosios srovės. Pagalbinėms mašinoms maitinti galima įrengti statinius įtampos ir srovės keitiklius. Elektriniuose lokomotyvuose su asinchronine abiejų tipų srovės pavara naudojami traukos inverteriai, kurie nuolatinę srovę paverčia kintamąja srove su reguliuojama įtampa ir dažniu, kuri tiekiama į traukos variklius.

Elektrinis traukinys

Klasikinės formos elektrinis traukinys arba elektrinis traukinys elektros energiją gauna pantografų pagalba per kontaktinį laidą arba kontaktinį bėgią.Skirtingai nuo elektrinio lokomotyvo, elektrinių traukinių kolektoriai yra tiek ant automobilių, tiek ant priekabų.

Jeigu srovė tiekiama velkamiems automobiliams, tai automobilis maitinamas specialiais laidais. Srovės kolektorius dažniausiai yra viršuje, nuo kontaktinio laido, jį atlieka kolektoriai pantografų pavidalu (panašūs į tramvajaus linijas).

Paprastai srovės surinkimas yra vienfazis, bet yra ir trifazis, kai elektrinis traukinys naudoja specialios konstrukcijos pantografus, skirtus atskiram kontaktui su keliais laidais ar kontaktiniais bėgiais (kai kalbama apie metro).

Elektros traukinio elektros įranga priklauso nuo srovės tipo (yra nuolatinės srovės, kintamosios srovės ar dviejų sistemų elektros traukiniai), traukos variklių tipo (kolektorinis ar asinchroninis), elektrinio stabdymo buvimo ar nebuvimo.

Iš esmės elektrinių traukinių elektros įranga yra panaši į elektrinių lokomotyvų elektros įrangą. Tačiau daugumoje elektrinių traukinių modelių jis dedamas po kėbulu ir ant vagonų stogų, kad padidėtų keleivių erdvė viduje. Elektrinių traukinių variklių valdymo principai yra maždaug tokie patys kaip elektrinių lokomotyvų.