مخططات السكك الحديدية الروسية. كهربة السكك الحديدية

تتمثل إحدى ميزات النقل بالسكك الحديدية في روسيا في ارتفاع نسبة الطرق المكهربة. من حيث طول الطرق السريعة المكهربة في نهاية عام 2014 ، احتلت روسيا المرتبة الأولى في العالم - 43.4 ألف كيلومتر (الصين الثانية - 38.5 ألف كيلومتر) - في مكان ما حوالي نصف الطرق العامة. حسنًا ، حقيقة أن العديد من الطرق السريعة مكهربة ليس سراً لأي شخص بشكل عام ، لكن حقيقة استخدام أنواع مختلفة من التيارات في شبكات الاتصال أمر يثير الدهشة للكثيرين. ومع ذلك ، فإن الحقيقة هي أنه في شبكات الاتصال ، يتم استخدام إما تيار كهربائي مباشر بجهد مقنن يبلغ 3 كيلو فولت أو تيار أحادي الطور للتردد الصناعي يبلغ 50 هرتز بجهد تصنيف 25 كيلو فولت. لم أفكر في هذا الأمر بنفسي لوقت طويل - اكتشفت ذلك عندما تلقيت المجموعة الثالثة للسلامة الكهربائية (العمل في مكتب مرتبط بخطوط السكك الحديدية الروسية أجبرني بطريقة ما على الخوض في الأمر وفهمه). حسنًا ، بشكل عام ، أخذت هذه الحقيقة لفترة طويلة ("هناك 3 كيلو فولت ثابت ، هناك تغيير 25 كيلو فولت / 50 هرتز") كأمر مسلم به - "لأنها مقبولة تاريخيًا." ولبعض الوقت ، ما زلت أرغب في الخوض في السؤال وفهمه بطريقة ما - لماذا هو كذلك بالفعل.

أريد أن أحجز على الفور - لن أتعمق في فيزياء إمداد الطاقة ، وأقتصر على بعض العبارات العامة وأبالغ في مكان ما عن قصد. يُقال لي أحيانًا إنني أبسط - لكن الخبراء يقرؤون ويفهمون أن "كل شيء خطأ" هناك. أنا على علم بهذا ، لكن الخبراء يعرفون بالفعل ما أكتب عنه - ومن غير المرجح أن يتعلموا أي شيء جديد لأنفسهم.

لذلك ، في الواقع ، يجب أن نبدأ بحقيقة أنه لأول مرة تم عرض استخدام الكهرباء كمصدر للطاقة لجر القطارات في معرض صناعي في برلين عام 1879 ، حيث تم تقديم نموذج لسكة حديد كهربائية. كان قطار يتألف من قاطرة 2.2 كيلوواط وثلاث عربات ، كل منها يمكن أن تستوعب ما يصل إلى 6 ركاب ، كان يتحرك على طول مقطع يقل طوله عن 300 متر بسرعة 7 كم / ساعة. كان مبتكرو نوع جديد من الجر هم العالم الألماني الشهير والمخترع والصناعي إرنست فيرنر فون سيمنز (ويرنر فون سيمنز ، 1816-1892) والمهندس هالسكي. بحلول بداية القرن العشرين ، لم يكن هناك شك حول فعالية الجر الكهربائي. في وقت قصير ، تم تنفيذ العديد من مشاريع كهربة السكك الحديدية في مختلف البلدان. في المرحلة الأولى ، تم استخدام الكهرباء في المناطق الجبلية على خطوط ذات مظهر ثقيل ، مع عدد كبير من الأنفاق ، وكذلك في مناطق الضواحي ، أي في تلك المناطق حيث كانت مزايا الجر الكهربائي واضحة.

تم افتتاح أول سكة حديد مكهربة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في 6 يوليو 1926 في قسم باكو-سابونشي-سوراكاني.

وفقًا لذلك ، هناك مجالان رئيسيان لتطبيق الكهربة: الاتصالات في الضواحي والطرق السريعة الجبلية. أود أن أتحدث عن اتصالات الضواحي (جوهر القطارات الكهربائية) بشكل منفصل ، ولكن في الوقت الحالي ، يجب فقط ملاحظة أن اتصالات السكك الحديدية في الضواحي فقط من حيث الكهرباء كانت أولوية في الاتحاد السوفياتي (في الإمبراطورية الروسية لم يتمكنوا من ذلك ضع هذا المشروع في الاعتبار - تدخلت الحرب العالمية الأولى والثورة) ، في الاتحاد السوفيتي ، تناولوه على نطاق واسع (خطة GOELRO ، بالطبع ، ساعدت كثيرًا هنا) - بدأت القطارات الكهربائية في استبدال ركاب يعمل بالبخار القطارات.

تم اعتماد نظام DC بجهد اسمي 1500 فولت كنظام إمداد الطاقة ، وتم اختيار نظام التيار المستمر لأنه مع التيار المتردد أحادي الطور ، ستكون هناك حاجة لسيارات بمحرك أثقل وأغلى ثمناً بسبب الحاجة إلى تركيب محولات عليها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن محركات الجر DC ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، لها عزم دوران أعلى وتكون أكثر ملاءمة لبدء التشغيل مقارنة بمحركات التيار أحادية الطور. هذا مهم بشكل خاص للسيارات التي تعمل في مناطق الضواحي التي بها عدد كبير من نقاط التوقف ، حيث يكون التسارع العالي مطلوبًا عند الانطلاق. تم اختيار جهد 1500 فولت نظرًا لحقيقة أن هناك حاجة أقل بكثير من النحاس لشبكة الاتصال مقارنة بنظام 600-800 فولت (المستخدم في كهربة الترام وحافلات الترولي). في الوقت نفسه ، أصبح من الممكن إنشاء معدات كهربائية موثوقة للسيارة ، والتي لم يكن من الممكن توقعها في ذلك الوقت بجهد 3000 فولت (ظهرت أول خطوط الضواحي المكهربة بتيار مباشر 3000 فولت فقط في عام 1937 ، ولكن في وقت لاحق تم نقل جميع الخطوط المبنية بالفعل إلى مثل هذا الجهد).

القطارات الكهربائية C - أول عائلة قطارات سوفيتية ، تم إنتاجها منذ عام 1929

بالتوازي مع تطور اتصالات الضواحي في 1932-1933. تم إدخال الجر الكهربائي على خط سكة حديد خاشوري - زيستابوني الرئيسي (63 كم) عند ممر سورام الثقيل. هنا ، على عكس موسكو وباكو ، تم استخدام الجر الكهربائي لنقل البضائع والركاب. لأول مرة ، بدأت القاطرات الكهربائية بالعمل على خطوط السكك الحديدية لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (في الواقع ، في مكان التطبيق ، بدأت تسمى "القاطرات الكهربائية سورامي" أو "القاطرات الكهربائية من نوع سورامي"):

قاطرة كهربائية C (سورامي) - سلف مجموعة قاطرات سورام الكهربائية التي بناها جنرال إلكتريك الأمريكية لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية

كانت السمة الرئيسية لجميع القاطرات الكهربائية من نوع سورامي هي وجود منصات انتقالية في نهايات الجسم ، والتي ، وفقًا للمعايير الموجودة في ذلك الوقت ، كانت إلزامية لجميع القاطرات الكهربائية المزودة بمعدات كهربائية للتشغيل على CME. يتكون جزء طاقم القاطرة من قطعتين مفصلية ذات ثلاثة محاور (الصيغة المحورية 0-3 0-0 + 0-3 0-0). جسم من نوع عربة مع إطار رئيسي محمل. التعليق الزنبركي مصنوع بشكل أساسي على الينابيع الورقية. تعليق محرك الجر - محوري الدعم.

قاطرة كهربائية С С (السوفياتي Suramsky) - أول قاطرة كهربائية تعمل بالتيار المستمر تم بناؤها في الاتحاد السوفياتي بموجب ترخيص من GE

وهنا يجب أن ندلي بملاحظة مهمة. على عكس القاطرات البخارية ، التي يكون محركها محركًا بخاريًا ، بدأ النقل بالسكك الحديدية للأجيال القادمة يتم تشغيله بواسطة محركات كهربائية: ما يسمى بمحركات الجر - بالنسبة للكثيرين ، بالمناسبة ، هذا غير واضح أن TEDs تُستخدم في كل من القاطرات الكهربائية / القطارات الكهربائية وفي قاطرات الديزل (الأخيرة تغذي ببساطة TEDs بمولد ديزل موضوع في القاطرة). لذلك ، في فجر كهربة السكك الحديدية ، تم استخدام TEDs ذات التيار المباشر فقط. ويرجع ذلك إلى ميزات التصميم الخاصة بها ، والقدرة على تنظيم السرعة وعزم الدوران على نطاق واسع بوسائل بسيطة إلى حد ما ، والقدرة على العمل مع الحمل الزائد ، وما إلى ذلك. من الناحية الفنية ، تعتبر الخصائص الكهروميكانيكية لمحركات التيار المستمر مثالية لأغراض الجر. تتميز محركات التيار المتردد (غير المتزامنة ، المتزامنة) بخصائص تجعل استخدامها للجر الكهربائي مستحيلًا بدون وسائل تنظيم خاصة. لم تكن هناك وسائل تنظيم كهذه في المرحلة الأولى من الكهربة ، وبالتالي ، بطبيعة الحال ، تم استخدام التيار المباشر في أنظمة إمداد طاقة الجر. تم بناء محطات الجر الفرعية ، والغرض منها خفض الجهد المتناوب لشبكة الإمداد إلى القيمة المطلوبة ، وتصحيحها ، أي التحويل إلى ثابت.

VL19 - أول قاطرة كهربائية منتجة بكميات كبيرة ، تم تصميمها في الاتحاد السوفيتي

لكن استخدام شبكة اتصال تيار مباشر خلق مشكلة أخرى - استهلاك كبير للنحاس في شبكة الاتصال (مقارنة بالتيار المتردد) ، لأنه من أجل نقل طاقة عالية (الطاقة تساوي ناتج التيار والجهد) عند جهد ثابت ، من الضروري توفير قوة تيار كبيرة ، أي أنك بحاجة إلى المزيد من الأسلاك وقسم عرضي أكبر (الجهد لم يتغير - تحتاج إلى خفض المقاومة).

VL22M - أول قاطرة كهربائية سوفيتية كبيرة الحجم وآخر ممثل لقاطرات سورامي

بالعودة إلى أواخر عشرينيات القرن الماضي ، عندما كانوا قد بدأوا للتو في تزويد ممر Suramsky بالكهرباء ، كان العديد من الخبراء يدركون جيدًا أن الجر الكهربائي في المستقبل عند التيار المباشر بجهد اسمي يبلغ 3 كيلو فولت لن يحل بشكل منطقي مشكلة زيادة القدرة الاستيعابية لـ الخطوط بزيادة وزن القطارات وسرعتها. أظهرت أبسط الحسابات أنه عند قيادة قطار يزن 10000 طن بارتفاع 10 ‰ بسرعة 50 كم / ساعة ، فإن تيار الجر للقاطرات الكهربائية سيكون أكثر من 6000 ألف. وهذا يتطلب زيادة في المقطع العرضي لـ أسلاك ملامسة ، بالإضافة إلى موقع أكثر تواترًا لمحطات الجر الفرعية. بعد مقارنة حوالي مائتي خيار لتوليفات نوع قيم التيار والجهد ، تقرر أن الخيار الأفضل هو الكهربة بالتيار المباشر أو المتردد (50 هرتز) بجهد 20 كيلو فولت. النظام الأول في ذلك الوقت لم يتم اختباره في أي مكان في العالم ، والثاني ، على الرغم من ضآلة حجمه ، تمت دراسته. لذلك ، في أول مؤتمر لعموم الاتحاد حول كهربة السكك الحديدية ، تقرر بناء قسم تجريبي مكهرب عند التيار المتردد (50 هرتز) بجهد 20 كيلو فولت. كان مطلوبًا إنشاء قاطرة كهربائية للاختبار ، والتي ستكشف عن مزايا وعيوب القاطرات الكهربائية التي تعمل بالتيار المتردد في التشغيل العادي.

قاطرة كهربائية OR22 - أول قاطرة كهربائية تعمل بالتيار المتردد في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية

في عام 1938 ، تم إنشاء القاطرة الكهربائية OR22 (أحادي الطور مع مقوم من الزئبق ، 22 - الحمولة من العجلات على القضبان ، بالأطنان). تبين أن مخطط الدائرة الكهربائية لقاطرة كهربائية (محول - مقوم - TED ، مع تنظيم الجهد على الجانب المنخفض) كان ناجحًا للغاية لدرجة أنه تم استخدامه في تصميم الغالبية العظمى من القاطرات الكهربائية السوفييتية. تم اختبار العديد من الأفكار الأخرى على هذا النموذج ، والتي تم بعد ذلك تجسيدها في مشاريع لاحقة ، ولكن لسوء الحظ ، تدخلت الحرب أكثر. تم تفكيك الآلة التجريبية ، وتم استخدام مقومها في محطة فرعية للجر DC. وعادوا إلى أفكار القاطرات الكهربائية التي تعمل بالتيار المتردد فقط في عام 1954 بسلسلة من NO (أو VL61) في مصنع Novocherkassk للقاطرات الكهربائية.

VL61 (حتى يناير 1963 - N-O - Novocherkassk أحادية الطور) - أول قاطرة كهربائية متسلسلة سوفيتية تعمل بالتيار المتردد

كان الموقع التجريبي Ozherelye - Mikhailov - Pavelets هو أول موقع تم تزويده بالكهرباء على التيار المتردد (الجهد 20 كيلو فولت) في 1955-1956. بعد الاختبار ، تقرر زيادة الجهد إلى 25 كيلو فولت. جعلت نتائج تشغيل القسم التجريبي للجر الكهربائي على التيار المتناوب Ozherelye - Pavelets من سكة حديد موسكو من الممكن التوصية بنظام التيار المتناوب هذا للتطبيق على نطاق واسع على خطوط السكك الحديدية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (مرسوم مجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) رقم 1106 في 3 أكتوبر 1958). من عام 1959 ، بدأ إدخال 25 كيلوفولت من التيار المتردد على فترات طويلة حيث كانت الكهرباء مطلوبة ، ولكن لم تكن هناك نطاقات تيار مستمر قريبة.

قاطرة كهربائية F - AC قاطرة كهربائية ، صنعت في فرنسا بأمر من الاتحاد السوفياتي

في 1950-1955. بدأ التوسع الأول ، الذي لا يزال حذرًا ، في نطاق الكهرباء. بدأ الانتقال من 1500 فولت إلى 3000 فولت في جميع العقد في الضواحي ، وزيادة تطوير العقد في الضواحي ، وإطالة الخطوط المكهربة إلى المراكز الإقليمية المجاورة مع إدخال قاطرة الجر الكهربائية لقطارات الركاب والشحن. ظهرت "جزر" الكهرباء في ريغا ، في كويبيشيف ، في غرب سيبيريا ، كييف. منذ عام 1956 (الذي) بدأت مرحلة جديدة من الكهربة الجماعية للسكك الحديدية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، والتي جلبت بسرعة الجر الكهربائي وجر الديزل من حصة 15 ٪ في النقل في عام 1955 إلى حصة 85 ٪ في عام 1965. استمرت كهربة الكتلة بشكل أساسي على التيار المباشر الراسخ بالفعل بجهد 3000 فولت ، على الرغم من أن التيار المتردد في مكان ما بتردد 50 هرتز والجهد 25 كيلو فولت قد تم إدخاله بالفعل. بالتوازي مع تطوير شبكة خطوط التيار المتردد ، تم تطوير عربات التيار المتردد. وهكذا ، بدأ تشغيل أول قطارات كهربائية AC ER7 و ER9 في عام 1962 ، وتم شراء قاطرات كهربائية فرنسية من النوع F في عام 1959 لسكة حديد Krasnoyarsk ، حيث تأخر إنتاج القاطرات الكهربائية السوفييتية AC (VL60 و VL80).

VL60 (حتى يناير 1963 - N6O ، - Novocherkassk 6-محور أحادي الطور) - أول قاطرة كهربائية سوفيتية رئيسية تعمل بالتيار المتردد ، تم إطلاقها في الإنتاج على نطاق واسع.

بشكل عام ، تم تزويد الخطوط التي تم تشغيلها سابقًا بالكهرباء بالتيار المباشر - وكانت الخطوط اللاحقة مكهربة بالفعل بالتيار المتردد. أيضًا في التسعينيات / 2000 ، حدث نقل واسع النطاق لعدد من الخطوط من التيار المباشر إلى التيار المتردد. الجدل حول فوائد الأنظمة لم يتوقف حتى الآن. في فجر إدخال التيار المتردد ، كان يُعتقد أن نظام إمداد الطاقة هذا كان أكثر اقتصادا ، ولكن لا يوجد الآن حل قاطع:
- دارجة DC أرخص مرة ونصف
- الاستهلاك المحدد لـ EPS في قطاع التلال ، النموذجي لمعظم دولنا ، أقل بنسبة 30٪.
بطريقة أو بأخرى ، يتم الآن بناء خطوط الكهرباء الجديدة فقط على التيار المتردد ، كما يتم تحويل بعض الخطوط القديمة من التيار المباشر إلى التيار المتردد. الحالة الوحيدة في تاريخ كهربة السكك الحديدية السوفيتية والروسية عندما تم تحويل قسم من التيار المتردد إلى التيار المباشر حدثت في عام 1989 في اتجاه بافيليتسكي لسكة حديد موسكو. بعد كهربة التيار المباشر لقسم Rybnoye - Uzunovo ، تم تحويل قسم Ozherelye - Uzunovo (نفس التيار المتردد الأول تاريخيًا) من التيار المتردد إلى التيار المباشر:

شقيقان توأمان: قاطرة VL10 (DC) و VL80 (AC)

بالمناسبة ، يوجد الآن اتجاه نحو إدخال TEDs غير متزامن أكثر موثوقية واقتصادية (يتم تثبيتها على الجيل الجديد من القاطرات EP20 ، ES10 ، 2TE25A). لذلك في المستقبل البعيد جدًا ، نظرًا للانتقال إلى مثل هذه TEDs ، يمكن التخلي عن التيار المباشر تمامًا. حتى الآن ، يتم استخدام كلا النوعين من التيار بشكل مثالي:

4ES5K "Ermak" (تيار متردد) و 3ES4K "Donchak" (تيار مباشر)

يبقى توضيح السؤال الأخير. تسببت مجموعة متنوعة من أنظمة الإمداد بالطاقة في ظهور نقاط الإرساء (أنظمة التيار والجهد والتردد الحالي). في الوقت نفسه ، ظهرت عدة خيارات لحل مسألة تنظيم المرور عبر هذه النقاط. ظهرت ثلاثة مجالات رئيسية:
1) معدات محطة الإرساء بمفاتيح تسمح بتزويد نوع أو نوع آخر من التيار إلى أقسام معينة من شبكة الاتصال. على سبيل المثال ، يصل قطار بقاطرة كهربائية تعمل بالتيار المستمر ، ثم يتم فصل هذه القاطرة الكهربائية وتترك لمستودع إعادة التدوير أو طريق مسدود لتستقر فيه القاطرات. يتم تحويل شبكة الاتصال الموجودة على هذا المسار إلى تيار متناوب ، حيث تقوم قاطرة كهربائية بالتيار المتردد بتشغيل المحرك هنا وتقود القطار إلى مسافة أبعد. عيب هذه الطريقة هو ارتفاع تكلفة الكهرباء وصيانة أجهزة الإمداد بالطاقة ، وتتطلب أيضًا تغيير القاطرة والمواد الإضافية المرتبطة بها والتكاليف التنظيمية والوقت. في الوقت نفسه ، لا يتطلب الأمر تغيير القاطرة الكهربائية بقدر ما يتطلبه اختبار الفرامل.

EP2K (DC) وخلف EP1M (AC) في محطة الإرساء Uzunovo

2) 2. استخدام معدات السكك الحديدية متعددة الأنظمة (في هذه الحالة ، نظام واحد من نظامين - على الرغم من وجود قاطرات ذات أربعة أنظمة في أوروبا على سبيل المثال). في هذه الحالة ، يمكن إجراء الإرساء عبر شبكة جهات الاتصال خارج المحطة. تسمح لك هذه الطريقة بتمرير نقاط الإرساء دون توقف (على الرغم من أنها ، كقاعدة عامة ، على الساحل). يقلل استخدام قاطرات الركاب الكهربائية ذات النظامين من وقت قطارات الركاب ولا يتطلب تغيير القاطرة. لكن تكلفة هذه القاطرات الكهربائية أعلى. هذه القاطرات الكهربائية هي أيضا أكثر تكلفة في التشغيل. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع القاطرات الكهربائية متعددة الأنظمة بوزن أكبر (ومع ذلك ، ليس له أهمية كبيرة في السكك الحديدية ، حيث ليس من غير المألوف أن يتم ثقل القاطرات بشكل إضافي لزيادة وزن المقبض).

قاطرات AC (EP1M) و DC (ChS7) في مستودع إعادة التدوير بمحطة Uzunovo

3) استخدام قاطرة ديزل - ترك بين الأقسام ذات أنظمة إمداد الطاقة المختلفة ذراع جر صغير تخدمه قاطرات ديزل. في الممارسة العملية ، يتم استخدامه في قسم Kostroma - Galich بطول 126 كم: في Kostroma المباشر (= 3 كيلو فولت) ، في Galich - التيار المتردد (~ 25 كيلو فولت). تعمل قطارات موسكو-خاباروفسك وموسكو-شاريا ، وكذلك سامارا-كينيل-أورينبورغ ، في العبور (قاطرة الديزل متصلة بقطارات الركاب في سامارا ، وقطارات الشحن في كينيل). في سامارا وكينيل ، التيار المباشر (= 3 كيلو فولت) ، في أورينبورغ - التيار المتردد (~ 25 كيلو فولت) ، تمر القطارات إلى أورسك ، ألما آتا ، بيشكيك في العبور. مع طريقة "الإرساء" هذه ، ساءت ظروف تشغيل الخط بشكل كبير: يتم مضاعفة وقت وقوف القطارات ، ويتم تقليل كفاءة الكهرباء بسبب الصيانة وتقليل سرعة قاطرات الديزل.

قاطرة شحن كهربائية سوفيتية ثنائية النظام VL82 M

من الناحية العملية ، نلتقي بشكل أساسي بالطريقة الأولى - بمحطات لرسو أنواع الدفع. دعنا نقول إذا كنت ذاهبًا من ساراتوف إلى موسكو ، فستكون هذه المحطة هي Uzunovo ، إذا كانت إلى سان بطرسبرج - Ryazan-2 ، إذا كانت إلى Samara - Syzran-1 ، ولكن إذا كنت في Sochi أو Adler - Goryachiy Klyuch Sochi لا يزال يستخدم التيار المباشر ، على الرغم من أن جميع خطوط السكك الحديدية في شمال القوقاز في حالة انقطاع - لكنهم يقولون إنه من الضروري توسيع الأنفاق في مكان ما للاستراحة ، فهناك مشاكل بشكل عام).

أحدث قاطرة كهربائية روسية ثنائية النظام للركاب EP20

ملاحظة. توضيح صغير. في المنشور ، بالإضافة إلى الصور الخاصة بي (بالألوان) ، تم أيضًا استخدام مواد من ويكيبيديا!

كهربة السكك الحديدية

كهربة السكك الحديدية- مجموعة من الإجراءات التي تم تنفيذها في قسم السكة الحديد للتمكن من استخدام الدارجة الكهربائية فيه: قاطرات كهربائية ، مقاطع كهربائية أو قطارات كهربائية.

تُستخدم القاطرات الكهربائية لسحب القطارات على المقاطع المكهربة من السكك الحديدية. تستخدم المقاطع الكهربائية أو القطارات الكهربائية كوسيلة نقل في الضواحي.

أنظمة الكهرباء

يمكن تصنيف أنظمة الكهربة:

• نوع الموصلات:
  • مع تعليق الاتصال
  • مع سكة ​​ملامسة
• بالجهد
• حسب نوع التيار:
  • التيار المتناوب
    • التردد الحالي
    • عدد المراحل

عادة ما تستخدم التيار المتردد المباشر (=) أو التيار المتردد أحادي الطور (~). في هذه الحالة ، يعمل مسار السكة كواحد من الموصلات.

يتطلب استخدام تيار ثلاثي الطور تعليق اثنين على الأقل من أسلاك الاتصال ، والتي يجب ألا تلمس تحت أي ظرف من الظروف (مثل ترولي باص) ، لذلك لم يتجذر هذا النظام ، ويرجع ذلك أساسًا إلى صعوبة تجميع التيار بسرعات عالية .

عند استخدام التيار المباشر ، يكون الجهد في الشبكة منخفضًا بدرجة كافية لتشغيل المحركات الكهربائية مباشرةً. عند استخدام التيار المتردد ، يتم اختيار جهد أعلى بكثير ، لأنه في القاطرة الكهربائية يمكن خفض الجهد بسهولة باستخدام محول.

نظام DC

في هذا النظام ، يتم تغذية محركات الجر DC مباشرة من شبكة الاتصال. يتم التنظيم عن طريق توصيل المقاومات وإعادة ترتيب المحركات وإضعاف الإثارة. في العقود الأخيرة ، أصبح تنظيم النبض واسع الانتشار ، مما يجعل من الممكن تجنب فقد الطاقة في المقاومات.

عادةً ما يتم أيضًا تشغيل المحركات الكهربائية الإضافية (محرك الضاغط ، والمراوح ، وما إلى ذلك) مباشرةً من شبكة الاتصال ، لذلك يتضح أنها كبيرة وثقيلة جدًا. في بعض الحالات ، يتم استخدام المحولات الدوارة أو الساكنة لتشغيلها (على سبيل المثال ، في القطارات الكهربائية ER2T ، ED4M ، ET2M ، يتم استخدام مولد محرك يحول التيار المباشر 3000 فولت إلى ثلاث مراحل 220 فولت 50 هرتز).

على ال السكك الحديدية في روسياودول الاتحاد السوفياتي السابق مكهرب على طول المقاطع نظام DC، الآن يستخدمون الجهد بشكل أساسي = 3000 فولت (في الأقسام القديمة - = 1500 فولت). في أوائل السبعينيات ، أجريت دراسات عملية في الاتحاد السوفياتي على سكة حديد عبر القوقاز مع إمكانية الكهربة بتيار مباشر بجهد = 6000 فولت ، ولكن في وقت لاحق تم تزويد جميع الأقسام الجديدة بالكهرباء بتيار متناوب بجهد أعلى.

أدت بساطة المعدات الكهربائية على القاطرة والجاذبية النوعية المنخفضة والكفاءة العالية إلى انتشار استخدام هذا النظام في الفترة المبكرة من الكهرباء.

عيب هذا النظام هو الجهد المنخفض نسبيًا لشبكة الاتصال ، وبالتالي ، لنقل نفس الطاقة ، يلزم مزيد من التيار مقارنة بأنظمة الجهد العالي. هذه القوات:

• استخدام مقطع عرضي إجمالي أكبر لأسلاك التلامس وكابلات الإمداد ؛
• لزيادة مساحة التلامس مع منساخ القاطرة الكهربائية عن طريق زيادة عدد الأسلاك في تعليق شبكة الاتصال حتى 2 أو حتى 3 (على سبيل المثال ، في المصاعد) ؛
• تقليل المسافات بين المحطات الفرعية للجر لتقليل الخسائر الحالية في الأسلاك ، مما يؤدي أيضًا إلى زيادة تكلفة الكهرباء نفسها وصيانة النظام (على الرغم من أن المحطات الفرعية مؤتمتة ، إلا أنها تتطلب الصيانة). يمكن أن تكون المسافة بين المحطات الفرعية في المناطق المزدحمة ، خاصة في الظروف الجبلية الصعبة ، بضعة كيلومترات فقط.

تستخدم عربات الترام وحافلات الترولي جهد التيار المستمر = 550 (600) فولت ، والمترو = 750 (825) فولت.

انخفاض تردد نظام التيار المتردد

في عدد من الدول الأوروبية (ألمانيا ، سويسرا ، إلخ) يتم استخدام نظام التيار المتردد أحادي الطور بقدرة 15 كيلو فولت و 16 هرتز ، وفي الولايات المتحدة الأمريكية على الخطوط القديمة 11 كيلو فولت 25 هرتز. يسمح التردد المنخفض باستخدام محركات تجميع التيار المتردد. يتم تغذية المحركات من الملف الثانوي للمحول دون أي محولات. عادةً ما تكون المحركات الكهربائية المساعدة (للضاغط ، والمراوح ، وما إلى ذلك) مجمِّعًا ، يتم تشغيلها بواسطة ملف محول منفصل.

عيب النظام هو الحاجة إلى تحويل تردد التيار في المحطات الفرعية أو بناء محطات طاقة منفصلة للسكك الحديدية.

نظام تردد التيار المتردد

يعد استخدام تيار التردد الصناعي هو الأكثر اقتصادا ، لكن تنفيذه واجه العديد من الصعوبات. في البداية ، تم استخدام محركات التيار المتردد المجمعة ، وتحويل المولدات الحركية (محرك متزامن أحادي الطور بالإضافة إلى مولد الجر DC ، والذي تعمل من خلاله محركات الجر DC) ، ومحولات التردد الدوارة (إعطاء التيار لمحركات الجر غير المتزامنة). لم تعمل المحركات الكهربائية المجمعة على تيار التردد الصناعي بشكل جيد ، وكانت المحولات الدوارة ثقيلة للغاية وغير اقتصادية.

بدأ استخدام نظام التيار أحادي الطور للتردد الصناعي (25 كيلو فولت 50 هرتز) على نطاق واسع فقط بعد إنشاء فرنسا في الخمسينيات من القرن الماضي للقاطرات الكهربائية بمعدلات زئبقية ثابتة (الإشعال ؛ فيما بعد تم استبدالها بمعدلات سيليكون أكثر حداثة - لأسباب بيئية واقتصادية) ؛ ثم انتشر هذا النظام إلى العديد من البلدان الأخرى (بما في ذلك الاتحاد السوفياتي).

عند تصحيح تيار أحادي الطور ، يتضح أنه ليس تيارًا مباشرًا ، بل تيارًا نابضًا ، لذلك ، يتم استخدام محركات تيار نابض خاص ، وتحتوي الدائرة على مفاعلات تنعيم (خنق) ، مما يقلل من تموجات التيار ، ومقاومات توهين ثابتة للإثارة متصلة بالتوازي مع ملفات الإثارة للمحركات وتمرير المكون المتناوب للتيار النابض ، والذي يتسبب فقط في تسخين غير ضروري للملف.

لقيادة الآلات المساعدة ، يتم استخدام إما محركات التيار النابض ، التي يتم تشغيلها بواسطة ملف محول منفصل (لف إضافي) من خلال مقوم ، أو محركات كهربائية صناعية غير متزامنة مدعومة بمقسم طور (كان هذا المخطط شائعًا في القاطرات الكهربائية الفرنسية والأمريكية ، ومن تم نقلها إلى السوفيت) أو المكثفات المتغيرة الطور (المستخدمة ، على وجه الخصوص ، على القاطرات الكهربائية الروسية VL65 ، EP1 ، 2ES5K).

تتمثل عيوب النظام في التداخل الكهرومغناطيسي الكبير لخطوط الاتصال ، فضلاً عن التحميل غير المتكافئ لمراحل نظام الطاقة الخارجية. لزيادة اتساق حمل المراحل في شبكة الاتصال ، تتناوب الأقسام ذات المراحل المختلفة ؛ يتم ترتيب إدخالات محايدة بينهما - أقسام قصيرة ، بطول عدة مئات من الأمتار ، من شبكة التلامس التي يمر بها الدرفلة مع إيقاف تشغيل المحركات ، بسبب القصور الذاتي. وهي مصنوعة بحيث لا يقوم المنساخ بسد الفجوة بين الأقسام تحت الجهد الخطي العالي (الطور البيني) في لحظة الانتقال من السلك إلى السلك. عند التوقف عند المدخل المحايد ، يمكن تزويده بجهد كهربائي من الأمام على طول قسم شبكة الاتصال.

السكك الحديدية في روسياوبلدان الاتحاد السوفياتي السابق مكهرب بواسطة نظام تكييفاستعمال الجهد ~ 25 كيلو فولت(أي ~ 25000 فولت) التردد 50 هرتز.

إرساء أنظمة الإمداد بالطاقة

القاطرات الكهربائية لأنظمة التيار المختلفة في محطة الإرساء

قاطرة كهربائية بنظامين VL82M

تسببت مجموعة متنوعة من أنظمة الإمداد بالطاقة في ظهور نقاط الإرساء (أنظمة التيار والجهد والتردد الحالي). في الوقت نفسه ، ظهرت عدة خيارات لحل مسألة تنظيم المرور عبر هذه النقاط. تم تحديد ثلاثة مجالات رئيسية.

شبكة السكك الحديدية في الاتحاد الروسي واسعة جدًا. يتكون من عدة أقسام من الطرق السريعة التي تملكها شركة السكك الحديدية الروسية JSC. في الوقت نفسه ، تعد جميع الطرق الإقليمية فروعًا رسمية للسكك الحديدية الروسية ، بينما تعمل الشركة نفسها كاحتكار في روسيا:

يمر الطريق عبر أراضي منطقتي إيركوتسك وتشيتا وجمهوريتي بورياتيا وساخا-ياقوتيا. طول الطريق السريع 3848 كم.

يمر الطريق على طول اتجاهين متوازيين في خطوط العرض: موسكو - نيجني نوفغورود - كيروف وموسكو - قازان - يكاترينبرج ، المترابطين بالصواريخ. يربط الطريق بين المناطق الوسطى والشمالية الغربية والشمالية من روسيا ومنطقة الفولغا والأورال وسيبيريا. حدود طريق غوركي على السكك الحديدية: موسكو (سانت بتوشكي وشيروستي) ، سفيردلوفسك (سانت تشيبتسا ، دروزينينو) ، الشمالية (سانت نوفكي ، سوسولوفكا ، سفيشا) ، كويبيشيفسكايا (سانت كراسني أوزيل ، تسيلنا). يبلغ إجمالي طول الطريق المنتشرة 12066 كم. يبلغ طول خطوط السكك الحديدية الرئيسية 7987 كم.

يمر خط السكة الحديد عبر أراضي خمسة كيانات مكونة من الاتحاد الروسي - إقليم بريمورسكي وخاباروفسك ، أمور ومناطق الحكم الذاتي اليهودي ، وجمهورية سخا (ياقوتيا). تشمل منطقة خدمتها أيضًا مناطق Magadan و Sakhalin و Kamchatka و Chukotka - أكثر من 40 ٪ من أراضي روسيا. الطول التشغيلي - 5986 كم.

تعمل سكة حديد Trans-Baikal في جنوب شرق روسيا ، عبر أراضي إقليم Trans-Baikal ومنطقة Amur ، وتقع بالقرب من حدود جمهورية الصين الشعبية ولديها المعبر الوحيد المباشر للسكك الحديدية الحدودية البرية في روسيا عبر محطة Zabaikalsk. الطول التشغيلي - 3370 كم.

يمر سكة حديد غرب سيبيريا عبر أراضي أومسك ونوفوسيبيرسك وكيميروفو ومناطق تومسك وإقليم ألتاي وجزئيًا جمهورية كازاخستان. يبلغ طول الخطوط الرئيسية المنتشرة للطريق السريع 8986 كم ، والطول التشغيلي 5602 كم.

الطريق يعمل في ظروف جيوسياسية خاصة. أقصر طريق من وسط روسيا إلى دول أوروبا الغربية يمر عبر كالينينجراد. الطريق ليس له حدود مشتركة مع السكك الحديدية الروسية. يبلغ طول الطريق السريع المنتشر 1100 كم ، ويبلغ طول الخطوط الرئيسية أكثر من 900 كيلومتر.

يمر الطريق السريع عبر أربع مناطق كبيرة - منطقة كيميروفو ، وخاكاسيا ، ومنطقة إيركوتسك ، وإقليم كراسنويارسك ، ويربط بين السكك الحديدية عبر سيبيريا وجنوب سيبيريا. من الناحية المجازية ، هذا جسر بين الجزء الأوروبي من روسيا والشرق الأقصى وآسيا. يبلغ الطول التشغيلي لطريق كراسنويارسك 3160 كم. الطول الإجمالي 4544 كيلومترا.

يمتد خط السكة الحديد من منطقة موسكو إلى سفوح الأورال ، ويربط وسط وغرب الاتحاد الروسي بمناطق اجتماعية واقتصادية كبيرة في جبال الأورال وسيبيريا وكازاخستان وآسيا الوسطى. يتكون الطريق من خطين متوازيين تقريبًا يمتدان من الغرب إلى الشرق: Kustarevka - Inza - Ulyanovsk و Ryazhsk - Samara ، وهما متصلان في محطة Chishma ، ويشكلان خطًا مزدوج المسار ينتهي عند توتنهام جبال الأورال. يمتد خطان آخران من الطريق Ruzaevka - Penza - Rtishchevo و Ulyanovsk - Syzran - Saratov من الشمال إلى الجنوب.

ضمن الحدود الحالية ، تم تنظيم خط سكة حديد موسكو في عام 1959 نتيجة الاندماج الكامل والجزئي لستة طرق: موسكو-ريازان ، موسكو-كورسك-دونباس ، موسكو-أوكروزنايا ، موسكو-كييف ، كالينين وسيفيرنايا. يبلغ طول الانتشار 13000 كم والطول التشغيلي 8800 كم.

يمر طريق Oktyabrskaya السريع عبر أراضي إحدى عشرة دولة تابعة للاتحاد الروسي - مناطق لينينغراد وبسكوف ونوفغورود وفولوغدا ومورمانسك وتفير وموسكو وياروسلافل ومدن موسكو وسانت بطرسبرغ وجمهورية كاريليا. الطول التشغيلي - 10143 كم.

يقع خط سكة حديد الفولغا (ريازان-أورال) في جنوب شرق الجزء الأوروبي من روسيا في منطقة الفولغا السفلى والروافد الوسطى لنهر الدون ويغطي أراضي مناطق ساراتوف وفولغوغراد وأستراخان ، بالإضافة إلى العديد من محطات تقع داخل مناطق روستوف وسامارا وكازاخستان. - طول الطريق 4191 كم.

يربط الطريق السريع بين الأجزاء الأوروبية والآسيوية من روسيا ، ويمتد من الغرب إلى الشرق لمسافة ألف ونصف كيلومتر ويعبر الدائرة القطبية الشمالية في اتجاه الشمال. يمر عبر نيجني تاجيل ، بيرم ، إيكاترينبرج ، سورجوت ، تيومين. كما أنه يخدم Okrugs خانتي-مانسيسك ويامالو-نينيتس المستقلة. الطول التشغيلي - 7154 كم. يبلغ طول الانتشار 13853 كم.

ينشأ الطريق السريع في وسط روسيا ويمتد بعيدًا إلى شمال البلاد. يتم تشغيل معظم خطوط السكك الحديدية الشمالية في ظروف قاسية في أقصى الشمال والقطب الشمالي. الطول المنتشر هو 8500 كيلومتر.

في منطقة الخدمة على الطريق ، هناك 11 موضوعًا من الاتحاد الروسي في المنطقة الفيدرالية الجنوبية ، ويحدها مباشرة أوكرانيا وجورجيا وأذربيجان. الطول التشغيلي للطريق السريع 6358 كم.

تحتل السكك الحديدية الجنوبية الشرقية موقعًا مركزيًا في شبكة السكك الحديدية وتربط المناطق الشرقية وجزر الأورال بالمركز ، وكذلك مناطق الشمال والشمال الغربي والوسط مع شمال القوقاز وأوكرانيا وولايات عبر القوقاز . يحد الطريق الجنوبي الشرقي على سكك حديد موسكو وكويبيشيف وشمال القوقاز وجنوب أوكرانيا. الطول التشغيلي - 4189 كم.

تقع سكة ​​حديد جنوب الأورال في جزأين من العالم - عند تقاطع أوروبا وآسيا. وهي تشمل فروع تشيليابينسك وكورغان وأورنبورغ وكارتالينسكي. تمر عدة خطوط للسكك الحديدية للخط الرئيسي عبر أراضي كازاخستان. يحد الطريق الجنوبي الشرقي على سكك حديد موسكو وكويبيشيف وشمال القوقاز وجنوب أوكرانيا. الطول التشغيلي - 4189 كم. يبلغ طول الانتشار أكثر من 8000 كم.