2. Sistemi di alimentazione elettrica ferrovie, le imprese di trasporto ferroviario e le loro modalità operative.

2.1 Breve storia e stato attuale dell'elettrificazione ferroviaria.

2.1.1 Storia della trazione elettrica.

Il primo EZD fu dimostrato nel 1879 da Siemens a Berlino in una mostra industriale. Una locomotiva elettrica da 2,2 kW ha guidato tre carri con 18 passeggeri. A San Pietroburgo nel 1880 furono condotte prove sperimentali di 40 carri locali con un motore elettrico da 3 kW. Nel 1881, la prima linea di tram iniziò a funzionare a Berlino. In Russia, il primo tram è stato lanciato nel 1892. La prima sezione della ferrovia con locomotiva elettrica fu aperta negli Stati Uniti nel 1895.

2.1.2 Le fasi principali dell'elettrificazione delle ferrovie in Russia. Piani di elettrificazione.

L'elettrificazione delle ferrovie russe è stata delineata dal Piano di elettrificazione statale (GOELRO) nel 1920. La prima ferrovia elettrica a corrente continua a 3 kV Baku-Sabunchi fu lanciata nel 1926. Nel 1932, le prime locomotive elettriche attraversarono il Passo Suramsky nel Caucaso. Nel 1941, 1.865 km furono elettrificati. Durante la Grande Guerra Patriottica del 1941-1945, continuò l'elettrificazione delle ferrovie: le sezioni Chelyabinsk - Zlatoust, Perm - Chusovskaya e altre, mentre la sezione elettrificata Murmansk - Kandalaksha lavorava stabilmente nella zona anteriore.

Il piano generale per l'elettrificazione delle ferrovie dell'URSS fu adottato nel 1956. Da quest'anno, il tasso di introduzione della trazione elettrica è aumentato in modo significativo.

Il ritmo dell'elettrificazione in URSS fu:

All'inizio del 1991, 55.2 mila chilometri furono elettrificati. Dei 147.500 km di ferrovie dell'URSS, questo ammontava al 37,4%. Il volume del traffico sulle ferrovie elettriche è stato del 65%. Pertanto, 1/3 delle ferrovie sono elettrificate e 2/3 del carico viene trasportato su di esse. Elettrificato, di regola, le aree più pesantemente caricate. Questo rapporto di elettrificazione delle merci ferroviarie e trasportate indica un'efficienza significativa dell'elettrificazione ferroviaria.

La lunghezza delle ferrovie elettrificate per anni:

Le seguenti direzioni delle ferrovie lavorano sulla trazione elettrica:

Vyborg - San Pietroburgo - Mosca - Rostov sul Don - Tbilisi - Yerevan, Baku - 3642 km.

Mosca - Kiev - Leopoli - Chop - 1765 km.

Mosca - Samara - Ufa - Tselinograd - Chu - 3855km.

Brest - Minsk - Mosca - Sverdlovsk - Omsk - Irkutsk - Chita - Chabarovsk - Vladivostok - 10.000 km. Nel 2002 è stata completata l'elettrificazione di Transiba.

Ufa - Čeljabinsk - Omsk - Irtysh - Altai - Abakan - Taishet - Severobaykalsk - Taksimo

Fino al 1956, le ferrovie erano elettrificate esclusivamente con corrente continua, prima con una tensione di 1,5 kV, quindi - 3 kV. Nel 1956, la prima sezione a corrente alternata con una tensione di 25 kV fu elettrificata (la sezione Ozherelye - Pavelets of the Moscow Road).

La fase di trasferimento della trazione elettrica è iniziata corrente continua   tensione di 3 kV per tensione di corrente alternata di 25 kV.

Nel novembre 1995, per la prima volta nella pratica mondiale, la sezione principale della ferrovia Zima - Slyudyanka era lunga 434 km con una corrente continua di 3 kV e una corrente alternata di 25 kV. Allo stesso tempo, sono state eliminate due docking station. Ciò ha permesso di aumentare il peso dei treni merci. Un'autostrada unificata continua Mariinsk - Khabarovsk è stata creata con una lunghezza di 4812 km e 2002 a Vladivostok, elettrificata dal sistema di alimentazione alimentazione AC   25 kV. Nell'ottobre 2000, la sezione Louhi - Murmansk è stata trasferita a corrente alternata con rami (490) km della ferrovia di ottobre.

Informazioni statistiche sull'elettrificazione delle ferrovie russe:

in lunghezza: trazione diesel - 53,2%, trazione elettrica - 46,8%;

in termini di traffico: trazione diesel - 22,3%, trazione elettrica 77,7%;

per tipo di corrente: tensione di corrente continua di 3 kV - 46,7%, tensione di corrente alternata di 25 kV - 53,35%;

La quota di ferrovie elettrificate in Russia nel mondo:

in lunghezza dalla rete totale di ferrovie del mondo: Russia - 9%, altri paesi del mondo - 91%;

in base alla lunghezza delle ferrovie elettrificate: Russia - 16,9%, altri paesi del mondo - 83,1%.

Il programma di elettrificazione delle ferrovie e il passaggio dei flussi di merci dal diesel alle rotte elettrificate prevede l'elettrificazione di 7.640 km dal 2001 al 2010 e il trasferimento di circa 1.000 km di linee ferroviarie da corrente continua ad alternata. Allo stesso tempo, il 90% della nuova elettrificazione viene eseguita con corrente alternata e solo alcuni rami con corrente continua. Entro il 2010, la Russia avrà 49,1 mila km di linee elettrificate. Ciò equivarrà al 56,7% della lunghezza totale della rete ferroviaria con l'81,2% del volume totale dei trasporti effettuati su di essa. La Russia cadrà nel campo dell'uso ottimale della trazione elettrica

L'introduzione della trazione elettrica prevede le seguenti fasi:

1. Elettrificazione di aree suburbane con tensione di corrente continua di 1,5 kV;

2. Elettrificazione delle sezioni principali della ferrovia con una tensione di 3 kV e trasferimento a una tensione di 3 kV delle sezioni suburbane.

3. L'introduzione di corrente alternata con una tensione di 25 kV insieme all'ampliamento della gamma di tensione di corrente continua di 3 kV. È stato sviluppato un sistema affidabile per collegare due tipi di corrente sezionando una rete di contatti.

4. L'introduzione di un sistema di alimentazione autotrasformatore a tre fili ad alta tensione 2x25 kV e la riduzione dell'elettrificazione a una corrente continua di 3 kV.

5. Trasferimento di sezioni di corrente continua a corrente alternata.

Le prime possibilità di dotare la ferrovia di trazione elettrica furono discusse nel 1874. Specialista russo F.A. Pirotsky nel periodo indicato ha effettuato i primi esperimenti pratici sui binari ferroviari vicino a Sestroretsk, se possibile energia elettrica   utilizzando binari isolati da terra.

I primi tentativi di equipaggiare la trazione elettrica

Il lavoro è stato eseguito a una distanza di un chilometro. Il secondo binario serviva da filo di ritorno. L'energia elettrica ricevuta è stata fornita ad un piccolo motore. Due anni dopo, dopo l'inizio dei lavori, lo specialista F.A. Pirotsky sta pubblicando un articolo sui risultati in una delle riviste di ingegneria. Il risultato finale fu che aveva testato il lancio di carrelli in movimento con l'aiuto dell'elettricità generata attraverso le ferrovie.

Prima applicazione pratica

Werner Siemens, che vive in Germania, ha implementato l'uso pratico dell'elettricità sulla ferrovia. L'esposizione industriale di Berlino del 1879 esponeva questo risultato nelle sue piazze, sotto forma di una strada a scartamento ridotto, su cui gli ospiti della mostra avevano l'onore di guidare. Il treno consisteva in diverse auto aperte, trascinate da una locomotiva elettrica. Il movimento gli fu fornito da due motori alimentati a corrente continua, una tensione di centocinquanta volt era fornita da una striscia di ferro situata nello spazio della rotaia. Una delle rotaie di scorrimento serviva da filo di ritorno.

Trama di prova

Due anni dopo, nella parte periferica di Lichterfeld, a Berlino, l'inventore W. Siemens completò la costruzione di ferrovie di prova dotate di energia elettrica e un vagone dotato di un motore si mosse lungo di esse. La tensione era di centottanta volt ed era fornita ad un binario di scorrimento - questo era, per così dire, un filo di ritorno.

Per escludere la possibile grande perdita di energia elettrica a causa del cattivo isolamento dovuto all'uso di traversine in legno in quanto tali, l'ingegnere Werner Siemens ha dovuto cambiare il circuito di alimentazione di un motore elettrico.

Sistema di elettrificazione a sospensione di prima esperienza

L'esposizione mondiale di Parigi è diventata la piattaforma in cui le persone hanno visto la strada elettrica utilizzando un fuoribordo funzionante. Tale alimentatore era sotto forma di un tubo di ferro sospeso sopra i binari. È stato eseguito un taglio longitudinale nella parte inferiore del tubo. Nella parte interna del tubo si muoveva una navetta, che era collegata per mezzo di un filo flessibile attraverso una fessura esistente e fissata direttamente alla superficie locomotiva del tetto, trasmettendo così la corrente a un motore elettrico.

Un tubo simile è stato sospeso nelle vicinanze, parallelo al primo tubo ed eseguito le funzioni di un azionamento inverso. Un sistema simile fu usato sui tram creati nel 1884, che apparvero sui territori tedesco e austriaco nelle città di Offenbach, Francoforte, Vorderbruhl e Mödling. Per garantire il traffico dei tram, è stata applicata una tensione di trecentocinquanta volt.

La città irlandese di Kinres in quegli anni divenne una specie di piattaforma per gli innovatori che usavano la terza ferrovia come attuale conduttore sulle linee del tram. È stato installato utilizzando isolanti paralleli alle guide di scorrimento. Sfortunatamente, questo nuovo schema non ha avuto un lungo utilizzo pratico, poiché in condizioni urbane era un chiaro ostacolo per pedoni e squadre di cavalli.

Il lavoro di un ingegnere russo

La cosa più interessante è che Fyodor Apollonovich Pirotsky, pubblicato sul giornale Vedomosti di San Pietroburgo, ha messo in guardia in una delle sue opere su tutte queste circostanze del destino tecnico di fornire energia a un motore elettrico. Dichiararono direttamente che la sua idea, sotto forma di una ferrovia elettrica, è la costruzione più semplice ed economica. Non è necessario sostenere costi aggiuntivi per la posa della linea ferroviaria centrale, il che rende il progetto più costoso del cinque percento e impedisce il traffico dell'equipaggio sulle strade della città. Per la realizzazione del suo progetto non sarà necessario l'acquisto di pali in ghisa, dal valore considerevole. Successivamente, gli inventori stranieri hanno seguito un avvertimento così ragionevole da parte di un ingegnere russo e hanno messo tutto in pratica.

Inventore F.A. Pirotsky si è impegnato attivamente nella realizzazione del suo progetto, rendendosi conto che il trasporto urbano e ferroviario non ha futuro senza elettricità. Secondo i risultati delle sue nuove ricerche e prove, un'automobile a due livelli che si muove lungo i binari apparirà per le strade di San Pietroburgo. Nel 1881, questa auto fu esposta in una mostra a Parigi.

La città inglese di Brighton divenne pioniera nella realizzazione pratica del progetto di un ingegnere russo nel 1884. La lunghezza della ferrovia elettrica, dove era alimentata solo una ferrovia, era di sette miglia. Di conseguenza, l'utile netto di una carrozza elettrica rispetto alla carrozza trainata da cavalli durante la giornata lavorativa era di quattrocentoventi franchi.

Sviluppi di ingegneri americani

Anche sul continente americano, non si sono seduti pigramente vicino, ma sono stati attivamente impegnati a migliorare l'attuale metodo di fornitura sulla locomobile elettrica già creata.

Ricercatore americano T.A. Edison ha condotto lavori esplorativi per migliorare la locomotiva ferroviaria, consumando elettricità come combustibile. Per un periodo di quattro anni, fino al 1884 T.A. Edison è stata in grado di creare tre linee brevi. La versione della locomotiva elettrica creata era più simile a un modello di locomotiva. Il potere è stato generato dai generatori. Una delle rotaie era alimentata dal negativo, l'altra rotaia collegata al polo positivo del generatore. Già nel 1883, in una mostra di Chicago, una locomotiva moderna per quel tempo, che consumava una corrente elettrica, chiamata "The Judge", apparve su uno dei siti. La creazione di questa versione per locomotiva elettrica è stata realizzata in stretta collaborazione con un altro inventore S.D. Campo.

L'ingegnere americano L. Daft riesce allo stesso tempo a costruire il primo modello della locomotiva elettrica principale, chiamata "Atreg". La locomotiva utilizzava la sagoma standard sui binari della ferrovia da McGregor a Saratoga. Successivamente, L. Daft riuscì a migliorare le qualità tecniche della sua versione locomotiva, ma ora si chiama "Benjamin Franklin", la sua massa è di dieci tonnellate, la sua lunghezza è di quattro metri. C'erano ruote a quattro ruote motrici. La fornitura di corrente elettrica, la cui tensione era di duecentocinquanta volt, veniva effettuata per mezzo della terza rotaia, che garantiva il funzionamento del motore, in cui la potenza raggiungeva il livello di centoventicinque cavalli. Ne avevano abbastanza per avere otto macchine sul treno e lo seguirono, guidati da una locomotiva elettrica a una velocità pari a sedici chilometri all'ora.

Strada dentata svizzera

L'ingegnere svizzero R. Thorne, nello stesso 1884, fu costruita una ferrovia sperimentale con ingranaggi. Di conseguenza, il villaggio di Tori e l'hotel di montagna hanno ricevuto un'arteria di trasporto con una forte pendenza, seguita da una piccola locomotiva elettrica con quattro ruote motrici. I parametri di potenza erano insignificanti e permettevano il trasporto passeggeri di sole quattro persone. Scendendo dal pendio, la modalità di frenata è stata attivata e il motore elettrico è diventato un generatore, emettendo l'energia elettrica generata alla rete.

Elettrificazione in Russia

progetto

I progettisti di tutti i paesi hanno lavorato per migliorare le versioni esistenti della locomotiva elettrica, nonché sulla tecnica di fornitura di elettricità alla locomotiva.

L'elettrificazione nell'impero russo è andata per la sua strada. Il progetto su come elettrificare la prima ferrovia domestica apparve alla fine del diciannovesimo secolo, nel 1898. Ma la costruzione della linea elettrica Oranienbaum da San Pietroburgo a Krasnye Gorki fu possibile solo nel 1913. Non è stato possibile realizzare pienamente i piani esistenti per il motivo che ha avuto inizio la prima guerra mondiale. Di conseguenza, tratti limitati della strada sono diventati una linea tranviaria urbana. A Strelna, i tram seguono oggi i binari.

Nel periodo post-rivoluzionario, il giovane governo della RSFSR iniziò lo sviluppo del noto piano GOELRO e lo approvò nel 1921. L'elettrificazione dei binari doveva durare dai dieci ai quindici anni. La lunghezza delle nuove rotte nell'ambito del progetto era di tremila e cinquecento chilometri, coprendo solo una piccola parte delle direzioni più importanti.

Per iniziare

Le prime ferrovie a trazione elettrica apparvero sul percorso nel 1926, in seguito: da Surahan a Sabunchi e successivamente alla capitale dell'Azerbaigian - Baku. Tre anni dopo, i treni elettrici controllano la tratta suburbana da Mosca-Passeggero a Mytishchi attraverso la ferrovia del Nord.

Passò un po 'più di tempo e nel 1932 la sezione del passaggio Suramsky ricevette l'alimentazione. Ora su questa strada i treni elettrici hanno fornito il traffico principale. Il sistema di trazione elettrica utilizzava corrente continua, la cui tensione ha raggiunto un valore di tremila volt. Negli anni successivi, fu ampiamente utilizzato sulle ferrovie dell'Unione Sovietica. I primi giorni di funzionamento della locomotiva elettrica hanno dimostrato chiaramente il loro vantaggio rispetto alla trazione della locomotiva. Questi indicatori erano prestazioni ed efficienza energetica.

Nel 1941, la lunghezza di tutti i percorsi dotati di energia elettrica era di milleduecentosessantacinque chilometri.

Periodo postbellico

Nel primo dopoguerra, le linee elettrificate raggiunsero un valore della loro lunghezza totale pari a duemilventinove chilometri. Va notato che seicentosessantatre chilometri sono stati restaurati, ma in realtà sono stati praticamente ricostruiti.

Vi fu un attivo ripristino delle capacità produttive delle fabbriche distrutte durante la guerra. Una nuova impresa appare nella città di Novocherkassk, specializzata nella produzione di locomotive elettriche. Due anni dopo la guerra, l'impresa di Riga per la produzione di composti elettrici inizia a funzionare.

Non dobbiamo dimenticare che in quel difficile periodo postbellico, l'elettrificazione delle ferrovie richiedeva una significativa infusione di stanziamenti in contanti. Pertanto, il volume di crescita dei percorsi con l'elettricità era significativamente in ritardo rispetto ai piani e ammontava solo al tredici percento. Ci sono state molte ragioni per questo, a cominciare da uno scarso finanziamento del lavoro e terminando con l'alto costo dei materiali necessari per tale costruzione.

50 anni

Negli anni cinquanta, nel ventesimo secolo, il livello dei volumi controllati in relazione ai carichi previsti era del settanta percento.

Al ventesimo congresso del partito, primo segretario del comitato centrale del PCUS N.S. Kruscev, l'intera direzione del Ministero delle Ferrovie è soggetta a dure critiche. Alcuni funzionari sono stati rimossi dai loro posti.

Uno dei compiti del quinto piano quinquennale era la costruzione di nuove strutture per centrali elettriche in grado di soddisfare le esigenze di una ferrovia elettrificata.

I successivi piani generali che furono creati richiedevano l'elettrificazione di quarantamila chilometri di ferrovie entro il 1970.

Aumenta il ritmo

Ancora una volta, l'industrializzazione aiuta a raggiungere lo sviluppo annuale per la costruzione di ferrovie dotate di elettricità per duemila chilometri.

Nel marzo del 1962 vi furono notizie trionfali sull'adempimento dei carichi previsti del centocinque percento, che in natura ammontavano a ottomilaquattrocentosettantatre chilometri. Tutto ciò ha chiaramente testimoniato il ritardo precedente rispetto al livello dei risultati desiderati.

Negli anni settanta, nel ventesimo secolo, iniziarono la sostituzione di massa con raddrizzatori a semiconduttore anziché raddrizzatori al mercurio in piedi nelle sottostazioni. Ogni nuova sottostazione in costruzione era equipaggiata solo con apparecchiature a semiconduttore. Tutto ciò significava che le unità inverter più potenti e affidabili apparvero in Unione Sovietica. Hanno permesso di restituire l'energia in eccesso, che è stata generata con l'aiuto di materiale rotabile durante il periodo di frenatura elettrica sulla rete esterna primaria.

La disconnessione sicura e rapida della corrente nella rete del filo di contatto è sempre stata difficile e dolorosa, specialmente durante un corto circuito.

Alla fine, apparvero potenti interruttori nelle sottostazioni ferroviarie.

Sono stati installati in coppia in un modello sequenziale.

Periodo russo

Con l'inizio del ventunesimo secolo, c'è un notevole calo del ritmo di costruzione delle ferrovie elettrificate nelle ferrovie russe, un anno - quattrocentocinquanta chilometri. A volte questo valore è sceso a centocinquanta chilometri, a volte è salito a settecento chilometri. Una parte significativa dei percorsi elettrificati viene convertita in corrente alternata. Una simile modernizzazione è stata effettuata sulle strade del Caucaso, di ottobre e in direzione siberiana.

Sochi 2014

Alla vigilia delle Olimpiadi invernali 2014, fu immediatamente costruita una nuova ferrovia elettrificata lungo il percorso da Adler a Krasnaya Polyana. Oggi la Repubblica di Bielorussia continua a elettrificare le ferrovie sul suo territorio.

Elettrificazione delle ferrovie

Oggi in tutto il mondo oltre 100 mila chilometri di ferrovie elettrificate. L'elettrificazione è stata effettuata più rapidamente nel nostro paese fino al 1990.

Il compleanno della trazione elettrica è considerato il 31 maggio 1879, quando la prima ferrovia elettrica lunga 300 m, costruita da Werner Siemens, fu dimostrata in una mostra industriale a Berlino (Fig. 20). Una locomotiva elettrica che ricorda un'auto elettrica moderna,

Fig. 20. La prima ferrovia elettrica

era azionato da un motore elettrico con una potenza di 9,6 kW (13 CV). Corrente elettrica   Una tensione di 160 V veniva trasmessa al motore lungo un binario separato e le rotaie lungo le quali si muoveva il treno - tre carri in miniatura a una velocità di 7 km / h servivano da filo di ritorno.

Nello stesso 1879, una fabbrica interna di una ferrovia elettrica della lunghezza di circa 2 km fu lanciata nella fabbrica tessile Duchenne Fourier a Braille in Francia. Nel 1880, F.A. in Russia Pirotsky riuscì a scosse elettriche per mettere in moto un grande carro pesante che poteva ospitare 40 passeggeri. Il 16 maggio 1881, il traffico passeggeri fu aperto sulla prima ferrovia elettrica della città di Berlino - Lichterfeld. Le rotaie di questa strada furono posate sul cavalcavia. Poco dopo, la ferrovia elettrica Elberfeld - Brema collegava una serie di punti industriali in Germania.

Come puoi vedere, inizialmente la trazione elettrica veniva utilizzata sulle linee tranviarie urbane e sulle imprese industriali, specialmente nelle miniere e nelle miniere di carbone. Ma molto presto si è scoperto che era vantaggioso nelle sezioni di transito e tunnel delle ferrovie, nonché nel traffico suburbano. Nel 1895, un tunnel a Baltimora e un tunnel in avvicinamento a New York furono elettrificati negli Stati Uniti. Per queste linee sono state costruite locomotive elettriche con una capacità di 185 kW (50 km / h).

Dopo la prima guerra mondiale, molti paesi entrarono nel percorso dell'elettrificazione ferroviaria. La trazione elettrica inizia ad essere introdotta sulle linee del bagagliaio ad alta densità di traffico. In Germania, le linee Amburgo - Alton, Lipsia - Halle - Magdeburgo, la strada di montagna in Slesia, le strade alpine in Austria sono elettrificate. Elettrizza le strade del Nord. L'Italia. Inizia l'elettrificazione Francia, Svizzera. In Africa esiste una ferrovia elettrificata in Congo.

In Russia, prima della prima guerra mondiale esistevano progetti di elettrificazione ferroviaria. Già iniziata l'elettrificazione della linea San Pietroburgo - Oranienbaum, ma la guerra ne ha impedito il completamento. E solo nel 1926 fu scoperto il movimento dei treni elettrici tra Baku e il giacimento petrolifero di Sabunchi. Dal 1 ° ottobre 1929, iniziò il regolare movimento di treni elettrici nella sezione Mosca-Mytishchi.

Il 16 agosto 1932 entrò in funzione la prima sezione elettrificata della sezione Khashuri-Zestafoni che passava attraverso il passo Suramsky nel Caucaso. Nello stesso anno fu costruita la prima locomotiva elettrica domestica della serie C (Fig. 21). Negli anni '30, alcune sezioni con un grande flusso di carico e un profilo di binario pesante furono elettrificate, come Kizel-Chusovskaya, Goroblagodatskaya-Sverdlovsk, Kandalaksha-Murmansk e molte altre. All'inizio del 1941, la lunghezza totale delle linee elettrificate superava i 1800 km. L'elettrificazione non si fermò nemmeno durante gli anni della seconda guerra mondiale.

Fig. 21. La prima locomotiva elettrica sovietica serie C con

La tecnica delle ferrovie elettriche durante la loro esistenza è cambiata radicalmente, solo il principio di funzionamento è stato preservato. Vengono utilizzati gli assi motore della locomotiva dei motori di trazione elettrici che utilizzano l'energia delle centrali elettriche. Questa energia viene fornita dalle centrali elettriche alla ferrovia attraverso linee elettriche ad alta tensione e al materiale rotabile elettrico tramite la rete di contatto. Il circuito inverso è costituito da binari e terra.

Vengono utilizzati tre diversi sistemi di trazione elettrica: corrente continua, corrente alternata di corrente ridotta, frequenza ridotta e standard di corrente alternata frequenza industriale   50 Hz. Nella prima metà di questo secolo prima della seconda guerra mondiale, furono utilizzati i primi due sistemi, il terzo fu riconosciuto negli anni 50-60, quando iniziò lo sviluppo intensivo delle attrezzature di conversione e dei sistemi di controllo della trasmissione. In un sistema a corrente continua, una tensione di corrente di 3.000 V viene applicata ai collettori di corrente del materiale rotabile elettrico (in alcuni paesi, 1.500 V e inferiori). Tale corrente è fornita da sottostazioni di trazione, in cui la corrente alternata ad alta tensione dei comuni sistemi di potenza industriale viene ridotta al valore desiderato e rettificata da potenti raddrizzatori a semiconduttore.

Il vantaggio del sistema a corrente continua a quel tempo era la possibilità di utilizzare motori a commutazione CC con eccellenti proprietà di trazione e prestazioni. E tra i suoi svantaggi vi è il valore di tensione relativamente basso nella rete di contatto, limitato dal valore di tensione ammissibile dei motori. Per questo motivo, correnti significative vengono trasmesse attraverso i fili di contatto, causando perdite di energia e complicando il processo di raccolta della corrente nel contatto tra il filo e il collettore di corrente. L'intensificazione del trasporto ferroviario, l'aumento del peso dei treni in alcune sezioni della corrente continua ha comportato difficoltà nella fornitura di locomotive elettriche a causa della necessità di aumentare l'area della sezione trasversale dei fili della rete di contatto (sospensione del secondo filo di contatto di rinforzo) e garantire l'efficienza della raccolta corrente.

L'intero sistema DC è diffuso in molti paesi, oltre la metà di tutti linee elettriche   lavorare su un tale sistema.

Il compito del sistema di alimentazione elettrica di trazione è garantire il funzionamento efficiente del materiale rotabile elettrico con perdite energetiche minime e al minor costo possibile per la costruzione e la manutenzione di sottostazioni di trazione, una rete di contatto, linee elettriche, ecc.

Il desiderio di aumentare la tensione nella rete di contatto ed escludere il processo di rettifica dal sistema di alimentazione elettrica è spiegato dall'uso e dallo sviluppo di un sistema a corrente alternata da 15.000 V con una frequenza ridotta di 16 2/3 Hz in diversi paesi europei (Germania, Svizzera, Norvegia, Svezia, Austria) . In questo sistema, le locomotive elettriche utilizzano motori a commutatore monofase, che hanno prestazioni peggiori rispetto ai motori a corrente continua. Questi motori non possono funzionare a una frequenza industriale comune di 50 Hz, quindi è necessario utilizzare una frequenza inferiore. Per generare una corrente elettrica di tale frequenza, era necessario costruire speciali centrali "ferroviarie" che non erano collegate a sistemi di alimentazione industriale generale. Le linee elettriche in questo sistema sono monofase, nelle sottostazioni solo la tensione viene ridotta dai trasformatori. A differenza delle sottostazioni CC, in questo caso non sono necessari convertitori CA / CC, poiché sono stati utilizzati inaffidabili nelle operazioni, raddrizzatori voluminosi e antieconomici del mercurio. Ma la semplicità del design delle locomotive elettriche a corrente continua è stata cruciale, che ha determinato il suo uso più ampio. Ciò ha portato alla diffusione del sistema a corrente continua sulle ferrovie dell'URSS nei primi anni di elettrificazione.

Nel dopoguerra furono ripristinati i dispositivi di alimentazione smantellati durante gli anni della guerra e continuò l'elettrificazione delle linee ad alta tensione.

Il ritmo dell'elettrificazione aumentò drasticamente dopo l'adozione da parte del governo nel 1956 del decreto "Sul piano generale per l'elettrificazione delle ferrovie". Nel 1980, la lunghezza delle sezioni che funzionavano con la trazione elettrica ammontava al 32,8% della lunghezza totale e il volume del traffico da esse effettuato era del 54,8%.

Nei primi decenni, le ferrovie furono elettrificate con corrente continua con una tensione di 1.500 V (aree suburbane) e 3.000 V (tronco). Per collegare sezioni con diverse tensioni nella rete di contatto, sono state costruite speciali locomotive elettriche (VL19) e sezioni elettriche per autoveicoli (SR), sono stati creati trasformatori per raddrizzatori al mercurio, in grado di funzionare a due tensioni: 1650 e 3300 V. Successivamente, tutte le sezioni con tensione nella rete di contatto di 1500 V trasferito a 3000 V. Negli anni '50, fu creata una locomotiva elettrica a 8 assi DC più potente VL8, e quindi VL10 e VL11.

A partire dagli anni '30, sono state studiate le possibilità di utilizzare la corrente alternata monofase di frequenza industriale per la trazione. La ricerca fu ripresa nel 1951. Come sperimentazione tra il 1955 e il 1956. con una tensione di corrente alternata di 22 kV, la sezione Ozherelye - Pavelets lunga 137 km è stata elettrificata. Ha testato materiale rotabile elettrico   e un sistema di alimentazione a trazione per corrente alternata, è stata creata la prima docking station per la rete di contatto di due tipi di corrente.

In questo sistema, le sottostazioni di trazione, come in un sistema DC, sono alimentate da alta tensione industriale reti trifase. Ma non ci sono raddrizzatori su di essi. La tensione CA trifase delle linee elettriche viene convertita dai trasformatori in una tensione monofase della rete di contatto di 25.000 V e la corrente viene rettificata direttamente sul materiale rotabile elettrico. Raddrizzatori a semiconduttore leggeri, compatti e adatti al personale che hanno sostituito i raddrizzatori a mercurio hanno garantito la priorità di questo sistema. In tutto il mondo, l'elettrificazione ferroviaria si sta sviluppando attraverso un sistema di corrente alternata a frequenza industriale.

Il primo a utilizzare corrente alternata con una tensione di rete di 25 kV fu elettrificato nel 1960, una delle sezioni più pesantemente caricate della ferrovia della Siberia orientale Mariinsk - Zima con un profilo di binario pesante, situato in una zona con condizioni climatiche avverse.

Oltre al tradizionale sistema CA con una tensione di 25 kV, sono state utilizzate e utilizzate varietà: con trasformatori di aspirazione (per ridurre il costo di protezione delle linee di comunicazione dall'influenza elettromagnetica della rete di contatto), con un filo longitudinale di 50 kV e autotrasformatori (il cosiddetto sistema 2x25 kV), con schermatura filo di rinforzo (per ridurre la resistenza della rete di trazione).

Dal 1956, la trazione elettrica è stata messa in funzione principalmente sulle principali linee pesanti a lunga distanza che collegano la parte europea del paese con gli Urali e la Siberia, compresa la sua parte orientale, nonché con il sud del paese. Nel 1961 fu completata l'elettrificazione della più grande autostrada Mosca-Baikal del mondo con una lunghezza di 5647 km, nel 1962 fu completata l'autostrada Leningrado-Leninakan con una lunghezza di 3.500 km. L'elettrificazione di intere aree ha notevolmente migliorato l'uso di locomotive elettriche.

Per le nuove linee elettrificate a corrente alternata con una frequenza di 50 Hz e una tensione di 25 kV, sono state create locomotive elettriche a sei assi VL60 con raddrizzatori al mercurio e motori a collettore, quindi locomotive elettriche a otto assi VL80 e VL80 s. Anche le locomotive elettriche VL60 sono state convertite in convertitori di semiconduttori e hanno ricevuto la designazione della serie VL60 k.

Il nuovo materiale rotabile elettrico, rispetto a quello rilasciato 20-30 anni fa, è cambiato strutturalmente ed esternamente. Vengono create locomotive elettriche a corrente alternata VL80 r a 12 assi e VL85 a 12 assi (Fig. 22), che si distinguono per l'elevata trazione e le caratteristiche di frenata grazie alla regolare regolazione di trazione e velocità, controllo automatico e caratteristiche di alta energia. È iniziata la produzione di locomotive elettriche a 12 assi CC.

Fig. 22. Locomotiva elettrica AC VL85

I regolatori a tiristori, o cosiddetti a commutazione, hanno sostituito con successo il sistema obsoleto di regolazione reostatica graduale. In molti paesi, sono passati completamente alla produzione di materiale rotabile elettrico in corrente continua con convertitori a tiristori.

In connessione con lo sviluppo della tecnologia di conversione dei semiconduttori, i motori dei collettori vengono sempre più sostituiti da motori a corrente alternata, asincroni e sincroni.

L'automazione del controllo e l'ottimizzazione delle modalità mediante la tecnologia a microprocessore sono ampiamente utilizzate nelle moderne locomotive elettriche. Viene introdotta la diagnostica delle apparecchiature di bordo e stazionarie. È stata migliorata l'attrezzatura per la protezione da correnti di corto circuito e sovratensione.

La trazione elettrica è il modo più efficiente in termini di consumo di carburante per il trasporto di merci. Il movimento di 1 tonnellata di carico per 100 km consuma 1 kWh di elettricità. Nel 1998, la quota di elettricità consumata dalla ferrovia nella struttura del consumo di elettricità nel Ministero del combustibile e dell'energia della Federazione Russa ammontava solo al 4,7%. Le locomotive elettriche hanno un innegabile vantaggio: sono in grado di generare e restituire energia elettrica alla rete di trazione durante la frenata rigenerativa. Nel 1998, a causa della frenata a recupero di energia, i risparmi energetici annui sono ammontati a circa 0,7 miliardi di kWh, vale a dire il 3,2% del consumo per la trazione del treno. La trazione elettrica è la forma di trasporto più ecologica.

Con lo sviluppo della tecnologia, sono migliorati i dispositivi di rete di contatto e le sottostazioni di trazione. Sono diffusi supporti in cemento armato su fondazioni di blocchi, traverse rigide, sospensioni compensate, che consentono una velocità di 200 - 250 km / h. Supporti inseparabili in cemento armato del tipo SS vengono utilizzati per la rete CA di contatto e, se necessario, separati con basi di maggiore affidabilità.

Nelle sottostazioni di trazione, al posto dei raddrizzatori al mercurio, che hanno sostituito i generatori di motori, funzionano potenti convertitori di semiconduttori di potenza. Quasi tutte le linee elettrificate sono telemeccanizzate. I primi sistemi di telecontrollo erano relè a contatto, poi sono stati sostituiti da dispositivi elettronici e, infine, sistemi realizzati su circuiti integrati e microprocessori.

Una sospensione di contatto del tipo KS-200 è montata sulla linea San Pietroburgo - Mosca, che fornisce una raccolta di corrente affidabile a velocità del treno fino a 200 km / h.

Negli ultimi anni, un sito di test di elettrificazione con una durata di almeno 40 anni è in costante aumento. La sua lunghezza nel 2000 era di 8900 km, pari al 22%. Nel 2005 ha superato i 15 mila chilometri. Il danno specifico della rete di contatto, che ha funzionato per 40 anni o più, è 2,7 volte superiore rispetto alle aree di nuova commissione. Mantenere i mezzi tecnici in condizioni di lavoro solo revisionando i loro singoli elementi non solo non migliora le prestazioni dell'intero sistema, ma limita anche la possibilità di aumentare la capacità di carico dei siti. Sono necessarie nuove soluzioni tecniche e l'aggiornamento dei mezzi tecnici di alimentazione.

Nel contesto della crescente lunghezza delle linee elettrificate, la cui durata di servizio ha raggiunto il limite, è necessario rafforzare la base materiale e tecnica dell'elettrificazione e dell'economia dell'alimentazione per stabilizzare le condizioni tecniche e le linee principali della rete dovrebbero migliorare i principali indicatori tecnici e operativi del sistema di alimentazione di trazione: rete di contatto, trazione sottostazioni, reti di alimentazione senza trazione (0,4-10 kV).

Il miglioramento dei mezzi tecnici dovrebbe mirare alla creazione di sistemi intelligenti auto-regolabili che garantiscano modalità operative ottimali dei dispositivi di alimentazione.

In relazione alla rete di contatti è necessario:

Fornire carri da laboratorio per testare la rete di contatto con sistemi diagnostici basati su computer che consentano di controllare i componenti e i componenti della sospensione di contatto per il riscaldamento, monitorare lo stato degli isolanti, valutare l'usura del filo di contatto con un'analisi delle sue condizioni, nonché della qualità della raccolta corrente, ecc .;

Sviluppare soluzioni tecniche volte a ridurre i danni ai supporti della rete di contatto, dispositivi di supporto, accessori, isolanti;

Crea una sospensione di contatto autoregolante per le sezioni di traffico ad alta velocità.

Per aumentare l'affidabilità delle sottostazioni di trazione, è necessario sviluppare e implementare i seguenti dispositivi:

Trasformatori step-down e di trazione di nuovi tipi;

Interruttori con nuovi riempitivi ecologici isolanti elettrici (gas, sezione centrale); interruttori di vuoto;

Convertitori raddrizzatori e raddrizzatori-inverter su dispositivi elettronici di potenza di nuova generazione;

Potenti dispositivi di accumulo dell'energia.

Quando si costruiscono dispositivi di alimentazione, è necessario utilizzare dispositivi prefabbricati completi, moduli e unità di alta prontezza in fabbrica.

Negli ultimi anni, molti studi sui pro e contro dell'elettrificazione sono stati condotti nel mondo. Tutti i ricercatori riconoscono che l'elettrificazione è conveniente. Le conclusioni di queste opere differiscono solo in relazione alla quantità di profitto sul capitale investito. Secondo varie stime, il margine di profitto supera il 14%.

Nell'ultimo quarto del XIX secolo. sono stati delineati i contorni di nuove aree di costruzione di locomotive - locomotiva elettrica e locomotiva diesel.

La possibilità di utilizzare la trazione elettrica sulle ferrovie fu sottolineata già nel 1874 nella domanda di privilegio dello specialista russo F. A. Pirotsky. Negli anni 1875-1876. condusse esperimenti sulla ferrovia di Sestroretsk per trasferire elettricità lungo binari isolati da terra. La trasmissione è stata effettuata ad una distanza di circa 1 km. Una seconda rotaia fu usata come filo di ritorno. L'energia elettrica è stata trasmessa a un piccolo motore. Nell'agosto 1876, F. A. Pirotsky pubblicò un articolo sull'Ingegneria Journal con i risultati del suo lavoro. Questi esperimenti lo hanno portato all'idea di utilizzare l'elettricità per i carrelli che si muovono su binari di metallo.

L'implementazione pratica dell'idea di utilizzare l'energia elettrica nei trasporti appartiene a Werner Siemens (Germania), che costruì la prima ferrovia elettrica esposta all'Esposizione Industriale di Berlino nel 1879. Rappresentava una piccola ferrovia a scartamento ridotto, destinata ai visitatori della mostra. Un breve treno da vagoni aperti era guidato da una locomotiva elettrica con due motori, che riceveva una tensione di corrente continua di 150 V da una striscia di ferro posta tra le rotaie. Il filo di ritorno è servito da una delle guide di scorrimento.

Nel 1881, V. Siemens costruì per la prima volta una sezione di prova di una strada elettrica nella periferia di Berlino, Lichterfeld, usando un'automobile. Una corrente di 180 V veniva fornita a una delle rotaie di scorrimento e l'altra rotaia serviva da filo di ritorno.

Al fine di evitare grandi perdite di energia elettrica dovute alla scarsa capacità isolante delle traversine in legno, V. Siemens ha deciso di cambiare circuito elettrico   potenza del motore elettrico. Per questo, un filo di lavoro aereo fu utilizzato su una strada elettrica costruita nello stesso 1881 all'Esposizione mondiale di Parigi. Ha rappresentato un tubo di ferro sospeso sopra le rotaie. La parte inferiore del tubo era provvista di una fessura longitudinale. All'interno del tubo c'era una navetta collegata attraverso una fessura con un filo flessibile, che era attaccato al tetto della locomotiva e trasmetteva corrente elettrica al motore elettrico. Lo stesso tubo, sospeso accanto al primo, serviva da filo di ritorno. Un sistema simile fu applicato a quelli costruiti nel 1883-1884. Mödling - Tram suburbani Vorderbruhl in Austria e Francoforte - Offenbach in Germania che operano a 350 V.

Più o meno nello stesso periodo, a Kinres (Irlanda), una linea di tram era gestita su una terza rotaia, che era installata su isolatori vicino alle rotaie di scorrimento. Tuttavia, questo sistema era completamente inaccettabile in città, interferendo con il movimento di equipaggi e pedoni.

È interessante notare che il destino tecnico di un tale sistema di alimentazione elettrica al motore era stato precedentemente previsto da F. A. Pirotsky, che scrisse nel 1880 sul giornale St. Petersburg News: “La ferrovia elettrica che ho costruito è la più semplice ed economica. Non richiede il costo di una linea ferroviaria media, che invano aumenta il costo della strada del 5% e blocca il traffico dell'equipaggio in città. Non richiede costi per i pali in ghisa, che sono eccessivamente costosi. "

Questa lettera fu pubblicata da Pirotsky in relazione ai rapporti della stampa sui risultati delle sue prove di un tram elettrico effettuate il 3 settembre 1880 a San Pietroburgo. A quel tempo, F. A. Pirotsky era intensamente impegnato nella realizzazione dei suoi progetti relativi alla creazione di un trasporto elettrico urbano affidabile. Comprese che lo sviluppo del trasporto elettrico ferroviario principale è impossibile senza risolvere il problema fondamentale dell'ingegneria elettrica: la trasmissione di elettricità su lunghe distanze. Con questo in mente, F. A. Pirotsky ha concentrato la sua attenzione sugli esperimenti sul movimento elettrico di un'auto adottata su ferrovie urbane trainate da cavalli. Di conseguenza, nel 1880, riuscì per la prima volta a muoversi sui binari di una vera automobile a due livelli. F.A. Pirotsky presentò i risultati del suo lavoro nel 1881 all'International Electric Exhibition di Parigi, dove espose il suo schema di ferrovia elettrica.

Nel 1884, a Brighton (Inghilterra), fu costruita una ferrovia elettrica secondo lo schema Pirotsky, alimentata da una delle rotaie con una lunghezza di 7 versi. L'operazione di un solo vagone ha prodotto un utile netto di 420 franchi al giorno rispetto alla trazione trainata da cavalli.

Dalla metà degli anni '80 del XIX secolo. Lo sviluppo della trazione elettrica sulle ferrovie sta iniziando a essere intensamente coinvolto da ingegneri e imprenditori americani, che si sono impegnati energicamente a migliorare i locomobiles elettrici, nonché i metodi per fornire corrente.

T. A. Edison lavorò sul problema del trasporto ferroviario elettrico negli Stati Uniti, che costruì tre piccole linee pilota dal 1880 al 1884. Nel 1880, creò una locomotiva elettrica, che nel suo aspetto assomigliava a una locomotiva a vapore. La locomotiva elettrica era alimentata con corrente elettrica da binari di binario, uno dei quali era collegato al polo positivo e l'altro al polo negativo del generatore. Nel 1883, T. A. Edison, insieme a S. D. Field, costruì una locomotiva elettrica più avanzata ("The Judge"), esposta in una mostra a Chicago e successivamente a Louisville.

Nel 1883, il lavoro dell'ingegnere americano L. Daft, che creò la prima locomotiva elettrica di linea principale ("Atreg") per lo scartamento standard, destinato alla ferrovia Saratoga-Mac-Gregor, risale al 1883. Nel 1885, Daft costruì un modello di locomotiva elettrica migliorato per la New York Flyover Railway. La locomotiva, chiamata Benjamin Franklin, pesava 10 tonnellate, aveva una lunghezza di oltre 4 metri ed era dotata di quattro ruote motrici. Una corrente elettrica di 250 V è stata fornita lungo una terza rotaia a un motore da 125 litri. s, che potrebbe trainare un treno di otto auto alla velocità di 10 miglia all'ora (16 km / h).

Nel 1884, un ingegnere svizzero R. Tori costruì una ferrovia a denti sperimentali, collegando con esso un hotel situato su una collina con Terry (non lontano da Montreux sul lago di Ginevra). La locomotiva aveva quattro ruote motrici e si muoveva su un pendio molto ripido (1: 33). La sua capacità era ridotta e consentiva di trasportare quattro passeggeri contemporaneamente. Durante la discesa durante la frenata, il motore ha funzionato come generatore, restituendo energia elettrica alla rete.

Per diversi anni, il pensiero ingegneristico ha lavorato instancabilmente per migliorare la tecnica di fornitura di corrente a una locomotiva elettrica.

Nel 1884, Bentley e Knight costruirono un tram con un filo sotterraneo a Cleveland. Un sistema simile fu introdotto nel 1889 a Budapest. Questo metodo di alimentazione si è rivelato scomodo durante il funzionamento, poiché lo scivolo è stato rapidamente contaminato.

Alla fine del 1884 a Kansas City (USA), Henry testò un sistema con fili aerei di rame, di cui uno era diretto e l'altro era contrario.

Nel 1885, la costruzione da parte dello specialista belga Van Depul a Toronto (Canada) del primo tram con un filo di lavoro aereo. Nel suo circuito, i binari di scorrimento servivano da filo di ritorno. Lungo la linea furono costruiti pilastri con console, a cui erano collegati isolatori con un filo di lavoro. Il contatto con il filo di lavoro è stato effettuato utilizzando un rullo di metallo montato sulla barra del tram, che "rotolava" lungo il filo durante il movimento.

Questo sistema di sospensione si è rivelato molto razionale, dopo un ulteriore miglioramento è stato adottato in molti altri paesi e ben presto si è diffuso. Nel 1890, negli Stati Uniti erano in funzione circa 2.500 km di strade elettriche a tram e, nel 1897, 25 mila km. Un tram elettrico iniziò a soppiantare vecchie forme di trasporto urbano.

Nel 1890, un filo aereo apparve per la prima volta in Europa su una linea del tram ad Halle (Prussia). Dal 1893, le ferrovie elettriche in Europa si sono sviluppate a un ritmo accelerato, per cui già nel 1900 la loro lunghezza raggiungeva i 10 mila km.

Nel 1890, la trazione elettrica fu applicata su una strada sotterranea costruita a Londra. Una corrente elettrica di 500 V è stata fornita al motore elettrico usando una terza rotaia. Questo sistema si è rivelato molto efficace per le strade con una pista indipendente e ha iniziato a diffondersi rapidamente in altri paesi. Uno dei suoi vantaggi è la possibilità di elettrificare strade con un consumo energetico molto elevato, che comprendeva metropolitane e ferrovie principali.

Nel 1896, la trazione elettrica che utilizzava una terza rotaia che trasportava corrente fu introdotta per la prima volta nella sezione ferroviaria Baltimora-Ohai. L'elettrificazione ha toccato un tratto della strada in avvicinamento a Baltimora lungo 7 km. Un tunnel di 2,5 chilometri è stato posato su questo tratto di pista, spingendo i costruttori a elettrificarlo. Le locomotive elettriche che lavorano in questa sezione hanno ricevuto energia elettrica dalla terza rotaia a una tensione di 600 V.

Le prime ferrovie elettrificate erano di lunghezza ridotta. La costruzione di ferrovie a lunga distanza ha incontrato difficoltà associate a grandi perdite di energia causate dalla trasmissione di corrente continua su lunghe distanze. Con l'avvento dei trasformatori CA negli anni '80, che hanno permesso di trasmettere corrente su lunghe distanze, sono stati introdotti nei circuiti di alimentazione delle linee ferroviarie.

Con l'introduzione dei trasformatori nel sistema di alimentazione, è stato formato il cosiddetto "sistema a corrente continua trifase" o, in altre parole, "sistema a corrente continua con trasmissione di potenza trifase". La centrale elettrica stava generando corrente trifase. È stato trasformato in alta tensione (da 5 a 15 mila V, e negli anni '20 - fino a 120 mila V), che è stato fornito alle corrispondenti sezioni della linea. Ognuno di loro aveva la propria sottostazione step-down, da cui la corrente alternata era diretta verso un motore elettrico a corrente alternata, montato su un albero con un generatore di corrente continua. Un filo funzionante era alimentato da lui. Nel 1898 fu costruita in Svizzera una considerevole ferrovia con un binario indipendente e un sistema di corrente trifase che collegava Freiburg-Murten-Ins. Questo è stato seguito da elettrificazione e una serie di altre sezioni di ferrovie e metropolitane.

Nel 1905, la trazione elettrica sostituì completamente il vapore sulle strade sotterranee.

Shukhardin S. "Tecnica nel suo sviluppo storico"

Il sistema di alimentazione di una ferrovia elettrificata è costituito dalla parte esterna del sistema di alimentazione, che comprende dispositivi per la generazione, distribuzione e trasmissione di energia elettrica alle sottostazioni di trazione (esclusivamente);

Parte di trazione del sistema di alimentazione, costituita da sottostazioni di trazione di dispositivi lineari e rete di trazione. La rete di trazione, a sua volta, è costituita da una rete di contatti, un binario, linee di alimentazione e di scarico (alimentatori), nonché altri cavi e dispositivi collegati lungo la linea e che sospendono i contatti direttamente o tramite speciali autotrasformatori.

Il principale consumatore di energia elettrica nella rete di trazione è una locomotiva. A causa della disposizione casuale dei treni, sono inevitabili combinazioni accidentali di carichi (ad esempio, il passaggio di treni con un intervallo minimo tra treni), che possono influire in modo significativo sulle modalità operative del sistema di alimentazione di trazione.

Insieme a questo, i treni che si allontanano dalla sottostazione di trazione sono alimentati con energia elettrica a una tensione inferiore, che influisce sulla velocità del treno e, di conseguenza, sulla velocità della sezione.

Oltre ai motori di trazione che guidano il treno, le locomotive dispongono di macchine ausiliarie che svolgono varie funzioni. Le prestazioni di queste macchine sono anche legate al livello di tensione ai loro terminali. Ne consegue che nei sistemi di alimentazione a trazione è molto importante mantenere un determinato livello di tensione in qualsiasi punto della rete di trazione.

La sezione elettrificata della ferrovia è alimentata dal sistema energetico di una regione specifica. Schema elettrico l'alimentazione di una ferrovia elettrificata è mostrata in Fig. 1.3.

Il sistema di alimentazione esterna (I) comprende una stazione elettrica 1, sottostazione del trasformatore 2, linea di alimentazione 3. Il sistema di alimentazione della trazione (II) contiene una sottostazione di trazione 4, alimentatori di potenza 5, alimentatore di aspirazione 6, rete di contatti 7 e binario di trazione 9 (vedere Fig. 1.3), nonché dispositivi lineari.

L'alimentazione delle ferrovie viene effettuata lungo le linee di 35, 110, 220 kV, 50 Hz. Il sistema di alimentazione della trazione può essere in corrente continua o alternata.

Fig. 1.3. Schema schematico dell'alimentazione della ferrovia elettrificata: 1 - centrale elettrica distrettuale; 2 - sottostazione del trasformatore step-up; 3 - linea elettrica trifase; 4 - sottostazione di trazione; 5 - linea di alimentazione (alimentatore); 6 - linea di aspirazione (alimentatore); 7 - rete di contatti; 8 - locomotiva elettrica; 9 - rotaie

Sulle ferrovie russe sono stati ampiamente utilizzati un sistema di alimentazione CC con una tensione nella rete di contatto di 3 kV e un sistema di alimentazione CA con una tensione nella rete di contatto di 25 kV e 2 × 25 kV, frequenza 50 Hz.

La lunghezza delle ferrovie elettrificate della Russia al 1 ° gennaio 2005 ammontava a 42,6 mila km.

Sistema di alimentazione a trazione DC 3 kV

Il circuito di alimentazione della sezione elettrificata della ferrovia a corrente continua è mostrato in Fig. 1.4.

L'alimentazione alla rete di trazione nella maggior parte dei casi viene effettuata da bus 110 (220) kV attraverso un trasformatore step-down, che fornisce una riduzione della tensione fino a 10 kV. Un convertitore è collegato a bus da 10 kV, che consiste in un trasformatore di trazione e un raddrizzatore. Quest'ultimo fornisce la conversione da CA a CA. tensione costante   su bus 3,3 kV. La rete di contatti è connessa al bus positivo e le guide al bus negativo.

Fig. 1.4. Diagramma schematico dell'alimentazione di una sezione elettrificata di una ferrovia a corrente continua con una tensione nella rete di contatto di 3 kV

La caratteristica principale del sistema di alimentazione a trazione CC è la connessione elettrica del motore di trazione con la rete di contatto, ovvero esiste un sistema di raccolta della corrente di contatto. I motori di trazione per locomotive elettriche e treni a corrente continua sono progettati per una tensione nominale di 1,5 kV. a coppie connessione seriale   tali motori consentono di avere una tensione di 3 kV nella rete di trazione.

Il vantaggio di un sistema a corrente continua è determinato dalla qualità di un motore in serie DC, la cui caratteristica soddisfa in larga misura i requisiti per i motori di trazione.

Gli svantaggi del sistema di alimentazione a trazione di corrente continua possono essere chiamati i seguenti:

A causa di bassa tensione   in una rete di trazione per carichi correnti e grandi perdite di energia elettrica (la piena efficienza del sistema di trazione elettrica a corrente continua è stimata al 22%);

A carichi di corrente elevati, la distanza tra le sottostazioni di trazione è di 20 km o meno, il che determina l'alto costo del sistema di alimentazione e i costi operativi elevati;

I grandi carichi di corrente determinano la necessità di avere una sospensione di contatto di una sezione trasversale più grande, che provoca un notevole sovraccarico di scarsi metalli non ferrosi, nonché un aumento dei carichi meccanici sui supporti della rete di contatto;

Il sistema di trazione elettrica DC è caratterizzato da grandi perdite di energia elettrica nei reostati di avviamento di locomotive elettriche durante l'accelerazione (per il traffico pendolare, rappresentano circa il 12% del consumo totale di energia elettrica per la trazione del treno);

Con la trazione elettrica a corrente continua, si verifica un'intensa corrosione delle strutture metalliche sotterranee, compresi i supporti di rete di contatto;

I raddrizzatori a sei impulsi utilizzati fino a poco tempo fa nelle sottostazioni di trazione avevano un basso fattore di potenza (0,88 ÷ 0,92) e, a causa della non sinusoidalità della curva di consumo corrente, causavano un deterioramento della qualità dell'energia elettrica (specialmente su autobus a 10 kV).

Sulle strade a CC ci sono schemi di alimentazione centralizzati e distribuiti. La differenza principale tra questi schemi è il numero di unità di raddrizzatore nelle sottostazioni e i metodi di backup di potenza. Con uno schema di alimentazione centralizzato, le unità nella sottostazione devono avere almeno due. Nel caso della potenza distribuita, tutte le sottostazioni sono singole e la distanza tra le sottostazioni di trazione è ridotta.

È necessario che, in caso di guasto di un'unità, siano assicurate le normali dimensioni del movimento. Nel primo schema, vengono utilizzate unità aggiuntive (di riserva) per la ridondanza e nel secondo un rifiuto consapevole di riservare le apparecchiature della sottostazione ai nodi e il passaggio alle sottostazioni ridondanti nel loro insieme.

La lunghezza delle ferrovie elettriche, elettrificata da un sistema a corrente continua con una tensione nella rete di trazione di 3 kV, al 1 ° gennaio 2005 ammontava a 18,6 mila km.

Sistema di alimentazione a trazione a corrente alternata monofase con tensione 25 kV, frequenza 50 Hz

Sulle ferrovie, elettrificato a corrente alternata, il sistema più utilizzato di tensione di alimentazione di 25 kV, frequenza di 50 Hz. Il diagramma schematico dell'alimentazione dell'area elettrificata è mostrato in Fig. 1.5.

Fig. 1.5. Diagramma schematico dell'alimentazione della sezione elettrificata della ferrovia di tensione in corrente alternata della rete di contatto 25 kV, frequenza 50 Hz

L'alimentazione alla rete di trazione viene effettuata da bus 110 (220) kV attraverso un trasformatore step-down (trazione).

  Ha tre avvolgimenti:

I - avvolgimento alta tensione 110 (220) kV;

II - bassa tensione (media) dell'avvolgimento di 27,5 kV per alimentare la rete di contatti;

III - media (bassa) tensione di avvolgimento di 35, 10 kV per alimentare i consumatori senza trazione.

I bus da 27,5 kV sono dotati di alimentatori a contatto. In questo caso, le fasi A e B alimentano le diverse spalle della sottostazione di trazione. Per separare le fasi sulla rete di contatto, è predisposto un inserto neutro. La fase C è collegata alle rotaie.

La caratteristica principale del sistema di alimentazione a trazione di corrente alternata - accoppiamento elettromagnetico del motore di trazione con la rete di contatto - è fornita da un trasformatore di locomotiva elettrica.

Vantaggi del sistema:

Vengono stabilite modalità di tensione indipendenti nella rete di contatto e sul motore di trazione mantenendo il motore CC di trazione;

La tensione nella rete di contatti viene aumentata a 25 kV CA. Di conseguenza, la corrente di carico diminuisce alla stessa potenza trasmessa; le perdite di tensione e potenza sono ridotte;

La distanza tra le sottostazioni di trazione è stata aumentata e il loro numero è stato ridotto (da due a tre volte);

Riduzione dei tempi di costruzione e aumento del ritmo di elettrificazione;

Riduzione del consumo di metalli non ferrosi.

Svantaggi del sistema di alimentazione a trazione AC:

La modalità operativa asimmetrica dei trasformatori trifase (per un carico a due bracci) e, di conseguenza, il deterioramento della qualità dell'energia elettrica e una riduzione significativa della loro potenza disponibile. Notiamo che la potenza disponibile di un trasformatore che funziona in modalità asimmetrica indica la potenza corrispondente alla corrente di sequenza diretta a tale carico quando la corrente in una delle fasi del trasformatore assume un valore nominale;

Non sinusoidalità del sistema di correnti consumate e anche il deterioramento della qualità dell'energia elettrica nel sistema di alimentazione (la curva della corrente consumata dalle locomotive elettriche con un raddrizzatore a due impulsi installato su di esse contiene armoniche superiori negative 3, 5, 7 con un grande valore numerico);

Locomotive elettriche a basso fattore di potenza CA. L'efficienza del sistema di trazione elettrica nel suo complesso è stimata al 26%;

La rete di trazione CA è una fonte di influenza elettromagnetica sui dispositivi adiacenti, comprese le linee di comunicazione, che determina la necessità di misure speciali volte a ridurre l'influenza elettromagnetica;

La presenza di correnti di compensazione in un circuito di alimentazione a due lati di una rete di trazione a corrente alternata e, di conseguenza, ulteriori ingenti perdite di energia elettrica.

La lunghezza delle ferrovie elettriche elettrificate da un sistema a corrente alternata con una tensione nella rete di trazione di 25 kV, frequenza di 50 Hz, al 1 ° gennaio 2005 ammontava a 24,0 mila km.

Schema di alimentazione esterna per sottostazioni di trazione per sistemi di trazione elettrica a corrente continua e alternata

Gli schemi di alimentazione per le ferrovie elettrificate dal sistema di alimentazione sono molto diversi. Sono più dipendenti dal sistema di trazione elettrico utilizzato, nonché dalla configurazione del sistema di alimentazione stesso.

Considerare il circuito di alimentazione per i sistemi di trazione elettrica a corrente continua (Fig. 1.6) e alternata (Fig. 1.7).

In genere, una linea elettrica a 50 Hz riceve energia dal sistema di alimentazione e si trova lungo la ferrovia.

Sotto la tensione del sistema di trazione elettrica si intende la tensione nominale alla quale viene realizzato il materiale rotabile elettrico (EPS). È anche la tensione nominale nella rete di contatto, la tensione sui pneumatici della sottostazione viene normalmente presa del 10% al di sopra di questo valore.

In fig. Sono indicati 1.6 e 1.7: 1 - sistema di alimentazione; 2 - linea elettrica; 3 - sottostazioni di trazione (con raddrizzatori, sottostazioni CC e sottostazioni di trasformazione - alternate); 4 - rete di contatto; 5 - rotaie; 6 - locomotiva elettrica.

Fig. 1.6. Diagramma schematico dell'alimentazione della ferrovia DC

Fig. 1.7. Diagramma schematico dell'alimentazione della ferrovia a corrente alternata

Le ferrovie elettrificate sono consumatori della prima categoria. Per tali consumatori, l'energia viene fornita da due fonti indipendenti di elettricità. Queste sono considerate singole sottostazioni distrettuali, diverse sezioni di autobus della stessa sottostazione - distretto o trazione. Pertanto, il circuito di alimentazione delle sottostazioni di trazione dal sistema di alimentazione dovrebbe essere tale che il guasto di una delle sottostazioni distrettuali o della linea di trasmissione possa causare il fallimento di più di una sottostazione di trazione. Ciò può essere ottenuto scegliendo uno schema di alimentazione razionale per sottostazioni di trazione dal sistema di alimentazione.

Schemi per il collegamento di sottostazioni di trazione alle lineelinee elettriche

Il circuito di alimentazione delle sottostazioni di trazione dalle linee elettriche è mostrato in Fig. 1.8.

Fig 1.8. Schema di alimentazione bilaterale di sottostazioni di trazione da una linea elettrica a doppio circuito

In generale, lo schema di alimentazione delle sottostazioni di trazione dipende dalla configurazione della rete regionale, dalla riserva di potenza delle centrali elettriche e delle sottostazioni, dalla possibilità della loro espansione, ecc. In tutti i casi, per una maggiore affidabilità, tendono ad avere un sistema di alimentazione a due vie per le sottostazioni di trazione (vedi Fig. 1.8). In fig. 1.8. contrassegnato: 1 - sottostazione di trazione di riferimento (almeno tre ingressi di linee ad alta tensione). È dotato di un complesso di dispositivi di commutazione ad alta tensione e dispositivi automatici di protezione dai danni; 2 - Sottostazione di saldatura intermedia. Gli interruttori ad alta tensione non sono installati, per cui il sistema di alimentazione è più economico; 3 - Sottostazione di transito intermedia, il sezionamento di linee ad alta tensione è previsto per la riparazione o l'arresto in caso di danni.

Garantire l'affidabilità del sistema di alimentazione: utilizzando una linea ad alta tensione a doppio circuito, fornendo energia a due vie a ciascuna rete di linee di trasmissione di potenza, sezionando le linee di trasmissione di potenza nelle sottostazioni di transito e la presenza di protezione automatica ad alta velocità a riferimento, trazione di transito e sottostazioni regionali.

Garantire l'efficienza del sistema di alimentazione si ottiene riducendo le apparecchiature ad alta tensione (interruttori) a causa di sottostazioni intermedie che non dispongono di tali interruttori. In caso di danni in queste sottostazioni, la protezione ad alta velocità disconnette le linee nelle sottostazioni di riferimento e, in assenza di corrente, a quelle intermedie. Le sottostazioni intatte sono attivate da un sistema di richiusura automatica.

Se alimentato da una linea di trasmissione a circuito singolo, non è consentito il collegamento di sottostazioni sul rubinetto. Tutte le sottostazioni sono incluse nella sezione della linea e in ciascuna sottostazione le linee di trasmissione intermedie sono sezionate da un interruttore.

Caratteristiche degli schemi di potenza per una rete di trazione a corrente monofasefrequenza industriale

Sulle strade a corrente alternata monofase, la rete di trazione è alimentata da una linea di trasmissione di energia elettrica trifase attraverso trasformatori, i cui avvolgimenti sono collegati a uno o all'altro circuito.

Sulle ferrovie domestiche vengono utilizzati principalmente trasformatori trifase a tre avvolgimenti, che vengono accesi secondo lo schema stella-stella-triangolo, tipo TDTNGE (trifase, olio, con raffreddamento forzato - soffiaggio, tre avvolgimenti, con regolazione di tensione sotto carico, a prova di fulmine, per trazione elettrica) con potenza 20, 31.5 e 40.5 MV? A. Tensione primaria - 110 o 220 kV, secondaria alla trazione - 27,5 kV, per i consumatori distrettuali - 38,5 e 11 kV.

Per fornire solo il carico di trazione, i trasformatori trifase a doppio avvolgimento del tipo TDG e TDNG vengono utilizzati con uno schema di collegamento degli avvolgimenti stella-triangolo (-11). La potenza di questi trasformatori è la stessa di quella a tre avvolgimenti. La connessione del "triangolo" dell'avvolgimento di trazione consente di ottenere un piatto caratteristica esterna. Una parte superiore del "triangolo" è collegata alle rotaie e le altre due a diverse sezioni della rete di contatti.

Il circuito di alimentazione di una rete di trazione a corrente alternata monofase da un trasformatore trifase con una connessione di avvolgimento stella-triangolo è mostrato in Fig. 1.9.

Quando si fornisce il carico di trazione da tre fasi, le sezioni della rete di trazione a sinistra ea destra della sottostazione devono essere alimentate da fasi diverse. Pertanto, hanno tensioni che non coincidono in fase tra loro.

Fig. 1.9. Circuito di alimentazione per una rete di trazione a corrente alternata monofase da un trasformatore trifase con collegamento stella-triangolo

Le correnti nelle fasi possono essere ottenute direttamente dalle equazioni di Kirchhoff. Se al momento a sinistra della sottostazione il carico è l e a destra è n (vedi Fig. 1.9), allora possiamo scrivere:

Ac \u003d ba + l; (1,1)

Ba \u003d cb + n; (1,2)

Cb \u003d ac - l - p; (1.3)

Ac + ba + cb \u003d 0. (1.4)

Dall'equazione (1.4) segue:

Ba \u003d - ac - cb. (1,5)

Sostituiamo l'espressione (1.5) nell'equazione (1.1):

Ac \u003d - ac - cb + l. (1.6)

Sostituendo la formula (1.3) nell'espressione (1.6), otteniamo:

Ac \u003d - ac - ac + l + n + l;

3 ac \u003d 2 l + p;

Ac \u003d n + n. (1.7)

Sostituendo la formula (1.7) nell'espressione (1.3), otteniamo:

Cb \u003d l + n - l - n;

Cb \u003d - l - articolo (1.8)

Sostituendo la formula (1.8) nell'espressione (1.2) otteniamo:

Cb \u003d - l - n + n;

Ba = -    l + p. (1.9)

La corrente nelle fasi del "triangolo" secondario e, di conseguenza, nelle fasi avvolgimento primario   può anche essere trovato costruendo un diagramma vettoriale.

Per costruire un diagramma vettoriale, si presume che le correnti delle zone di alimentazione l e n, che significano le correnti totali degli alimentatori, in partenza dalla sottostazione, rispettivamente, sinistra e destra, siano distribuite tra gli avvolgimenti secondari del trasformatore. In altre parole, è necessario determinare la quota di partecipazione avvolgimento secondario   trasformatore nell'alimentazione di entrambe le zone di alimentazione.

Quando si collegano gli avvolgimenti del trasformatore secondo lo schema e l'assenza di correnti di sequenza zero in un circuito a "triangolo" chiuso, ciascuna fase può essere considerata indipendentemente dall'altra, cioè come un trasformatore monofase. In questo caso, la distribuzione dei carichi sul lato secondario tra le fasi è determinata solo dal rapporto tra i valori di resistenza degli avvolgimenti. La zona di alimentazione sinistra con corrente l è alimentata dalla tensione U ac. Questa tensione è generata sia negli avvolgimenti “ah”, sia negli avvolgimenti “b” e “cz”. La resistenza degli avvolgimenti "ah" è metà della resistenza degli altri due avvolgimenti collegati in serie. Pertanto, la corrente l viene divisa tra questi voltaggi generando avvolgimenti in ca in un rapporto 2: 1. Allo stesso modo, la corrente è divisa.

Costruiremo un diagramma vettoriale per determinare le correnti di fase di un trasformatore trifase (Fig. 1.10).

Fig. 1.10. Diagramma vettoriale per la determinazione delle correnti di fase di un trasformatore trifase

Vediamo nel diagramma vettori di tensioni e correnti I l, I p. La corrente negli avvolgimenti "ah", basata su quanto sopra, dovrebbe essere uguale alla somma di l e p. Mettendo sul vettore I l il valore uguale alla sua lunghezza, sul vettore I p la sua lunghezza, troviamo ac come somma di queste parti. La corrente nella fase A della "stella" dell'avvolgimento primario (se prendiamo il coefficiente di trasformazione uguale all'unità, e la corrente inattivo   uguale a zero) sarà uguale alla corrente a.

Allo stesso modo, la corrente nell'avvolgimento in cz è composta da n e - l. Aggiungendoli, otteniamo l'attuale c. Di conseguenza, c \u003d C.

Il carico nell'avvolgimento "by" è costituito dalla somma - l e p. Aggiungendo i vettori, otteniamo il carico della terza fase meno caricata b \u003d B. Si noti che la fase meno caricata è quella fase del "triangolo" che non è direttamente collegata alle rotaie.

Nel diagramma di fig. 1.10 mostra l'angolo di fase A, B, C tra la corrente I A, I B, I C e la tensione U A, U B, U C. Notare che A\u003e L e 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.

Per garantire un caricamento uniforme delle fasi della linea di trasmissione di potenza, vengono alternate quando collegate a sottostazioni di trazione.

Schemi per il collegamento di un gruppo di sottostazioni di trazione a una linea elettrica

I requisiti per lo schema di connessione sono i seguenti:

Garantire la possibilità di funzionamento in parallelo sulla rete di contatto delle sottostazioni di trazione adiacenti;

Creazione di un carico uniforme della linea elettrica.

Se la linea di alimentazione è unilaterale, un ciclo di tre sottostazioni con rotazione di fase diversa assicura il loro carico uniforme nell'area tra la fonte di energia elettrica e la prima sottostazione (Fig. 11.11). I generatori di centrali elettriche funzioneranno in normale modalità di carico simmetrico. La perdita di tensione della linea di alimentazione è ridotta a causa della ridotta irregolarità del carico.

Considerare gli schemi di collegamento delle sottostazioni di trazione alle linee elettriche (vedere Fig. 1.11).

Sottostazione n. 1. In questo caso, il morsetto del trasformatore “A t” è collegato alla fase A, e gli altri due - “B t” e “C t” - rispettivamente alle fasi B e C. Con questa connessione, la sottostazione è designata tipo I. Costruiamo un diagramma vettoriale per questa sottostazione (Fig. 1.12).

La fase di ritardo è ac\u003e a. Pertanto, la corrente I as viene spostata dalla corrente I b del braccio adiacente sul lato di ritardo. consumo potenza reattiva   aumenta (nella fase di ritardo), il che porta ad una diminuzione della tensione al suo interno.

Fase principale cb< b . Следовательно, ток I a сдвигает вектор тока I cb в сторону опережения. Потребление реактивной мощности снижается, напряжение увеличивается.

Da quanto precede, ne consegue che delle tre fasi, una è meno caricata - quella centrale è B.

Sottostazione n. 2. Il morsetto del trasformatore “VT” non sarà collegato alla fase con lo stesso nome, ma alla fase C, che sarà la fase effettiva. Tutte le zone di alimentazione riceveranno energia dai punti "a" e "b", ma non siamo più liberi di scegliere la fase di alimentazione dopo aver scelto l'alimentazione dalla prima sottostazione di trazione.

Costruiamo un diagramma vettoriale (Fig. 1.13). Nella seconda sottostazione, la sequenza delle fasi è cambiata. Se alla prima sottostazione era ABC (sottostazione di tipo I), la seconda divenne ACB (sottostazione di tipo II). La fase meno impegnata sarà ora la fase C.

Sottostazione n. 3. L'alimentazione alla terza zona dalla sottostazione n. 2 è possibile solo dal punto “b” (vedi Fig. 1.11). Dalla sottostazione n. 3, anche l'alimentazione di questa zona dovrebbe essere dal punto "b". Pertanto, tutte le zone dispari riceveranno energia dai punti "b" e tutte le zone pari dai punti "a".

Costruiamo un diagramma vettoriale (Fig. 1.14). La tensione tra i fili di contatto e le rotaie sarà positiva nelle sezioni pari e in quelle dispari - negativa, cioè in fase con la tensione di una delle fasi della linea di trasmissione di potenza o opposta ad essa. Per la sottostazione n. 3, la fase A risulta essere una fase meno caricata, la sequenza di fase sarà SAW (sottostazione di tipo III).

Fig. 1.12. Diagramma vettoriale di tensioni e correnti per sottostazione n. 1

Fig. 1.13. Diagramma vettoriale di tensioni e correnti per sottostazione n. 2

Fig. 1.14. Diagramma vettoriale di tensioni e correnti per sottostazione n. 3

L'ordine di alternanza delle fasi meno caricate della linea di trasmissione di potenza sarà determinato dal numero di sottostazioni sul sito e dal circuito di potenza della rete di trazione.

Con l'alimentazione a due vie delle linee elettriche, vengono utilizzati cicli multipli di tre (Fig. 1.15).

Fig. 1.15. Collegamento a linee elettriche di sottostazioni di trazione di vario tipo con alimentazione a due vie

Sfortunatamente, collegare un gruppo di sottostazioni di trazione a una linea elettrica usando la rotazione di fase non risolve l'intero problema dell'asimmetria di corrente e tensione. Questi problemi saranno affrontati in modo specifico.

Sistema di alimentazione a trazione a tre filialimentazione AC

Il sistema specificato è un tipo di sistema di alimentazione di corrente alternata di frequenza industriale, poiché la locomotiva in questo caso rimane la stessa. Ad esempio, si consideri un sistema di alimentazione a trazione di corrente alternata 2 × 25 kV con una frequenza di 50 Hz.

Il circuito di alimentazione della sezione elettrificata della ferrovia attraverso il sistema di alimentazione di trazione a corrente alternata 2 × 25 kV è mostrato in Fig. 1.16.

Figura 1.16 Il circuito di alimentazione della sezione elettrificata della ferrovia attraverso il sistema di alimentazione a trazione di corrente alternata 2 × 25 kV:

1 - trasformatori step-down della sottostazione n. 1 e 2 (monofase) 220/25 kV; 2 - autotrasformatori lineari 50/25 kV con una capacità di 16 mV? A, installati tra sottostazioni dopo 10 - 20 km; 3 - collegamento ferroviario nel punto medio del trasformatore step-down e autotrasformatore lineare (LAT); 4 - flusso di potenza a U \u003d 50 kV; 5 - a U \u003d 25 kV; 6 - locomotiva elettrica

La distanza tra le sottostazioni è di 60 - 80 km.

I vantaggi del sistema sono i seguenti:

A causa del trasferimento di potere alla LAT in più alta tensione   (50 kV) nella rete di trazione, le perdite di potenza e tensione sono ridotte;

L'effetto schermante del cavo di alimentazione a 50 kV riduce l'influenza della rete di contatto sulle linee adiacenti.

I vantaggi di cui sopra del sistema in esame determinano la sua applicazione su ferrovie ad alta intensità di carico e traffico passeggeri ad alta velocità.

Gli svantaggi del sistema includono:

L'aumento del prezzo dell'elettrificazione dovuto alla capacità installata di LAT;

La complessità della rete di contatti;

La complessità della regolazione della tensione.

Per la prima volta, un sistema di alimentazione a trazione a tre fili per corrente alternata fu applicato in Giappone nel 1971. Nel 1979, la prima sezione della ferrovia bielorussa Vyazma - Orsha fu installata nei paesi del Commonwealth.

Attualmente, oltre 2 mila km sono elettrificati su questo sistema sulle ferrovie di Mosca, Gorkij ed ex Baikal-Amur.

Più in dettaglio, il sistema di alimentazione fornito è considerato nelle opere.

Contattare gli schemi di alimentazione della rete

A seconda del numero di percorsi di alimentazione, i circuiti di potenza della rete di contatto possono essere a percorso singolo e multiplo. In questo caso, è possibile utilizzare sia l'alimentazione unilaterale che bilaterale.

Sulle sezioni a binario singolo si sono diffusi gli schemi per la distribuzione unilaterale separata, a sbalzo e a sbalzo. Viene utilizzata anche l'alimentazione a due vie.

Su sezioni a doppio binario: circuiti separati, nodali, a sbalzo, on-off e paralleli.

La scelta del metodo di alimentazione della rete di contatto è associata a specifici indicatori del suo lavoro: affidabilità ed economicità. Garantire l'affidabilità si ottiene sezionando la rete di contatto e automatizzando l'assemblaggio dei circuiti, l'efficacia in termini di costi, riducendo le perdite di energia elettrica e il carico uniforme della rete di contatto di singole sezioni e piste.

I circuiti di potenza della rete di contatti sono mostrati in Fig.1.17 e 1.18.

Sezione single track   (vedi fig. 1.17). La rete di contatti è divisa in due sezioni (accoppiamento isolante o inserto neutro) e ciascuna sezione viene alimentata dalla sottostazione attraverso il suo alimentatore. Se una sezione è danneggiata, solo questa sezione è disabilitata (Fig. 1.17, a). Nello schema a sbalzo (Fig. 1.17, b), il sito è alimentato da una sottostazione su un lato. Se danneggiato, l'alimentazione viene rimossa da tutta l'area. Con uno schema a sbalzo (Fig. 1.17, c), il sito è alimentato da una sottostazione su un lato. Ogni sezione ha il suo alimentatore. Se una delle sottostazioni è disconnessa, la sezione è senza alimentazione.

Figura 1.17 Circuiti di potenza per la rete di contatti di una sezione a binario singolo

Doppia traccia (vedi Fig. 1.18). Uno schema di alimentazione separato (Fig. 1.18, a) fornisce energia a ciascun percorso indipendentemente l'uno dall'altro. A questo proposito, la sezione trasversale totale della sospensione di contatto è ridotta, il che porta ad un aumento della perdita di energia elettrica. Allo stesso tempo, l'affidabilità di questo schema di potenza è superiore rispetto ad altri schemi. Lo schema di potenza nodale (Fig. 1.18, b) viene eseguito utilizzando i sezionatori. In questo caso, la perdita di energia elettrica è ridotta a causa del possibile aumento della sezione trasversale della sospensione di contatto. Se la rete di contatto è danneggiata, non l'intera area della sottostazione viene esclusa dal funzionamento, ma solo la sezione danneggiata tra la sottostazione e la stazione di sezionamento.

Figura 1.18 Circuiti di potenza della rete di contatti di una sezione a doppio binario

Il circuito a sbalzo (Fig. 1.18, c) fornisce energia a ciascun percorso separatamente da sottostazioni diverse. Gli svantaggi qui sono gli stessi dello schema simile di una sezione a binario singolo. Lo schema contro cantilever (Fig. 1.18, d) consente di dividere la zona tra sottostazioni in sezioni che non sono elettricamente collegate tra loro. Ogni percorso è alimentato dal suo alimentatore. Quando l'alimentatore è spento, la sezione è senza tensione. Perdite di energia elettrica aumentano.

Lo schema del contro-anello (Fig. 1.18, d) consente di alimentare le sezioni dell'anello da due sottostazioni, riducendo la perdita di energia elettrica e aumentando l'affidabilità. Il circuito parallelo (Fig. 1.18, f) dell'alimentatore ha ricevuto la massima distribuzione. Con questo schema, la rete di contatti è alimentata da due sottostazioni su entrambi i lati. Poiché la sospensione di contatto di entrambi i percorsi è collegata elettricamente l'una all'altra, la sua sezione trasversale aumenta, il che porta a una diminuzione della perdita di energia elettrica. Tuttavia, il circuito di potenza parallelo è altamente affidabile rispetto ad altri circuiti.

Sulle ferrovie nazionali, lo schema di alimentazione parallela è accettato come principale.