Французская сеть высокоскоростных магистралей TGV

TGV (сокр. фр. Train a Grande Vitesse — скоростной поезд) - французская сеть скоростных электропоездов, разработанная GEC - Alsthom (ныне Alstom) и национальным французским железнодорожным оператором SNCF (фр. Societe Nationale des Chemins de fer Francais, Национальная компания французских железных дорог). В настоящее время управляется SNCF.

Сегодня сеть TGV охватывает города на юге, западе и северо-востоке Франции. Некоторые соседние страны, в том числе Бельгия, Италия и Швейцария, построили свои линии TGV и подключили их к французской сети. В Германии и Нидерландах действует аналогичная и совместимая с TGV железнодорожная сеть Thalys, а в Великобритании — Eurostar. Планируется строительство новых линий в самой Франции и соседних странах.

Поезда TGV способны двигаться со скоростями до 320 км/ч — это стало возможным благодаря строительству специальных железнодорожных линий без малых радиусов кривых. Поезда оснащены мощными тяговыми двигателями, сочленёнными вагонами, облегчёнными тележками, а также устройствами автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), благодаря которой машинисту не требуется высматривать сигналы светофоров на больших скоростях. Поезда TGV производит фирма Alstom, с использованием отдельных узлов фирмы «Bombardier». За исключением небольшой серии TGV, используемой для почтового сообщения между Парижем и Лионом, TGV служит для пассажирских перевозок.
TGV является достаточно безопасным видом транспорта: за всё время эксплуатации не было зарегистрировано ни одного случая гибели людей в результате происшествий, случившихся на скоростных линиях (за исключением столкновения с грузовиком в 1988 году).

Технические характеристики поездов TGV

TGV в основном использует специально построенные пути, называемые LGV— это является принципиальным моментом всей системы, так как линии специально созданы для движения на скоростях более 300 км/ч. В то же время, широко используются и обычные пути.
В отличие от обычных поездов, в поездах TGV одна колёсная тележка на два вагона. Такая конструкция необходима для того, чтобы в случае схода поезда с рельсов он не смог перевернуться и для предотвращения эффекта телескопичности (вагоны входят друг в друга при лобовом столкновении поезда, нанося серьёзные повреждения пассажирам). Также с помощью этого механизма сила трения колёс и рельс уменьшается почти в два раза. Собственную тележку имеют только головной и хвостовой вагоны.
Поезда TGV формируются из головных моторных вагонов (оснащённых тяговыми электродвигателями) и промежуточных прицепных. Например, составы TGV POS могут быть сформированы из двух головных моторных вагонов и определённого числа (до 8) прицепных. Формирование более коротких составов позволяет получить более высокую тяговую вооружённость составов, что, в свою очередь, позволяет увеличить ускорение при разгоне и максимальную скорость состава.
Вагоны поездов спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать взаимозаменяемость и формирование составов из вагонов разных серий. Например, вагоны из состава TGV POS могут быть сцеплены с вагонами TGV Reseau, Duplex, Thalys PBKA.
Подвижной состав TGV отличается от других типов поездов полужёсткой сцепкой вагонов. Тележки расположены между вагонами, таким образом, вагон поддерживается с обеих сторон, деля каждую из двух тележек с соседним вагоном. У каждого головного вагона имеются две собственные тележки. Выгода данных сцепов состоит в том, что в случае крушения головной вагон первым сходит с рельсов и далее движется самостоятельно, в то время как пассажирские вагоны, как правило, с рельсов не сходят и сохраняют вертикальное положение. Обычные поезда в таких случаях, как правило, складываются «в гармошку» или опрокидываются.

Недостаток таких сцепов заключается в очень сложной процедуре формирования состава. Если головные вагоны можно легко отцепить по стандартной процедуре, то для расформирования сцепов в середине состава требуется специально оборудованное депо, в котором весь сцеп приподнимается над рельсами. После расцепления вагон остаётся без тележки с одной из сторон, и вместо неё требуется специальная замещающая рама.
SNCF владеет железнодорожным парком, состоящим, примерно, из 400 составов TGV. Сегодня эксплуатируется шесть основных модификаций TGV, и седьмой тип, TGV POS, в настоящее время проходит испытания.
Все TGV являются, по меньшей мере, двухсистемными: это означает, что их можно эксплуатировать как на новых линиях (в том числе скоростных LGV), где используется переменный ток (25 кВ, 50 Гц), так и на старых линиях с
постоянным током 1,5 кВ — это так называемые «lignes classiques» (обычные линии), которых особенно много в окрестностях Парижа. Поезда, которые пересекают границу с Германией, Швейцарией, Бельгией, Нидерландами и Великобританией должны также поддерживать иностранный стандарт напряжения сети. Так появились трёхсистемные и даже четырёхсистемные TGV. [15]
Все поезда TGV оснащены двумя видами токоприемников (типа полупантограф), один для постоянного и другой для переменного тока. Кроме того, полоза этих токоприемников имеют разную ширину, которая учитывает ширину зигзага контактной сети в разных странах.
До пересечения границы между двумя системами питания, включается специальная система оповещения, установленная в кабине, которая напоминает машинисту о том, что ему необходимо отключить подачу энергии к тяговым электродвигателям, затем опустить пантографы, переключить систему напряжения на панели управления и снова поднять пантографы. Как только автоматика определяет, что на подвижной состав подано требуемое напряжение, на панели загорается специальный индикатор, разрешающий машинисту снова включить тяговые электродвигатели. Через границу систем электропитания поезд должен проезжать с выключенными двигателями.

Поезда типа TGV Sud-Est (Юго-восток) были созданы для эксплуатации на первой одноимённой скоростной линии Париж — Лион. Всего с конвейера было выпущено 107 пассажирских составов этой модели. Кроме того, было создано два укороченных состава для перевозки почты между Парижем и Лионом. От обычных поездов они отличаются отсутствием сидений и окраской в жёлтый цвет.
Стандартная комплектация составов такого класса: два головных и восемь пассажирских вагонов. Общая вместимость — 345 мест.
Первоначально конструкционная скорость поездов этого типа составляла 270 км/ч, но впоследствии большая часть составов была модернизирована до 300 км/ч в преддверии открытия новой линии LGV Средиземноморье.
TGV Atlantique строились для эксплуатации на новой скоростной линии LGV Атлантика. На новую модель было решено установить более мощные двигатели, колёса большего диаметра, а также улучшить аэродинамику и тормозную систему. В стандартный состав поезда входит два головных и десять пассажирских вагонов.
Модифицированная модель TGV Atlantique 325 в 1990 году установила мировой рекорд скорости на только что построенной и ещё не открытой линии LGV, разогнавшись до 515 км/ч.
Первые составы TGV Reseau начали эксплуатироваться в 1993 году. Стандартный состав поезда: два головных и восемь пассажирских вагонов. Составы для Бельгии были специально переоборудованы для соответствия бельгийским ограничениям нагрузки на ось (17 тонн) — для этого стальные элементы кузова вагонов были частично заменены алюминиевыми.
Поезд Eurostar, по существу, является удлинённым TGV, приспособленным для эксплуатации в Великобритании и Евротоннеле. В число различий входит меньший профиль, удовлетворяющий британским габаритным стандартам, созданные в Великобритании асинхронные тяговые двигатели и улучшенная система пожаробезопасности на случай возгорания в тоннеле.
По британской классификации TOPS поезд носит наименование Class 373 EMU. Поезд был спроектирован фирмой GEC-Alsthom (ныне Alstom).
Существует два типа составов:

• • «Eurostar Three Capitals» (Три столицы) состоит из двух головных и восемнадцати пассажирских вагонов с двумя дополнительными моторными тележками;
• • «Eurostar North of London» (Север Лондона) состоит из 14 пассажирских вагонов. Составы обоих типов состоят из двух частей, несочленённых в середине, то есть в случае поломки или чрезвычайной ситуации в Евротоннеле половину поезда можно отцепить, чтобы та своим ходом покинула тоннель. Каждая такая половинка состава имеет свой номер.

Все составы Eurostar являются трёхсистемными или четырёхсистемными и приспособлены для работы на линиях LGV с переменным током (включая линию в Евротоннеле и стандартные линии в Великобритании), бельгийских линиях с постоянным током и британских системах с третьим рельсом, распространённых на юге страны.
Составы «Eurostar North of London» никогда не использовались для международных перевозок: на них возят пассажиров от Лондона к городам севернее столицы, однако данные перевозки в настоящее время не приносят прибыли, так как британские авиаперевозчики договорились о сокращении цен на билеты. Часть составов были отданы в аренду компании «Great North Eastern Railway» для пассажирских перевозок на линии «White Rose» между Лондоном и Лидсом.[15]


TGV Duplex был разработан, чтобы повысить объём перевозок без увеличения количества составов и вагонов в каждом поезде. Пассажирские вагоны TGV Duplex имеют два этажа, с входной дверью на нижнем уровне, что особенно удобно, так как во Франции все платформы на станциях низкие. На второй этаж ведёт лестница; проход между вагонами находится на верхнем уровне. При одинаковой длине составов, вместимость Duplex на 45 % больше, чем у TGV Reseau. На таких оживлённых направлениях как Париж-Марсель TGV Duplex пускают парами, что позволяет увеличить вместимость одного поезда до 1 024 человек.
Экспериментальный поезд, сформированный в 2007 году из головных вагонов поезда TGV POS № 4402 и трёх прицепных (пассажирских) вагонов TGV Duplex, совершил ряд опытных поездок на трассе LGV-Восток в период с 15 января по 15 апреля со скоростями порядка 500 км/ч. Один из пассажирских вагонов был оборудован как лаборатория, на поезде были установлены более 600 различных датчиков. Для обеспечения большей мощности напряжение в контактной сети при испытаниях поезда было увеличено с 25 до 31 кВ. В ходе испытаний 3 апреля 2007 года был установлен мировой рекорд скорости для рельсовых поездов — 574,8 км/ч.

Технические характеристики трассы LGV для высокоскоростного сообщения

Для TGV строятся специальные выделенные трассы — LGV (ligne a grandevitesse, скоростная линия), которые позволяют этим поездам двигаться со скоростью до 320 км/ч. Первоначально планировалось, что LGV вообще не будут иметь ограничений по скорости, но впоследствии был установлен предел в 250 км/ч, который сейчас доведён до 320 км/ч. TGV могут двигаться и по обычным железнодорожным линиями, где скорость ограничена до 220 км/ч. Возможностью использования существующей железнодорожной
инфраструктуры, в том числе вокзалов, TGV выгодно отличаются от маглевов и скоростных поездов других систем. Благодаря совместимости колеи с обычными линиями, TGV обслуживают более 200 направлений во Франции и за её пределами.
LGV, в целом, сходны с обычными железнодорожными линиями, но у них имеется ряд ключевых особенностей.
Можно выделить следующие особенности трасс LGV:

• > Радиус кривых на LGV составляет более 4000 м (6000 м на новых скоростных линиях).
• > Горизонтальный профиль путей LGV может быть гораздо больше, чем обычных железнодорожных путей (очень высокая кинетическая энергия, набранная поездом, позволяет ему заезжать на большие уклоны без большого урона его энергопотреблению, а также ехать вниз по уклону по инерции). Уклон достигает 35 %о (пересечение горного массива Морван фр. Morvan), на линии Кёльн-Франкфурт он доходит до 40 %о.
• > Межосевые расстояния путей увеличены (до 4,2 — 4,5 м), для предотвращения негативного влияния аэродинамических эффектов, возникающих при разъезде встречных поездов.
• > Тоннели, через которые проходит LGV, должны быть специально спроектированы (особенно на въезде и выезде) для минимизации эффектов аэродинамического давления.
• > Используется специальная система дорожной сигнализации, т. к. использование обычной системы светофоров не представляется возможным (машинистам трудно видеть сигналы на высокой скорости).
• > Пути огорожены, для предотвращения столкновений с животными и т. п.
• > Используются специальные звукопоглощающие экраны, установленные в местах, где поезда проходят через населённые пункты.
• > Мощность каждого двигателя постоянного тока, встроенного в тележку — 1100 киловатт (около 1500 л. с.). Общая мощность поезда — 12 200 киловатт (около 16 000 л. с.).

Выправка пути на LGV должна быть более точной, чем на обычных линиях, и поэтому гравийный балласт укладывается на большую глубину: это позволяет повысить нагрузку на рельсы и стабильность пути. Кроме того, на трассах LGV более часто уложены шпалы. На LGV используются только бетонные шпалы (моноблочной или двублочной конструкции), но в последнее время часто применяются шпалы из двух бетонных блоков, соединённых стальным брусом. На шпалы кладутся рельсы тяжёлого типа с большей вертикальной жёсткостью. На линиях LGV используется бесстыковой путь, что уменьшает вибрацию и шум.

На линиях LGV используется стандартная европейская колея в 1435 мм. К примеру, на скоростных железнодорожных линиях в Японии и Тайване используется та же колея, но она шире обычной для этих стран колеи в 1067 мм, что изолирует скоростные линии от остальной дорожной сети. И, наоборот, в Испании, где стандартная колея составляет 1674 мм, при проектировании скоростных линий было принято решение строить их с более узкой европейской колеёй, чтобы имелась возможность соединить свою сеть скоростных поездов с сетью TGV.
На линиях LGV действует ограничение на минимальную скорость. Иными словами, поезда, неспособные развивать большие скорости, не должны использовать LGV, которые предназначены только для скоростного пассажирского сообщения. Главная причина введения таких ограничений в том, что пропускная способность трассы резко сокращается при использовании поездов с разными скоростями. Использовать скоростные трассы для грузовых перевозок опасно, поскольку груз на большой скорости может потерять устойчивость из-за турбулентного потока и слететь с платформы. Кроме того, грузовой подвижной состав сильнее разбивает путь, ввиду больших осевых нагрузок и жестких тележек. Медленные поезда не могут использовать скоростные трассы даже ночью, потому что в это время на линии проводится плановое обслуживание.
Кроме того, резкие уклоны, встречающиеся на линиях TGV, серьёзно ограничивают максимальный вес медленных грузовых поездов. Медленные поезда также требуют меньшего поперечного наклона пути в кривой: таким образом, чтобы этими линиями смогли пользоваться как обычные поезда, так и TGV, пришлось бы строить линии с ещё большими радиусами поворотов. Из-за дороговизны, технических ограничений и соображений безопасности грузо-пассажирское сообщение крайне редко встречается на LGV. Исключение составляют мало используемые участки скоростных линий, такие как ветка до Тура линии LGV Атлантика и ветка Ним - Монпелье LGV Средиземноморье.
Линии LGV электрифицированы. Вдобавок к ограничениям, связанным с заправкой, дизельные двигатели не дают достаточной тяги для скоростного сообщения. Все линии LGV подсоединённые к французской сети, электрифицированы под высоким переменным напряжением 25 кВ. Линия LGV в Италии между Римом и Флоренцией изначально была электрифицирована постоянным током в 3 кВ, но в ближайшее время будет переделана под 25 кВ, 50 Гц, чтобы позволить пользоваться ею французским поездам.

Натяжение контактной подвески на линиях LGV выше, нежели на обычных линиях. Это вызвано тем, что пантограф на большой скорости вызывает осцилляцию проводов, и волна должна двигаться быстрее поезда, чтобы избежать возникновения стоячих волн, которые могут привести к обрыву провода. Эта проблема проявилась особенно остро, когда в 1990 году устанавливался рекорд скорости. Когда поезд движется по LGV, у него может быть поднят только задний пантограф, чтобы избежать усиления колебаний, созданных передним пантографом. Передний и задний головные вагоны связаны между собой через силовой кабель, протянутый под днищем поезда. Поезда Eurostar, впрочем, имеют достаточную длину (14 или 18 вагонов), и колебания вызванные передним пантографом успевают затухнуть, прежде чем той же точки провода достигнет задний пантограф. На обычных линиях из-за меньшей допустимой максимальной скорости проблемы стоячих волн не возникает, и при движении по ним подняты оба пантографа постоянного тока.
Линии LGV огорожены на всей своей длине, чтобы не дать людям или животным случайно зайти на трассу. На LGV отсутствуют железнодорожные переезды, и сама линия оснащается специальными сенсорами, которые обнаруживают оказавшиеся на путях посторонние предметы.


Пути на LGV могут пересекаться только на разных уровнях, то есть с использованием эстакад и тоннелей. Использование горизонтальных развязок потребовало бы длительных перерывов в движении в обе стороны, что привело бы к существенному уменьшению пропускной способности всей линии.
Поскольку поезда TGV развивают слишком большую скорость, чтобы машинист успел заметить и среагировать на сигнал обычного светофора, для сигнализации на LGV используется система АЛС/АРС под названием TVM (Transmission Voie-Machine — связь путь-поезд). Информация к поездам передаётся по рельсам и содержит сведения о требуемом скоростном режиме, сигналах и других данных, которые машинист видит на приборной доске. Высокая степень автоматизации не отбирает управления поезда из рук машиниста, однако в случае ошибки человека имеется гарантия, что поезд вовремя успеет затормозить.
Максимальная скорость зависит от многочисленных факторов: близости впереди идущего поезда (скорость должна выбираться так, чтобы тормозной путь при экстренном торможении не превышал расстояния до препятствия), положения стрелок, базовых ограничений на трассе, максимальной скорости самого поезда, а также дистанции до конца линии LGV. Так как тормозной путь поезда слишком велик, и он не сможет остановиться в пределах одного сигнального блока, машиниста предупреждают о приближающемся красном сигнале заранее, за несколько блоков.

Когда поезд въезжает на скоростную линию с обычной французской линии, или покидает её, он проезжает контур заземления, который автоматически переключает индикаторы приборной доски машиниста на соответствующую сигнальную систему. К примеру, если поезд покидает LGV и въезжает на обычную французскую линию (ligne classique), система TVM будет отключена, и включится обычная система CVB (Controle Vitessepar Balise, сигнальный скоростной контроль).
Одним из основных преимуществ TGV над остальными скоростными железнодорожными системами (например, маглевом) является возможность использования существующей инфраструктуры. Благодаря этому поезда TGV прибывают прямо в самый центр города, к платформам старых вокзалов (например, к Лионскому вокзалу в Париже). TGV может использовать пути и станции на обычных линиях.
Впрочем, проектировщики линий TGV не отказывались и от строительства новых станций в пригородах и даже в сельской местности в нескольких километрах от города. Такое расположение станций позволяет поездам TGV не терять время и скорость на обычных линиях. В некоторых случаях станции строились на полпути между двумя городами, к примеру, станция, обслуживающая города Ле Крезо и Монсо-ле-Мин.
За последние 25 лет во Франции было построено свыше 1200 километров скоростных магистралей LGV. Ещё несколько линий на данный момент проектируются или строятся.

Технологии TGV были использованы при строительстве скоростных железнодорожных сетей за пределами Франции, без соединения с её сетью.
SNCF и Alstom в настоящий момент исследуют новые технологии, которые могут быть использованы для скоростного наземного транспорта во Франции. Планируется продолжить развитие системы TGV, но уже в новой форме — AGV (automotrice a grandevitesse). Планируется, что двигатели на поездах нового типа будут устанавливаться под каждым вагоном, благодаря чему отпадёт потребность в локомотивах.
Также ведутся исследования в области магнитной левитации. Впрочем, стоимость внедрения технологии маглев слишком высока. Требуется строительство новой сети и инфраструктуры. Задача прокладки маглева в центры городов потребует либо вмешательство в их исторический облик, либо дорогостоящее тоннельное строительство. Существуют и проекты создания гибридной железнодорожно-маглев линии, когда магнитное полотно укладывается между рельсами.