Общие сведения об электрической тяге в метрополитенах
 

Общие сведения об электрической тяге в метрополитенах

Идея использования электрического тока как средства тяги возникла в 30—40-х годах прошлого века, однако ее реализация стала возможной только в конце того же столетия.

Одним из первых практических воплощений этой идеи стал трамвай — вид городского электрического транспорта. Причиной его создания было стремление иметь более комфортабельный рельсовый городской транспорт, обеспечивающий движение с более высокими скоростями чем койка (вагой, движущийся по рельсовой колее и приводимый в движение кониой тягой). Кроме того, применение для тяги паровых двигателей в условиях города сопряжено с большими трудностями. По этим причинам выбор был сделан в пользу электрической тяги.

Прототипом трамвая можно считать предложенный русским изобретателем Ф. А. Пироцким рельсовый экипаж, на котором установлен электродвигатель. В 1880 г. Пи-роцкий построил и испытал вагон с подвешенным к нему двигателем постоянного тока.

В период бурного развития капитализма резко возросло население в промышленных городах; в связи с этим начиная с 80-х годов прошлого века трамвайное сообщение получило быстрое распространение во многих странах Европы и Америки и в начале нашего столетия трамвай стал главным городским средством передвижения пассажиров. Регулярная
эксплуатация трамвая в России началась в 90-е годы XIX века (в 1892 г.— в Киеве, в 1896 г.— Нижнем Новгороде и в 1899 г.— в Москве).

Вагоны трамвая получают электроэнергию от контактного провода и передвигаются по рельсовому пути. Возможно формирование трамвайного поезда, состоящего из нескольких вагонов. Питание трамвай получает с помощью контактного провода от тяговой подстанции, на которой переменный ток напряжением 6—10 кВ преобразуется в постоянный напряжением 500—700 В.

С середины нашего века наряду с трамваем во многих странах мира получил широкое распространение троллейбус — вид безрельсового наземного городского транспорта, электроэнергия на который подается также по контактной сети. Токосъем с последней обеспечивает токоприемник, состоящий из двух укрепленных на крыше троллейбуса штанг с роликами на концах, которые скользят по проводам.

Работы по созданию троллейбуса проводились в Германии уже в начале 80-х годов XIX века. При конструктивной разработке троллейбуса наиболее трудной технической задачей оказалось обеспечение надежного токосъема с контактной сети. Решение ее стало возможным только с применением асфальтовых дорожных покрытий, что создало необходимые условия для распространения троллейбусов.

Толчком к началу широкого практического использования электрической тяги на железнодорожном транспорте послужила демонстрация в 1879 г. фирмой «Сименс и Гальске» на Берлинской промышленной выставке поезда с электрическим локомотивом мощностью 3 л. с., получавшим питание от специального третьего (контактного) рельса. Этот принцип передачи электроэнергии иа транспортное средство используется до сих пор, в частности, на метрополитенах.

Первое практическое использование электрической тяги на железных дорогах было осуществлено на линии Балтимор — Огайо США, электрифицированной на постоянном токе напряжением 650 В. Состояние техники того времени и отсутствие мощных электростанций не позволяли применить более высокое напряжение. Дальнейшее развитие электрификации железных дорог на постоянном токе шло по пути повышения напряжения в контактной сети. В 20-е годы во Франции и Англии железные дороги электрифицировались на напряжении 1500 В.

Большинство стран, в том числе СССР, применяют систему постоянного тока напряжением 3000 В. Однако напряжение 3000 В не является оптимальным ни для электродвигателей, ни для систем электроснабжения. Для тяговых электродвигателей постоянного тока такое напряжение велико по надежности изоляции; для систем электроснабжения мало, из-за чего требуется располагать тяговые подстанции через 20—25 км друг от Друга.

В отличие от простой контактной подвески питающего провода, применяемой в трамвайном хозяйстве, на железной дороге используют одинарную цепную контактную подвеску. Обычно контактный провод подвешивают на струнах к несущему проводу (тросу), закрепленному на опорах контактной сети.

По способу натяжения и крепле-
ния контактного провода и несущего троса контактные подвески могут быть рессорными, некомпенсированными, полукомпенсироваиными и компенсированными.

Электрификация железных дорог на переменном токе началась в конце XIX века в Италии. Этому способствовало наличие значительных гидроресурсов, горных массивов, позволяющих электроподвижиому составу (ЭПС) возвращать часть электрической энергии обратно в сеть при торможении на затяжных спусках; множество тоннелей, задымляемых при паровой тяге, а также стремление иметь более мощные тяговые средства на подъемах для повышения веса поезда. При этом использовали наиболее простые по конструкции тяговые электродвигатели переменного тока — асинхронные трехфазные.

Сложности передачи трехфазного тока на подвижной состав и регулирования скорости асинхронных тяговых электродвигателей в начале нашего столетия послужили причиной для создания системы электроснабжения железных дорог, на однофазном переменном токе с применением коллекторных тяговых электродвигателей. Развитие ее шло по пути применения пониженной, а в дальнейшем промышленной (нормальной) частоты питающего тока. Пониженная частота была принята в связи с необходимостью обеспечить удовлетворительную работу коллекторных двигателей. Однако для применения переменного тока пониженной частоты необходимо было иметь специальные электростанции или дорогостоящие преобразовательные подстанции. По этому пути пошел ряд западноевропейских стран. Поскольку в СССР осуществляется комплексная электрификация народного хозяйства, сооружение специальных электростанций или преобразовательных подстанций для питания железных дорог однофазным током пониженной частоты нецелесообразно и экономическим невыгодно.

Поэтому в нашей стране электрификация железных дорог на переменном токе ведется с использованием однофазного тока промышленной частоты 50 Гц. Такая система питания, хотя и усложняет конструкцию подвижного состава по сравнению с системой питания постоянным током 3000 В, позволяет почти вдвое увеличить расстояние между тяговыми подстанциями, упростить их конструкцию, снизить расход меди при монтаже контактной сети в результате повышения напряжения в контактной сети до 25 кВ.

Техническая отсталость царской России тормозила развитие электрификации железнодорожного транспорта, хотя русские инженеры, работавшие над вопросами применения электрической тяги, создали ряд оригинальных проектов. В 1894 г. был предложен способ управления поездом по системе многих единиц с одного поста управления. В дальнейшем такая система была использована при создании моторвагонного подвижного состава для пригородных участков железных дорог и метрополитена. В 1902—1903 гг. были разработаны первые проекты метрополитена в г. Москве, в 1914 г.— проект трех пересекающихся диаметров Московского метрополитена. Перед первой мировой войной Россия приступила к созданию электрифицированного участка с применением моторвагонного подвижного состава для пригородных участков Петроградского железнодорожного узла. Предполагалось вести электрификацию этого участка на постоянном токе напряжением 1200 В.

Практическое внедрение электрической тяги на железнодорожном транспорте в нашей стране было начато только после Великой Октябрьской социалистической революции.

По инициативе В. И. Ленина в 1920 г. была создана комиссия по разработке плана ГОЭЛРО — план электрификации России. К раз-
работке этого плана при решении задач по созданию и развитию электрической тяги были привлечены видные ученые: А. В. Вульф, В. А. Шевалин, Г. О. Графтио и другие, представившие в 1921 г. предварительные соображения по выбору систем тока для электрификации железных дорог; при этом предусматривалось комплексное решение вопроса электроснабжения промышленности и сельского хозяйства.

Эти ученые подготовили план электрификации железных дорог России.

В 20-е годы начинается практическое осуществление электрификации железных дорог нашей страны. В 1926 г. в эксплуатацию был сдан пригородный участок на моторвагонной тяге Баку — Сабунчи — Сураханы с использованием оборудования, предназначенного для так и неэлектрифицированного до Великой Октябрьской социалистической революции участка Петроградского железнодорожного узла. В 1929 г. был введен в эксплуатацию пригородный участок Московского железнодорожного узла Москва — Мытищи с использованием постоянного тока напряжением 1500 В. В 1932 г. был электрифицирован горный участок Хашури — Зеста-фони на Кавказе со сложным профилем и большим количеством кривых, на котором впервые были применены электровозы. В 1935 г. электрифицирован второй горный участок Кизел — Чусовская на Урале. Электрификация этих участков осуществлена на постоянном токе напряжением 3000 В.

Всего к 1941 г. на электрическую тягу в СССР было переведено 1865 км железных дорог. На электрифицированных участках железных дорог в то время использовались электровозы С и Си, Сс, ВЛ19, ВЛ22 и моторвагонные секции Св и Сд.

Во время Великой Отечественной войны работы по электрификации железных дорог не прекращались: было переведено на электрическую тягу около 400 км.

Опыт эксплуатации электровозов в прифронтовых условиях на заполярной линии Кандалакша — Мурманск показал, что, несмотря на интенсивные налеты авиации противника, электрическая тяга работала значительно более надежно, чем паровая на соседнем участке Кандалакша — Лоухи.

В 1946—1955 гг. в Советском Союзе был осуществлен переход от электрификации отдельных участков железных дорог к электрификации целых направлений как горных, так и равнинных. В эти годы в связи с резким увеличением грузооборота и пассажирских перевозок в нашей стране ярко проявилось одно из главных преимуществ электрической тяги — повышение пропускной способности железной дороги при перевозке пассажиров и грузов на дальние расстояния. К 1956 г. появились новые средства электрической тяги, такие как электровозы ВЛ8, ВЛ23, работающие на постоянном токе 3000 В и позволяющие водить поезда повышенного веса с высокими скоростями как на равнинных, так и на горных участках. В 1955— 1959 гг. успешно прошли испытания на участке Ожерелье — Павелец бывшей Московско-Курско-Донбасской железной дороги. На этом участке впервые была применена система электроснабжения однофазного переменного тока промышленной частоты при напряжении 25 кВ в контактной сети. Здесь работали шестиосные элек!ровозы НО(ВЛ61), а затем В Л 60, на которых были применены ртутные выпрямительные установки.

В 1956 г. ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли Генеральный план, по которому главнейшие направления железных дорог подлежали переводу на электрическую тягу.

В 1959—1960 гг. был электрифицирован на переменном токе значительный участок Транссибирской
магистрали Мариинск — Зима (1222 км). Продолжалась электрификация участков будущих электрических сверхмагистралей: Раменское—Рязань — Рузаевка — Сызрань — Куйбышев — Абдулино — Дема (1520 км), Серпухов — Тула — Орел — Курск — Белгород — Харьков — Лозовая — Славянск — Иловайск (1065 км) и др.

В настоящее время электрифицированные магистрали соединяют центральные районы страны с Уралом, Сибирью, Донбассом, Кавказом и другими районами. Большинство этих линий и направлений обслуживают мощные современные локомотивы: в грузовом движении — ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15 на постоянном токе, ВЛ80 различных модификаций и ВЛ85 на переменном токе, изготовленные соответственно Тбилисским и Новочеркасским электровозостроительными заводами; в пассажирском движении — ЧС2, ЧС2Т, ЧС6, ЧС7, ЧС200 на постоянном токе и ЧС4, ЧСЧТ, ЧС8 на переменном токе, поставляемые в СССР из ЧСФР (заводы «Шкода»),

Стыковка участков с системами постоянного и переменного тока осуществляется с помощью станций стыкования (Владимир, Дербент, Мариинск, Вязьма и др.), где в контактную сеть путей приема (отправления) поезда подается напряжение того рода тока, что и на прилегающем участке, с которого прибывает (на который отправляется) поезд, а также с помощью электровозов двойного питания (ВЛ82, ВЛ82"), способных работать и на постоянном, и на переменном токе (например, на участке Харьков — Купянск, одна часть которого электрифицирована на постоянном, а другая на переменном токе).

Электрификация железных дорог в нашей стране обусловила развитие пригородного движения на моторвагонной тяге. Все пригородные участки к 1958 г., ранее электрифицированные на постоянном токе напряжением 1500 В, постепенно были переведены на напряжение 3000 В постоянного тока или 25 кВ переменного тока промышленной частоты в зависимости от систем электроснабжения прилегающих к ним участков железнодорожных линий. В городах с большими пригородными пассажирскими потоками устаревшие моторвагонные секции Смз Ср и Срз были заменены электропоездами типа ЭР, изготовленными Рижским вагоностроительным заводом.

Использование моторвагонного подвижного состава в межобластном движении позволило улучшить транспортное обеспечение жителей сельской местности.

А при чем здесь метрополитен?)