Основные этапы электрификации железных дорог России

Основные этапы электрификации железных дорог России

Этапы развития линии для передач электрической энергии

Электрификация железных дорог — новый этап в развитии железнодорожного транспорта, новое достижение человеческой цивилизации. Она повышает экономическую эффективность железнодорожного транспорта, благоприятно воздействует на экологию прижелезнодо- рожных районов. Однако на пути электрификации транспорта встала непростая проблема передачи электроэнергии от стационарного источника на локомотив. В решении этой проблемы многое зависело от электрических сетей, по которым и передавалась энергия.
«Линия» по латыни означает «льняная нить». История развития электрических сетей — линий электропередач — может быть начата с того времени, когда М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман в 1753 г. проволокой подсоединяли электростатическое и атмосферное электричество к «громовой машине», а Б. Франклин — к «электрическому змею».
Термин «электрическая цепь» появился, когда французскому королю демонстрировали прохождение тока через шеренгу из 180 гвардейцев, взявшихся за руки, которые одновременно вздрагивали в момент замыкания «лейденской банки» (1746—1747 гг.). Для развития линий электропередач основополагающим является установление П.И. Стреховым в 1802—1807 гг. факта, что электричество проходит через воду и землю, т.е. их можно использовать как обратный провод. Интенсивное развитие получила линия передачи электроэнергии от генератора к «свечам Яблочкова» (1878 г.) и лампам накаливания А.Н. Лодыгина. Вклад в развитие ЛЭП сделал Т.А. Эдисон, предложив центральную электростанцию на Пирльстрит в Нью-Йорке в 1882 г. и внедрив соответствующие распределительные линии.
Расширение области практического применения электроэнергии потребовало разработки электроизоляционных материалов. К 70-м гг. XIX в. закладываются основы новых отраслей техники — кабельной и электроизоляционной. Начальный период развития кабельной техники тесно связан с работами по минной электротехнике и электромагнитному телеграфу. Первый подводный электрический кабель (Шиллинг, 1812 г.) представлял собой тонкую проволоку, покрытую слоями изоляции (шелком, пенькой), причем первый слой (шелк) пропитывался специальным смолистым составом, на который затем навивалась пенька, а потом все это снова пропитывалось тем же составом.
Подобным же образом изготавливались первые подземные телеграфные кабели (Шиллинг, Якоби и др.). Провода изолировали одним или двумя слоями хлопчатобумажной пряжи с последующей пропиткой специальными составами, например, из воска, сала и канифоли.
Защитной оболочкой служили стеклянные трубки, соединенные резиновыми муфтами, или стальные гильзы. В отдельных случаях (при подземной прокладке) стеклянные трубки закладывались в деревянные желоба.
В начале 40-х гг. XIX в. создаются специальные машины для обвивки проводов пряжей, в качестве изоляционных материалов начинают применяться резина и гуттаперча. В 1848 г. В. Сименс изобрел пресс для бесшовного наложения на медную жилу резиновой и гуттаперчевой изоляции. Каучук был известен уже давно, но изменение его свойств при незначительных колебаниях температуры препятствовало применению данного материала для изоляции. Только после внедрения вулканизации (Гудьир, 1836 г.) резина стала распространенным электроизоляционным материалом. В начале 50-х гг. XIX в. впервые был получен эбонит, используемый при изготовлении различных электрических приборов и устройств. Для воздушных линий связи и электропередачи применяли изоляторы из стекла и фарфора. В наше время используют уже другие прочные материалы, например материал фоамиран https://inari.pro/catalog/products/v...y-kauchuk/1007.


Существенную роль в улучшении качества изоляции сыграло создание в 1879 г. свинцового пресса, с помощью которого изолированный провод покрывали бесшовной свинцовой оболочкой. В 90-х гг. все большее применение для силовых кабелей начинает получать многослойная пропитанная маслом бумажная изоляция.

История электропередачи начинается с международной выставки в 1873 г. в Вене, где инженер Фонтен демонстрировал обратимость электрических машин, включив между генератором и двигателем барабан с кабелем длиной 1 м, имитируя ЛЭП соответствующей длины. В 1874 г. Ф.А. Пироцкий провел опыт по передаче энергии на расстояние 200— 1000 м на артиллерийском полигоне Волкова поля (около Петербурга), используя генератор-электромашину Грамма. В следующем году он ставит опыты по передаче энергии на 3,5 км по рельсам бездействовавшей Сестрорецкой железной дороги. Оба рельса изолировались от земли. Сечение их было в 600 раз больше, чем у телеграфного провода.
В 1882 г. М. Дейре построил линию Мисбах — Мюнхен длиной 57 км на постоянном токе напряжением 1,5 кВ мощностью 3 л.с. с телеграфным проводом диаметром 4,5 мм.
В 1885 г. была испытана линия Париж — Крейль длиной 56 км напряжением 6 кВ. Четыре последовательных генератора мощностью 50 л.с. подавали энергию трем двигателям на конце линии.
К этому времени были разработаны генераторы и трансформаторы двухфазного переменного тока и в 1883 г. Л. Гильяр осуществил передачу мощности 20 л.с. на расстояние 23 км для питания осветительных установок Лондонского метро. Трансформаторы повышали напряжение до 1500 В, но двухфазные двигатели не имели пускового момента (синхронные) или пускались с плохой коммутацией, что затрудняло их эксплуатацию.
В 1889 г. М.О. Доливо-Добровольский построил первый трехфазный асинхронный двигатель, затем — трансформатор. Так зародилась и получила развитие трехфазная система электрического тока. В августе 1891 г. состоялось генеральное испытание трехфазной системы на Международной электротехнической выставке во Франкфурте-на- Майне. М.О. Доливо-Добровольский, работавший в фирме АЭГ, организовал передачу энергии водопада на реке Неккер (близ местечка Лауфен) на выставку за 170 км от турбины мощностью 300 л.с. Генератор был выполнен на напряжение 95 В, масляные трансформаторы имели коэффициент 154 в Лауфене и 116 во Франкфурте (линейное напряжение — 15 кВ).
Трехпроводная линия была выполнена на деревянных опорах со средним пролетом 60 м. Медный провод диаметром 4 мм крепился на штыревых фарфорово-масляных изоляторах. Плавкие предохранители состояли из двух проволок длиной 2,5 м, диаметром по 0,15 мм каждая. Для отключения делалось искусственное замыкание во Франкфурте.
Первые линии электропередачи в России напряжением до 20 кВ появились в районах Баку, Донбасса, Брянской области и в ряде других промышленных районов. Представляет интерес электрификация Охтинского порохового завода в Петербурге. Ее организаторы В.Н. Чи- колев и Р.Э. Классон решили осуществить передачу и распределение энергии с помощью трехфазных цепей. На гидростанции работали два генератора мощностью 120 и 175 кВт. Оба генератора могли работать независимо друг от друга, так как были построены отдельные линии, но они могли включаться также и на параллельную работу. Наибольшая длина передачи была 2,66 км. Нагрузку составляли девять электродвигателей, из которых один имел мощность 65 л.с., три — по 20 л.с. и пять — по 10. Кроме того, два двигателя по 1,5 л.с. были установлены на гидростанции для привода щитовых затворов. Часть энергии для питания дуговых ламп преобразовывалась в энергию постоянного тока.
Охтинская установка представляла собой в то время последнее слово техники. Ее основной создатель, выдающийся русский инженер Р.Э. Классон дал прогрессивное инженерное решение задачи централизованного электроснабжения промышленного предприятия.
Первой в России электропередачей значительной протяженности была установка на Павловском прииске Ленского золотопромышленного района в Сибири. Электростанция была построена в 1896 г. на реке Ныгра. Здесь были установлены трехфазный генератор 98 кВт, 600 об/мин, 140 В и трансформатор соответствующей мощности, повышавший напряжение до 10 кВ. Электроэнергия передавалась на прииск, удаленный от станции на 21 км. На прииске для привода водоотливных устройств использовали трехфазные асинхронные двигатели мощностью 6,5—25 л.с. (напряжение 260 В). Так постепенно в России расширялось строительство трехфазньгх электростанций.
С 1897 г. началась электрификация крупных городов (Москва, Петербург, Самара, Киев, Рига, Харьков и др.).
Первой районной электростанцией в России была небольшая гидроэлектростанция «Белый уголь» (вблизи г. Ессентуки), построенная в 1903 г. Эта электростанция по четырем воздушным трехфазным линиям протяженностью 6—20 км питала города Минераловодской группы.
Другой крупной районной электростанцией дореволюционной России была станция «Электропередача» в г. Богородске (ныне г. Ногинск), сооруженная на средства «Общества электрического освещения 1886 г.». Руководителем строительства станции и ее сети был Р.Э. Классон.
До 1917 года была построена только одна линия электропередачи напряжением 70 кВ и длиной 70 км. Строительство ее началось в 1912 г. и было закончено в 1914 г. На этой линии, соединившей электростанцию (ныне ЕРЭС им. Классона) с Москвой, были установлены металлические клепаные опоры с зарытой в землю нижней металлической частью стойки.
После 1917 г. первой советской линией электропередачи была линия 110 кВт Кашира — Москва протяженностью 120 км. Ее строительство началось в 1921 г., а в 1922 г. она была введена в эксплуатацию. Линия построена на деревянных опорах, с пролетами в 100 м.
Первой линией электропередачи, полностью построенной на металлических опорах, является введенная в эксплуатацию двухцепная линия Шатура — Москва напряжением 110 кВ.

В 1926 г. была пущена в эксплуатацию линия электропередач 110 кВ от Волховской гидроэлектростанции до Северной подстанции в г. Ленинграде. Эта линия длиной около 130 км имела деревянные промежуточные опоры в виде плоских рам с перекрестными раскосами. Анкерно-угловые опоры были выполнены металлическими клепанными АП-образными конструкциями на бетонных монолитных фундаментах.
Большой размах промышленного строительства, начавшегося в период первой пятилетки (1928—1932 гг.), вызвал резкое увеличение сетевого строительства в центральных областях России, на Украине, в Сибири и на Кавказе. В этот период для использования мощности Днепровской гидростанции была создана сеть 154 кВ. За этот же период было построено и введено в эксплуатацию около 7 тыс. км линий электропередачи, из которых линии 35 кВ составляли 3625 км, 110 кВ — 3146 км, 154 кВ — 202 км.
В 1933 г. началось строительство линий электропередачи напряжением 220 кВ. Первыми из них были линии Свирь — Ленинград и Сталиногорск — Москва длиной свыше 200 км каждая. Всего к концу 1940 г. было построено более 1000 км линий 220 кВ.
Подавляющее большинство одноцепных линий напряжением до 110 кВ, построенных до Великой Отечественной войны, было выполнено на деревянных опорах с постепенным увеличением применения пропитанной древесины. Линии 220 и 154 кВ сооружали из металла, за исключением линии 220 кВ Магнитогорск — Златоуст длиной 200 км, сооруженной из лиственницы и пропитанной сосны. Консервация мачтового леса для опор линий электропередачи производилась на двух специально построенных мачтопропиточных заводах и на заводах МПС.
Во время Великой Отечественной войны 1941—1945 гг. в связи с освоением новых промышленных районов на Урале и в Сибири потребовалось интенсивное развитие электрических сетей. Главным образом строили линии электропередачи напряжением 35 и 110 кВ на деревянных опорах. В этот период был построен участок линии электропередачи 220 кВ Рыбинск — Углич. Эта линия сыграла большую роль в годы Великой Отечественной войны как основное средство передачи энергии в Москву после вывода из строя ряда тепловых электростанций Подмосковного бассейна. Была построена также линия электропередачи 60 км по льду Ладожского озера для энергоснабжения Ленинграда, осажденного немецкими захватчиками.

После войны началось строительство новых одноцепных линий электропередачи напряжением 35 и 110 кВ, двухцепных линий 110 кВ, а также магистральных одноцепных линий 220 кВ. В этот период линии электропередачи строили в основном на металлических опорах.
В 1952 г. началось строительство первой линии электропередачи напряжением 400 кВ Куйбышевская ГЭС — Москва. Длина этой линии составила около 900 км. Линия была включена под напряжение в начале 1956 г. Для передачи такой мощности были сооружены две отдельные цепи на металлических опорах с расщеплением фазы на три провода. Продольная компенсация позволила увеличить пропускную мощность электропередачи до 1350 мВт.
Кроме линий напряжением 400—500 кВ, началось сооружение линий электропередачи 220 кВ двух- и одноцепных с расщепленными проводами для передачи мощности до 600 мВт. Первая линия 220 кВ с расщепленными фазами на два провода длиной около 100 км была построена в 1956 г. на Урале от Южно-Уральской ГРЭС до подстанций в районе Челябинска.
До 1930 г. на линиях 35 и 110 кВ применяли только медные провода, а затем появились сталеалюминиевые, наряду с которыми для сельскохозяйственной электрификации начали использовать стальные провода марки ПС.
В связи с непропорционально высокой механической прочностью стальной части сталеалюминиевых проводов марки АСУ для линии 400 кВ была разработана новая серия сталеалюминиевых проводов больших сечений с пониженным содержанием стали. Провода марки АСУ с усиленным стальным сердечником, ранее применявшиеся на всех линиях 220 кВ, в настоящее время используют только на длинных переходах или на линиях, проходящих в особо тяжелых гололедных условиях.
Первые линии 35 и 110 кВ монтировали на подвесных фарфоровых импортных изоляторах. Однако с 1930 г. линии электропередачи стали комплектовать изоляторами и арматурой, поставляемыми отечественными заводами. В качестве основных типов фарфоровых изоляторов применяли подвесные изоляторы П-4,5 и П-7 нормальные, а для загрязненных мест взамен 4,5 — изоляторы специальных типов, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации. В начале 1952 г. были разработаны и освоены более мощные изоляторы П-8,5 и П-11, использованные на строящихся линиях 400 кВ.


Создание современного полигона российских электрифицированных железных дорог

Первый проект использования электрической тяги на железных дорогах России был разработан еще в 1890 г. Планировалось перейти на этот вид транспорта для перевозки пассажиров от Санкт-Петербурга до Ораниенбаума. Однако условия, которые указывались Министерством Императорского двора (аккумуляторный электровоз), не требовали разработки какой-либо системы электроснабжения в нынешнем ее понимании. Это стало возможным лишь позднее.
Выбор системы электроснабжения имел исключительное значения для будущей электрификации железных дорог. В начале прошлого столетия было сформулировано три предложения по системам тягового электроснабжения.
Первое принадлежит профессору Петербургского технологического политехнического института Александру Викторовичу Вульфу (1867— 1923). Он разработал систему тягового электроснабжения постоянного тока с напряжением на токоприемнике 5 кВ и создал методы ее расчета. Второе выдвинуто и обосновано членом-корреспондентом Академии наук СССР, профессором Александром Борисовичем Лебедевым (1883—1941), который предложил использовать тягу на постоянном токе с напряжением на токоприемнике 3 кВ и разработал основы расчета контактной сети. Третье предложение, о применении однофазного тока для электрической тяги, обосновал Генрих Осипович Графтио. Как отмечалось ранее, проекты этого выдающегося ученого и инженера по строительству электрических железных дорог в досоветское время реализованы не были. Однако накопленные знания и опыт пригодились ему в советские годы. Уже в 1917 г. он возглавил отдел электрификации НКПС. Под его руководством в том же году в Центральном электротехническом совете при ВСНХ составляются новые планы электрификации железных дорог. Графтио — активный участник плана ГОЭЛРО, автор раздела «Электрификация железных дорог». По поручению В.И. Ленина он разрабатывает проект Волховской ГЭС, а затем возглавляет ее строительство, при этом оставаясь профессором и ректором электротехнического института в Петрограде. Впоследствии Г.О. Графтио избран действительным членом Академии наук СССР.
Проект строительства первой железной дороги на электрической тяге (Санкт-Петербург — Ораниенбаум — Красная Горка) протяженностью 66 км был утвержден в 1912 г. Строительство ее началось в июне 1913 г., однако было прекращено в связи с началом Первой мировой войны.
В декабре 1921 г. был принят известный план ГОЭЛРО, где электрификация железных дорог рассматривалась как составная часть программы сплошной электрификации всей страны. Планировалось электрифицировать железнодорожные линии протяженностью 3500 верст (3733 км), включая железнодорожные магистрали Петроград — Москва — Курск — Донецкий бассейн — Мариуполь; Кривой Рог — Александровск — Чаплино — Дебальцево — Лихая — Царицын и Москва — Нижний Новгород, а также направление Пермь — Чусовская — Тагил с ветвью Чусовская — Солеварни и наиболее нагруженные участки железных дорог в Донецком бассейне и др.
Первый электрифицированный участок железной дороги в бывшем СССР введен в эксплуатацию в мае 1926 г. Он соединил Баку с нефтяными промыслами Сабунчи — Сурханы. Его протяженность составляла 20,5 км.
В России электрификация железных дорог началась с пригородной линии Москва — Мытищи протяженностью 18 км. Первый отечественный электропоезд прошел по этому участку 29 августа 1929 г.
В начальный период на территории бывшего СССР электрифицировались отдельные участки, где осуществлялся большой объем перевозок и был тяжелый профиль: Самтредиа — Зестафони, Хашури — Тбилиси на Кавказе, Кизел — Чусовская — Гороблагодатская — Свердловск на Урале, Бело во — Новокузнецк в Сибири, Кандалакша — Мурманск на севере.
В годы первых пятилеток осуществлялась электрификация грузона- пряженных участков железных дорог на Украине. Одновременно был электрифицирован ряд пригородных линий Московского и Ленинградского железнодорожных узлов, а также участки, соединяющие курорты Минераловодской группы. К концу 1935 г. длина электрифицированных линий составила 1035 км, а к началу Великой Отечественной войны — 1865 км.
Во время войны 1941—1945 гг. велась электрификация ряда железнодорожных участков на Урале, в Подмосковье и Поволжье. В послевоенный период (до 1955 г.) электрифицировано 3330 км железных дорог. Все эти годы электрификация железных дорог осуществлялась по системе постоянного тока с напряжением в контактной сети 1650 В (до 1947 г.), а позднее — 3300 В.
С 1945 г. началась электрификация Транссибирской магистрали, а также приступили к электрификации участка Миасс — Челябинск (96 км) Южно-Уральской железной дороги. Позднее (с 1951 г.) электрифицируется участок Чулымская — Инская (142 км) Томской железной дороги, а в 1954 г. завершается электрификация участка Бара- бинск — Чулымская (171 км) Омской железной дороги.
В 1955 г. началась электрификация железных дорог на переменном токе. Первым по системе однофазного переменного тока промышленной частоты был электрифицирован в Подмосковье участок Ожерелье — Павелец. Сначала в контактную сеть подавалось напряжение 22 кВ, а затем его повысили до 27,5 кВ.
В 1956 г. открылось движение на электротяге на участке Иркутск — Слюдянка (134 км) Восточно-Сибирской железной дороги. В этом же году принимается постановление правительства СССР «О генеральном плане электрификации железных дорог», в котором предусматривалось в течение 15 лет электрифицировать 40 тыс. км железных дорог. Этот план был успешно выполнен.
В 1958 г. по протяженности электрифицированных дорог СССР выходит на первое место в мире. Электрифицированные железные дороги составляли 25 % общей протяженности сети и обеспечивали более 50 % всех перевозок.
В 1959 г. впервые в мировой практике началась электрификация на переменном токе протяженных магистралей: участок Черноречен- ская — Красноярск — Клюквенная (275 км) Красноярской железной дороги. В декабре 1960 г. пошли электровозы на участке Мариинск — Боготол — Чернореченская, в 1962 г. на переменном токе электрифицированы первые 44 км между Надеждинской и Владивостоком Дальневосточной железной дороги.

В 60-е гг. завершается электрификация направления Москва — Байкал — Петровский завод через Куйбышев — Челябинск — Омск — Новосибирск — Иркутск протяженностью 6 тыс. км. В эти же годы электрифицируются направление Ленинград — Ленинакан (через Харьков, Ростов, Тбилиси) протяженностью около 3 тыс. км, завершается электрификация направления Москва — Свердловск (через Горький, Киров, Пермь — 1750 км), Москва — Севастополь, Москва — Ростов — Тбилиси — Ереван (через Воронеж).
В начале 70-х гг. (1972 г.) электрифицируется Транссибирская магистраль от Петровского завода и далее на восток. В 1974 г. сданы в эксплуатацию электрифицированные линии Чита — Карымская (99 км) и Декабристы — Чита (406 км) Забайкальской железной дороги.
К 1977 г. была закончена электрификация международной линии Москва — Львов — Чои (1755 км). Теперь на электрической тяге можно было проехать от западной границы СССР до оз. Байкал.
В 1979—1980 гг. проводилась электрификация на переменном токе среднесибирского хода Западно-Сибирской железной дороги по направлению Иртышская — Карасук — Камень-на-Оби — Средне-Сибирская с выходом на Кузбасс до ст. Артышта-П. Тогда же началась электрификация протяженного участка Хабаровск — Бира (236 км) и других линий Дальневосточной железной дороги, обеспечивающих экономические связи внутри этого региона.
В 1989 г. завершена электрификация головного участка Лена — Таксимо (710 км) на БАМе, наиболее сложного по условиям строительства.
В 1994 г. полностью электрифицирована магистраль Москва — Хабаровск длиной 8600 км. Однако с окончанием электрификации этого полигона на отдельных участках Дальневосточной железной дороги перевозки все еще обеспечивались тепловозной тягой. Наконец, в 2002 г. в целом завершена электрификация Транссибирской магистрали. Это историческое событие состоялось 25 декабря 2002 г. примерно в 400 км на восток от г. Хабаровска, где на ст. Ружино произошла стыковка электрифицированных участков с западной и восточной сторон Великого Сибирского пути. Электрифицирована уникальная магистраль, аналогов которой нет в мире: ее протяженность составляет около 10 тыс. км. Теперь уже можно проехать на электрической тяге от Мурманска до южных рубежей России и от ее западных границ до Владивостока.
Работы по электрификации новых и реконструкции старых электрифицированных участков продолжаются. В декабре 2000 г. МПС утверждена «Программа электрификации участков и переключения грузопотоков с тепловозных на электрифицированные ходы». Программой предусмотрена электрификация до 2010 г. порядка 8 тыс. км железнодорожных линий. Расширение полигона электрической тяги позволит обеспечить дальнейший рост технического прогресса на железнодорожном транспорте.

Admin добавил 28.10.2014 в 06:39
Вы можете дополнить или изменить данную статью, нажав кнопку Редактор