Како градски и међуградски електрични транспорт добија енергију?

Градски и међуградски електрични превоз постали су познати атрибути свакодневног живота савременог човека. Одавно смо престали да размишљамо о томе како овај транспорт добија храну. Сви знају да су аутомобили напуњени бензином, бициклисти педалирају. Али како се напајају електрични типови превоза путника: трамваји, тролејбуси, моношински возови, метрои, електрични возови, електричне локомотиве? Где и како им се снабдева погонском енергијом? Хајде да причамо о томе.

Трамвај

Некада је свака нова трамвајска економија била принуђена да има сопствену електрану, пошто јавне електроенергетске мреже још нису биле довољно развијене. У 21. веку, струја за трамвајску мрежу се напаја из мрежа опште намене.

Напајање се обезбеђује релативно нисконапонском једносмерном струјом (550 В), што би једноставно било неекономично за пренос на велике удаљености.Из тог разлога, вучне трафостанице се налазе у близини трамвајских пруга, где се наизменична струја из високонапонске мреже претвара у једносмерну (напона од 600 В) за трамвајску контактну мрежу. У градовима у којима саобраћају и трамваји и тролејбуси, ови видови транспорта генерално имају укупну уштеду енергије.

На територији бившег Совјетског Савеза постоје две шеме за напајање надземних водова за трамваје и тролејбусе: централизована и децентрализована. Прво је дошао централизовани. У њему су велике вучне подстанице опремљене са неколико претварачких јединица опслуживале све суседне водове или водове који се налазе на удаљености до 2 километра од њих. Трафостанице овог типа се данас налазе у подручјима са великом густином трамвајских (тролејбусних) путева.

Децентрализовани систем је почео да се формира после 60-их година, када су трамвајске линије, тролејбуси, метрои почели да се појављују, на пример, од центра града дуж аутопута, до удаљеног дела града итд.

Овде се на сваких 1-2 километра линије постављају вучне трафостанице мале снаге са једном или две конверторске јединице које могу да напајају највише две деонице линије, при чему сваки крајњи део може да се напаја од суседне трафостанице.

Дакле, губици енергије су мањи, јер су делови снаге краћи. Такође, ако дође до квара на једној од трафостаница, део линије ће остати под напоном из суседне трафостанице.

Контакт трамваја са ДЦ линијом је преко пантографа на крову његовог аутомобила. Ово може бити пантограф, полупантограф, шипка или лук. Надземну жицу трамвајске пруге је обично лакше окачити него шину.Ако се користи грана, прекидачи за ваздух су распоређени као носачи колица. Ток струје је обично кроз шине до земље.

Тролејбус

У тролејбусу је контактна мрежа подељена секционим изолаторима на изоловане сегменте, од којих је сваки повезан са вучном трафостаницом помоћу напојних водова (надземних или подземних). Ово лако омогућава да се појединачне секције искључе ради поправке у случају квара.Ако дође до квара на напојном каблу, могуће је уградити краткоспојнике на изолаторе за напајање погођеног дела од суседног (али ово је абнормални режим повезан са ризиком од преоптерећења напајања).

Вучна трафостаница смањује наизменичну струју високог напона са 6 на 10 кВ и претвара је у једносмерну струју напона од 600 волти. Пад напона у било којој тачки мреже, према стандардима, не би требало да буде већи од 15%.

Контактна мрежа тролејбуса се разликује од оне у трамвају. Овде је двожичан, земља се не користи за одвод струје, па је ова мрежа сложенија. Проводници се налазе на малој удаљености један од другог, због чега је потребна посебно пажљива заштита од приближавања и кратког споја, као и изолација на укрштањима тролејбуских мрежа међу собом и са трамвајским мрежама.

Због тога се на раскрсницама постављају специјална средства, као и стрелице на местима спајања. Поред тога, одржава се неки подесиви напон, који спречава преклапање жица на ветру. Због тога се за погон тролејбуса користе шипке — други уређаји једноставно неће дозволити да се испуне сви ови захтеви.

Гране тролејбуса су осетљиве на квалитет контактне мреже, јер сваки недостатак на њој може довести до скока стреле. Постоје норме према којима угао лома на месту причвршћивања шипке не би требало да буде већи од 4 °, а када се окреће под углом већим од 12 °, уграђују се закривљени држачи. Клизна ципела се креће на жици и не може се окретати колицима, тако да су овде потребне стрелице.

Са једним колосеком

Монораил возови однедавно саобраћају у многим градовима широм света: Лас Вегасу, Москви, Торонту итд. Могу се наћи у забавним парковима, зоолошким вртовима, моношине се користе за локално разгледање и, наравно, за урбане и приградске комуникације.

Точкови таквих возова уопште нису ливено гвожђе, већ ливено гвожђе. Точкови једноставно воде моношински воз дуж бетонског носача - шине на којој се налазе колосек и водови (контактна шина) напајања.

Неке моношине су дизајниране на такав начин да се постављају на врх шине, слично као што особа седи на врху коња. Неке моношине су окачене на греду испод, налик на џиновски фењер на стубу. Наравно, моношине су компактније од конвенционалних железница, али су скупље за изградњу.

Неке моношине имају не само точкове, већ и додатну подршку засновану на магнетном пољу. Московска моношина, на пример, вози управо на магнетном јастуку који стварају електромагнети. У возном парку се налазе електромагнети, а у платну водећих зрака налазе се трајни магнети.

У зависности од смера струје у електромагнетима покретног дела, моношински воз се креће напред или назад по принципу одбијања истоимених магнетних полова – тако ради линеарни електромотор.

Поред гумених точкова, моношински воз има и контактну шину која се састоји од три струјна елемента: плус, минус и земља. Напон напајања моношинског линеарног мотора је константан, једнак 600 волти.

Под земљом

Електрични возови метроа добијају струју из мреже једносмерне струје — по правилу, из треће (контактне) шине, чији је напон 750-900 волти. Једносмерна струја се у трафостаницама добија из наизменичне струје помоћу исправљача.

Контакт воза са контактном шином остварује се преко покретног колектора струје. Контактна сабирница се налази десно од колосека. Колектор струје (тзв. «Пантограф») се налази на окретном постољу вагона и притиснут је на контактну магистралу одоздо. Плус је на контактној шини, минус је на шинама.

Поред струјне струје, дуж колосечних шина тече и слаба „сигнална“ струја која је неопходна за блокирање и аутоматско укључивање семафора. Трасе преносе и информације до кабине возача о саобраћајној сигнализацији и дозвољеној брзини воза метроа на тој деоници.

Електрична локомотива

Електрична локомотива је локомотива коју покреће вучни мотор. Мотор електричне локомотиве добија струју из вучне подстанице преко контактне мреже.

Електрични део електричне локомотиве углавном садржи не само вучне моторе, већ и претвараче напона, као и уређаје који повезују моторе у мрежу итд. Тренутна опрема електричне локомотиве налази се на крову или на њеним поклопцима и дизајнирана је за повезивање електричне опреме на контактну мрежу.

Прикупљање струје са надземног вода обезбеђује се пантографима на крову, након чега се струја доводи преко сабирница и чаура до електричних уређаја. На крову електричне локомотиве налазе се и расклопни уређаји: ваздушни прекидачи, прекидачи за струјне врсте и растављачи за искључење са мреже у случају квара пантографа. Преко аутобуса струја се доводи до главног улаза, до уређаја за претварање и регулацију, до вучних мотора и других машина, затим до точкова и преко њих до шина, до земље.

Регулација вучног напора и брзине кретања електричне локомотиве остварује се променом напона у арматури мотора и променом побудног коефицијента колекторских мотора или подешавањем фреквенције и напона струје напајања асинхроних мотора.

Регулација напона се врши на више начина. У почетку су на електролокомотиви једносмерне струје сви њени мотори повезани у серију, а напон једног мотора на осмоосовинској електричној локомотиви је 375 В, са напоном контактне мреже од 3 кВ.

Групе вучних мотора се могу пребацити са серијског повезивања — на серијско-паралелно (2 групе по 4 мотора повезана у серију, тада је напон за сваки мотор 750 В), или на паралелни (4 групе по 2 мотора повезана у серију, затим овај напон за један мотор — 1500 В). А да би се добили средњи напони мотора, у коло се додају групе реостата, што омогућава подешавање напона у корацима од 40-60 В, иако то доводи до губитка дела електричне енергије на реостатима у облик топлоте.

Претварачи снаге унутар електричне локомотиве су неопходни за промену врсте струје и снижавање напона контактне мреже на потребне вредности које задовољавају захтеве вучних мотора, помоћних машина и других кола електричне локомотиве. Конверзија се врши директно на броду.

На електричним локомотивама наизменичне струје обезбеђен је вучни трансформатор за смањење улазног високог напона, као и исправљач и реактори за глачање за добијање једносмерне струје из наизменичне струје. За напајање помоћних машина могу се уградити статички претварачи напона и струје. На електричним локомотивама са асинхроним погоном обе врсте струје користе се вучни инвертори, који једносмерну струју претварају у наизменичну са регулисаним напоном и фреквенцијом, која се напаја вучним моторима.

Електрични воз

Електрични воз или електрични воз у класичном облику прима струју уз помоћ пантографа преко контактне жице или контактне шине.За разлику од електричне локомотиве, колектори електричних возова се налазе и на моторним вагонима и на приколицама.

Ако се струја доводи до вучених аутомобила, онда се аутомобил напаја преко посебних каблова. Струјни колектор је обично на врху, од контактне жице, изводе га колектори у виду пантографа (слично трамвајским линијама).

Обично је тренутна колекција једнофазна, али постоји и трофазна, када електромотор користи пантографе посебног дизајна за одвојени контакт са више жица или контактних шина (када је у питању метро).

Електрична опрема електричног воза зависи од врсте струје (постоји једносмерна, наизменична струја или двосистемски електрични возови), врсте вучних мотора (колекторски или асинхрони), присуства или одсуства електричног кочења.

У принципу, електрична опрема електричних возова је слична електричној опреми електричних локомотива. Међутим, у већини модела електричних возова он се поставља испод каросерије и на кровове аутомобила како би се повећао путнички простор унутра. Принципи вожње мотора електричних возова су отприлике исти као и електричних локомотива.