Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Системы электрификации железных дорог в Европе:
  Неэлектрифицированный
  750 В постоянного тока
  1,5 кВ постоянного тока
  3 кВ постоянного тока
  15 кВ переменного тока
  25 кВ переменного тока
Высокоскоростные линии во Франции, Испании, Италии, Великобритании, Нидерландах, Бельгии и Турции работают до 25 кВ , как и линии электропередач в бывшем Советском Союзе.

Системы электрификации железных дорог, использующие переменный ток (AC) на 25 киловольт (кВ) , используются во всем мире, особенно для высокоскоростных железных дорог .

Обзор [ править ]

CSR EMU на Roca линии в Буэнос - Айресе , используя 25 кВ переменного.

Эта электрификация идеально подходит для железных дорог, которые покрывают большие расстояния или имеют интенсивное движение. После некоторых экспериментов перед Второй мировой войной в Венгрии и в Шварцвальде в Германии он получил широкое распространение в 1950-х годах.

Одной из причин, по которой он не был представлен раньше, было отсутствие подходящего небольшого и легкого оборудования для регулирования и выпрямления до разработки твердотельных выпрямителей и связанных с ними технологий. Другой причиной были увеличенные расстояния, необходимые для прохода под мостами и в туннелях, что потребовало бы серьезных строительных работ , чтобы обеспечить увеличенный зазор до токоведущих частей.

Железные дороги, использующие более старые системы постоянного тока меньшей мощности , ввели или вводят 25 кВ переменного тока вместо 3 кВ постоянного тока / 1,5 кВ постоянного тока для своих новых высокоскоростных линий.

История [ править ]

Первое успешное и регулярное использование системы 50 Гц датируется 1931 годом, испытания проводятся с 1922 года. Она была разработана Калманом Кандо в Венгрии, который использовал переменный ток 16 кВ при 50 Гц , асинхронную тягу и регулируемое количество ( мотор) полюса. Первой электрифицированной линией для испытаний была Будапешт – Дунакеси – Алаг. Первой полностью электрифицированной линией была Будапешт – Дьер – Хедьешхалом (часть линии Будапешт – Вена). Хотя решение Кандо показало путь в будущее, железнодорожные операторы за пределами Венгрии не проявили интереса к проекту.

Первая железная дорога, использующая эту систему, была построена в 1936 году Deutsche Reichsbahn, которая электрифицировала часть Höllentalbahn между Фрайбургом и Нойштадтом, установив систему переменного тока 20 кВ , 50 Гц . Эта часть Германии находилась во французской зоне оккупации после 1945 года. В результате изучения немецкой системы в 1951 году SNCF электрифицировала линию между Экс-ле-Беном и Ла-Рош-сюр-Форон на юге Франции, первоначально используя те же 20 кВ, но преобразованные в 25 кВ в 1953 году. Система 25 кВ была затем принята в качестве стандарта во Франции, но, поскольку значительные участки к югу от Парижа уже были электрифицированы на 1500 В постоянного тока., SNCF также продолжала некоторые крупные новые проекты электрификации постоянного тока, пока в 1960-х годах не были разработаны локомотивы с двойным напряжением. [1] [2]

Основная причина, по которой электрификация на этом напряжении раньше не применялась, заключалась в отсутствии надежности ртутных выпрямителей, которые могли уместиться в поезде. Это, в свою очередь, связано с требованием использовать двигатели серии постоянного тока , что требует преобразования тока из переменного в постоянный, а для этого необходим выпрямитель . До начала 1950-х годов ртутно-дуговые выпрямители было трудно эксплуатировать даже в идеальных условиях, и поэтому они не подходили для использования в железнодорожных локомотивах.

Было возможно использовать электродвигатели переменного тока (и некоторые железные дороги использовали, с переменным успехом), но они имеют далеко не идеальные характеристики для тяговых целей. Это связано с тем, что управление скоростью затруднено без изменения частоты, и зависимость от напряжения для управления скоростью дает крутящий момент на любой заданной скорости, который не является идеальным. Вот почему двигатели серии постоянного тока являются лучшим выбором для тяговых целей, поскольку они могут управляться напряжением и имеют почти идеальную характеристику крутящего момента в зависимости от скорости.

В 1990-х годах в высокоскоростных поездах начали использовать более легкие, не требующие обслуживания трехфазные асинхронные двигатели переменного тока. В N700 Shinkansen используется трехуровневый преобразователь для преобразования однофазного переменного тока 25 кВ в 1520 В переменного тока (через трансформатор) в 3000 В постоянного тока (через фазоуправляемый выпрямитель с тиристором) в трехфазный переменный ток максимум 2300 В (через трансформатор). переменное напряжение, преобразователь частоты с использованием БТИЗ с широтно-импульсной модуляцией ) для работы двигателей. Система работает в обратном направлении для рекуперативного торможения .

Выбор 25 кВ был связан с эффективностью передачи энергии в зависимости от напряжения и стоимости, а не с точным соотношением напряжения питания. Для заданного уровня мощности более высокое напряжение обеспечивает меньший ток и, как правило, лучшую эффективность при более высоких затратах на высоковольтное оборудование. Было обнаружено, что 25 кВ было оптимальной точкой, где более высокое напряжение все же улучшило бы эффективность, но не на значительную величину по сравнению с более высокими затратами, вызванными необходимостью в изоляторах большего размера и большим зазором от конструкций.

Во избежание коротких замыканий высокое напряжение необходимо защищать от влаги. Погодные явления, такие как « неправильный тип снега », в прошлом приводили к неудачам. Пример атмосферных причин произошел в декабре 2009 года, когда четыре поезда Eurostar сломались внутри туннеля под Ла-Маншем .

Распространение [ править ]

Электроэнергия от генерирующей станции передается на сетевые подстанции по трехфазной системе распределения.

На сетевой подстанции понижающий трансформатор подключен к двум из трех фаз источника высокого напряжения. Трансформатор понижает напряжение до 25 кВ, которое подается на железнодорожную фидерную станцию, расположенную рядом с путями. SVC используются для балансировки нагрузки и управления напряжением. [3]

В некоторых случаях к подстанциям с однофазными трансформаторами переменного тока были построены выделенные однофазные линии электропередач переменного тока. Такие линии были построены для снабжения французских ТЖВ . [4]

Стандартизация [ править ]

Электрификация железных дорог с использованием переменного тока 25 кВ , 50 Гц стала международным стандартом. Существует два основных стандарта, определяющих напряжения в системе:

  • EN 50163: 2004 + A1: 2007 - «Железнодорожные приложения. Напряжение питания тяговых систем» [5]
  • IEC 60850 - «Железнодорожные приложения. Напряжение питания тяговых систем» [6]

Допустимый диапазон разрешенных напряжений указан в вышеуказанных стандартах и ​​учитывает количество поездов, потребляющих ток, и их расстояние от подстанции.


Система электрификации		Напряжение
Мин.
не постоянный		Мин.
постоянный		НоминальныйМаксимум.
постоянный		Максимум.
не постоянный
25 000 В , переменный ток, 50 Гц17 500 В19 000 В25 000 В27 500 В29 000 В

Эта система в настоящее время является частью стандартов совместимости трансъевропейских железных дорог Европейского союза (1996/48 / EC «Функциональная совместимость трансъевропейской высокоскоростной железнодорожной системы» и 2001/16 / EC «Функциональная совместимость трансъевропейской системы обычных железных дорог». ").

Варианты [ править ]

Были использованы системы, основанные на этом стандарте, но с некоторыми вариациями.

25 кВ переменного тока при 60 Гц [ править ]

См. Также: Перечень систем электрификации железных дорог: 25 кВ переменного тока, 60 Гц

В странах, где 60 Гц является нормальной частотой сети, 25 кВ при 60 Гц используется для электрификации железных дорог.

  • В Аргентине на линии Рока (при ширине колеи 1676 мм или 5 футов 6 дюймов ).
  • В Канаде на линии Deux-Montagnes в Агентстве транспорта Монреаля митрополит .
  • В Японии линии Токайдо, Саньо и Кюсю Синкансэн ( длина 1435 мм или 4 фута 8 дюймов).  1 / 2  вкалибровке).
  • В Южной Корее на Кораил .
  • На Тайване, на линии Тайваньской высокоскоростной железной дороги (расстояние 1435 мм или 4 фута  8 1 / 2  вкалибровке) ижелезнодорожная администрация Тайваняэлектрифицированных линий «с (использовании1,067 ммили3 фута 6 вкалибровке).
  • В Соединенных Штатах, новые электрифицированные участки Северо-восточного коридора (т.е. сегмент Нью-Хейвен-Бостон) междугородних пассажирских линий, пригородных линий Транзита Нью-Джерси , пригородной железной дороги Денвера RTD и отдельных отдельных коротких линий.

20 кВ переменного тока при 50/60 Гц [ редактировать ]

В Японии это используется на существующих железнодорожных линиях в регионах Тохоку , Хокурику , Хоккайдо и Кюсю , из которых Хокурику и Кюсю имеют частоту 60  Гц .

12,5 кВ переменного тока при 60 Гц [ править ]

Некоторые линии в США были электрифицированы на 12,5 кВ 60 Гц или преобразованы с 11 кВ 25 Гц на 12,5 кВ 60 Гц . Использование 60 Гц обеспечивает прямое питание от электросети 60 Гц, но не требует большего расстояния между проводами для 25 кВ и 60 Гц или требует возможности двойного напряжения для поездов, также работающих на линиях 11 кВ 25 Гц . Примеры:

  • Metro-North Railroad «s New Haven Line из Pelham, Нью - Йорк в Нью - Хейвене, штат Коннектикут (Начиная с 1985 года, ранее 11 кВ 25 Гц).

12 кВ при 25 Гц [ править ]

  • Береговая линия Северной Джерси компании New Jersey Transit от Матавана, штат Нью-Джерси, до Лонг-Бранч, штат Нью-Джерси (1988–2002 гг.; Изменено на 25 кВ, 60 Гц).
  • Amtrak

6,25 кВ переменного тока [ править ]

В начале электрификации железной дороги переменным током 50 Гц в Соединенном Королевстве планировалось использовать участки 6,25 кВ переменного тока, где было ограниченное пространство под мостами и в туннелях. Подвижной состав был двухвольтным с автоматическим переключением между 25 кВ и 6,25 кВ . В кВ 6,25 участков были преобразованы в AC 25 кВ в результате научно - исследовательской работы , которая показала , что расстояние между живым и заземленным оборудованием может быть снижено по сравнению с первоначально думали, что это необходимо.

Исследование проводилось с использованием парового двигателя под мостом в Крю . Участок ВЛ-25 кВ постепенно приближался к заземленным металлоконструкциям моста, подвергаясь воздействию пара из дымовой трубы локомотива. Расстояние, на котором произошло перекрытие, было измерено, и оно использовалось в качестве основы для определения новых зазоров между воздушным оборудованием и конструкциями. [ необходима цитата ]

50 кВ переменного тока [ править ]

Иногда 25 кВ удваивается до 50 кВ, чтобы получить большую мощность и увеличить расстояние между подстанциями. Такие линии обычно изолированы от других линий, чтобы избежать осложнений при перебеге. Примеры:

  • Sishen-Салдана железной руды железной дороги ( 50 Гц ).
  • Дезрает Железнодорожное питание , который был изолирован углем железной дорогой. ( 60 Гц ) [7]
  • Теперь закрытая железная дорога Блэк-Меса и озера Пауэлл, которая также была изолированной угольной железной дорогой ( 60 Гц ).
  • Сейчас закрытое подразделение Tumbler Ridge компании BC Rail ( 60 Гц ). [8]

Автотрансформаторная система 2 x 25 кВ [ править ]

1. Питающий трансформатор
2. Электроснабжение
3. Воздушная линия
4. Подножка
5. Фидерная линия
6. Пантограф
7. Трансформатор локомотива
8. Воздушная линия
9. Автотрансформатор
10. Подножка
Система воздушных линий 2 × 25 кВ во Франции между Парижем и Каном

Автотрансформаторная система 2 × 25 кВ представляет собой систему электроснабжения с расщепленной фазой , которая подает мощность 25 кВ на поезда, но передает мощность 50 кВ для снижения потерь энергии. Не следует путать с системой 50 кВ. В этой системе ток в основном передается между воздушной линией и фидерной линией передачи вместо рельса. Воздушная линия (3) и фидер (5) находятся на противоположных фазах, поэтому напряжение между ними составляет 50 кВ, но напряжение между воздушной линией (3) и ходовыми рельсами (4) остается на уровне 25 кВ. Периодические автотрансформаторы (9) отводят обратный ток от нейтральной шины, повышают его и отправляют по фидерной линии. Эта система используется Индийскими железными дорогами , РЖД.Итальянские Высокоскоростные железные дороги, Великобритания High Speed-1, большая часть Западного побережья Главной Линии и Crossrail, с некоторыми частями старых линий постепенно преобразуются, [ править ] Французские линии (LGV линия и некоторые другие линии [9] ), большинство испанских высокоскоростных железнодорожных линий, [10] Amtrak и некоторые финские и венгерские линии.

Повышенное напряжение [ править ]

Для установления мировых рекордов скорости TGV во Франции напряжение было временно повышено до 29,5 кВ [11] и 31 кВ в разное время. [12]

25 кВ на линиях широкой колеи [ править ]

  • В Австралии :
    • Аделаида : часть пригородной сети. ( 50 Гц )
  • Финляндия : см. Железнодорожный транспорт в Финляндии ( 50 Гц )
  • Индия : см. Железнодорожный транспорт в Индии и Центральную организацию электрификации железных дорог ( 50 Гц )
  • Португалия : см. Список железнодорожных линий Португалии ( 50 Гц )
  • бывший Советский Союз : части сети ( 50 Гц )

25 кВ на узкоколейных линиях [ править ]

  • В Австралии :
    • Перт : вся пригородная сеть, см. Transperth Trains ( 50 Гц ).
    • Квинсленд : см. Электрификацию железных дорог в Квинсленде ( 50 Гц ).
  • В Японии : см. Электрификацию железных дорог в Японии ( 20 кВ, 50 или 60 Гц ).
  • в Малайзии : см. железнодорожный транспорт в Малайзии ( 50 Гц ).
  • В Новой Зеландии : см. Главную магистраль Северного острова и электрификацию железной дороги Окленда ( 50 Гц ).
  • В Южной Африке : см. Железнодорожный транспорт в Южной Африке (25 и 50 кВ, 50 Гц ).
  • На Тайване : см. Железнодорожный транспорт на Тайване ( 60 Гц ).
  • В Тунисе ( 50 Гц ): см. Железнодорожный транспорт Туниса ( 50 Гц ).

Другие напряжения при электрификации 50 Гц [ править ]

  • Во Франции , Mont Blanc Трамваи и Chemin де фер дю Montenvers : 11 кВ
  • В Германии , Hambachbahn и Nord-Süd-Bahn : 6,6 кВ

Многосистемные локомотивы и поезда [ править ]

Основная статья: Мультисистема (рельс)

Поезда, которые могут работать от более чем одного напряжения, скажем, 3 кВ / 25 кВ, являются общепринятыми технологиями. Некоторые локомотивы в Европе могут использовать четыре различных стандарта напряжения. [13]

См. Также [ править ]

  • Электрификация железных дорог переменного тока 15 кВ
  • Перечень систем электрификации железных дорог
  • Поворотный фазовый преобразователь

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хейдок, Дэвид (1991). SNCF . «Современные железные дороги» спец. Лондон: Ян Аллан. ISBN  978-0-7110-1980-5
  2. ^ Cuynet, Жан (2005). La traction electrique en France 1900-2005 . Париж: La Vie du Rail. ISBN 2-915034-38-9 
  3. ^ SVC для балансировки нагрузки и контроля напряжения на трассе , ABB Power Technologies. [1] Архивировано 6 февраля 2007 г. в Wayback Machine.
  4. ↑ TGV power. Архивировано 4 мая 2009 года на Wayback Machine.
  5. ^ Британский институт стандартов (январь 2005 г.). BS EN 50163: 2004 + A1: 2007 Железнодорожные приложения. Напряжения питания тяговых систем . DOI : 10.3403 / 30103554 .
  6. ^ IEC 60850 - «Железнодорожные приложения. Напряжение питания тяговых систем»
  7. ^ "Руководство по координации железной дороги, раздел 2.1.5 Deseret Power Railway" (PDF) . Департамент транспорта штата Юта. Май 2015. с. 102 . Проверено 8 ноября +2016 .
  8. ^ "GF6C # 6001 СОХРАНЕНО" . Ассоциация железных дорог Западного побережья, Британская Колумбия. Май 2004 Архивировано из оригинального 18 февраля 2009 года . Проверено 9 января 2011 .
  9. ^ Остальные французские линии используют систему повышающего трансформатора 1 × 25 кВ.
  10. ^ Сравнительное исследование систем электрификации 1 × 25 кВ и 2 × 25 кВ (PDF) (Отчет). Мадрид: Ineco . Июнь 2011 . Проверено 30 марта 2017 .
  11. ^ «Тестовые треки: обзор» .
  12. ^ "Французский поезд достигает 357 миль в час, побивая мировой рекорд скорости" . 4 апреля 2007 г.
  13. ^ «Семейство локомотивов Traxx отвечает европейским потребностям» . Железнодорожный вестник Интернэшнл . 2008-01-07 . Проверено 27 сентября 2019 . Traxx MS (мультисистема) для работы как в сетях переменного (15 и 25 кВ), так и постоянного тока (1,5 и 3 кВ)

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Букок, Колин (1991). Электрификация Восточного побережья . Ян Аллан. ISBN 0-7110-1979-7.
  • Гиллхэм, JC (1988). Эпоха электропоездов - Электропоезда в Великобритании с 1883 года . Ян Аллан. ISBN 0-7110-1392-6.
  • Гловер, Джон (2003). Восточная Электрик . Ян Аллан. ISBN 0-7110-2934-2.
  • Machefert-Tassin, Ив; Нувьон, Фернан; Woimant, Жан (1980). Histoire de la Traction Electrique, том 1 . La Vie du Rail. ISBN 2-902808-05-4.
  • Нок, О.С. (1965). Новая железная дорога Великобритании: электрификация основных линий Лондон-Мидленд от Юстона до Бирмингема, Сток-он-Трент, Крю, Ливерпуля и Манчестера . Лондон: Ян Аллан. OCLC  59003738 .
  • Нок, О.С. (1974). Электрический Юстон в Глазго . Ян Аллан. ISBN 0-7110-0530-3.
  • Труды конференции по электрификации британских железных дорог, Лондон, 1960 - Электрификация железных дорог на промышленной частоте . Лондон: Совет Британских железных дорог. 1960 г.
  • Семменс, Питер (1991). Электрификация маршрута Восточного побережья . Patrick Stephens Ltd. ISBN 0-85059-929-6.