В железнодорожном транспорте , головной части мощности ( HEP ), также известный как питания электропоезда ( ETS ), является электрическая система распределения электроэнергии на пассажирском поезде. Источник энергии, обычно локомотив (или вагон-генератор) в передней части или «голове» поезда, обеспечивает электричеством, используемым для отопления, освещения, электрических и других «гостиничных» нужд. Морской эквивалент - электроэнергия в гостиницах . Успешная попытка железной дороги Лондона, Брайтона и Южного побережья в октябре 1881 года осветить пассажирские вагоны между Лондоном и Брайтоном [1] возвестила начало использования электричества для освещения поездов во всем мире.
История [ править ]
Масляные лампы были введены в свет в 1842 году в поездах. [2] Экономика заставила Ланкаширско-Йоркширскую железную дорогу заменить нефтяное газовое освещение на уголь в 1870 году, но взрыв газового баллона в поезде заставил их отказаться от эксперимента. [2] Газовое освещение было введено в конце 1870 года. Электрическое освещение было введено в октябре 1881 года [1] [2] с использованием двенадцати ламп накаливания с углеродной нитью Swan, подключенных к подвесной батарее из 32 свинцово-кислотных аккумуляторных элементов Faure , подходящих для около 6 часов освещения перед снятием для подзарядки. [1]
В 1881 году Северо-Британская железная дорога успешно вырабатывала электричество с помощью динамо-машины на паровозе Братства, чтобы обеспечить электрическое освещение в поезде, концепция, которая позже была названа головной . Большой расход пара привел к отказу от системы. Три поезда были запущены в 1883 году Лондонской, Брайтонской и Южно-прибрежной железной дорогой, на борту которых вырабатывалась электроэнергия с помощью динамо-машины, приводимой в движение одной из осей. Это заряжало свинцово-кислотную батарею в фургоне охранника, и охранник приводил в действие и обслуживал оборудование. Система успешно обеспечивала электрическое освещение в поезде. [1]
В 1887 году, паровой привод генераторов в багажных вагонах [3] в Флорида Special и Чикаго Limited поездов в США поступает электрическое освещение для всех вагонов поезда путем соединения их, чтобы ввести другую форму головной власти . [4]
Масляно-газовое освещение обеспечивает более высокую интенсивность света по сравнению с электрическим освещением и более широко использовалось до сентября 1913 года, когда авария на Мидлендской железной дороге в Эйсгилле привела к гибели большого числа пассажиров. Эта авария побудила железные дороги использовать электричество для освещения поездов. [1]
На протяжении оставшейся части эры пара и до начала эры дизельного топлива пассажирские вагоны обогревались насыщенным паром низкого давления, подаваемым локомотивом, при этом электричество для освещения и вентиляции вагонов производилось от аккумуляторов, заряжаемых осевыми генераторами на каждом вагоне. , или от мотор-генераторных установок, установленных под кузовом. Начиная с 1930-х годов, в железнодорожных вагонах стало доступно кондиционирование воздуха , при этом энергия для их работы обеспечивалась механическими механизмами отбора мощности от оси, небольшими специализированными двигателями или пропаном .
Полученные в результате отдельные системы освещения, нагрева пара и кондиционирования воздуха с приводом от двигателя увеличили объем работ по техническому обслуживанию, а также увеличили количество запчастей. Питание головного узла позволит одному источнику питания выполнять все эти и многие другие функции для всего поезда.
В эпоху пара все автомобили в Финляндии и России имели дровяной или угольный камин. Такое решение считалось пожарной опасностью в большинстве стран Европы, но не в России.
Соединенное Королевство [ править ]
Первоначально поезда, буксируемые паровозом , снабжались паром от локомотива для обогрева вагонов. [1] Когда тепловозы и электровозы заменили пар, паровое отопление обеспечивалось паровым котлом . Он работал на жидком топливе (в тепловозах) или нагревался электрическим элементом (в электровозах). Мазутные паротопливные котлы были ненадежными. Они стали причиной более локомотивов неудачи любого класса , к которому они были приспособлены , чем любой другой системы или компонента локомотива, [ править ] , и это было главным стимулом принять более надежный способ перевозки нагрева.
В то время освещение питалось от батарей, которые заряжались динамо-машиной под каждым вагоном, когда поезд находился в движении, а в вагонах буфета использовался газ в баллонах для приготовления пищи и нагрева воды. [1]
Отопление электропоездов (ETH) и поставка электропоездов (ETS) [ править ]
Позже дизели и электровозы были оснащены аппаратом подогрева электропоездов ( ETH ), который подавал электроэнергию в вагоны для запуска электрических нагревательных элементов, установленных рядом с паротепловым аппаратом, который был сохранен для использования с более старыми локомотивами. Более поздние конструкции вагонов отказались от паротепловых аппаратов и использовали поставку ETH для отопления, освещения, вентиляции, кондиционирования воздуха , вентиляторов, розеток и кухонного оборудования в поезде. В знак признания этого ETH был в конечном итоге переименован в Electric Train Supply ( ETS ).
У каждого автобуса есть индекс максимального потребления электроэнергии, которое он может использовать. Сумма всех показателей не должна превышать индекса локомотива. Одна «единица индекса ETH» равна 5 кВт; локомотив с индексом ETH 95 может обеспечить поезд мощностью 475 кВт.
Северная Америка [ править ]
Первый шаг вперед по сравнению со старой системой осевого генератора был разработан на железной дороге Бостона и Мэна , которая поставила ряд паровозов и пассажирских вагонов для специальных пригородных перевозок в Бостоне . Из-за низкой средней скорости и частых остановок, характерных для пригородных поездов, мощность осевых генераторов была недостаточной для поддержания заряда аккумуляторов, в результате чего пассажиры жаловались на неисправности освещения и вентиляции. В ответ на это железная дорога установила генераторы большей мощности на локомотивы, закрепленные за этими поездами, и обеспечила электрические соединения с вагонами. В вагонах для обогрева использовался пар от локомотива.
Некоторые ранние дизельные обтекаемые модели использовали конструкцию с фиксированным составом для использования электрического освещения, кондиционирования воздуха и отопления. Поскольку автомобили не предназначались для смешивания с существующим пассажирским парком, совместимость этих систем не вызывала беспокойства. Например, поезд Nebraska Zephyr имеет три дизель-генераторных установки в первом вагоне для питания бортового оборудования.
Когда тепловозы были введены для обслуживания пассажиров, они были оснащены парогенераторами для подачи пара для обогрева вагонов. Однако использование осевых генераторов и аккумуляторов сохранялось в течение многих лет. Ситуация начала меняться в конце 1950-х годов, когда Чикагская и Северо-Западная железные дороги сняли парогенераторы со своих локомотивов EMD F7 и E8 пригородных поездов и установили дизель-генераторные установки (см. Peninsula 400 ). Это было естественным развитием, поскольку их пригородные поезда уже получали от локомотивов низковольтную слаботочную энергию, чтобы помочь генераторам осей поддерживать заряд аккумуляторной батареи.
В то время как многие пригородные автопарки были быстро преобразованы в HEP, поезда дальнего следования продолжали работать с паровым обогревом и электрическими системами с батарейным питанием. Ситуация постепенно изменилась после передачи междугородних пассажирских железнодорожных перевозок в компании Amtrak и Via Rail , что в конечном итоге привело к полному внедрению HEP в США и Канаде и прекращению использования старых систем.
После его образования в 1971 году, первым локомотивом, приобретенным Amtrak, стал Electro-Motive (EMD) SDP40F , адаптация широко используемого грузового локомотива SD40-2 мощностью 3000 лошадиных сил, оснащенный кузовом пассажирского типа и парогенератором. Модель SDP40F позволила использовать современную движущую силу в сочетании со старыми пассажирскими вагонами с паровым обогревом, приобретенными у предшествующих железных дорог, что дало Amtrak время для закупки специально построенных вагонов и локомотивов.
В 1975 году Amtrak начала получать полностью электрический вагон Amfleet , буксируемый локомотивами General Electric (GE) P30CH и E60CH , позже дополненными локомотивами EMD F40PH и AEM-7 , каждый из которых был оборудован для обеспечения HEP. Для этой цели пять Amtrak E8 были переоборудованы с генераторами HEP. Кроме того, 15 багажных вагонов были переоборудованы в вагоны-генераторы HEP, чтобы обеспечить возможность перевозки Amfleet не на основе HEP движущей силы (например, GG1 вместо ненадежных электромобилей Metroliner ). После появления Amfleet (полностью электрический) Superlinerвагон введен в эксплуатацию на дальних западных маршрутах. Впоследствии компания Amtrak перевела часть парка автомобилей с паровым обогревом на полностью электрическую работу с использованием HEP и списала оставшиеся непереоборудованные автомобили к середине 1980-х годов. [5]
Двигатель [ править ]
Генератор HEP может приводиться в действие либо отдельным двигателем, установленным в локомотиве или вагоне-генераторе, либо первичным двигателем локомотива .
Отдельные двигатели [ править ]
HEP с питанием от генераторной установки обычно осуществляется через вспомогательную дизельную установку, которая не зависит от главного силового двигателя (первичного двигателя). Такие двигательные / генераторные установки обычно устанавливаются в отсеке в задней части локомотива. Первичный двигатель и генераторная установка HEP разделяют запасы топлива.
Также производятся подвагонные двигательные / генераторные установки меньшего размера для обеспечения электричеством коротких поездов.
Локомотив-тягач [ править ]
Во многих случаях первичный двигатель локомотива обеспечивает как тягу, так и мощность головной части. Если генератор HEP приводится в движение двигателем , то он должен работать на постоянной скорости ( оборотов в минуту ) , чтобы поддерживать требуемую частоту 50 Гц или 60 Гц линии переменного тока частоты . Инженеру не нужно будет держать дроссельную заслонку в верхнем положении, так как бортовая электроника контролирует скорость двигателя, чтобы поддерживать заданную частоту. [6]
Совсем недавно в локомотивах был применен статический инвертор, питаемый от тягового генератора, что позволяет первичному двигателю иметь больший диапазон оборотов в минуту.
Будучи полученной от первичного двигателя, HEP генерируется за счет тягового усилия. Например, General Electric , 3200 л.с. (2,4 МВт) Р32 и 4000 л.с. (3,0 МВт) P40 локомотивов снижаются до 2,900 и 3650 л.с. (2.16 и 2.72 МВт), соответственно, при подаче HEP. Фэрбенкс-Морзе Р-12-42 был одним из первых HEP оборудованы локомотивов иметь свой первичный двигатель , выполненный с возможностью работать на скорости постоянной, с выходом генератора тяги регулируется исключительно путем изменения напряжения возбуждения.
Одно из первых испытаний HEP с приводом от тягача локомотива EMD было в 1969 году на Milwaukee Road EMD E9 # 33C, которое было переоборудовано для установки заднего двигателя с постоянной частотой вращения. [7]
Электрическая нагрузка [ править ]
Электропитание HEP обеспечивает освещение, систему отопления , вентиляции и кондиционирования воздуха , кухню-столовую и зарядку аккумуляторных батарей. Электрическая нагрузка отдельного автомобиля колеблется от 20 кВт для типичного автомобиля до более 150 кВт для автомобиля Dome с кухней и обеденной зоной, такого как автомобили Princess Tours Ultra Dome, эксплуатируемые на Аляске .[8]
Напряжение [ править ]
Северная Америка [ править ]
Из-за длины поездов и высоких требований к мощности в Северной Америке , HEP поставляется как трехфазный переменный ток с напряжением 480 В (стандарт в США), 575 В или 600 В. Трансформаторы устанавливаются в каждом вагоне для снижения до более низких напряжений. [8]
Соединенное Королевство [ править ]
В Великобритании ETS питается от 800 В до 1000 В переменного / постоянного тока, двухполюсный (400 или 600 А), 1500 В переменного тока, двухполюсный (800 А) или при 415 В трехфазный на HST . В бывшем Южном регионе вагоны Mk I были подключены к источнику постоянного тока 750 В. Это соответствует линейному напряжению в сети третьего рельса. Локомотивы класса 73 просто подают это линейное напряжение непосредственно на перемычки ETS, в то время как дизельные электровозы класса 33 имеют отдельный генератор обогрева поезда с приводом от двигателя, который подает 750 В постоянного тока на соединения обогрева поезда.
Ирландия [ править ]
В Ирландии HEP предоставляется по европейскому стандарту / IEC 230/400 В 50 Гц (первоначально 220/380 В 50 Гц). Это соответствует той же спецификации, что и системы электропитания, используемые в жилых и коммерческих зданиях и промышленности Ирландии и ЕС.
На установках CAF MK4 Корк-Дублин это обеспечивается двумя генераторами, расположенными в ведущем фургоне с прицепом, а на двухтактных установках Enterprise это обеспечивается генераторами в специальном хвостовом фургоне. В ирландских поездах DMU, составляющих большую часть парка, используются небольшие генераторы, расположенные под каждым вагоном.
Исторически сложилось так, что тепловая энергия и, в более старых автомобилях, паровое отопление обеспечивали прицепными фургонами с генераторами и паровыми котлами . Обычно они располагались в задней части составов поездов. В составах поездов Enterprise Dublin-Belfast изначально использовалась HEP от дизель-электрических локомотивов GM 201 , но из-за проблем с надежностью и чрезмерного износа систем локомотивов были добавлены фургоны-генераторы (полученные из устаревших комплектов Irish Rail MK3 и адаптированные для двухтактного использования) . Режим HEP был отменен, когда загорелся локомотив класса IE 201 .
Россия [ править ]
В российских вагонах используется электрообогрев либо напряжением 3 кВ постоянного тока в линиях постоянного тока, либо напряжением 3 кВ переменного тока в линиях переменного тока, обеспечиваемых главным трансформатором локомотива. Новые автомобили в основном производятся западноевропейскими производителями и оснащены аналогично автомобилям RIC.
Европа (автомобили RIC, кроме России и Великобритании) [ править ]
Автомобили RIC должны питаться следующими четырьмя напряжениями: 1000 В переменного тока 16+2 ⁄ 3 Гц, 1500 В переменного тока, 50 Гц, 1500 В постоянного тока и 3000 В постоянного тока. Первый используется в Австрии, Германии, Норвегии, Швеции и Швейцарии, где используется контактная сеть переменного тока 15 кВ 16,7 Гц . Второй (1,5 кВ переменного тока) используется в странах, где используется переменный ток 25 кВ 50 Гц.контактная сеть (Хорватия, Дания, Финляндия, Венгрия, Португалия, Сербия и Великобритания, а также некоторые линии во Франции, Италии и России). В обоих случаях надлежащее напряжение обеспечивается главным трансформатором локомотива или генератором переменного тока в тепловозах. В странах, где используется питание постоянного тока (1,5 кВ или 3 кВ постоянного тока), напряжение, собираемое пантографом, подается непосредственно на автомобили. (Бельгия, Польша и Испания, а также некоторые линии в России и Италии используют 3 кВ, а в Нидерландах, а некоторые линии во Франции используют 1,5 кВ; более подробную информацию см. В статье Список систем электрификации железных дорог .)
Современные автомобили также часто поддерживают напряжение 1000 В переменного тока, 50 Гц, такое разнообразие иногда встречается на складах и стоянках.
Старые европейские автомобили использовали высокое напряжение (или пар, подаваемый паровозом (на некоторых дизелях и электротехнике также были установлены паровые котлы), также использовались парогенераторы, а некоторые автомобили были оснащены котлами, работающими на угле или мазуте) только для отопление, в то время как свет, вентиляторы и другие слаботочные источники питания (например, розетки для бритв в ванных комнатах) обеспечивались генератором с приводом от оси. Сегодня, с развитием твердотельной электроники (тиристоры и IGBT), большинство автомобилей оснащено импульсными источниками питания, которые принимают любое напряжение RIC (1,0 - 3,0 кВ постоянного тока или 16 кВ постоянного тока).+2 / 3 В / 50 Гц) и может предоставить все необходимое низкое напряжение. Низкое напряжение различается в зависимости от производителя, но типичными значениями являются:
- 12 В - 48 В постоянного тока для бортовой электроники (питание от химической батареи при отключении HEP)
- 24 В - 110 В постоянного тока для питания электронных балластов люминесцентных ламп и вентиляторов (питание от химической батареи при отключении HEP)
- Однофазный 230 В переменного тока для пассажирских розеток, холодильников и т. Д. (Иногда питание от химической батареи, как указано выше)
- Трехфазный 400 В переменного тока для компрессора кондиционера, отопления, вентиляторов (кондиционер в настоящее время не питается от химической батареи из-за потребляемой мощности)
Электрическое отопление обычно подавалось от высоковольтной линии высокого напряжения, но необычные напряжения не распространены на рынке, а оборудование стоит дорого.
Стандартный высоковольтный нагреватель, соответствующий требованиям RIC, имеет шесть резисторов, которые переключаются в соответствии с напряжением: 6 последовательно (3 кВ постоянного тока), 2 × 3 последовательно (1,5 кВ переменного или постоянного тока) или 3 × 2 последовательно (1 кВ переменного тока). . Выбор и переключение правильной конфигурации происходит автоматически в целях безопасности. Пассажиры могут управлять только термостатом .
Китай [ править ]
В Китае HEP поставляется в двух формах.
На всех автомобилях 25A / G, построенных до 2005 года, реконструированных и кондиционированных автомобилях 22 / 25B, большинстве автомобилей 25K и большинстве построенных BSP автомобилей 25T, HEP питается трехфазным напряжением 380 В переменного тока от автомобилей-генераторов (первоначально классифицированных как TZ. вагонов, позже переклассифицированных в KD), небольшое количество тепловозов DF11G и очень ограниченное количество модернизированных SS9электрика. Автомобили с дизель-генераторными установками (заводские автомобили RZ / RW / CA22 / 23 / 25B, некоторые восстановленные автомобили YZ / YW22 / 23 / 25B, большинство немецких автомобилей 24 и очень ограниченное количество автомобилей 25G / K / T для специальное использование) также поставляют свою мощность в этой форме. Можно направить электричество переменного тока от автомобиля с дизель-генераторной установкой к соседнему обычному автомобилю HEP, хотя в этой ситуации оба автомобиля не могут запустить кондиционер или обогрев при полной нагрузке. Эти автомобили с дизельным двигателем также могут работать на HEP из других источников без использования собственного дизельного топлива. Несмотря на то, что они считаются неэффективными и устаревшими, главным образом из-за того, что автомобиль-генератор «тратит впустую» тяговую мощность, персонал и топливо (если он работает на электрифицированных линиях), новые автомобили, использующие HEP переменного тока, все еще производятся вместе с новыми автомобилями / установками-генераторами, в основном для использования. в районах без электрификации,учитывая, что подавляющее большинство двигателей Китайских железных дорог, которые могут питать ТЭН, являются электровозами.
На большинстве новых автомобилей 25G и 25 / 19T автомобилей, питание подаются при 600 В постоянном токе электрических локомотивов , такие как SS7C, SS7D, SS7E, SS8 , SS9 , HXD1D , HXD3C , HXD3D и некоторые DF11G дизели (No.0041, 0042, 0047, 0048, 0053-0056, 0101-0218). Небольшое количество специальных генераторных вагонов (QZ-KD25T), предназначенных для использования на высокогорной железной дороге Цинхай-Тибет, также обеспечивает питание 600 В постоянного тока. В связи с быстрым вводом в эксплуатацию новых двигателей и вагонов, оборудованных постоянным током, а также старением и выводом из эксплуатации старого оборудования, использующего переменный ток, DC HEP стал более заметной формой электроснабжения Китайских железных дорог.
Очень ограниченное количество автомобилей, в основном 25T, может работать на обеих формах HEP.
Альтернативы [ править ]
Хотя большинство поездов с локомотивом питаются непосредственно от локомотива, были примеры (в основном в континентальной Европе ), когда вагоны-рестораны могли получать питание непосредственно от воздушных проводов, когда поезд стоит и не подключен к головной станции. Например, все немецкие вагоны-рестораны WRmz 135 (1969), WRbumz 139 (1975) и ARmz 211 (1971) были оснащены пантографами .
В некоторых финских вагонах-ресторанах есть встроенный дизель-генератор, который используется даже при наличии энергии от локомотива.
Когда штат Коннектикут начал работу по направлению Shore Line East , во многих случаях они использовали новые пассажирские вагоны со старыми грузовыми дизелями, которые не могли питать HEP, поэтому некоторые автобусы были доставлены с установленным генератором HEP. С приобретением локомотивов с HEP они были удалены.
Там , где пассажирский поезд должен быть буксируемых локомотива, без питания HEP (или несовместимой питания HEP) отдельный генератор ван может быть использован [9] , такой как на железнодорожный вокзал Каскады поезд или Iarnród Éireann «ы CAF Марка 4 Вождение Ван Прицеп ( со сдвоенными двигателями / генераторными установками MAN 2846 LE 202 (320 кВт) / Letag (330 кВА) сборки GESAN). KiwiRail (Новая Зеландия) использует фургоны-генераторы багажа класса AG для своих пассажирских перевозок Tranz Scenic ; Метро Транз на линии Вайрарапа использует пассажирские вагоны класса SWG, часть интерьера которых приспособлена для размещения генератора. ВВ поезде Ringling Bros. и Barnum & Bailey Circus использовался по крайней мере один специально изготовленный силовой вагон, который поставлял HEP его пассажирским вагонам, чтобы не полагаться на железнодорожные локомотивы, буксирующие поезд.
В Великобритании и Швеции высокоскоростные поезда IC125 и X2000 имеют трехфазную шину питания 50 Гц.
См. Также [ править ]
- Электрическое отопление
- Отопление, вентиляция, кондиционирование
- Электроэнергия гостиницы
- Береговая мощность , сетевое соединение для поезда заключается в прокладке между рейсами
- Вентиляция (архитектура)
Ссылки [ править ]
- ^ Б с д е е г JFL (1914). Освещение поездов электричеством . Лондон и Йорк: Бен Джонсон и Ко . Проверено 17 марта 2013 года .
- ^ a b c Джек Симмонс; АКБ Эванс; Джон В. Гоф (2003). Влияние железной дороги на общество в Великобритании: Очерки в честь Джека Симмонса . ООО «Ашгейт Паблишинг», стр. 49–. ISBN 978-0-7546-0949-0. Проверено 17 марта 2013 года .
- ^ Стюарт, Чарльз WT (май 1919). «Несколько моментов в истории автомобильного освещения» . Инженер-электрик железной дороги . 10 (5): 158 . Проверено 26 августа 2014 .
- ^ Уайт, Джон Х. (1985) [1978]. Пассажирский вагон американской железной дороги . Балтимор, Мэриленд: Издательство Университета Джона Хопкинса . ISBN 978-0-8018-2743-3.
- ↑ Джонсон, Боб (1 мая 2006 г.). «Мощность головного узла» . Азбука железной дороги . Проверено 9 ноября 2014 .
- ^ "Head-end power - журнал ПОЕЗДОВ" . Kalmbach Publishing Co. 1 мая 2006 . Проверено 9 ноября 2014 .
- ^ "Пригородные локомотивы Милуоки-Роуд" .[ мертвая ссылка ]
- ^ a b «Конфигурации железнодорожных линий HEP в Северной Америке» . Северо-Западная железная дорога . Проверено 29 января 2011 года .
- ^ "генераторный фургон, преобразованный из Mk.1 BG" . Фил Троттер. 19 марта 2007 . Проверено 29 января 2011 года .
В течение 1980-х годов, во время эксплуатации вагонов с низкой мощностью HST, генераторный фургон, преобразованный из Mk.1 BG, использовался для подачи трехфазного питания на грабли HST, чтобы их можно было буксировать локомотивом.
ADB975325 (позже перенумерованный в 6310) замечен в Бристольском Темпл-Мидс 4 октября 1980 г.
[ постоянная мертвая ссылка ]
