Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с электрификации ж / д в России )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Электровоз 1933 года выпуска СССР (разработка GE в США) - «Сурамский советский», 14-й агрегат.

В то время как бывший Советский Союз поздно (и медленно) начал электрификацию железных дорог в 1930-х годах, он в конечном итоге стал мировым лидером в области электрификации с точки зрения объема движения по проводам. За последние 30 лет Советский Союз перевез по железной дороге примерно столько же грузов, сколько и все другие страны мира вместе взятые, и в итоге более 60% из них было перевезено электровозами. Электрификация была рентабельной из-за очень высокой плотности движения, и временами предполагалось, что она принесет не менее 10% окупаемости инвестиций в электрификацию (для замены дизельной тяги). К 1990 году электрификация составляла примерно половину 3 кВ постоянного тока, половину 25 кВ переменного тока 50 Гц и 70% [1] пассажиро-километров железных дорог было проведено электрическими железными дорогами.

Прогресс электрификации [1] [2]
Год1940 г.1945 г.19501955 г.1960 г.1965 г.1970 г.1975 г.1980 г.1988 г.1991 г.
Электрифицировано при постоянном токе, мм (мегаметры)1,82.0-5,312,417.021,424,026,027,3
Электрифицирована на 25 кВ переменного тока, Мм (Мегаметры)00-0,11.48.012,514,817,725,5
Всего электрифицированных мм (мегаметры)1,82.03.05,413,824,933,938,943,752,954,3
% железнодорожной сети1,82.03.04.511.019.025,028,130,836,1
% железнодорожных перевозок (в тонно- км)2.02,43,28,421,839,448,751,654,663,1
ВЛ80 Т Электровоз буксирующий грузовой поезд

Сравнение с США и другими [ править ]

По сравнению с США, Советский Союз очень медленно начал электрификацию, но позже значительно обогнал США. Электрификация в США достигла максимума в 5000 км в конце 1930-х годов [3], то есть как раз тогда, когда электрификация только начинала свой путь в СССР.

Примерно через 20 лет после распада Советского Союза в 1991 году Китай стал новым мировым лидером в области электрификации железных дорог: к 2013 году было электрифицировано 48 млн. М², и он продолжает расти. [4]

Мегаметры (тысячи километров) электрифицированной линии ( ок . 1987 г.) [5]
СтранаСССРЯпонияЗападная ГерманияФранция
Мм трассы электрифицированной51,7141211
Всего Мм железнодорожного пути14428 год28 год34
Процент электрифицированного маршрута35,9%50,0%42,8%32,3%
Мм, постоянный ток (DC)27,380,86
Мм, Переменный ток (AC) (50 Гц)24,4611,2 ( 16+2 ⁄ 3  Гц)5

История [ править ]

1920-е: Ленин поддерживает электрификацию железных дорог [ править ]

Замена паровой тяги (на линиях с интенсивным движением) электрификацией была рентабельной [6], и это послужило толчком для первой электрификации в 1930-х годах. 1920 Национальный план электрификации ГОЭЛРО -ГОЭЛРО (на русском языке ) [7] включены электрификации железных дорог и решительно поддержали Ленина , вождя советской революции . Ленин написал письмо [8], подразумевая, что если электрификация железных дорог невозможна в настоящее время, то, возможно, она станет невозможной через 5–10 лет. Фактически, электрификация железных дорог началась несколько лет спустя, но Ленин не дожил до того, чтобы это произошло.

В 1926 году 19 км. Длинный участок от Бакы , электрифицированный на 1200 В постоянного тока, открыт для пригородных поездов. [9] В 1929 г. - 18 км. участок, электрифицирован на 1500 вольт. открылся от Москвы до Мытисков. Будущая электрификация в 1930-х годах будет более существенной и будет в основном на 3000 В постоянного тока (3 кВ).

1930-е годы [ править ]

Некоторая новая электрификация на 1,5 кВ все еще продолжалась, но в 1930-х годах электрификация более чем в три раза использовала 3 кВ. [10] Электрификация магистрали 3 кВ. в Советском Союзе началось в 1932 году с открытия участка 3000 В постоянного тока в Грузии на Сурамском перевале между столицей Тбилиси и Черным морем . [11] оценка (наклон) был крут: 2,9%. Первоначальный парк из восьми электровозов был импортирован из США и производился General Electric.(GE). Советы получили от GE строительные чертежи, позволяющие строить локомотивы той же конструкции. Первый электровоз, построенный в СССР, был отечественной разработкой, завершенной в ноябре 1932 года. Позже в том же месяце был построен второй локомотив, копия локомотива GE. Сначала было изготовлено намного больше копий американского дизайна, чем советского. Локомотивы советской конструкции производились только через два года.

Пятилетние планы электрификации 1930-х годов не оправдались. К октябрю 1933 года первый пятилетний план предусматривал, что электрификация в СССР должна достигнуть 456 км против 347 км фактически достигнутых. [12] Дальнейшие пятилетние планы были еще более невыполнены. На 2-ю пятилетку (до 1937 г.) было запланировано 5062 км против 1632 км фактических. В 3-м пятилетнем плане (до 1942 г.) это было 3472 против 1950 г., но начало Второй мировой войны в середине 1941 г. способствовало этому дефициту.

Вторая мировая война [ править ]

К 1941 году в СССР было электрифицировано всего 1865 маршруток-километров. [13] Это далеко позади США, у которых было электрифицировано почти 5 000 километров. [14] Однако, поскольку железнодорожная сеть СССР была намного короче, чем в США, процент электрифицированных километров железных дорог СССР был больше, чем в США. Во время Второй мировой войны западная часть Советского Союза (включая части России ) была захвачена нацистской Германией . Демонтировано около 600 км электрификации [15]незадолго до вторжения, но после того, как немцы были окончательно изгнаны, часть демонтированной электрификации была восстановлена. После войны первоочередной задачей было восстановление разрушений, вызванных войной, поэтому электрификация крупных железных дорог была отложена примерно на 10 лет.

Послевоенное [ править ]

В 1946 году СССР заказал 20 электровозов от General Electric , [16] то же американская корпорация , которая поставляется локомотивы для первой советской электрификации. Из-за холодной войны они не могли быть доставлены в СССР, поэтому их продавали в другие страны. Милуоки - роуд и некоторые другие железнодорожные компании в США получают 12, которые были преобразованы в стандартной колеи. Их прозвали «Маленькими Джозефами» ; «Джо» относится к Иосифу Сталину, советскому премьеру.

В середине 1950-х годов в СССР был применен двусторонний подход к замене паровозов . Они будут электрифицировать линии с высокой плотностью движения, а остальные постепенно переоборудовать на дизельное топливо . Результатом стало медленное, но неуклонное внедрение как электрической, так и дизельной тяги, продолжавшееся примерно до 1975 года, когда были списаны их последние паровозы. [17] В США пар ушел примерно в 1960 году, [18] на 15 лет раньше, чем в СССР.

После того, как дизелизация и электрификация полностью заменили пар, они начали переводить дизельные линии в электрические, но темпы электрификации замедлились. К 1990 году более 60% железнодорожных грузов перевозилось на электрической тяге. [19] [20] Это составляло около 30% грузов, перевозимых всеми железными дорогами мира (всеми типами локомотивов) [21], и около 80% грузовых перевозок в США (где железнодорожные перевозки занимали почти 40%). % модальной доли ). [22] междугородных грузовых тонно-миль. СССР перевозил по железной дороге больше грузов, чем все другие страны мира вместе взятые, и большая часть из них шла по электрифицированным железным дорогам.

Постсоветская эпоха [ править ]

После распада Советского Союза в 1991 году железнодорожное движение в России резко сократилось [23], и новые крупные проекты электрификации не были реализованы, но работа над некоторыми незавершенными проектами продолжалась. Линии в Мурманск была завершена в 2005 году [24] [25] Электрификация последнего сегмента Транссибирской магистрали из Хабаровска до Владивостока была завершена в 2002 г. [26] К 2008 году в т-км , буксируемых электропоездами в Россия увеличила железнодорожные перевозки примерно до 85%. [19]

Энергоэффективность [ править ]

По сравнению с дизелями [ править ]

Отчасти из-за неэффективной выработки электроэнергии в СССР (тепловой КПД всего 20,8% в 1950 г. против 36,2% в 1975 г.) в 1950 г. дизельная тяга была примерно в два раза энергоэффективнее электрической тяги [27] (в пересчете на чистые тонно-километры). груза на кг «условного топлива» [28] ). Но по мере повышения эффективности производства электроэнергии [29] (и, следовательно, электрической тяги) примерно к 1965 году электрические железные дороги стали более эффективными, чем дизельные. После середины 1970-х годов электричество потребляло примерно на 25% меньше топлива на тонно-километр. Однако дизели в основном использовались на однопутных линиях с изрядной загруженностью [30]где дизельные поезда тратят энергию на торможение до остановки, чтобы обойти встречные поезда. Таким образом, более низкий расход топлива электрики может быть отчасти из-за лучших условий эксплуатации на электрифицированных линиях (например, с двойным трекингом), а не из-за собственной энергоэффективности. Тем не менее, стоимость дизельного топлива была примерно в 1,5 раза [31] (на единицу содержания тепловой энергии) выше, чем стоимость топлива, используемого на электростанциях (вырабатывающих электроэнергию), что делало электрические железные дороги еще более энергоэффективными.

Помимо повышения эффективности электростанций, произошло повышение эффективности (между 1950 и 1973 годами) использования этой электроэнергии железными дорогами, при этом энергоемкость снизилась с 218 до 124 кВт-ч / 10 000 брутто-тонно-км (как для пассажирских, так и для грузовых поездов). или падение на 43%. [32] Поскольку энергоемкость является обратной по отношению к эффективности использования энергии, она падает с ростом эффективности. Но большая часть этого 43% -ного снижения энергоемкости также пошла на пользу дизельной тяге. Переоборудование ступичных подшипников с скольжения на роликовые, увеличение веса поезда, [33]преобразование однопутных линий в двухпутные (или частично двухпутные) и отказ от устаревших двухосных грузовых вагонов повысили энергоэффективность всех видов тяги: электрической, дизельной и паровой. [32] Однако осталось снижение энергоемкости на 12–15%, что пошло только на пользу электрической тяге (а не дизелю). Это было связано с усовершенствованием локомотивов, более широким использованием рекуперативного торможения (которое в 1989 году повторно использовало 2,65% электроэнергии, используемой для тяги [34] ), удаленного управления подстанциями, лучшего управления локомотивом локомотивной бригадой и усовершенствований. в автоматизации. Таким образом, общий КПД электрической тяги по сравнению с дизельной более чем удвоился с 1950 по середину 1970-х гг.Советский Союз . Но после 1974 г. (по 1980 г.) не произошло улучшения энергоемкости (Вт / тонно-км) отчасти из-за увеличения скорости пассажирских и грузовых поездов. [35]


DC против AC [ править ]

В 1973 году (согласно таблице ниже) тяга постоянного тока при 3000 вольт потеряла примерно в 3 раза больше энергии (в процентном отношении) в цепной цепи, чем переменный ток при 25000 вольт. Парадоксально, но оказалось, что локомотивы постоянного тока в целом несколько более эффективны, чем локомотивы переменного тока. «Вспомогательные электродвигатели » в основном используются для электрического оборудования с воздушным охлаждением, такого как тяговые электродвигатели . Электровозы концентрируют мощное электрическое оборудование на относительно небольшом пространстве и, следовательно, требуют сильного охлаждения. [36] Согласно приведенной ниже таблице, для этого используется значительное количество энергии (11–17%), но при работе на номинальной мощности используется только 2–4%. [37] Тот факт, что охлаждающие двигатели все время работают на полной скорости (и мощности), делает их потребляемую мощность постоянной, поэтому, когда двигатели локомотивов работают на малой мощности (намного ниже номинального режима), процент этой мощности, используемой для охлаждающих нагнетателей, становится равным намного выше. В результате в реальных условиях эксплуатации процент энергии, используемой для охлаждения, в несколько раз превышает «номинальную». Согласно приведенной ниже таблице, локомотивы переменного тока использовали для этой цели примерно на 50% больше энергии, поскольку помимо охлаждения двигателей, нагнетатели должны охлаждать трансформатор , выпрямители и сглаживающий реактор (индукторы), которые в большинстве случаев отсутствуют на локомотивах постоянного тока. [38] 3-фазный переменный ток для этих электродвигателей нагнетателя подается от вращающегося фазового преобразователя, который преобразует одну фазу (от контактной сети через главный трансформатор) в 3-фазную (а это также требует энергии). Когда требуется меньшее охлаждение, предлагается уменьшить скорость вентилятора. [39]

% Потери (и использованная) электроэнергии [40]
Тип токаОКРУГ КОЛУМБИЯAC
Контактная сеть8.02,5
Подстанции4.02.0
Бортовой выпрямитель04.4
Вспомогательные электродвигатели11.017.0
Тяговые двигатели и шестерни77,074,1
Общее100100

КПД тягового двигателя и шестерен [ править ]

Хотя приведенная выше таблица показывает, что около 75% электроэнергии, подаваемой на железнодорожную подстанцию, фактически достигает электрических тяговых двигателей локомотива, остается вопрос, сколько энергии теряется в тяговом двигателе и простой зубчатой ​​передаче (только два зубчатые колеса). Некоторые в СССР думали, что это около 10% (эффективность 90%). [41] Но в противовес этому утверждалось, что фактические потери были значительно выше, чем это, поскольку средняя мощность, используемая локомотивом в «движении», составляла лишь примерно 20% от номинальной мощности, с более низким КПД на более низких уровнях мощности. Однако проверка русских книг по этому вопросу показывает, что сторонники 90% эффективности, возможно, не слишком далеки от истины. [42]

При вычислении среднего КПД за период времени необходимо взять среднее значение КПД, взвешенное как произведение потребляемой мощности и времени (этого сегмента потребляемой мощности): где - потребляемая мощность, а - КПД за время [43] Если КПД низкий при очень низкой мощности, тогда этот низкий КПД имеет низкий вес из-за низкой мощности (и небольшого количества потребляемой энергии). И наоборот, высокий КПД (предположительно при большой мощности) имеет большой вес и, следовательно, имеет большее значение. Это может привести к более высокой средней эффективности, чем было бы получено простым усреднением эффективности по времени. Еще одно соображение заключается в том, что кривые КПД (которые показывают зависимость КПД от тока) имеют тенденцию быстро падать как при низком токе, так и при очень высоком токе для КПД тягового двигателя и при низкой мощности для КПД редуктора), поэтому это не линейная зависимость. Исследования [44]для тепловозов показывают, что нижние отметки (кроме отметки 0, которая является «мотором выключен») контроллера (и особенно отметка 1 - самая низкая мощность) используются гораздо реже, чем более высокие отметки. При очень высоких токах резистивные потери велики, поскольку они пропорциональны квадрату тока. В то время как локомотив может превышать номинальный ток, если он идет слишком высоко, колеса начнут буксовать. [45] Таким образом, остается вопрос без ответа: как часто и как долго превышается номинальный ток? Инструкции по запуску поезда с остановки [46] предлагают превышение силы тока там, где колеса обычно начинали бы пробуксовывать, но чтобы избежать такого скольжения, поместив песок на рельсы (либо автоматически, либо нажав кнопку «песок» так же, как колеса начинают буксовать).

Анализ графика КПД редуктора тягового двигателя [47] показывает КПД 98% при номинальной мощности, но только КПД 94% при 30% номинальной мощности. Чтобы получить КПД двигателя и шестерен (соединенных последовательно), эти два КПД необходимо умножить. Если утяжеленный тяговый двигательэффективность составляет 90%, затем 90% x 94% = 85% (очень приблизительная оценка), что не намного ниже оценки 90% сторонников, упомянутых выше. Если согласно таблице 75% мощности на подстанцию ​​поступает на двигатели локомотивов, то 75% x 85 = 64% (примерно) мощности на подстанцию ​​(от электросети СССР) поступает на колеса локомотивов в виде механических энергия тянуть поезда. При этом не учитывается мощность, используемая для «домашнего хозяйства» (обогрев, освещение и т. Д.) В пассажирских поездах. Это во всем диапазоне условий эксплуатации в начале 1970-х годов. Есть несколько способов значительно улучшить этот показатель в 64%, и при этом не учитывается экономия за счет регенерации (использование тяговых двигателей в качестве генераторов для возврата мощности на контактную сеть для питания других поездов).

Экономика [ править ]

В 1991 году (последний год существования Советского Союза ) стоимость электрификации одного километра составляла 340–470 тысяч рублей [48] и требовалось до 10 тонн меди. Таким образом, электрифицировать было дорого. Стоит ли экономия за счет электрификации затрат? По сравнению с неэффективными паровозами, аргументы в пользу электрификации легкие. [49] Но чем электрификация экономически соотносится с тепловозами, которые начали вводить в СССР в середине 1930-х годов и были значительно дешевле паровой тяги? [50] Позже были даже написаны целые книги на тему сравнения экономии электрической и дизельной тяги [51]

Электрификация требует высоких фиксированных затрат, но приводит к экономии эксплуатационных расходов на перевозку тонно-километра. Чем больше тонно-км, тем больше эта экономия, так что более высокий трафик приведет к экономии, которая более чем покрывает постоянные расходы. Крутые уклоны также способствуют электрификации, отчасти потому, что рекуперативное торможение может рекуперировать часть энергии при спуске по уклону. Использование приведенной ниже формулы для сравнения дизельного топлива с электрическим на двухколейной линии с градиентом Ruling от 0,9 до 1,1% и плотностью около 20 миллионов т-км / км (или выше) приводит к снижению затрат на электроэнергию с предполагаемой требуемой доходностью 10%. по капитальным вложениям. [52] Для меньшего трафика дизельная тяга будет более экономичной в соответствии с этой методикой.

Формула возврата инвестиций [ править ]

Предполагается, что решение о электрификации должно основываться на окупаемости инвестиций, и приводятся примеры, предлагающие электрификацию только в том случае, если инвестиции в электрификацию не только окупятся за счет более низких эксплуатационных расходов, но, кроме того, дадут процентную отдачу от инвестиций. Примерный процент возврата инвестиций составляет 10% [53] и 8%. [54] При сравнении двух (или более) альтернатив (таких как электрификация или дизелизация железнодорожной линии) рассчитывается общая годовая стоимость, используя определенный процентный доход на капитал, а затем выбирается вариант с наименьшими затратами. Формула общих годовых затрат: Э прi = Э i + Е н К i [55]где индекс i - это i-я альтернатива (все остальные буквы, кроме i, в русском алфавите ), Э i - годовая стоимость альтернативы i (включая амортизацию капитала), Е н - процентная ставка, а К i - стоимость (цена) капитальных вложений для альтернативы i. Но ни в одной из цитируемых здесь (и в других местах) ссылок Е н процентная ставка. Вместо этого они описывают это как величину, обратную количеству лет, необходимых для того, чтобы чистая прибыль от инвестиций окупилась, где чистая прибыль рассчитывается за вычетом «затрат на амортизацию» инвестиций. Кроме того, в разных книгах для этой формулы иногда используются разные буквы.

Затраты на топливо / электроэнергию [ править ]

В начале 1970-х годов затраты на обеспечение механической энергией для движения поездов (эксплуатационные расходы локомотивов) составляли 40–43% от общих эксплуатационных расходов железных дорог. [56] Сюда входят расходы на топливо / электроэнергию, эксплуатацию / техническое обслуживание локомотивов (включая заработную плату бригады), обслуживание системы электроснабжения (для электрифицированных линий) и амортизацию. Из затрат на обеспечение этой механической энергией (затраты на эксплуатацию локомотива) затраты на топливо и электроэнергию составили 40–45%. Таким образом, затраты на топливо / электроэнергию являются очень важными составляющими затрат, а электрическая тяга обычно потребляет меньше энергии (см. №Энергетическая эффективность ).

Можно построить график стоимости топлива в год как функцию транспортного потока (в чистых тоннах / год в одном направлении) для различных допущений (основных классов, модели локомотива, одно- или двухколейных путей [57] и цен на топливо / мощность), в результате чего · В большом количестве таких построенных кривых. [58] Для начала 1970-х годов при ценах на энергию 1,3 коп. / КВт · ч и 70 руб. / Тонну для дизельного топлива эти кривые (или таблицы на их основе) показывают, что затраты на топливо / электроэнергию для работы на дизельном топливе примерно в 1,5–2 раза выше, поскольку для электрического. [59] Точное соотношение, конечно, зависит от различных предположений и, в крайних случаях, от низких цен на дизельное топливо (45руб. / т ) и высокой стоимости электроэнергии (1,5 коп. / кВт · ч ), затраты на дизельное топливо при движении по железной дороге ниже затрат на электроэнергию. [60] Все эти кривые показывают, что разница в стоимости энергии (дизельной и электрической) увеличивается с увеличением транспортного потока. Вышеупомянутые кривые можно аппроксимировать кубическими функциями транспортного потока (в тоннах нетто / год) с коэффициентами, являющимися линейными функциями цен на топливо / электроэнергию. В математике такие коэффициенты обычно изображаются как константы, но здесь они также являются математическими функциями [61] Такое использование математических формул облегчает компьютеризированную оценку альтернатив.

Нетопливные / энергетические затраты [ править ]

В некотором смысле это компоненты затрат на механическую энергию, подаваемую на колеса локомотива, но они не являются ни жидким топливом, ни электричеством. Хотя электрическая тяга обычно экономит на расходах на топливо / электроэнергию, как насчет других сравнений затрат? Из затрат на эксплуатацию локомотивов затраты на техническое обслуживание и ремонт электровозов составили около 6% по сравнению с 11% для тепловозов. [56] Помимо более низких затрат на техническое обслуживание / ремонт, утверждается, что затраты на рабочую силу (бригаду) при эксплуатации электровозов немного ниже для электриков. Затраты на смазку меньше у электриков (у них нет дизельных двигателей, которые нужно заливать смазочным маслом). [62]

Противодействием экономическим преимуществам электрической тяги являются стоимостные недостатки электрификации: в первую очередь затраты на контактную сеть и подстанции (включая затраты на техническое обслуживание). Оказывается, примерно половина годовых затрат идет на амортизацию, чтобы окупить первоначальную стоимость установки, а другая половина - на техническое обслуживание. [63] Важным фактором было использование железнодорожной электроэнергетической системы в Советском Союзе.для подачи электроэнергии в жилые дома, фермы и отрасль, не относящуюся к железнодорожному транспорту, которая в начале 1970-х годов составляла около 65% электроэнергии, потребляемой поездами. Таким образом, разделение затрат на электрификацию с внешними потребителями электроэнергии снижает затраты на электрификацию железных дорог, что приводит к сокращению ежегодных затрат на электрификацию на 15–30%. Утверждается, что такое разделение затрат несправедливо благоприятствовало внешним потребителям электроэнергии за счет железной дороги. [64] Однако (в начале 1970-х годов) утверждалось, что годовые затраты на электрификацию железных дорог (включая техническое обслуживание) составляли от трети до половины выгоды от экономии затрат на топливо, таким образом, в пользу электрической тяги (если процентная стоимость капитала составляет пренебрегают и трафик довольно высок).

Исторические затраты на эксплуатацию локомотива: электрический против дизельного [ править ]

В следующей таблице показаны эти затраты как для 1960, так и для 1974 года в рублях на 100 000 тонно-км валовой перевозки груза. Эти затраты включают капитальные затраты за счет амортизационных отчислений (в неинфляционной среде).

Стоимость эксплуатации локомотива, руб. / 10 5 ткм брутто [65]
Год1960 г.1974 г.
Тип ЛокомотивЭлектрическийДизельЭлектрическийДизель
Общая стоимость эксплуатации35,1335,3435,148,8
В том числе:
Ремонт и обслуживание локомотивов1,273,391.43,72
Электричество или топливо15,4212,9115,1821,18
Заработная плата локомотивных бригад4,695,844,336,25
Накладные расходы и прочее4,097,164,519,44
Амортизация9,996.579,688,12

Отметим, что «амортизация» электрической тяги включает расходы на техническое обслуживание и амортизацию контактной сети и электрических подстанций. По обоим типам тяги включена амортизация ремонтных мастерских. По дизельной тяге идет амортизация топливозаправочного хозяйства. Более высокая амортизация тепловоза более чем компенсируется амортизацией контактной сети и подстанций в случае электрической тяги.

В 1960 году электрическая и дизельная были примерно равны по стоимости, но в 1974 году, после значительного повышения цен на дизельное топливо из-за нефтяного кризиса 1973 года , электрическая тяга стала дешевле. Обратите внимание, что к амортизации не добавляются проценты.

Сравнение общих годовых затрат [ править ]

По расчетам Дмитриева [66], даже линия с низкой плотностью движения 5 млн т-км / км (в обе стороны) окупит затраты на электрификацию при нулевой процентной ставке (Е н = 0) [67] (без возврата инвестиций). По мере увеличения плотности движения увеличивается соотношение годовых расходов на дизельное топливо и электричество (включая амортизацию). В крайнем случае (плотность движения 60 млн. Тонно-км / км и 1,1% преобладающего уровня) эксплуатационные расходы дизельного топлива (включая амортизацию) на 75% выше, чем затраты на электроэнергию. Таким образом, электрифицировать линии с высокой плотностью движения действительно выгодно.

Соотношение годовых эксплуатационных затрат: дизель / электричество. Включает амортизацию. Правящая оценка 0,9%.[68]
Кол-во трековОдиночный трекДвойная дорожка
Плотность в млн. Тонно-км / км (сумма в обоих направлениях)51015204060
Соотношение эксплуатационных расходов: дизель / электричество, в%104119128131149155

Электрические системы [ править ]

Напряжение и ток [ править ]

Электрический многоканальный блок ER2

Первоначально в СССР было напряжение 1500 В постоянного тока (позже преобразованное в 3000 В в 1960-х) [69], а в начале 1930-х годов было выбрано 3000 В постоянного тока для электрификации магистральной линии. Даже тогда было понятно, что это напряжение 3 кВ было слишком низким для контактной сети, но слишком высоким, чтобы быть оптимальным для тяговых двигателей. Решение проблемы состояло в том, чтобы использовать 25 кВ переменного тока для контактной сети и обеспечить бортовые трансформаторы для понижения 25 кВ до гораздо более низкого напряжения, после чего оно было выпрямлено, чтобы обеспечить более низкое напряжение постоянного тока. Но только в конце 1950-х годов электрификация переменного тока стала значительной. [70] Другое предложение заключалось в использовании 6 кВ постоянного тока \ [71] [72] и снижении постоянного высокого напряжения с помощью силовой электроники.раньше его применяли к тяговым электродвигателям. Был изготовлен только один экспериментальный поезд на напряжение 6 кВ, который работал только в 1970-х годах, но был снят с производства из-за низкого качества электрического оборудования. [73] В последние годы существования Советского Союза велись дебаты о том, следует ли преобразовать систему постоянного тока 3000 В в стандартную систему 25 кВ или в систему постоянного тока 12 кВ. [74] Утверждалось, что 12 кВ постоянного тока имеет те же технические и экономические преимущества, что и 25 кВ переменного тока, при меньших затратах и ​​сбалансированной нагрузке на национальную электросеть переменного тока ( реактивной мощности нет.проблема, с которой нужно разобраться). Оппоненты указывали, что такой шаг создаст в СССР третью стандартную систему электрификации. Одно из предложений, использующих 12 кВ, заключалось в создании нового локомотива, который мог бы работать как с проводами 3 кВ, так и с 12 кВ. Он будет преобразовывать 12 кВ в 3 кВ с помощью силовой электроники, а затем использовать 3 кВ (полученные напрямую, если под проводом 3 кВ) для питания асинхронных двигателей, также используя силовую электронику для их управления. [72]

Электровоз постоянного тока ВЛ10

Примеры электровозов [ править ]

(на русском языке ) сайта с 34 статей на 34 советских электровозов

3 кВ постоянного тока [ править ]

  • 2ES10
  • ЧС2
  • ЧС7
  • VL10
  • VL11

25 кВ переменного тока [ править ]

  • ЧС4
  • ЧС8
  • EP200
  • VL60
  • VL80

Двойное напряжение [ править ]

  • EP10
  • EP20
  • ВЛ82М

См. Также [ править ]

  • Электричка
  • Электрификация отделения железной дороги Санкт-Петербурга
  • История железнодорожного транспорта в России
  • Железнодорожный транспорт в Советском Союзе
  • Трамваи Путиловского завода

Заметки [ править ]

  1. ^ a b За 1991 год см. РИА Новости (РИА Новости; РИА = Российское информационное агентство) 29.08.2004 раздел Экономика (Экономика): «Исполняется 75 лет электрификации железных дорог России» (75 лет электрификации железных дорог в России)
  2. ^ Ицаев таблица 1.2, стр.30. Исаев использует термин «перевозочная робота» (транспортная работа) для обозначения тонно- километра груза, поскольку те же данные, что и в его таблице 1.2, также можно найти в таблице 4 Димитриев (стр. 43), где это более точно обозначено как «грузообороте». "что однозначно переводится в тонно-километр груза. Итого за 1950 см. Дмитриев, таблица 4., с. 43; но его не удается различить по переменному току или постоянному току, что приводит к пробелам в таблице.
  3. ^ см. «Мистика электрификации» Дэвида П. Моргана, Поезда (журнал), июль 1970 г., стр. 44+. Он заявляет, что электрификация достигла своего пика (в США) в 3100 миль (1,23% маршрутных миль), но не называет дату. Но, судя по контексту, это период между 1924–1957 годами. Последняя крупная электрификация была произведена на Пенсильванской железной дороге во время Великой депрессии.1930-х годов. Поскольку к 1957 году пробег электрифицированных автомобилей уменьшился на 2/3 (по Моргану), то пик должен был быть задолго до 1957. С большой электрификацией Пенси, происходящей в 1930-х годах, общий пробег электрифицированных автомобилей, вероятно, увеличивался. Пик этих рассуждений приходится на конец 1930-х годов. Дмитриев п. 116 утверждает, что с 1938 по 1973 год в США почти не было новой электрификации, что придает большее доверие предполагаемому времени пика. Статистические данные по электрификации можно найти в годовых отчетах ныне несуществующей «Межгосударственной торговой комиссии» (но они еще не проверены). Заголовки включают «Годовой отчет статистики железных дорог в Соединенных Штатах» (до 1955 г.) и «Годовой отчет по статистике транспорта в Соединенных Штатах».
  4. ^ См. "Peoples Daily Online" (на английском языке, газета) 5 декабря 2012 г. Протяженность китайской электрической железной дороги превышает 48 000 км.
  5. ^ Исаев таблица 1.1, с. 22.
  6. ^ Дмитриев (на русском языке ) с.42; Раки (на русском языке ) p.392
  7. ^ аббревиатура от Государственной комиссии по электрификации России (Правительственная комиссия по электрификации России). См Дмитриев (на русском языке ) С. 13-14. ГОЭЛРО (на русском языке )
  8. ^ Дмитриев (на русском языке ) с. 15
  9. ^ Исаев с. 24
  10. ^ Исаев с.30 таблица 1.2, с.24
  11. ^ Раковx (на русском языке ) с. 394+ См. 11.2 Сурамские электровозы (Сурамские электровозы)
  12. ^ Вествуд. См. Стр. 173 и 308: Таблица 36: «Электрификация железных дорог: планы и достижения, 1930-е годы ...»
  13. ^ Плакс (на русском языке ) , 1993, см 1.2 (стр.7 +)
  14. ↑ Морган, Дэвид П., «Мистика электрификации», « Поезда» , июль 1970 г., стр. 44 год
  15. ^ Исаев (на русском языке ) стр.25
  16. ↑ Миддлтон, Уильям Д., «Те русские электрики», « Поезда» , июль 1970 г., стр. 42–3. Миддлтон, Уильям Д. "Когда электрифицировали паровые железные дороги 2-е изд." Univ. of Indiana, 2001. с.238.
  17. ^ Плакс (на русском языке ) , стр. 7 Рис. 1.3
  18. ^ Факты о железной дороге: Таблица: Локомотивы в эксплуатации
  19. ^ a b «Перевозки грузов и грузооборот железнодорожного транспорта общего пользования» . www.gks.ru .
  20. ^ Плакс (на русском языке ) , стр. 3 (№ 3 напечатан на стр., Но имеет заголовок: «От авторов»)
  21. ^ Статистический ежегодник Организации Объединенных Наций (Статистическое управление). См. Таблицы в более ранних выпусках под заголовком «Мировые железнодорожные перевозки». С тех пор эта таблица была снята с производства.
  22. ^ "Транспорт в Америке", Статистический анализ транспорта в Соединенных Штатах (18-е издание), с историческим сборником 1939-1999, Розалин А. Уилсон, паб. Eno Transportation Foundation Inc., Вашингтон, округ Колумбия, 2001 г. См. таблицу: Внутренние тонно-мили в зависимости от режима, стр. 12. Обратите внимание, что «Бюро транспортной статистики» США сообщает более низкую цифру, но его расчет включает не междугородние грузовые перевозки, а также прибрежные перевозки, которые не включены в «Транспорт в Америке».
  23. ^ Статистический ежегодник Организации Объединенных Наций (ООН), 40-я стр. 514; ООН 48-я стр. 527
  24. ^ Электрификация Мурманска (на русском языке)
  25. ^ Электрификация завершена (на русском языке)
  26. ^ "Электрификация Транссиба" . Транссиб .
  27. ^ Планкс Рис. 1.2, стр.6. Дмитриев, Таблица 10, стр. 62-3
  28. ^ Пер Планкс стр.6. «стандартное топливо» - это топливо, которое содержит 23,9 МДж / кг (7000 ккал / кг) при низкой теплоте сгорания.
  29. ^ Дмитриев, Таблица 1, стр.20
  30. ^ Хомич стр.8; Дмитриев п. 131
  31. ^ Плакс, стр.6
  32. ^ a b Перцовский с.39
  33. ^ Более высокий вес может снизить удельное сопротивление поезда из-за экономии на масштабе сопротивления качению и аэродинамического сопротивления.
  34. ^ Калинин стр. 4
  35. ^ Мирошниченко стр.4,7 (рис.1.2б)
  36. ^ Захарченко стр.4
  37. ^ Перцовский с.40
  38. ^ Сидоров 1988 с. 103-4, Сидоров 1980 с. 122-3
  39. ^ Перцовский стр.42, утверждает, что установка преобразователей на локомотивы переменного тока для изменения вспомогательной мощности 50 Гц (для охлаждающих двигателей) на 16 2/3 Гц может снизить потребление воздушного охлаждения в 15 раз. Это означает, что некоторые из воздуходувки будут работать на 1/3 скорости. См. Асинхронный двигатель № Принципы работы, где вращающееся изображение относится к асинхронному, 4-полюсному, 3-фазному двигателю. Шесть таких двигателей (АЭ-92-4 по 40 кВт) использовались на советском тепловозе переменного тока ВЛ60к для охлаждения тяговых двигателей, трансформатора, сглаживающих реакторов, выпрямителей и др. См. Новочеркасский с., 46,58. В соответствии с техническим письмом 2, The New York Blower Company, 7660 Quincy Street, Willowbrook, Illinois 60521. Раздел «Законы о болельщиках», закон 3 [ постоянная мертвая ссылка ]мощность вентилятора зависит от куба скорости, поэтому при 1/3 скорости будет использоваться только 1/27 мощности. Таким образом, утверждение о 15-кратном снижении не является полностью необоснованным.
  40. ^ Перцовский таблица 3, с.41.
  41. ^ Перцовский3, с. 41 год
  42. ^ В книге по эффективности дизельного топлива (Хомич, стр. 10) указано, что время «в движении» включает время, затраченное на остановку, чтобы пропустить другие поезда, а также время, затраченное на движение накатом. Грузовые тепловозы тратили около 1/3 своего времени в пути, двигаясь накатом или останавливаясь (в Советском Союзе поезда делали много движения накатом для экономии энергии). Если бы та же статистика относилась к электровозам, процент использования мощности увеличился бы с 20% до примерно 30%, поскольку тяговые двигатели отключались бы в 1/3 случаев, и это время не должно учитываться, поскольку вопрос должно быть «в то время, когда локомотив подает мощность, какой процент мощности локомотива используется». Эффективность зависит от различных факторов. Винокуров п.101 показывает КПД, достигающий максимума при 75% номинального тока, что составляет не более 75% номинальной мощности. Для низкоскоростной работы он показывает максимальный КПД примерно при 40% номинального тока. Он утверждает, что КПД колеблется от 90 до 95%, но кривые показывают менее 80% при очень низких (10% от номинального) или очень высоких токах (125% от номинала). Эффективность также зависит от величины ослабления магнитного поля (Винокуров, стр. 54, рис. 11). Нижние поля более эффективны.Нижние поля более эффективны.Нижние поля более эффективны.
  43. ^ Если кто-то ищет термический КПД, мощность обычно означает выходную мощность (механическую или электрическую). В этом случае необходимо взять средневзвешенное гармоническое значение КПД, взвешенное по выходной мощности, как в уравнении на стр. 7 из Хомич
  44. ^ Хомич С. 10-12
  45. ^ Новочеркасский с. 259, рис. 222. показаны кривые скорость-ток для каждого из 33 положений регулятора (плюс 3 положения ослабления поля), и пересечение этих кривых представляет собой жирную линию предела сцепления, при котором колеса могут начать пробуксовывать.)
  46. ^ Новочеркасский с. 308
  47. ^ Захарченко с. 19 рис. 1,7
  48. ^ Планкс стр.7
  49. ^ Дмитриев стр. 105-6
  50. ^ Дмитриев с. 34, Раков гл. 11 Электровозы (Электровозы) стр. 392
  51. ↑ Одна из таких книг - Дмитриев, а внизу страницы 118 перечислены несколько организаций, опубликовавших отчеты по этой теме.
  52. ^ Дмитриев, с. 237
  53. ^ Дмитриев: 0,1 (10%) заменяется на стр. 245 в формулу внизу стр. 244
  54. ^ БСЭ = Большая Советская Энциклопедия; Приведённые затраты (общая стоимость, включая проценты)
  55. ^ Дмитриев с. 236
  56. ^ а б Дмитриев р. 225
  57. ^ Для однопутных поездов противоположные поезда должны останавливаться на разъездах, чтобы обойти друг друга, что приводит к большему потреблению энергии (и большему потенциалу рекуперативного торможения ).
  58. ^ Дмитриев с. 226, рис. 31,32
  59. ^ Дмитриев стр. 228-9
  60. ^ Дмитриев с. 228, таблица 58
  61. ^ Дмитриев стр. 226-7
  62. ^ Дмитриев с.231 таблица 60
  63. ^ Дмитриев с. 229, таблица 59
  64. ^ Дмитриев с. 230
  65. ^ Дмитриев с.55
  66. ^ Дмитриев с. 233 таблица 61
  67. ^ См. # Формула возврата инвестиций.
  68. ^ Дмитпиев с. 233, таблица 61
  69. ^ Исаев стр.30, таблица 1.2.
  70. ^ См. Отрывок этой страницы
  71. ^ См. Русскоязычную вики-страницу по 6 кВ: Электроподвижной состав на напряжение 6000 В
  72. ^ а б Исаев с.345, рис. 12.3
  73. ^ Мирошниченко с. 174, строки 1–9
  74. ^ Фукс Н.Л. "О выборе системы электрической тяги" (О выборе систем электрической тяги) Ж / Д Транс. 3-1989, стр. 38-40

Библиография (на английском языке) [ править ]

Вествуд Дж. Н. "Транспорт", глава в книге "Экономическая трансформация Советского Союза, 1913-1945" изд. Дэвис, Р. В. и др., Cambridge University Press, 1994.

Библиография (на русском языке ) [ править ]

  • Винокуров В.А., Попов Д.А. "Электрические машины железно-доровного транспорта", Москва, Транспорт, 1986,. ISBN 5-88998-425-X , 520 стр. 
  • Дмитриев, В. А .; "Народнохозяйственная эффективность электрификации железных дорог и применения тепловозной тяги", Москва, "Транспорт" 1976.
  • Захарченко Д.Д., Ротанов Н.А. «Тяговые электрические машины» (Тяговые электрические машины) Москва, Транспорт, 1991, ISBN 5-277-01514-0 . - 343 с. 
  • Ж / Д Транс. = Железнодорожный транспорт (Железнодорожный транспорт = Железнодорожный транспорт) (журнал)
  • Исаев, И. П .; Фрайфельд, А. В .; "Беседы об электрической железной дороге" Москва, "Транспорт", 1989.
  • Калинин, В.К. «Электровозы и электроноезда» (Электровозы и электропоезда) Москва, Транспорт, 1991. ISBN 978-5-277-01046-4 , ISBN 5-277-01046-7  
  • Курбасов А.С., Седов, В.И., Сорин, Л.Н. «Проектипование тягожых электро-двигателей» (Проектирование тяговых электродвигателей) Москва, транспорт, 1987.
  • Мирошниченко, Р.И., "Режимы работы электрифицированных участков", Москва, Транспорт, 1982.
  • Новочеркасский электровозостроительный завод (Novocherkass электровоз завод) "Электровоз БЛ60 ^ к Руководство по эксплутации" (Электровоз VL60 к , Рабочий справочник), Москва, Транспорт, 1976 г. *
  • Перцовский, Л. М .; «Энргетическая эффективность электрической тяги», Железнодорожный транспорт (журнал), №12, 1974 г. с. 39+
  • Плакс, А. В. & Пупынин, В. Н., "Электрические железные дороги", Москва "Транспорт" 1993.
  • Раков, В. А., "Локомотивы отечественных железных дорог 1845-1955" (Локомотивы железных дорог нашей страны) Москва "Транспорт" 1995.
  • Сидоров Н.И., Сидорожа Н.Н. "Как устроен и работает эелктровоз" (Как устроен и работает эелктровоз) Москва, Транспорт, 1988 (5-е изд.) - 233 стр., Как устроен и работает электровоз в Google Книгах ISBN 978-5-458-48205-9 . 1980 (4-е изд.). 
  • Хомич А.З. Тупицын О.И., Симсон А.Э. «Экономия топлива и теплотехническая модернизация тепловозов» - Москва: Транспорт, 1975 - 264 с.
  • Цукадо П.В., Экономия электроэнергии на электро-подвижном составе, Москва, Транспорт, 1983 - 174 с.