Опыт электрификации железной дороги Зеебах-Веттинген (1905–1909) стал важной вехой в развитии электрических железных дорог . Компания Maschinenfabrik Oerlikon (MFO) продемонстрировала пригодность однофазного переменного тока при высоком напряжении для эксплуатации железных дорог на большие расстояния с помощью испытательной установки однофазного переменного тока Seebach-Wettingen. С этой целью компания MFO за свой счет электрифицировала 19,45-километровую трассу Швейцарских федеральных железных дорог (SBB) от Зеебаха до Веттингена, используя однофазный переменный ток напряжением 15 000 вольт.
Обзор
К 1900 году использование постоянного тока (DC), обычно 500-600 вольт, для питания электрических трамваев и поездов было широко распространено. Примеры включают трамваи в Будапеште (с 1887 года) и Ливерпульскую надземную железную дорогу (открыта в 1893 году). Это было удовлетворительным для городских систем, но для железных дорог дальнего следования было желательно более высокое напряжение, чтобы уменьшить потери энергии. Линия Вальтеллина длиной 106 км в Италии была электрифицирована с использованием трехфазного переменного тока (переменного тока) при напряжении 3000 вольт и открыта 4 сентября 1902 года. Система была спроектирована Калманом Кандо и командой завода Ганца в Будапеште . Это был прогресс, но у трехфазной системы были недостатки. Требовалось два воздушных провода, и это ограничивало напряжение, потому что два провода должны были пересекаться в местах соединения. Использование однофазного переменного тока, для которого требовался только один воздушный провод, сдерживалось отсутствием подходящих двигателей. В трехфазной системе использовались асинхронные двигатели, но однофазный универсальный двигатель находился в зачаточном состоянии, и возникали проблемы с перегревом и чрезмерным искрением на коммутаторе .
В исследовании Зеебаха-Веттингена использовались два разных подхода. Первый заключался в том, чтобы подавать питание на стандартную сетевую частоту 50 Гц и использовать роторный преобразователь на локомотиве, чтобы преобразовать его в постоянный ток для тяговых двигателей. Второй заключался в использовании низкочастотного (15 Гц) источника питания универсальных двигателей на локомотиве. Ожидалось, что низкая частота сведет к минимуму проблемы перегрева и искрения, и это действительно так.
Испытательный трек эксплуатировался между 1905 и 1909 годами и предоставил доказательства строительства воздушных линий и пантографов, позволяющих работать с напряжением 15000. Из-за высокого напряжения в деревянных пассажирских вагонах было установлено устройство, защищающее пассажиров от последствий контакта с провисшими воздушными линиями.
Экспериментальная работа на 50 герц
По предложению MFO, Швейцарские федеральные железные дороги (SBB) 31 мая 1902 года согласились организовать пробную эксплуатацию на трассе Зеебах-Веттинген с однофазным переменным током 15000 вольт. Эта система позволила установить более высокое напряжение на воздушной линии, чем обычно, в то время, и, следовательно, увеличить расстояние между подстанциями , и использовать однопроводную вместо двухпроводной воздушной линии, которая тогда успешно использовалась на трехфазных маршрутах в северной Италии.
Поскольку тяговые двигатели еще не могли работать на однофазном переменном токе с использованием технологий того времени, MFO сначала построила четырехосный пилотный локомотив № 1 с роторным преобразователем , который преобразовал напряжение воздушной линии переменного тока 15000 вольт в переменное. постоянный ток для работы тяговых двигателей . Система вращающегося преобразователя была запатентована, патент US754565 от 1904 г. [1]
Перед началом эксплуатации испытательного трека компания MFO завершила электрификацию примерно 700-метрового соединительного пути их заводских помещений со станцией в Зеебахе, и были начаты испытания локомотива-преобразователя. 16 января 1905 года начались регулярные пробные рейсы между Зеебахом и Аффольтерном по расписанию, установленному SBB. Для этих поездок до 10 ноября 1905 года использовался конвертерный тепловоз №1.
Экспериментальная операция на 15 Гц
Работа с конвертерным тепловозом продолжалась недолго. Летом 1904 года компания MFO представила локомотив № 2 с двигателями переменного тока, но с частотой 15 Гц вместо 50 Гц. Благодаря пониженной частоте, а также компенсационной обмотке, однофазный двигатель, разработанный Гансом Бен-Эшенбургом из MFO, имел характеристики, аналогичные характеристикам двигателя постоянного тока, а искрение на коммутаторе было значительно уменьшено. [1] [2]
Воздушная линия с частотой 50 Гц вызвала сильные помехи на телефонной линии из Цюриха в Баден, которая шла параллельно железнодорожной линии. Снижение частоты до 15 герц привело к улучшению. Модификация двигателей и использование витой пары на телефонной линии привели к исчезновению помех.
Несмотря на различное электрооборудование, механические части локомотивов № 1 и 2 были похожи, за исключением того, что № 2 имел две кабины машиниста. Электроснабжение было изменено 11 ноября 1905 года с 50 Гц на 15 Гц, и поезд взял на себя локомотив № 2. Чтобы и дальше можно было использовать локомотив № 1, его переоборудовали с двигателями переменного тока 15 Гц, чтобы они соответствовали № 2, и сняли преобразователь. Эти два локомотива стали образцом для низкочастотных локомотивов переменного тока, которые строились до 1970-х годов в Германии, Австрии, Швейцарии, Норвегии и Швеции. 2 июня 1906 года опытная эксплуатация была продлена до Регенсдорфа.
По финансовым причинам MFO приняла предложение Siemens-Schuckert принять участие в дальнейших экспериментах с третьим локомотивом. Паровоз № 3 был доставлен 3 августа 1907 г., но 7 октября 1907 г. вышел из строя из-за перегрева.
Выработка энергии
На заводе Maschinenfabrik Oerlikon была построена небольшая паровая электростанция для обеспечения энергией линии Зеебах-Веттинген. Трубчатые котлы, в которых производился пар для турбины, имели поверхность нагрева 300 м² каждый и производили 18 000 кг пара в час. Трехступенчатая паровая турбина работала со скоростью 3000 оборотов в минуту. Производимый трехфазный ток имел напряжение 230 вольт и частоту 50 герц, что соответствовало действующей на заводе электростанции. Преобразовательная подстанция с буферизацией переменного тока размещалась в специальном здании, расположенном рядом с паротурбинной установкой. Две группы преобразователей имели мощность 700 и 500 киловатт. Резервная батарея из 375 элементов имела емкость 592 ампер-часа. Рядом с машинным отделением находилось трансформаторное, в котором четыре трансформатора повышали напряжение однофазного тока с 700 до 15000 вольт. Точная компоновка преобразовательной подстанции неясна, но наличие батарей предполагает, что она использовала встречное соединение . Трехфазный переменный ток должен быть преобразован в постоянный ток, а затем постоянный ток преобразован в однофазный переменный ток.
Контактная сеть
- Зеебах в Регенсдорф
На участке от Зеебаха до Регенсдорфа компания MFO провела испытания воздушной линии на обочине пути. Коллектор тока , установленный на крыше локомотива, так называемый хвост, состоял из слегка изогнутой трубки с заменяемой контактной полосой. Трубка с силой пружины прижималась к контактному проводу и могла описывать более полукруга, так что контакт с контактным проводом сверху, сбоку или снизу был возможен. Обычно провод располагался сбоку от рельсового пути. Система оказалась ненадежной на скоростях выше 50 км / час.
- Регенсдорф в Веттинген
На участке от Регенсдорфа до Веттингена компания Siemens-Schuckert установила стандартную контактную сеть, и 1 декабря 1907 года ее эксплуатация была начата. На выходе со станции Регенсдорф воздушная линия проходила примерно на 400 метров параллельно боковой линии, так что токоприемник можно было менять во время движения. Контактный провод располагался на шесть метров выше рельса над серединой пути. Чтобы проверить низкую высоту контактного провода в туннелях и подземных переходах, контактный провод между Отельфингеном и Вюрлосом был проложен всего на 4,8 метра над рельсами на расстоянии одного километра. Пантограф (токосъемник) был пригоден для обоих направлений движения и может следовать высоты различия воздушной линии даже на высоких скоростях. Подъем пантографа производился сжатым воздухом.
После суда
С 4 июля 1909 года линия Зеебах-Веттинген снова начала работать на паровой тяге, а воздушные линии были демонтированы. Поскольку это была вторичная линия с легкими уклонами, SBB не считала ее экономичной для работы на электричестве. Локомотивы № 1 и 2 хранились и в 1919 году были проданы СББ. Локомотив № 3 вернулся в Берлин и был там преобразован в локомотив постоянного тока. В 1944 году он был разрушен в результате бомбардировки.
Несмотря на прекращение операций, попытка увенчалась успехом. В 1907 году MFO поставила железнодорожные вагоны BCFe 4/4 на Maggiatalbahn для работы при 5000 вольт, 20 Гц. В июле 1910 года Бернская альпийская железнодорожная компания Берн - Лёчберг - Симплон (BLS) открыла свой испытательный трек Шпиц-Фрутиген, электрифицированный на 15000 вольт, 15 герц. В 1913 году Пруссия , Бавария и Баден совместно определили частоту тягового тока 16 Гц, после чего BLS также приняла эту частоту. 15 июля 1913 года BLS начал непрерывную работу между Шпицем и Бригом, используя 15 000 вольт, 16 Гц. В том же году Ретийская железная дорога открыла свою линию в Энгадине с напряжением 16 Гц, но с напряжением 11 000 вольт. С 7 июля 1919 года SBB эксплуатировала свою фидерную линию от Берн-Туна до Lötschbergstrecke, используя 15000 вольт, 16 ⅔ герц, а с 28 мая 1922 года поезда на готтардском маршруте SBB начали работать на электричестве.
Смотрите также
- Электрификация железных дорог переменного тока 15 кВ
- Электрификация железной дороги трехфазным переменным током
Рекомендации
- ^ «Данные» . e-periodica.ch .
- ^ «Данные» . e-periodica.ch .
Источники
- Эмиль Хубер: Elektrische Traktion auf normalen Eisenbahnen: Ausführung eines Vortrages. В: Schweizerische Bauzeitung (SBZ). (в архиве: E-Periodica der ETH-Bibliothek):
Teil I. В: SBZ, том 39 (1902), выпуск 10 (PDF, 1,6 МБ),
Teil II. В: SBZ, том 39 (1902), выпуск 11 (PDF, 6,8 МБ)
Teil III und Schluss. В: SBZ, том 39 (1902), выпуск 12 (PDF, 3,8 МБ) - W. Kummer: Messresultate und Betriebserfahrungen an der Einphasenwechselstromlokomotive mit Kollektormotoren auf der Normalbahnstrecke Seebach-Wettingen. В: Schweizerische Bauzeitung (SBZ), том 48 (1906), выпуск 13. (архив: E-Periodica der ETH-Bibliothek. PDF, 5,2 МБ)
- В. Куммер: Зеебах-Виттинген: технические унд виртшафтлих эргебнисс дер электричешен трактионс-Версуче. В: Schweizerische Bauzeitung (SBZ). (в архиве: E-Periodica der ETH-Bibliothek):
I. Vorbereitung und Durchführung des Versuchsbetriebes. В: СБЗ, том 54 (1909), выпуск 4 (PDF, 2,6 МБ)
II. Elektrotechnische und maschinentechnische Ergebnisse. В: SBZ, Volume 54 (1909), Issue 5 (PDF, 1,6 МБ)
(продолжение) и III. Betriebstechnische und wirtschaftliche Ergebnisse. In: SBZ, Volume 54 (1909), Issue 6 (PDF, 3.6 MB)
(заключение) In: SBZ, Volume 54 (1909), Issue 7 (PDF, 1.5 MB) - Хьюго Штудер: Die elektrische Traktion mit Einphasenwechselstrom auf der SBB-Linie Seebach-Wettingen. В: Schweizerische Bauzeitung (SBZ). (в архиве: E-Periodica der ETH-Bibliothek):
I. Allgemeines und Baudaten. и II. Krafterzeugungs-Anlagen. В: SBZ, Volume 51 (1908), Issue 15 (PDF, 6,8 МБ)
III. Die Fahrleitung. а) Rutenleitung. В: SBZ, том 51 (1908), выпуск 16 (PDF, 4,8 МБ)
III. Die Fahrleitung. б) Die Bügelleitung. В: СБЗ, том 51 (1908), выпуск 17 (PDF, 7,0 МБ)
IV. Локомотив. а) Локомотив № 1, как Умформерлокомотив. и б) Локомотив № 2. В: СБЗ, том 51 (1908), выпуск 19 (PDF, 5,9 МБ)
IV. Локомотив. в) Локомотив № 3. , г) Die Lokomotive Nr. 1 , V. Beeinflussung der Schwachstrom-Anlagen. и VI. Betriebsleistungen. В: SBZ, том 51 (1908), выпуск 20 (PDF, 9,0 МБ) - Зеебах-Веттинген: Die Wiege der Elektrifikation der Schweiz. Bundesbahnen. В: Schweizerische Bauzeitung (SBZ), VOlume 119 (1942), выпуск 9. (архив: E-Periodica der ETH-Bibliothek. PDF, 8,6 МБ)