Km đường sắt trên bản đồ. Lưu ý về vận tải đường sắt: về điện khí hóa đường sắt ở Liên Xô và các loại dòng điện trong mạng tiếp xúc - yelkz

Mạng lưới đường sắt của Liên bang Nga khá rộng khắp. Nó bao gồm một số đoạn đường cao tốc, thuộc sở hữu của Công ty Cổ phần Đường sắt Nga. Hơn nữa, tất cả các tuyến đường khu vực đều là chi nhánh chính thức của Công ty Cổ phần Đường sắt Nga, trong khi bản thân công ty này đóng vai trò là nhà độc quyền ở Nga:

Con đường chạy qua lãnh thổ của vùng Irkutsk và Chita cũng như các nước cộng hòa Buryatia và Sakha-Yakutia. Chiều dài của đường cao tốc là 3848 km.

Con đường chạy dọc theo hai hướng vĩ độ song song: Moscow - Nizhny Novgorod - Kirov và Moscow - Kazan - Yekaterinburg, được kết nối bằng đường bộ. Con đường nối các vùng miền Trung, Tây Bắc và Bắc nước Nga với vùng Volga, Urals và Siberia. Đường Gorky giáp với các tuyến đường sắt sau: Moscow (các ga Petushki và Cherusti), Sverdlovsk (các ga Cheptsa, Druzhinino), phía Bắc (các ga Novki, Susolovka, Svecha), Kuibyshevskaya (các ga Krasny Uzel, Tsilna). Tổng chiều dài phát triển của tuyến đường là 12066 km. Chiều dài của tuyến đường sắt chính là 7987 km.

Tuyến đường sắt đi qua lãnh thổ của năm thực thể cấu thành của Liên bang Nga - Lãnh thổ Primorsky và Khabarovsk, Khu tự trị Amur và Do Thái, và Cộng hòa Sakha (Yakutia). Khu vực dịch vụ của nó cũng bao gồm các vùng Magadan, Sakhalin, Kamchatka và Chukotka - hơn 40% lãnh thổ của Nga. Chiều dài hoạt động - 5986 km.

Tuyến đường sắt xuyên Baikal chạy ở phía đông nam nước Nga, xuyên qua lãnh thổ Lãnh thổ xuyên Baikal và Vùng Amur, nằm cạnh biên giới Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa và có tuyến đường sắt biên giới đất liền trực tiếp duy nhất ở Nga thông qua nhà ga Zabaikalsk. Chiều dài hoạt động - 3370 km.

Tuyến đường sắt Tây Siberia đi qua lãnh thổ Omsk, Novosibirsk, Kemerovo, vùng Tomsk, Lãnh thổ Altai và một phần Cộng hòa Kazakhstan. Chiều dài phát triển của các tuyến đường chính của đường cao tốc là 8986 km, chiều dài khai thác là 5602 km.

Con đường hoạt động trong điều kiện địa chính trị đặc biệt. Con đường ngắn nhất từ ​​trung tâm nước Nga đến các nước Tây Âu chạy qua Kaliningrad. Con đường không có biên giới chung với Đường sắt Nga. Tổng chiều dài đường cao tốc là 1.100 km, chiều dài các tuyến đường chính trên 900 km.

Đường cao tốc đi qua bốn vùng lớn - vùng Kemerovo, Khakassia, vùng Irkutsk và Lãnh thổ Krasnoyarsk, kết nối các tuyến đường sắt xuyên Siberia và Nam Siberia. Nói một cách hình tượng, nó là cầu nối giữa phần châu Âu của Nga, vùng Viễn Đông và châu Á. Chiều dài hoạt động của đường Krasnoyarsk là 3160 km. Tổng chiều dài là 4544 km.

Tuyến đường sắt trải dài từ khu vực Moscow đến chân đồi Ural, nối trung tâm và phía tây Liên bang Nga với các khu vực kinh tế xã hội rộng lớn như Urals, Siberia, Kazakhstan và Trung Á. Con đường bao gồm hai đường gần như song song chạy từ Tây sang Đông: Kustarevka - Inza - Ulyanovsk và Ryazhsk - Samara, kết nối tại ga Chishmy, tạo thành một đường đôi kết thúc ở các mũi của Dãy núi Ural. Hai tuyến đường khác Ruzaevka - Penza - Rtishchevo và Ulyanovsk - Syzran - Saratov chạy từ Bắc vào Nam.

Trong ranh giới hiện tại, Đường sắt Mátxcơva được tổ chức vào năm 1959 là kết quả của sự thống nhất toàn bộ và một phần sáu tuyến đường: Mátxcơva-Ryazan, Mátxcơva-Kursk-Donbass, Mátxcơva-Okruzhnaya, Mátxcơva-Kiev, Kalinin và Phương Bắc. Chiều dài triển khai là 13.000 km, chiều dài hoạt động là 8.800 km.

Tuyến chính Oktyabrskaya đi qua lãnh thổ của 11 thực thể cấu thành Liên bang Nga - Leningrad, Pskov, Novgorod, Vologda, Murmansk, Tver, Moscow, các vùng Yaroslavl, các thành phố Moscow và St. Petersburg và Cộng hòa Karelia. Chiều dài hoạt động - 10143 km.

Tuyến đường sắt Volga (Ryazan-Ural) nằm ở phía đông nam phần châu Âu của Nga trong khu vực Hạ Volga và trung lưu sông Don và bao gồm các lãnh thổ của vùng Saratov, Volgograd và Astrakhan, cũng như một số vùng các trạm nằm trong khu vực Rostov, Samara và Kazakhstan. Chiều dài của con đường là 4191 km.

Đường cao tốc kết nối các khu vực châu Âu và châu Á của Nga, trải dài từ tây sang đông một nghìn rưỡi km và băng qua Vòng Bắc Cực theo hướng bắc. Đi qua Nizhny Tagil, Perm, Yekaterinburg, Surgut, Tyumen. Nó cũng phục vụ các khu tự trị Khanty-Mansi và Yamalo-Nenets. Chiều dài hoạt động - 7154 km. Chiều dài triển khai là 13.853 km.

Đường cao tốc bắt nguồn từ miền trung nước Nga và kéo dài đến tận phía bắc của đất nước. Hầu hết Tuyến chính phía Bắc được vận hành trong điều kiện khắc nghiệt của Viễn Bắc và Bắc Cực. Chiều dài khi mở ra là 8500 km.

Khu vực dịch vụ của tuyến đường bao gồm 11 đơn vị cấu thành của Liên bang Nga thuộc Quận Liên bang phía Nam; nó giáp trực tiếp với Ukraine, Georgia và Azerbaijan. Chiều dài hoạt động của đường cao tốc là 6358 km.

Đường sắt Đông Nam chiếm vị trí trung tâm trong mạng lưới đường sắt và kết nối các khu vực phía đông và Urals với Trung tâm, cũng như các khu vực phía Bắc, Tây Bắc và Trung tâm với Bắc Caucasus, Ukraine và các quốc gia Transcaucasian. Con đường Đông Nam giáp với Moscow, Kuibyshev, Bắc Kavkaz và Đường sắt phía Nam Ukraine. Chiều dài hoạt động - 4189 km.

Đường sắt Nam Ural nằm ở hai nơi trên thế giới - tại ngã ba châu Âu và châu Á. Nó bao gồm các chi nhánh Chelyabinsk, Kurgan, Orenburg và Kartalinsk. Một số tuyến đường sắt chính đi qua lãnh thổ Kazakhstan. Con đường Đông Nam giáp với Moscow, Kuibyshev, Bắc Kavkaz và Đường sắt phía Nam Ukraine. Chiều dài hoạt động - 4189 km. Chiều dài phát triển là hơn 8000 km.

Điện khí hóa đường sắt

Điện khí hóa đường sắt- một tập hợp các biện pháp được thực hiện trên một đoạn đường sắt để có thể sử dụng toa xe điện trên đó: đầu máy điện , phần điện hoặc tàu điện.

Đầu máy điện được sử dụng để kéo đoàn tàu trên các đoạn đường sắt được điện khí hóa. Các đoạn điện hoặc tàu điện được sử dụng làm phương tiện đi lại.

Hệ thống điện khí hóa

Hệ thống điện có thể được phân loại:

• bởi vẻ ngoài dây dẫn :
  • với dây xích
  • với đường sắt liên lạc
• bằng điện áp
• theo loại dòng điện:
  • Dòng điện xoay chiều
    • tần số hiện tại
    • số giai đoạn

Thông thường, dòng điện một chiều (=) hoặc xoay chiều một pha (~) được sử dụng. Trong trường hợp này, đường ray đóng vai trò là một trong những dây dẫn.

Việc sử dụng dòng điện ba pha đòi hỏi phải treo ít nhất hai dây tiếp xúc, không được chạm vào nhau trong bất kỳ trường hợp nào (như xe buýt), do đó hệ thống này không hoạt động tốt, chủ yếu là do sự phức tạp của việc thu thập dòng điện ở tốc độ cao.

Khi sử dụng dòng điện một chiều, điện áp trong mạng được giữ đủ thấp để bật trực tiếp động cơ điện. Khi sử dụng dòng điện xoay chiều, người ta chọn điện áp cao hơn nhiều, vì trên đầu máy điện, điện áp có thể dễ dàng giảm bằng cách sử dụng máy biến áp.

hệ thống DC

Trong hệ thống này, động cơ kéo DC được cấp nguồn trực tiếp từ mạng tiếp xúc. Việc điều chỉnh được thực hiện bằng cách kết nối các điện trở, sắp xếp lại động cơ và làm suy yếu sự kích thích. Trong những thập kỷ gần đây, việc điều chỉnh xung đã trở nên phổ biến, giúp tránh tổn thất năng lượng ở điện trở.

Các động cơ điện phụ trợ (bộ truyền động máy nén, quạt…) cũng thường được cấp nguồn trực tiếp từ mạng tiếp xúc nên rất lớn và nặng. Trong một số trường hợp, bộ chuyển đổi quay hoặc tĩnh được sử dụng để cấp nguồn cho chúng (ví dụ: trên tàu điện ER2T , ED4M , ET2M một máy phát điện được sử dụng để chuyển đổi dòng điện một chiều 3000 V thành dòng điện ba pha 220 V 50 Hz).

TRÊN Đường sắt của Nga và các nước thuộc Liên Xô cũ, các khu vực được điện khí hóa theo hệ thống DC, hiện nay họ chủ yếu sử dụng điện áp = 3000 V (ở các đoạn cũ - = 1500 V). Vào đầu những năm 70 Liên Xô TRÊN Đường sắt xuyên Kavkaz Các nghiên cứu thực tế đã được thực hiện với khả năng điện khí hóa sử dụng dòng điện một chiều có điện áp = 6000 V, nhưng sau đó tất cả các khu vực mới đều được điện khí hóa bằng dòng điện xoay chiều có điện áp cao hơn.

Sự đơn giản của thiết bị điện trên đầu máy, trọng lượng riêng thấp và hiệu suất cao đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi hệ thống này trong thời kỳ đầu điện khí hóa.

Nhược điểm của hệ thống này là điện áp của mạng tiếp xúc tương đối thấp, do đó cần nhiều dòng điện hơn để truyền tải cùng một công suất so với hệ thống điện áp cao hơn. Lực lượng này:

• sử dụng tổng mặt cắt ngang của dây tiếp xúc và cáp cung cấp lớn hơn;
• tăng diện tích tiếp xúc với máy lấy điệnđầu máy điện bằng cách tăng số lượng dây trong mạng tiếp xúc trên cao lên 2 hoặc thậm chí 3 (ví dụ: trên đường nghiêng);
• giảm khoảng cách giữa các trạm biến áp lực kéo để giảm thiểu tổn thất dòng điện trên đường dây, điều này còn dẫn đến tăng chi phí điện khí hóa và bảo trì hệ thống (mặc dù các trạm biến áp được tự động hóa nhưng vẫn cần bảo trì). Khoảng cách giữa các trạm biến áp ở khu vực có tải trọng lớn, đặc biệt ở vùng núi khó khăn có thể chỉ vài km.

Xe điện và xe điện sử dụng điện áp không đổi = 550 (600) V, metro = 750 (825) V.

Hệ thống AC tần số giảm

Ở một số nước châu Âu (Đức, Thụy Sĩ, v.v.), hệ thống dòng điện xoay chiều một pha 15 kV 16⅔ Hz được sử dụng và ở Hoa Kỳ trên đường dây cũ 11 kV 25 Hz. Tần số giảm cho phép sử dụng động cơ chổi than AC. Động cơ được cấp nguồn từ cuộn dây thứ cấp của máy biến áp mà không cần bất kỳ bộ chuyển đổi nào. Động cơ điện phụ trợ (dùng cho máy nén, quạt, v.v.) cũng thường là động cơ cổ góp, được cấp nguồn từ một cuộn dây riêng của máy biến áp.

Nhược điểm của hệ thống là phải chuyển đổi tần số dòng điện tại các trạm biến áp hoặc xây dựng nhà máy điện riêng cho đường sắt.

Hệ thống AC tần số nguồn

Việc sử dụng dòng điện tần số công nghiệp là tiết kiệm nhất nhưng việc thực hiện gặp nhiều khó khăn. Lúc đầu, họ sử dụng động cơ xoay chiều cổ góp, máy phát điện chuyển đổi động cơ (động cơ điện đồng bộ một pha cộng với máy phát điện kéo DC, từ đó động cơ kéo DC hoạt động) và bộ biến tần quay (cung cấp dòng điện cho động cơ kéo không đồng bộ). Động cơ điện cổ góp hoạt động kém ở dòng điện tần số công nghiệp và bộ chuyển đổi quay quá nặng và không kinh tế.

Hệ thống dòng điện tần số một pha (25 kV 50 Hz) chỉ bắt đầu được sử dụng rộng rãi sau khi tạo ra Pháp vào những năm 1950, đầu máy điện có bộ chỉnh lưu thủy ngân tĩnh ( chất nổ; sau đó chúng được thay thế bằng các bộ chỉnh lưu silicon hiện đại hơn - vì lý do môi trường và kinh tế); sau đó hệ thống này lan rộng ra nhiều nước khác (trong đó có Liên Xô).

Khi chỉnh lưu dòng điện một pha, kết quả không phải là dòng điện một chiều mà là nhói, do đó, các động cơ dòng điện xung đặc biệt được sử dụng và mạch chứa các lò phản ứng làm mịn (cuộn cảm), làm giảm gợn sóng hiện tại và các điện trở suy giảm kích thích không đổi được kết nối song song với cuộn dây kích thích của động cơ và truyền thành phần xoay chiều của dòng điện xung, điều này chỉ gây ra sự nóng lên không cần thiết của cuộn dây.

Để dẫn động các máy phụ trợ, người ta sử dụng động cơ dòng điện xung, được cấp nguồn từ cuộn dây riêng của máy biến áp (cuộn dây riêng) thông qua bộ chỉnh lưu hoặc động cơ điện không đồng bộ công nghiệp, được cấp nguồn từ bộ tách pha (sơ đồ này phổ biến trên đầu máy điện của Pháp và Mỹ). , và từ chúng được chuyển sang Liên Xô) hoặc các tụ điện chuyển pha (đặc biệt được sử dụng trên đầu máy điện của Nga VL65 , EP1 , 2ES5K).

Nhược điểm của hệ thống là nhiễu điện từ đáng kể cho đường dây liên lạc, cũng như tải không đồng đều trên các pha của hệ thống điện bên ngoài. Để tăng tính đồng nhất của tải pha trong mạng tiếp điểm, các phần có các pha khác nhau xen kẽ nhau; Giữa chúng, các phần trung tính được bố trí - ngắn, dài vài trăm mét, các phần của mạng tiếp xúc mà đầu máy toa xe đi qua khi động cơ đã tắt, theo quán tính. Chúng được chế tạo sao cho cần tiếp điện không thu hẹp khoảng cách giữa các phần dưới điện áp tuyến tính cao (pha này sang pha) tại thời điểm chuyển từ dây này sang dây khác. Khi dừng trên phần chèn trung tính, điện áp có thể được cung cấp cho nó từ phần phía trước của mạng tiếp điểm.

Đường sắt Nga và các nước thuộc Liên Xô cũ, được điện khí hóa bởi hệ thống điều hòa sử dụng điện áp ~25 kV(tức là ~ 25000 V) tần số 50Hz.

Đấu nối hệ thống cấp điện

Đầu máy điện của các hệ thống dòng điện khác nhau tại bến tàu

Đầu máy điện hệ thống kép VL82M

Sự đa dạng của hệ thống cung cấp điện đã dẫn đến sự xuất hiện các điểm kết nối (hệ thống dòng điện, hệ thống điện áp, hệ thống tần số dòng điện). Đồng thời, nảy sinh một số phương án để giải quyết vấn đề tổ chức giao thông qua các điểm đó. 3 hướng chính đã xuất hiện.

Một trong những đặc điểm của vận tải đường sắt ở Nga là tỷ lệ đường điện khí hóa cao. Xét về chiều dài đường cao tốc điện khí hóa vào cuối năm 2014, Nga đứng thứ nhất thế giới - 43,4 nghìn km (vị trí thứ 2 là Trung Quốc - 38,5 nghìn km) - khoảng một nửa số đường công cộng. Chà, việc nhiều đường cao tốc được điện khí hóa nói chung không có gì bí mật đối với bất kỳ ai, nhưng nhiều người ngạc nhiên khi biết rằng các mạng liên lạc sử dụng nhiều loại dòng điện. Tuy nhiên, thực tế là: mạng tiếp xúc sử dụng dòng điện một chiều có điện áp định mức 3 kV hoặc dòng điện một pha xoay chiều có tần số công nghiệp là 50 Hz và điện áp định mức 25 kV. Bản thân tôi đã không nghĩ đến điều này trong một thời gian dài - tôi phát hiện ra khi tiếp nhận nhóm an toàn điện thứ ba (làm việc trong một văn phòng liên kết với Đường sắt Nga bằng cách nào đó buộc tôi phải nghiên cứu kỹ và tìm ra nó). Chà, nói chung, trong một thời gian dài, tôi đã chấp nhận thực tế này (“có 3 kV không đổi, có một biến 25 kV / 50 Hz”) - “bởi vì đây là điều đã được chấp nhận trong lịch sử”. Nhưng đôi khi tôi vẫn muốn đi sâu vào câu hỏi và bằng cách nào đó tìm ra lý do tại sao nó lại như vậy.

Tôi muốn đặt chỗ ngay lập tức - Tôi sẽ không tìm hiểu sâu về vật lý của nguồn điện, giới hạn bản thân trong một số cụm từ chung chung và ở đâu đó cường điệu cụ thể. Đôi khi mọi người nói với tôi rằng tôi đang đơn giản hóa nhưng các chuyên gia đọc và hiểu rằng “mọi thứ đều sai”. Tôi biết điều này, nhưng các chuyên gia đã biết tôi đang viết và nghĩ về điều gì - và họ khó có thể học được điều gì mới cho bản thân.

Vì vậy, trên thực tế, chúng ta nên bắt đầu với thực tế là lần đầu tiên việc sử dụng điện làm nguồn năng lượng cho lực kéo của tàu hỏa đã được trình diễn tại một triển lãm công nghiệp ở Berlin vào năm 1879, nơi trình bày mô hình đường sắt điện. Một đoàn tàu gồm một đầu máy có công suất 2,2 kW và ba toa, mỗi toa có thể chở tối đa 6 hành khách, di chuyển dọc một đoạn đường dài dưới 300 m với tốc độ 7 km/h. Người tạo ra loại lực kéo mới là nhà khoa học, nhà phát minh và nhà công nghiệp nổi tiếng người Đức Ernst Werner von Siemens (Werner von Siemens, 1816-1892) và kỹ sư Halske. Vào đầu thế kỷ 20, người ta không còn nghi ngờ gì về hiệu quả của lực kéo điện. Trong một thời gian ngắn, một số dự án điện khí hóa đường sắt đã được triển khai ở nhiều quốc gia khác nhau. Ở giai đoạn đầu tiên, điện khí hóa được sử dụng ở các khu vực miền núi trên các tuyến có cấu hình dày đặc, với số lượng lớn đường hầm, cũng như ở các khu vực ngoại thành, tức là ở các vùng ngoại ô. ở những khu vực mà lợi ích của lực kéo điện là rõ ràng.

Tuyến đường sắt điện khí hóa đầu tiên ở Liên Xô được khai trương vào ngày 6 tháng 7 năm 1926 trên đoạn Baku - Sabunchi - Surakhani

Theo đó, có hai lĩnh vực ứng dụng điện khí hóa chính là giao thông ngoại thành và đường cao tốc miền núi. Tôi muốn nói riêng về giao thông ngoại ô (bản chất của tàu điện), nhưng bây giờ chỉ cần lưu ý rằng dịch vụ đường sắt ngoại ô về mặt điện khí hóa là ưu tiên hàng đầu ở Liên Xô (ở Đế quốc Nga họ không làm như vậy). có thời gian để biến dự án này thành hiện thực - Chiến tranh thế giới thứ nhất và cuộc cách mạng đã ngăn cản nó), ở Liên Xô, họ đã thực hiện dự án này trên quy mô lớn (tất nhiên ở đây kế hoạch GOELRO đã đóng góp rất nhiều) - tàu điện bắt đầu thay thế tàu hơi nước- xe lửa đi lại được hỗ trợ.

Hệ thống cung cấp điện là hệ thống dòng điện một chiều có điện áp danh định 1500 V. Hệ thống dòng điện một chiều được chọn vì dòng điện xoay chiều một pha sẽ yêu cầu ô tô có động cơ nặng hơn và đắt tiền hơn do cần phải lắp đặt máy biến áp trên chúng. Ngoài ra, động cơ kéo DC, các yếu tố khác không đổi, có mô-men xoắn cao hơn và phù hợp hơn để khởi động so với động cơ một pha. Điều này đặc biệt quan trọng đối với ô tô vận hành ở khu vực ngoại thành có số lượng điểm dừng lớn, nơi cần có khả năng tăng tốc cao khi xuất phát từ điểm dừng. Điện áp 1500 V được chọn do mạng tiếp xúc cần ít đồng hơn đáng kể so với hệ thống 600-800 V (được sử dụng để điện khí hóa xe điện xe buýt). Đồng thời, người ta có thể tạo ra các thiết bị điện đáng tin cậy cho ô tô, vào thời điểm đó không thể tính được thiết bị điện ở điện áp 3000 V (các đường dây đi lại đầu tiên được điện khí hóa với dòng điện một chiều 3000 V chỉ xuất hiện vào năm 1937 , nhưng sau đó tất cả các đường dây đã xây dựng đều được chuyển sang điện áp này).

Tàu điện S - dòng tàu đầu tiên của Liên Xô, được sản xuất từ ​​năm 1929

Song song với sự phát triển của giao thông ngoại thành những năm 1932-1933. lực kéo điện đã được đưa vào sử dụng trên tuyến đường sắt chính Khashuri-Zestafoni (63 km) tại đèo Suram khó khăn. Ở đây, không giống như Moscow và Baku, máy kéo điện được sử dụng để vận chuyển hàng hóa và hành khách. Lần đầu tiên, đầu máy điện bắt đầu hoạt động trên các tuyến đường sắt của Liên Xô (trên thực tế, theo địa điểm áp dụng, chúng bắt đầu được gọi là “Đầu máy điện Suram” hoặc “hoặc đầu máy điện loại Suram”):

đầu máy điện S (Suramsky) - người sáng lập nhóm đầu máy điện Suram do American General Electric chế tạo cho Liên Xô

Đặc điểm chính của tất cả các đầu máy điện loại Suram là sự hiện diện của các bệ chuyển tiếp ở hai đầu thân, theo các tiêu chuẩn tồn tại vào thời điểm đó, là bắt buộc đối với tất cả các đầu máy điện có thiết bị điện để làm việc theo CME. Bộ phận tổ lái của đầu máy gồm hai giá chuyển hướng ba trục có khớp nối (công thức trục 0- 3 0 -0 + 0-3 0 -0). Thân xe có khung chính đỡ. Hệ thống treo lò xo được thực hiện chủ yếu trên lò xo lá. Hệ thống treo của động cơ điện kéo có dạng trục đỡ.

đầu máy điện S S (Suramsky Xô viết) - đầu máy điện một chiều đầu tiên được chế tạo ở Liên Xô theo giấy phép của GE

Và ở đây chúng ta cần lưu ý một điều quan trọng. Ngược lại với đầu máy hơi nước, động cơ của nó là động cơ hơi nước, các thế hệ vận tải đường sắt tiếp theo bắt đầu được dẫn động bằng động cơ điện: cái gọi là TED (động cơ điện kéo) - nhân tiện, đối với nhiều người thì không phải vậy. rõ ràng là TED được sử dụng cả trong đầu máy xe lửa điện/tàu điện và đầu máy diesel (loại đầu máy này chỉ đơn giản cung cấp năng lượng cho TED bằng một máy phát điện diesel đặt trong đầu máy). Vì vậy, vào buổi bình minh của quá trình điện khí hóa đường sắt, động cơ điện một chiều độc quyền đã được sử dụng. Điều này là do các tính năng thiết kế của chúng, khả năng điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn trên phạm vi rộng bằng các phương tiện khá đơn giản, khả năng làm việc với tình trạng quá tải, v.v. Về mặt kỹ thuật, đặc tính cơ điện của động cơ DC là lý tưởng cho mục đích kéo. Động cơ xoay chiều (không đồng bộ, đồng bộ) có những đặc điểm mà nếu không có các phương tiện điều chỉnh đặc biệt thì việc sử dụng chúng để tạo lực kéo điện sẽ không thể thực hiện được. Không có phương tiện điều chỉnh nào như vậy ở giai đoạn đầu của quá trình điện khí hóa và do đó, đương nhiên, dòng điện một chiều được sử dụng trong các hệ thống cung cấp điện lực kéo. Các trạm biến áp kéo đã được xây dựng với mục đích là giảm điện áp xoay chiều của mạng lưới cung cấp xuống giá trị yêu cầu và điều chỉnh nó, tức là. chuyển đổi thành vĩnh viễn.

VL19 là đầu máy điện nối tiếp đầu tiên, thiết kế được tạo ra ở Liên Xô

Nhưng việc sử dụng mạng tiếp xúc dòng điện một chiều đã tạo ra một vấn đề khác - mức tiêu thụ đồng cao trong mạng tiếp xúc (so với dòng điện xoay chiều), vì để truyền tải công suất cao (công suất bằng tích của dòng điện và điện áp) ở mức điện áp không đổi, cần cung cấp cường độ dòng điện lớn, nghĩa là bạn cần nhiều dây hơn và tiết diện lớn hơn (điện áp không đổi - bạn cần giảm điện trở).

VL22 M - đầu máy điện quy mô lớn đầu tiên của Liên Xô và là đại diện cuối cùng của đầu máy xe lửa Surami

Trở lại cuối những năm 1920, khi họ mới bắt đầu điện khí hóa đèo Suram, nhiều chuyên gia nhận thức rõ rằng trong tương lai, lực kéo điện một chiều có điện áp danh định 3 kV sẽ không cho phép giải pháp hợp lý cho vấn đề tăng điện năng tiêu thụ. khả năng chuyên chở của đường dây bằng cách tăng trọng lượng của đoàn tàu và tốc độ chuyển động của chúng. Những tính toán đơn giản nhất cho thấy khi lái một đoàn tàu nặng 10.000 tấn lên cao 10‰ với tốc độ 50 km/h thì dòng điện kéo của đầu máy điện sẽ lớn hơn 6000 A. Điều này đòi hỏi phải tăng tiết diện. của các dây tiếp xúc, cũng như vị trí thường xuyên hơn của các trạm biến áp lực kéo. Sau khi so sánh khoảng hai trăm phương án kết hợp loại giá trị dòng điện và điện áp, người ta quyết định rằng phương án tốt nhất là điện khí hóa với dòng điện một chiều hoặc xoay chiều (50 Hz) có điện áp 20 kV. Hệ thống đầu tiên chưa được thử nghiệm ở bất cứ đâu trên thế giới vào thời điểm đó, và hệ thống thứ hai, mặc dù rất ít, đã được nghiên cứu. Vì vậy, tại Hội nghị toàn Liên minh lần thứ nhất về Điện khí hóa Đường sắt, người ta đã quyết định xây dựng một đoạn thí điểm được điện khí hóa bằng dòng điện xoay chiều (50 Hz) với điện áp 20 kV. Cần phải tạo ra một đầu máy điện để thử nghiệm nhằm bộc lộ những ưu điểm và nhược điểm của đầu máy điện xoay chiều trong điều kiện vận hành bình thường.

Đầu máy điện OR22 - đầu máy điện xoay chiều đầu tiên ở Liên Xô

Năm 1938, đầu máy điện OR22 được tạo ra (một pha với bộ chỉnh lưu thủy ngân, 22 - tải từ bánh xe trên đường ray, tính bằng tấn). Sơ đồ nguyên lý của đầu máy điện (máy biến áp-chỉnh lưu-TED, nghĩa là có điều chỉnh điện áp ở phía thấp) hóa ra thành công đến mức nó bắt đầu được sử dụng trong thiết kế của đại đa số đầu máy điện xoay chiều của Liên Xô. Nhiều ý tưởng khác đã được thử nghiệm trên mô hình này, sau này được thể hiện trong các dự án sau này, nhưng không may chiến tranh đã can thiệp. Máy thí nghiệm đã được tháo rời, bộ chỉnh lưu của nó được sử dụng tại trạm biến áp lực kéo DC. Và họ chỉ quay trở lại ý tưởng về đầu máy điện xoay chiều vào năm 1954 với dòng NO (hoặc VL61), đã có tại Nhà máy Đầu máy Điện Novocherkassk.

VL61 (cho đến tháng 1 năm 1963 - N-O - Novocherkassk Single-phase) - đầu máy điện xoay chiều nối tiếp đầu tiên của Liên Xô

Đoạn thí nghiệm đầu tiên Ozherelye - Mikhailov - Pavelets được điện khí hóa bằng dòng điện xoay chiều (điện áp 20 kV) vào năm 1955-1956. Sau khi thử nghiệm, quyết định tăng điện áp lên 25 kV. Kết quả vận hành bộ phận thử nghiệm lực kéo điện trên dòng điện xoay chiều Ozherelye - Pavelets của Đường sắt Mátxcơva đã cho phép đề xuất hệ thống điện xoay chiều này triển khai rộng rãi trên các tuyến đường sắt của Liên Xô (Nghị quyết của Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô số 1106 ngày 3 tháng 10 năm 1958). Từ năm 1959, dòng điện xoay chiều 25 kV bắt đầu được đưa vào sử dụng trên những đoạn đường dài cần có điện khí hóa, nhưng gần đó không có địa điểm thử nghiệm dòng điện một chiều nào.

Đầu máy điện F - Đầu máy điện AC sản xuất tại Pháp theo đơn đặt hàng của Liên Xô

Năm 1950-1955 Việc mở rộng địa điểm điện khí hóa đầu tiên, vẫn còn thận trọng. Quá trình chuyển đổi từ điện áp 1500 V sang 3000 V bắt đầu ở tất cả các nút ngoại thành, phát triển hơn nữa các nút ngoại ô, mở rộng đường dây điện khí hóa đến các trung tâm khu vực lân cận với việc đưa vào sử dụng đầu máy điện cho tàu chở khách và tàu hàng. “Các hòn đảo” điện khí hóa xuất hiện ở Riga, Kuibyshev, Tây Siberia và Kyiv. Kể từ năm 1956, bắt đầu một giai đoạn điện khí hóa hàng loạt mới cho các tuyến đường sắt của Liên Xô, nhanh chóng đưa sức kéo bằng điện và diesel từ 15% thị phần trong vận tải năm 1955 lên 85% vào năm 1965. Quá trình điện khí hóa hàng loạt được thực hiện chủ yếu trên dòng điện một chiều đã được chứng minh rõ ràng với điện áp 3000 V, mặc dù ở đâu đó dòng điện xoay chiều có tần số 50 Hz và điện áp 25 kV đã bắt đầu được đưa vào sử dụng. Song song với việc phát triển mạng lưới đường dây AC, việc phát triển đầu máy toa xe AC cũng được thực hiện. Do đó, các đoàn tàu điện xoay chiều đầu tiên ER7 và ER9 bắt đầu hoạt động vào năm 1962, và đối với Đường sắt Krasnoyarsk vào năm 1959, đầu máy điện loại F của Pháp đã được mua do việc sản xuất đầu máy điện xoay chiều của Liên Xô (VL60 và VL80) bị trì hoãn.

VL60 (trước tháng 1 năm 1963 - N6O, - Novocherkassk 6 trục một pha) - đầu máy điện xoay chiều chính tuyến đầu tiên của Liên Xô được đưa vào sản xuất quy mô lớn.

Nhìn chung, những đường dây đưa vào vận hành trước đây được điện khí hóa bằng dòng điện một chiều, những đường dây sau này được điện khí hóa bằng dòng điện xoay chiều. Cũng trong những năm 90/2000 đã diễn ra sự chuyển đổi quy mô lớn một số đường dây từ dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều. Cuộc tranh luận về lợi ích của hệ thống vẫn chưa dừng lại cho đến ngày nay. Vào buổi bình minh của sự ra đời của dòng điện xoay chiều, người ta tin rằng hệ thống cung cấp điện này tiết kiệm hơn, nhưng hiện tại vẫn chưa có giải pháp rõ ràng:
- Đầu máy DC rẻ hơn gấp rưỡi
- mức tiêu thụ EPS cụ thể trên địa hình đồi núi, đặc trưng của hầu hết nước ta, thấp hơn 30%.
Bằng cách này hay cách khác, các đường dây điện khí hóa mới hiện chỉ được xây dựng bằng dòng điện xoay chiều, và một số đường dây cũ cũng đang được chuyển đổi từ dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều. Trường hợp duy nhất trong lịch sử điện khí hóa đường sắt của Liên Xô và Nga khi một đoạn được chuyển từ dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều xảy ra vào năm 1989 trên hướng Paveletsky của Đường sắt Moscow. Sau khi điện khí hóa một chiều đoạn Rybnoye - Uzunovo, đoạn Ozherelye - Uzunovo (trước đây là đường dây chính xoay chiều đầu tiên) đã được chuyển từ dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều:

anh em sinh đôi: đầu máy VL10 (DC) và VL80 (AC)

Nhân tiện, hiện nay có xu hướng giới thiệu các động cơ kéo không đồng bộ đáng tin cậy và tiết kiệm hơn (chúng được lắp trên các đầu máy thế hệ mới EP20, ES10, 2TE25A). Vì vậy, trong tương lai rất xa, do sự chuyển đổi sang các TED như vậy, người ta có thể loại bỏ hoàn toàn dòng điện một chiều. Cho đến nay, cả hai loại dòng điện đều đang được sử dụng một cách hoàn hảo:

4ES5K "Ermak" (dòng điện xoay chiều) và 3ES4K "Donchak" (dòng điện một chiều)

Nó vẫn còn để làm rõ câu hỏi cuối cùng. Sự đa dạng của hệ thống cung cấp điện đã dẫn đến sự xuất hiện các điểm kết nối (hệ thống dòng điện, hệ thống điện áp, hệ thống tần số dòng điện). Đồng thời, nảy sinh một số phương án để giải quyết vấn đề tổ chức giao thông qua các điểm đó. Ba hướng chính nổi lên:
1) Trang bị trạm nối các công tắc cho phép cung cấp loại dòng điện này hoặc loại dòng điện khác cho các phần riêng lẻ của mạng liên lạc. Ví dụ, một đoàn tàu đến với đầu máy điện một chiều, sau đó đầu máy điện này được tách rời và đi đến kho quay vòng hoặc ngõ cụt để cất giữ đầu máy. Mạng liên lạc trên đường ray này được chuyển sang dòng điện xoay chiều, một đầu máy điện xoay chiều tới đây và đưa đoàn tàu đi xa hơn. Nhược điểm của phương pháp này là việc điện khí hóa và bảo trì các thiết bị cung cấp điện trở nên tốn kém hơn, đồng thời nó cũng đòi hỏi phải thay đổi đầu máy và các chi phí vật liệu, tổ chức và thời gian bổ sung liên quan. Đồng thời, phải mất một khoảng thời gian đáng kể, không quá nhiều để thay đầu máy điện cũng như kiểm tra phanh

EP2K (dòng điện một chiều) và phía sau EP1M (dòng điện xoay chiều) tại trạm nối Uzunovo

2) 2. Việc sử dụng đầu máy toa xe đa hệ thống (trong trường hợp này là hai hệ thống - mặc dù ở Châu Âu chẳng hạn, cũng có đầu máy xe lửa bốn hệ thống). Trong trường hợp này, việc kết nối qua mạng liên lạc có thể được thực hiện bên ngoài trạm. Phương pháp này cho phép bạn đi qua các điểm cập bến mà không cần dừng lại (mặc dù, theo quy định, là trên bờ biển). Việc sử dụng đầu máy điện chở khách hệ thống kép giúp giảm thời gian di chuyển của tàu khách và không cần thay đầu máy. Nhưng giá thành của những đầu máy điện như vậy cao hơn. Những đầu máy điện như vậy cũng đắt hơn khi vận hành. Ngoài ra, đầu máy điện đa hệ thống có trọng lượng lớn hơn (tuy nhiên, điều này ít liên quan đến đường sắt, nơi việc dằn thêm đầu máy xe lửa để tăng trọng lượng bám dính không phải là hiếm).

Đầu máy dòng điện xoay chiều (EP1M) và một chiều (ChS7) tại kho về ga Uzunovo

3) Việc sử dụng bộ phận chèn đầu máy diesel - để lại giữa các khu vực có hệ thống cung cấp điện khác nhau một cánh tay kéo nhỏ, được phục vụ bởi đầu máy diesel. Trong thực tế, nó được sử dụng trên đoạn Kostroma - Galich với chiều dài 126 km: ở Kostroma dòng điện một chiều (=3 kV), ở Galich - dòng điện xoay chiều (~25 kV). Các đoàn tàu Moscow-Khabarovsk và Moscow-Sharya, cũng như các đoàn tàu Samara-Kinel-Orenburg chạy quá cảnh (đầu máy diesel được ghép nối với các đoàn tàu chở khách ở Samara và các đoàn tàu chở hàng ở Kinel). Ở Samara và Kinel có dòng điện một chiều (=3 kV), ở Orenburg - dòng điện xoay chiều (~25 kV), tàu chạy qua khi quá cảnh đến Orsk, Alma-Ata, Bishkek. Với phương pháp “cập bến” này, điều kiện vận hành của tuyến trở nên tồi tệ hơn đáng kể: thời gian đỗ tàu tăng gấp đôi và hiệu quả điện khí hóa giảm do phải bảo dưỡng và giảm tốc độ của đầu máy diesel.

Đầu máy điện chở hàng hệ thống kép của Liên Xô VL82 M

Trong thực tế, chúng ta chủ yếu gặp phải phương pháp đầu tiên - với các trạm nối cho các loại lực kéo. Giả sử, nếu tôi đi từ Saratov đến Moscow, thì ga đó sẽ là Uzunovo, nếu đến St. Petersburg - Ryazan-2, nếu đến Samara - Syzran-1, nhưng nếu đến Sochi hoặc Adler - Goryachiy Klyuch (theo Nhân tiện, tôi luôn ngạc nhiên bởi thực tế là ở Sochi vẫn sử dụng dòng điện một chiều, mặc dù tất cả các tuyến đường sắt Bắc Caucasus đang tạm dừng - nhưng họ nói rằng cần phải mở rộng các đường hầm ở đâu đó để chuyển sang tạm dừng, có nói chung là có vấn đề).

Đầu máy điện chở khách hai hệ thống mới nhất của Nga EP20

tái bút Làm rõ nhỏ. Ngoài những bức ảnh (màu) của chính tôi, bài viết còn sử dụng tư liệu từ Wikipedia!