In che modo il trasporto elettrico urbano e interurbano riceve energia?

Il trasporto elettrico urbano e interurbano è diventato un attributo familiare della vita quotidiana dell'uomo moderno. Da tempo abbiamo smesso di pensare a come questo trasporto ottiene il suo cibo. Tutti sanno che le auto sono piene di benzina, le biciclette sono pedalate dai ciclisti. Ma come vengono alimentati i tipi elettrici di trasporto passeggeri: tram, filobus, treni monorotaia, metropolitane, treni elettrici, locomotive elettriche? Dove e come viene loro fornita l'energia motrice? Parliamone.

Tram

In passato, ogni nuova economia tranviaria era costretta ad avere una propria centrale elettrica, poiché le reti elettriche pubbliche non erano ancora sufficientemente sviluppate. Nel 21° secolo, l'energia per la rete tranviaria è fornita da reti generiche.

L'alimentazione è fornita da corrente continua a tensione relativamente bassa (550 V), che sarebbe semplicemente antieconomica per la trasmissione a lunga distanza.Per questo motivo, le sottostazioni di trazione sono poste in prossimità delle linee tranviarie, dove la corrente alternata proveniente dalla rete ad alta tensione viene convertita in corrente continua (con una tensione di 600 V) per la rete di contatto tranviaria. Nelle città in cui operano sia tram che filobus, questi modi di trasporto hanno generalmente un risparmio energetico complessivo.

Sul territorio dell'ex Unione Sovietica esistono due schemi per l'alimentazione delle linee aeree di tram e filobus: centralizzato e decentrato. Prima è arrivata quella centralizzata. In esso, grandi sottostazioni di trazione dotate di più unità di trasformazione servivano tutte le linee vicine o poste a una distanza massima di 2 chilometri da esse. Sottostazioni di questo tipo si trovano oggi in aree ad alta densità di percorsi tranviari.

Il sistema decentralizzato iniziò a formarsi dopo gli anni '60, quando iniziarono ad apparire linee di tram, filobus, metropolitane, ad esempio, dal centro città lungo l'autostrada, verso una zona remota della città, ecc.

Qui, ogni 1-2 chilometri di linea vengono installate cabine di trazione di piccola potenza con uno o due gruppi di conversione in grado di alimentare al massimo due tronchi di linea, ogni tratto terminale potendo essere alimentato da una sottostazione adiacente.

Pertanto, le perdite di energia sono minori, in quanto le sezioni di potenza sono più corte. Inoltre, se si verifica un guasto in una delle sottostazioni, la sezione di linea rimarrà alimentata dalla sottostazione adiacente.

Il contatto del tram con la linea DC avviene attraverso un pantografo sul tetto della sua vettura. Questo può essere un pantografo, un semipantografo, una barra o un arco. Il filo aereo della linea del tram è solitamente più facile da appendere rispetto alla rotaia.Se si utilizza un braccio, gli interruttori pneumatici sono disposti come i bracci del carrello. Il flusso di corrente è solitamente attraverso le rotaie a terra.

Filobus

In un filobus, la rete di contatti è suddivisa da isolatori di sezione in segmenti isolati, ciascuno dei quali è collegato alla sottostazione di trazione mediante linee di alimentazione (aeree o interrate). Questo permette facilmente di spegnere singole sezioni per la riparazione in caso di guasto.Se si verifica un guasto al cavo di alimentazione, è possibile installare ponticelli sugli isolatori per alimentare la sezione interessata da quella adiacente (ma questo è un modalità anomala associata al rischio di sovraccarico dell'alimentatore).

La sottostazione di trazione riduce la corrente alternata ad alta tensione da 6 a 10 kV e la converte in corrente continua con una tensione di 600 volt. La caduta di tensione in qualsiasi punto della rete, secondo gli standard, non dovrebbe essere superiore al 15%.

La rete di contatti del filobus è diversa da quella del tram. Qui è a due fili, il terreno non viene utilizzato per assorbire corrente, quindi questa rete è più complessa. I conduttori si trovano a breve distanza l'uno dall'altro, motivo per cui è necessaria una protezione particolarmente attenta contro l'avvicinamento e il cortocircuito, nonché l'isolamento alle intersezioni delle reti di filobus tra loro e con le reti di tram.

Pertanto, vengono installati mezzi speciali agli incroci, nonché frecce nei punti di giunzione. Inoltre, viene mantenuta una certa tensione regolabile, che impedisce ai fili di sovrapporsi nel vento. Ecco perché le aste vengono utilizzate per alimentare i filobus: altri dispositivi semplicemente non consentono di soddisfare tutti questi requisiti.

I bracci del filobus sono sensibili alla qualità della catenaria, poiché qualsiasi difetto in essa può portare al salto del braccio. Esistono norme in base alle quali l'angolo di rottura nel punto di attacco dell'asta non deve essere superiore a 4 ° e, quando si gira con un angolo superiore a 12 °, vengono installati supporti curvi. La scarpa scorrevole scorre sul filo e non può essere ruotata con il carrello, quindi qui sono necessarie le frecce.

Traccia singola

I treni della monorotaia hanno recentemente operato in molte città del mondo: Las Vegas, Mosca, Toronto, ecc. Possono essere trovati nei parchi di divertimento, negli zoo, le monorotaie sono utilizzate per le visite turistiche locali e, naturalmente, per le comunicazioni urbane e suburbane.

Le ruote di tali treni non sono affatto in ghisa, ma in ghisa. Le ruote guidano semplicemente il treno della monorotaia lungo una trave di cemento, i binari su cui si trovano il binario e le linee (il binario di contatto) dell'alimentatore.

Alcune monorotaie sono progettate in modo tale da essere posizionate sopra un binario, in modo simile a come una persona si siede sopra un cavallo. Alcune monorotaie sono sospese a una trave sottostante, simile a una gigantesca lanterna su un palo. Naturalmente, le monorotaie sono più compatte delle ferrovie convenzionali, ma sono più costose da costruire.

Alcune monorotaie non hanno solo ruote, ma anche un supporto aggiuntivo basato su un campo magnetico. La monorotaia di Mosca, ad esempio, scorre proprio su un cuscino magnetico creato da elettromagneti. Gli elettromagneti sono nel materiale rotabile e ci sono magneti permanenti nella tela del raggio guida.

A seconda della direzione della corrente negli elettromagneti della parte mobile, il treno monorotaia si sposta in avanti o indietro secondo il principio di repulsione dei poli magnetici con lo stesso nome: ecco come funziona il motore elettrico lineare.

Oltre alle ruote gommate, il treno monorotaia dispone anche di un binario di contatto costituito da tre elementi portatori di corrente: più, meno e terra. La tensione di alimentazione del motore lineare monorotaia è costante, pari a 600 volt.

Metropolitana

I treni della metropolitana elettrica ricevono l'elettricità dalla rete a corrente continua, di norma dalla terza rotaia (di contatto), la cui tensione è di 750-900 volt. La corrente continua è ottenuta nelle sottostazioni dalla corrente alternata mediante raddrizzatori.

Il contatto del treno con la rotaia di contatto avviene tramite un collettore di corrente mobile. Il bus di contatto si trova a destra dei binari. Il collettore di corrente (il cosiddetto «pantografo») si trova sul carrello del carrello e viene premuto contro il bus di contatto dal basso. Il vantaggio è sulla rotaia di contatto, il meno sui binari del treno.

Oltre alla corrente di alimentazione, lungo i binari del binario scorre una debole corrente di "segnale", necessaria per il blocco e l'accensione automatica dei semafori. I binari trasmettono anche informazioni alla cabina di guida sui segnali stradali e sulla velocità consentita del treno della metropolitana in quella sezione.

Locomotiva elettrica

Una locomotiva elettrica è una locomotiva alimentata da un motore di trazione. Il motore della locomotiva elettrica riceve energia dalla sottostazione di trazione attraverso la rete di contatto.

La parte elettrica di una locomotiva elettrica contiene generalmente non solo motori di trazione, ma anche convertitori di tensione, nonché dispositivi che collegano i motori alla rete, ecc. L'attuale equipaggiamento di una locomotiva elettrica si trova sul tetto o sulle sue coperture ed è progettato per collegare l'equipaggiamento elettrico alla rete di contatto.

La raccolta di corrente dalla linea aerea è fornita da pantografi sul tetto, dopodiché la corrente viene alimentata attraverso le sbarre e le boccole ai dispositivi elettrici. Sul tetto del locomotore elettrico sono inoltre presenti dispositivi di manovra: interruttori aerei, interruttori per tipi di corrente e sezionatori per la disconnessione dalla rete in caso di malfunzionamento del pantografo. Attraverso gli autobus, la corrente viene alimentata all'ingresso principale, ai dispositivi di conversione e regolazione, ai motori di trazione e ad altre macchine, quindi ai pezzi di ruota e attraverso di essi alle rotaie, a terra.

La regolazione dello sforzo di trazione e della velocità della locomotiva elettrica si ottiene modificando la tensione nell'indotto del motore e modificando il coefficiente di eccitazione dei motori a collettore o regolando la frequenza e la tensione della corrente di alimentazione dei motori asincroni.

La regolazione della tensione viene eseguita in diversi modi. Inizialmente, su una locomotiva elettrica a corrente continua, tutti i suoi motori sono collegati in serie e la tensione di un motore su una locomotiva elettrica a otto assi è di 375 V, con una tensione di catenaria di 3 kV.

I gruppi di motori di trazione possono essere commutati dal collegamento in serie - a serie-parallelo (2 gruppi di 4 motori collegati in serie, quindi la tensione per ciascun motore è 750 V), o in parallelo (4 gruppi di 2 motori collegati in serie, quindi questa tensione per un motore — 1500 V). E per ottenere tensioni intermedie dei motori, al circuito vengono aggiunti gruppi di reostati, che consentono di regolare la tensione in passi di 40-60 V, sebbene ciò comporti la perdita di parte dell'elettricità sui reostati nel forma di calore.

I convertitori di potenza all'interno della locomotiva elettrica sono necessari per modificare il tipo di corrente e abbassare la tensione della catenaria ai valori richiesti che soddisfano i requisiti dei motori di trazione, delle macchine ausiliarie e di altri circuiti della locomotiva elettrica. La conversione viene effettuata direttamente a bordo.

Sulle locomotive elettriche CA, viene fornito un trasformatore di trazione per ridurre l'alta tensione in ingresso, nonché un raddrizzatore e reattori di livellamento per ottenere CC da CA. Possono essere installati convertitori statici di tensione e corrente per alimentare macchine ausiliarie. Sulle locomotive elettriche con azionamento asincrono di entrambi i tipi di corrente vengono utilizzati inverter di trazione, che convertono la corrente continua in corrente alternata con tensione e frequenza regolate, che viene alimentata ai motori di trazione.

Treno elettrico

Un treno elettrico o un treno elettrico nella forma classica riceve elettricità con l'ausilio di pantografi attraverso un filo di contatto o una rotaia di contatto.A differenza di una locomotiva elettrica, i collettori dei treni elettrici si trovano sia sulle autovetture che sui rimorchi.

Se la corrente viene fornita alle auto rimorchiate, l'auto viene alimentata tramite cavi speciali. Il collettore di corrente è solitamente in cima, dal filo di contatto, è realizzato da collettori sotto forma di pantografi (simili alle linee del tram).

Di solito l'attuale raccolta è monofase, ma ce n'è anche una trifase, quando il treno elettrico utilizza pantografi di un design speciale per il contatto separato con più fili o binari di contatto (quando si tratta della metropolitana).

L'equipaggiamento elettrico del treno elettrico dipende dal tipo di corrente (c'è corrente continua, corrente alternata o treni elettrici a due sistemi), dal tipo di motori di trazione (collettore o asincroni), dalla presenza o assenza di frenatura elettrica.

In linea di principio, l'equipaggiamento elettrico dei treni elettrici è simile all'equipaggiamento elettrico delle locomotive elettriche. Tuttavia, nella maggior parte dei modelli di treni elettrici, è posizionato sotto la carrozzeria e sui tetti delle carrozze per aumentare lo spazio per i passeggeri all'interno. I principi di guida dei motori dei treni elettrici sono più o meno gli stessi delle locomotive elettriche.