Jedną z cech transportu kolejowego w Rosji jest wysoki udział dróg zelektryfikowanych. Pod względem długości zelektryfikowanych autostrad na koniec 2014 roku Rosja zajmuje 1. miejsce na świecie – 43,4 tys. km (2. miejsce Chiny – 38,5 tys. km) – czyli około połowy dróg publicznych. Cóż, fakt, że wiele autostrad jest zelektryfikowanych, w zasadzie nie jest dla nikogo tajemnicą, ale wiele osób ze zdziwieniem dowiaduje się, że sieci kontaktowe korzystają z różnego rodzaju prądów. Niemniej jednak faktem jest: sieci kontaktów wykorzystują jedno i drugie na stałe Elektryczność napięcie znamionowe 3 kV lub prąd przemienny jednofazowy o częstotliwości przemysłowej 50 Hz napięcie znamionowe 25 kV. Sam długo o tym nie myślałem - dowiedziałem się, kiedy otrzymałem trzecią grupę bezpieczeństwa elektrycznego (praca w biurze związanym z Kolejami Rosyjskimi w jakiś sposób zmusiła mnie do zagłębienia się w to i rozpracowania). Cóż, w sumie, przez długi czas uważałem ten fakt („jest stałe 3 kV, jest zmienne 25 kV / 50 Hz”) za oczywistość – „bo tak to było historycznie akceptowane”. Ale przez jakiś czas nadal chciałem zagłębić się w to pytanie i jakoś dowiedzieć się, dlaczego tak się stało.
Chcę od razu dokonać rezerwacji – nie będę się zagłębiał w fizykę zasilania, ograniczając się do ogólnych sformułowań i gdzieś specyficznie przesadzając. Czasami ludzie mówią mi, że upraszczam, ale eksperci czytają i rozumieją, że „wszystko jest nie tak”. Zdaję sobie z tego sprawę, ale specjaliści już wiedzą, o czym piszę i myślę – i raczej nie dowiedzą się dla siebie niczego nowego.
Tak naprawdę powinniśmy zacząć od tego, że po raz pierwszy wykorzystanie energii elektrycznej jako źródła energii do napędu pociągów zostało zademonstrowane na wystawie przemysłowej w Berlinie w 1879 roku, gdzie zaprezentowano model kolei elektrycznej. Pociąg składający się z lokomotywy o mocy 2,2 kW i trzech wagonów, z których każdy mógł pomieścić do 6 pasażerów, poruszał się po odcinku o długości niespełna 300 m z prędkością 7 km/h. Twórcami nowego rodzaju trakcji byli słynny niemiecki naukowiec, wynalazca i przemysłowiec Ernst Werner von Siemens (1816-1892) oraz inżynier Halske. Na początku XX wieku skuteczność trakcji elektrycznej nie budziła wątpliwości. W krótkoterminowy W różnych krajach wdrożono kilka projektów elektryfikacji kolei. W pierwszym etapie elektryfikację stosowano na terenach górskich, na liniach o ciężkim profilu, z dużą liczbą tuneli, a także na terenach podmiejskich, tj. w tych obszarach, gdzie zalety trakcji elektrycznej były oczywiste.
Pierwszą zelektryfikowaną kolej w ZSRR otwarto 6 lipca 1926 roku na odcinku Baku – Sabunchi – Surakhani
W związku z tym istnieją dwa główne obszary zastosowań elektryfikacji: ruch podmiejski i autostrady górskie. O ruchu podmiejskim (istocie pociągów elektrycznych) chciałbym porozmawiać osobno, ale teraz warto jedynie zauważyć, że to właśnie ruch kolei podmiejskiej był priorytetem z punktu widzenia elektryfikacji w ZSRR (w Imperium Rosyjskie Nie mieliśmy czasu na realizację tego projektu – pierwszy stanął na przeszkodzie Wojna światowa i rewolucja), w ZSRR zajęto się tym z rozmachem (tutaj oczywiście w dużym stopniu przyczynił się plan GOELRO) - pociągi elektryczne zaczęły zastępować pociągi podmiejskie trakcją parową.
Układ zasilania stanowił układ prądu stałego o napięciu nominalnym 1500 V. Wybrano układ prądu stałego, ponieważ jednofazowy prąd przemienny wymagałby cięższych i droższych samochodów osobowych ze względu na konieczność instalowania na nich transformatorów. Ponadto silniki trakcyjne prądu stałego, przy innych parametrach niezmiennych, mają wyższy moment obrotowy i są bardziej odpowiednie do rozruchu w porównaniu do silników jednofazowych. Jest to szczególnie ważne w przypadku samochodów osobowych poruszających się na obszarach podmiejskich duża liczba punkty zatrzymania, w których wymagane jest duże przyspieszenie podczas ruszania. Wybrano napięcie 1500 V ze względu na to, że do jego wykonania potrzeba znacznie mniej miedzi sieć kontaktów w porównaniu do sieci 600-800 V (stosowanej do elektryfikacji tramwajów-trolejbusów). Jednocześnie stało się możliwe stworzenie niezawodnego wyposażenia elektrycznego samochodu, na które w tamtym czasie nie można było liczyć przy napięciu 3000 V (pierwsze linie podmiejskie zelektryfikowane prądem stałym 3000 V pojawiły się dopiero w 1937 r. , ale później wszystkie już wybudowane linie zostały przeniesione na to napięcie).
Pociągi elektryczne S – pierwsza rodzina pociągów radzieckich, produkowana od 1929 roku
Równolegle z rozwojem ruchu podmiejskiego w latach 1932-1933. na głównej linii kolejowej Khashuri-Zestafoni (63 km) na trudnej przełęczy Suram wprowadzono trakcję elektryczną. Tutaj, w przeciwieństwie do Moskwy i Baku, do transportu towarowego i pasażerskiego wykorzystywano trakcję elektryczną. Po raz pierwszy lokomotywy elektryczne zaczęły jeździć na liniach kolejowych ZSRR (w rzeczywistości, zgodnie z miejscem zastosowania, zaczęto je nazywać „lokomotywami elektrycznymi Suram” lub „lokomotywami elektrycznymi typu Suram”):
lokomotywa elektryczna S (Suramsky) - założyciel grupy lokomotyw elektrycznych Suram budowanych przez Amerykanów General Electric dla ZSRR
Główną cechą wszystkich lokomotyw elektrycznych typu Suram była obecność platform przejściowych na końcach nadwozia, co zgodnie z obowiązującymi wówczas normami było obowiązkowe dla wszystkich lokomotyw elektrycznych z wyposażeniem elektrycznym do pracy w ramach CME. Część załogową lokomotywy stanowią dwa przegubowe wózki trójosiowe (wzór osiowy 0-3 0 -0 + 0-3 0 -0). Nadwozie samochodu z ramą główną nośną. Zawieszenie resorowe odbywa się głównie na resorach piórowych. Zawieszenie elektrycznego silnika trakcyjnego jest podporowo-osiowe.
lokomotywa elektryczna S S (Suramski Radziecki) - pierwsza lokomotywa elektryczna na prąd stały zbudowana w ZSRR na licencji GE
I tu musimy poczynić ważną uwagę. W przeciwieństwie do lokomotyw parowych, których silnikiem jest parowóz, kolejne generacje transportu kolejowego zaczęto napędzać silnikami elektrycznymi: tzw. TED (trakcyjnymi silnikami elektrycznymi) – dla wielu zresztą nie jest to oczywiste jest, że TED są stosowane zarówno w lokomotywach/pociągach elektrycznych, jak i w lokomotywach spalinowych (te ostatnie po prostu zasilają TED za pomocą generatora diesla umieszczonego w lokomotywie). Tak więc u zarania elektryfikacji kolei używano wyłącznie silników elektrycznych prądu stałego. Wynika to z ich cech konstrukcyjnych, możliwości wystarczającej prostymi środkami regulacja prędkości i momentu obrotowego w szerokim zakresie, zdolność do pracy z przeciążeniami itp. Z technicznego punktu widzenia właściwości elektromechaniczne silników prądu stałego są idealne do celów trakcyjnych. Silniki prądu przemiennego (asynchroniczne, synchroniczne) mają takie właściwości, że bez specjalnych środków regulacji ich zastosowanie w trakcji elektrycznej staje się niemożliwe. Takie środki regulacji ws etap początkowy Nie było jeszcze elektryfikacji, dlatego w układach zasilania trakcji, naturalnie, stosowano prąd stały. Zbudowano podstacje trakcyjne, których zadaniem jest obniżenie napięcia przemiennego sieci zasilającej do wymaganej wartości oraz jego wyprostowanie, tj. konwersja na stałe.
VL19 to pierwsza seryjna lokomotywa elektryczna, której projekt powstał w Związku Radzieckim
Jednak zastosowanie sieci styków prądu stałego stworzyło inny problem - duże zużycie miedzi w sieci styków (w porównaniu do prądu przemiennego), ponieważ w celu przesłania dużej mocy (moc jest równa iloczynowi prądu i napięcia) przy stałe napięcie, konieczne jest zapewnienie dużego natężenia prądu, czyli potrzeba więcej drutu i większy przekrój (napięcie jest stałe - trzeba zmniejszyć rezystancję).
VL22 M – pierwsza radziecka lokomotywa elektryczna wielkogabarytowa i ostatni przedstawiciel lokomotyw Surami
Jeszcze pod koniec lat dwudziestych XX w., gdy rozpoczynano elektryzację przełęczy Suram, wielu ekspertów doskonale zdawało sobie sprawę, że w przyszłości trakcja elektryczna prądu stałego o napięciu nominalnym 3 kV nie pozwoli na racjonalne rozwiązanie problemu zwiększenia nośność linii poprzez zwiększenie masy pociągów i prędkości ich ruchu. Najprostsze obliczenia wykazały, że podczas jazdy pociągiem o masie 10 000 ton po wzniesieniu 10 ‰ z prędkością 50 km/h prąd trakcyjny lokomotyw elektrycznych wyniósłby ponad 6000 A. Wymagałoby to zwiększenia przekroju przewodów jezdnych, a także częstszą lokalizację podstacji trakcyjnych. Po porównaniu około dwustu opcji kombinacji rodzaju prądu i wartości napięcia zdecydowano, że najlepszą opcją jest elektryfikacja prądem stałym lub przemiennym (50 Hz) o napięciu 20 kV. Pierwszy system nie był wówczas testowany nigdzie na świecie, a drugi był, choć bardzo mało, badany. Dlatego na pierwszej Ogólnounijnej Konferencji w sprawie elektryfikacji szyny kolejowe zdecydowano się na budowę odcinka pilotażowego zelektryfikowanego prądem przemiennym (50 Hz) o napięciu 20 kV. Konieczne było stworzenie lokomotywy elektrycznej do testów, które ujawniłyby zalety i wady lokomotyw elektrycznych prądu przemiennego w normalnych warunkach pracy.
Lokomotywa elektryczna OR22 - pierwsza lokomotywa elektryczna prądu przemiennego w ZSRR
W 1938 roku powstała lokomotywa elektryczna OR22 (jednofazowa z prostownikiem rtęciowym, 22 - obciążenie z zestawów kołowych na szynach, w tonach). Schemat ideowy lokomotywy elektrycznej (transformator-prostownik-TED, czyli z regulacją napięcia po stronie niskiego napięcia) okazał się na tyle skuteczny, że zaczęto go stosować w projektowaniu zdecydowanej większości radzieckich lokomotyw elektrycznych prądu przemiennego. Na tym modelu testowano wiele innych pomysłów, które później znalazły odzwierciedlenie w późniejszych projektach, ale niestety interweniowała wojna. Eksperymentalną maszynę zdemontowano, prostownik zastosowano w podstacji trakcyjnej prądu stałego. Do idei lokomotyw elektrycznych prądu przemiennego powrócili dopiero w 1954 roku wraz z serią NO (lub VL61), już w Fabryce Lokomotyw Elektrycznych w Nowoczerkasku.
VL61 (do stycznia 1963 r. - N-O - Nowoczerkassk jednofazowy) - pierwsza radziecka seryjna lokomotywa elektryczna prądu przemiennego
Pierwszy odcinek doświadczalny Ozherelye – Michajłow – Pavelets został zelektryfikowany prądem przemiennym (napięcie 20 kV) w latach 1955–1956. Po testach zdecydowano się zwiększyć napięcie do 25 kV. Wyniki pracy eksperymentalnego odcinka trakcji elektrycznej na prądzie przemiennym Ozherelye - Pavelets kolei moskiewskiej pozwoliły zalecić ten system prądu przemiennego do powszechnego wdrożenia na kolejach ZSRR (uchwała Rady Ministrów ZSRR nr 1106 z 3 października 1958 r.). Od 1959 roku zaczęto wprowadzać prąd przemienny 25 kV na długich odcinkach, gdzie wymagana była elektryfikacja, ale w pobliżu nie było stanowisk testowych prądu stałego.
Lokomotywa elektryczna F - lokomotywa elektryczna prądu przemiennego, zbudowana we Francji na zamówienie ZSRR
W latach 1950-1955 Rozpoczęła się pierwsza, wciąż ostrożna rozbudowa zakładu elektryzacyjnego. We wszystkich węzłach podmiejskich rozpoczęło się przejście z napięcia 1500 V na 3000 V, dalszy rozwój węzłów podmiejskich, rozbudowę linii zelektryfikowanych do sąsiednich ośrodków regionalnych wraz z wprowadzeniem elektrycznej trakcji lokomotywowej dla pociągów pasażerskich i towarowych. „Wyspy” elektryfikacji pojawiły się w Rydze, Kujbyszewie, Zachodnia Syberia, Kijów. Od 1956 r. (który) się zaczął Nowa scena masowa elektryfikacja kolei ZSRR, która szybko przeniosła trakcję elektryczną i spalinową z 15% udziału w transporcie w 1955 r. do 85% w 1965 r. Elektryfikację masową prowadzono głównie na sprawdzonym już prądzie stałym o napięciu 3000 V, chociaż gdzieś zaczęto już wprowadzać prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz i napięciu 25 kV. Równolegle z rozwojem sieci linii prądu przemiennego prowadzono rozbudowę taboru prądu przemiennego. Tym samym w 1962 roku rozpoczęły działalność pierwsze elektryczne pociągi prądu przemiennego ER7 i ER9, a dla kolei krasnojarskiej w 1959 roku zakupiono francuskie lokomotywy elektryczne typu F ze względu na opóźnienia w produkcji radzieckich lokomotyw elektrycznych prądu przemiennego (VL60 i VL80).
VL60 (przed styczniem 1963 r. - N6O, - Nowoczerkassk 6-osiowy jednofazowy) - pierwsza radziecka lokomotywa elektryczna prądu przemiennego uruchomiona na dużą skalę.
Generalnie linie oddane do użytku wcześniej elektryzowano prądem stałym, późniejsze linie elektryzowano prądem przemiennym. Również w latach 90. i 2000. miało miejsce przeniesienie na dużą skalę szeregu linii z prądu stałego na prąd przemienny. Debata na temat zalet systemów nie ustała do dziś. Na początku wprowadzenia prądu przemiennego uważano, że ten system zasilania jest bardziej ekonomiczny, ale teraz nie ma jednoznacznego rozwiązania:
- Tabor prądu stałego jest półtora raza tańszy
- jednostkowe zużycie EPS na terenie pagórkowatym, typowe dla większości naszego kraju, jest o 30% niższe.
Tak czy inaczej, nowe linie elektryzacyjne budowane są obecnie wyłącznie na prądzie przemiennym, a niektóre stare także są przekształcane z prądu stałego na prąd przemienny. Jedyny przypadek w historii elektryfikacji kolei radzieckich i rosyjskich, kiedy odcinek został przeniesiony z prądu przemiennego na prąd stały, miał miejsce w 1989 r. na kierunku Paweleckim kolei moskiewskiej. Po elektryfikacji prądem stałym odcinka Rybnoje - Uzunovo, odcinek Ozherelye - Uzunovo (historycznie pierwsza główna linia prądu przemiennego) został przeniesiony z prądu przemiennego na prąd stały:
bracia bliźniacy: lokomotywa VL10 (DC) i VL80 (AC)
Nawiasem mówiąc, obecnie istnieje tendencja do wprowadzania bardziej niezawodnych i ekonomicznych asynchronicznych silników elektrycznych (montuje się je w lokomotywach nowej generacji EP20, ES10, 2TE25A). Zatem w bardzo odległej przyszłości, dzięki przejściu na takie TED, możliwa będzie całkowita rezygnacja z prądu stałego. Jak dotąd oba rodzaje prądu są doskonale wykorzystywane:
4ES5K „Ermak” (prąd przemienny) i 3ES4K „Donchak” (prąd stały)
Pozostaje do wyjaśnienia ostatnie pytanie. Różnorodność systemów zasilania spowodowała pojawienie się punktów przyłączy (układy prądowe, układy napięciowe, układy częstotliwości prądowych). Jednocześnie pojawiło się kilka opcji rozwiązania problemu organizacji ruchu przez takie punkty. Wyłoniły się trzy główne kierunki:
1) Wyposażenie stacji dokującej w przełączniki umożliwiające doprowadzenie tego lub innego rodzaju prądu do poszczególnych sekcji sieci stykowej. Na przykład, przyjeżdża pociąg z lokomotywą elektryczną prądu stałego, następnie lokomotywa elektryczna jest odłączana i udaje się do stacji zwrotnej lub ślepej uliczki w celu przechowywania lokomotyw. Sieć trakcyjna na tym torze jest przełączona na prąd przemienny, przyjeżdża tu lokomotywa elektryczna prądu przemiennego i jedzie dalej. Wadą tej metody jest to, że elektryfikacja i konserwacja urządzeń zasilających stają się droższe, a także wymaga zmiany lokomotywy i związanych z tym dodatkowych kosztów materiałowych, organizacyjnych i czasowych. Jednocześnie znaczna ilość czasu zajmuje nie tyle wymiana lokomotywy elektrycznej, co sprawdzenie hamulców
EP2K (prąd stały) i za EP1M (prąd przemienny) na stacji dokującej Uzunovo
2) 2. Eksploatacja taboru wielosystemowego (w w tym przypadku- dwusystemowe - chociaż w Europie np. w Europie jeżdżą też lokomotywy czterosystemowe). W takim przypadku połączenie poprzez sieć stykową można wykonać poza stacją. Ta metoda pozwala mijać punkty dokowania bez zatrzymywania się (choć z reguły na wybrzeżu). Zastosowanie dwusystemowych lokomotyw pasażerskich elektrycznych skraca czas przejazdu pociągów pasażerskich i nie wymaga zmiany lokomotywy. Ale koszt takich lokomotyw elektrycznych jest wyższy. Takie lokomotywy elektryczne są również droższe w eksploatacji. Ponadto lokomotywy elektryczne wielosystemowe mają większą masę (co jednak nie ma większego znaczenia na kolei, gdzie nierzadko stosuje się dodatkowe balastowanie lokomotyw w celu zwiększenia masy przyczepności).
Lokomotywy prądu przemiennego (EP1M) i stałego (ChS7) w zajezdni zwrotnej stacji Uzunovo
3) Zastosowanie wkładu lokomotywy spalinowej – pozostawienie pomiędzy obszarami o różnych systemach zasilania małego ramienia trakcyjnego, obsługiwanego przez lokomotywy spalinowe. W praktyce wykorzystuje się go na odcinku Kostroma – Galich o długości 126 km: w Kostromie prąd stały (=3 kV), w Galiczu – prąd przemienny (~25 kV). W tranzycie kursują pociągi Moskwa-Chabarowsk i Moskwa-Szarya oraz Samara-Kinel-Orenburg (lokomotywa spalinowa jest sprzęgnięta z pociągami pasażerskimi w Samarze i towarowymi w Kinel). W Samarze i Kinel jest prąd stały (=3 kV), w Orenburgu - prąd przemienny (~25 kV), kursują pociągi do Orska, Ałma-Aty, Biszkeku. Dzięki tej metodzie „dokowania” warunki pracy linii znacznie się pogarszają: dwukrotnie wydłuża się czas postoju pociągów, a efektywność elektryfikacji spada ze względu na konserwację i zmniejszoną prędkość lokomotyw spalinowych.
Radziecka dwusystemowa lokomotywa towarowa VL82 M
W praktyce spotykamy się głównie z metodą pierwszą – ze stacjami dokującymi dla typów trakcji. Powiedzmy, że jeśli jadę z Saratowa do Moskwy, taką stacją będzie Uzunovo, jeśli do Petersburga - Ryazan-2, jeśli do Samary - Syzran-1, ale jeśli do Soczi lub Adler - Goryachiy Klyuch (przy swoją drogą zawsze mnie dziwiło, że w Soczi nadal używa się prądu stałego, chociaż wszystkie koleje na Północnym Kaukazie mają przerwę - ale tam mówią, że trzeba gdzieś poszerzyć tunele, żeby przejść na przerwę, są ogólnie problemy).
Najnowsza rosyjska dwusystemowa lokomotywa pasażerska EP20
P.S. Małe wyjaśnienie. Oprócz moich własnych zdjęć (kolorowych) we wpisie wykorzystano także materiał z Wikipedii!
Sieć kolejowa Federacja Rosyjska dość obszerne. Składa się z kilku odcinków autostrad, które są własnością Kolei Rosyjskich OJSC. Co więcej, wszystkie drogi regionalne są formalnie oddziałami Kolei Rosyjskich JSC, podczas gdy sama spółka działa jako monopolista w Rosji:
Droga przebiega przez terytorium obwodów irkuckiego i czytyjskiego oraz republiki Buriacji i Sacha-Jakucji. Długość autostrady wynosi 3848 km.
Droga biegnie w dwóch równoległych kierunkach równoleżnikowych: Moskwa – Niżny Nowogród- Kirow i Moskwa - Kazań - Jekaterynburg, które są połączone drogami. Droga łączy środkowe, północno-zachodnie i północne regiony Rosji z regionem Wołgi, Uralem i Syberią. Droga Gorkiego graniczy z liniami kolejowymi: moskiewską (stacje Pietuszki i Czerusti), Swierdłowsku (stacje Czeptsa, Drużynino), Północną (stacje Nowki, Susolówka, Swiecha), Kujbyszewską (stacje Krasny Uzel, Tsilna). Całkowita rozwinięta długość drogi wynosi 12066 km. Długość głównych torów kolejowych wynosi 7987 km.
Linia kolejowa przebiega przez terytorium pięciu podmiotów Federacji Rosyjskiej – terytorium Primorskiego i Chabarowskiego, Amurskiego i Żydowskiego Obwodu Autonomicznego oraz Republiki Sacha (Jakucja). Jego obszar usług obejmuje również regiony Magadan, Sachalin, Kamczatka i Czukotka - ponad 40% terytorium Rosji. Długość robocza - 5986 km.
Kolej Transbajkalska biegnie w południowo-wschodniej Rosji, przez terytorium Terytorium Zabajkałskiego i Obwodu Amurskiego, znajduje się tuż przy granicy Chińskiej Republiki Ludowej i posiada jedyne w kraju bezpośrednie lądowe przejście kolejowe Rosja przez stację Zabajkalsk. Długość robocza - 3370 km.
Kolej Zachodniosyberyjska przebiega przez terytorium obwodów Omsk, Nowosybirsk, Kemerowo, Tomsk, Terytorium Ałtaju i częściowo Republika Kazachstanu. Długość rozwinięta głównych torów autostrady wynosi 8986 km, długość eksploatacyjna 5602 km.
Droga funkcjonuje w szczególnych warunkach geopolitycznych. Biegnie przez Kaliningrad najkrótsza droga z centrum Rosji do krajów Zachodnia Europa. Droga nie ma wspólnych granic z kolejami rosyjskimi. Całkowita długość autostrady wynosi 1100 km, długość głównych szlaków ponad 900 km.
Autostrada przebiega przez cztery duże regiony - obwód Kemerowo, Chakasja, Obwód irkucki i Terytorium Krasnojarskie, łączące Kolej Transsyberyjską i Południowosyberyjską. Mówiąc obrazowo, jest to pomost pomiędzy europejską częścią Rosji, jej Daleki Wschód i Azji. Długość eksploatacyjna drogi Krasnojarsk wynosi 3160 km. Całkowita długość wynosi 4544 km.
Linia kolejowa rozciąga się od obwodu moskiewskiego do podnóża Uralu, łącząc centrum i zachód Federacji Rosyjskiej z dużymi regionami społeczno-gospodarczymi Uralu, Syberii, Kazachstanu i Azja centralna. Droga składa się z dwóch niemal równoległych linii biegnących z zachodu na wschód: Kustarevka – Inza – Uljanowsk i Ryażsk – Samara, które łączą się na stacji Chishmy, tworząc dwutorową linię kończącą się na ostrogach Uralu. Dwie pozostałe linie drogi Ruzajewka – Penza – Rtiszczewo i Uljanowsk – Syzran – Saratów biegną z północy na południe.
W obecnych granicach Kolej Moskiewska została zorganizowana w 1959 roku w wyniku całkowitego i częściowego zjednoczenia sześciu dróg: Moskwa-Riazan, Moskwa-Kursk-Donbas, Moskwa-Okrużna, Moskwa-Kijów, Kalinin i Północna. Długość rozmieszczenia wynosi 13 000 km, długość operacyjna 8800 km.
Główna linia Oktiabrska przebiega przez terytorium jedenastu podmiotów Federacji Rosyjskiej - Leningradu, Pskowa, Nowogrodu, Wołogdy, Murmańska, Tweru, Moskwy, obwodów jarosławskich, miast Moskwy i Sankt Petersburga oraz Republiki Karelii. Długość robocza - 10143 km.
Kolej Wołga (Riazan-Ural) znajduje się w południowo-wschodniej części europejskiej części Rosji, w rejonie Dolnej Wołgi i środkowego biegu Donu i obejmuje terytoria obwodów Saratowa, Wołgogradu i Astrachania, a także kilka stacje zlokalizowane na terenie Rostowa, Regiony Samary i Kazachstan. Długość drogi wynosi 4191 km.
Autostrada łączy europejską i azjatycką część Rosji, rozciąga się na półtora tysiąca kilometrów z zachodu na wschód i przecina w kierunku północnym Koło podbiegunowe. Przechodzi przez Niżny Tagil, Perm, Jekaterynburg, Surgut, Tiumeń. Obsługuje także Okręgi Autonomiczne Chanty-Mansi i Jamalo-Nieniec. Długość robocza - 7154 km. Rozłożona długość wynosi 13 853 km.
Autostrada ma swój początek w centrum Rosji i rozciąga się daleko na północ kraju. Większość północnej linii głównej eksploatowana jest w trudnych warunkach Dalekiej Północy i Arktyki. Długość po rozłożeniu wynosi 8500 kilometrów.
Obszar obsługiwany przez drogę obejmuje 11 podmiotów Federacji Rosyjskiej Południowego Okręgu Federalnego; graniczy bezpośrednio z Ukrainą, Gruzją i Azerbejdżanem. Długość eksploatacyjna autostrady wynosi 6358 km.
Kolej Południowo-Wschodnia zajmuje centralne miejsce w sieci kolejowej i łączy regiony wschodnie i Ural z Centrum, a także regiony Północ, Północny Zachód i Centrum z Północny Kaukaz, Ukrainy i państw Zakaukazia. Droga Południowo-Wschodnia graniczy z Moskwą, Kujbyszewem, Północnym Kaukazem i Południowymi Kolejami Ukrainy. Długość robocza - 4189 km.
Kolej Południowo-Uralska położona jest w dwóch częściach świata – na styku Europy i Azji. Obejmuje oddziały w Czelabińsku, Kurganie, Orenburgu i Kartalińsku. Przez terytorium Kazachstanu przebiega kilka głównych linii kolejowych. Droga Południowo-Wschodnia graniczy z Moskwą, Kujbyszewem, Północnym Kaukazem i Południowymi Kolejami Ukrainy. Długość robocza - 4189 km. Opracowana długość wynosi ponad 8000 km.
Elektryfikacja kolei
Elektryfikacja kolei- zespół działań realizowanych na odcinku kolejowym w celu umożliwienia użytkowania na nim taboru elektrycznego: lokomotyw elektrycznych, odcinków elektrycznych lub pociągów elektrycznych.
Lokomotywy elektryczne służą do ciągnięcia pociągów na zelektryfikowanych odcinkach torów. Jako transport podmiejski wykorzystuje się sekcje elektryczne lub pociągi elektryczne.
Systemy elektryfikacji
Systemy elektryfikacji można sklasyfikować:
- według rodzaju przewodów:
- z zawieszeniem kontaktowym
- z szyną stykową
- przez napięcie
- według rodzaju prądu:
- prąd przemienny
- aktualna częstotliwość
- liczba faz
- prąd przemienny
Zazwyczaj używany jest prąd stały (=) lub jednofazowy prąd przemienny (~). W tym przypadku tor kolejowy pełni rolę jednego z przewodników.
Zastosowanie prądu trójfazowego wymaga zawieszenia co najmniej dwóch przewodów jezdnych, które w żadnym wypadku nie powinny się stykać (jak trolejbus), więc system ten nie zapuścił korzeni, przede wszystkim ze względu na złożoność odbioru prądu przy dużych prędkościach.
Podczas korzystania z prądu stałego napięcie w sieci jest utrzymywane na wystarczająco niskim poziomie, aby bezpośrednio włączyć silniki elektryczne. W przypadku prądu przemiennego wybiera się znacznie więcej Wysokie napięcie, ponieważ napięcie w lokomotywie elektrycznej można łatwo zmniejszyć za pomocą transformatora.
Układ prądu stałego
W tym układzie silniki trakcyjne prądu stałego zasilane są bezpośrednio z sieci trakcyjnej. Regulacja odbywa się poprzez podłączenie rezystorów, przestawienie silników i osłabienie wzbudzenia. W ostatnie dziesięciolecia Zaczęła się upowszechniać regulacja impulsów, pozwalająca uniknąć strat energii w rezystorach.
Pomocnicze silniki elektryczne (napęd sprężarki, wentylatorów itp.) również zazwyczaj zasilane są bezpośrednio z sieci stykowej, dlatego są bardzo duże i ciężkie. W niektórych przypadkach do ich zasilania wykorzystuje się przetwornice obrotowe lub statyczne (np. w pociągach elektrycznych ER2T, ED4M, ET2M zastosowano silnik-generator, który przetwarza prąd stały 3000 V na trójfazowy 220 V 50 Hz).
NA Koleje Rosji i kraje tego pierwszego związek Radziecki obszary zelektryfikowane przez Układ prądu stałego, teraz używają głównie napięcia = 3000 V (w starych sekcjach - = 1500 V). Na początku lat 70. w ZSRR prowadzono praktyczne badania Kolei Zakaukaskiej nad możliwością elektryfikacji prądem stałym o napięciu = 6000 V, ale później wszystkie nowe odcinki zelektryfikowano prądem przemiennym o wyższym napięciu.
Prostota wyposażenia elektrycznego lokomotywy, niski ciężar właściwy i wysoka wydajność doprowadziły do powszechnego stosowania tego systemu w wczesny okres elektryfikacja.
Wadą tego systemu jest stosunkowo niskie napięcie sieci stykowej, dlatego do przesłania tej samej mocy potrzeba więcej prądu w porównaniu do systemów o wyższym napięciu. To wymusza:
- zastosować większy przekrój całkowity przewodów jezdnych i zasilających;
- zwiększyć powierzchnię styku z pantografem lokomotywy elektrycznej poprzez zwiększenie liczby przewodów w sieci trakcyjnej do 2 lub nawet 3 (np. na pochyłościach);
- zmniejszyć odległości pomiędzy podstacjami trakcyjnymi, aby zminimalizować straty prądu w przewodach, co dodatkowo prowadzi do wzrostu kosztów samej elektryfikacji i utrzymania systemu (podstacje choć są zautomatyzowane, wymagają konserwacji). Odległość między podstacjami w obszarach silnie obciążonych, szczególnie w trudnych warunkach górskich, może wynosić zaledwie kilka kilometrów.
Tramwaje i trolejbusy korzystają ze stałego napięcia = 550 (600) V, metro = 750 (825) V.
System prądu przemiennego o obniżonej częstotliwości
W liczbie kraje europejskie(Niemcy, Szwajcaria itp.) stosowana jest jednofazowa sieć prądu przemiennego 15 kV 16⅔ Hz, a w USA na starych liniach 11 kV 25 Hz. Zmniejszona częstotliwość pozwala na zastosowanie silników szczotkowych prądu przemiennego. Silniki zasilane są z uzwojenia wtórnego transformatora bez stosowania przetwornic. Pomocnicze silniki elektryczne (do sprężarek, wentylatorów itp.) są również zwykle silnikami komutatorowymi, zasilanymi z osobnego uzwojenia transformatora.
Wadą systemu jest konieczność przekształcenia częstotliwości prądu na podstacjach lub budowa osobnych elektrowni dla kolei.
System prądu przemiennego o częstotliwości zasilania
Najbardziej ekonomiczne jest wykorzystanie prądu o częstotliwości przemysłowej, jednak jego realizacja napotkała wiele trudności. Początkowo stosowano silniki prądu przemiennego komutatorowego, generatory przekształtnikowe (jednofazowy synchroniczny silnik elektryczny plus generator trakcyjny prądu stałego, z którego zasilane są silniki trakcyjne prądu stałego) oraz obrotowe przetwornice częstotliwości (zasilające prąd dla asynchronicznych silników trakcyjnych). Silniki elektryczne komutatorowe słabo pracowały przy prądzie o częstotliwości przemysłowej, a przetwornice obrotowe były zbyt ciężkie i nieekonomiczne.
Układ jednofazowego prądu o częstotliwości sieciowej (25 kV 50 Hz) zaczęto powszechnie stosować dopiero po stworzeniu we Francji w latach 50. XX w. lokomotyw elektrycznych ze statycznymi prostownikami rtęciowymi (ignitronami; później zastąpiono je nowocześniejszymi prostownikami krzemowymi – np. względy środowiskowe i ekonomiczne); następnie system ten rozprzestrzenił się na wiele innych krajów (w tym ZSRR).
Podczas prostowania prądu jednofazowego nie powstaje prąd stały, ale pulsujący, dlatego stosuje się specjalne silniki prądu pulsującego, a obwód zawiera dławiki wygładzające (dławiki), które redukują tętnienia prądu, oraz rezystory tłumiące stałe wzbudzenie połączone w równolegle z uzwojeniami wzbudzenia silników i przepuszczając składową zmienną prądu pulsującego, co powoduje jedynie niepotrzebne nagrzewanie uzwojenia.
Do napędu maszyn pomocniczych stosuje się albo silniki prądu pulsującego, zasilane z oddzielnego uzwojenia transformatora (uzwojenia własnego) przez prostownik, albo przemysłowe asynchroniczne silniki elektryczne, zasilane z rozdzielacza fazy (schemat ten był powszechny we francuskich i amerykańskich lokomotywach elektrycznych , a od nich został przeniesiony do radzieckiego) lub kondensatorów przesuwających fazę (stosowanych w szczególności w rosyjskich lokomotywach elektrycznych VL65, EP1, 2ES5K).
Wadami systemu są znaczne zakłócenia elektromagnetyczne linii komunikacyjnych, a także nierównomierne obciążenie faz zewnętrznego systemu elektroenergetycznego. Aby zwiększyć równomierność obciążeń fazowych w sieci stykowej, naprzemiennie sekcje z różnymi fazami; Pomiędzy nimi rozmieszczone są wstawki neutralne – krótkie, kilkusetmetrowe odcinki sieci trakcyjnej, przez które na zasadzie bezwładności przejeżdża tabor z wyłączonymi silnikami. Są one wykonane w taki sposób, aby pantograf nie zasypywał przerwy pomiędzy sekcjami, które w momencie przejścia z przewodu na przewód znajdują się pod wysokim napięciem liniowym (międzyfazowym). Zatrzymując się na wkładce neutralnej, można do niej doprowadzić napięcie z przedniej części sieci stykowej.
Koleje Rosyjskie i kraje byłego Związku Radzieckiego, zelektryfikowane przez System klimatyzacji używać napięcie ~25 kV(tj. ~25000 V). 50 Hz.
Podłączenie systemów zasilania
Lokomotywy elektryczne różne systemy prąd w stacji dokującej
Lokomotywa elektryczna dwusystemowa VL82M
Różnorodność systemów zasilania spowodowała pojawienie się punktów przyłączy (układy prądowe, układy napięciowe, układy częstotliwości prądowych). Jednocześnie pojawiło się kilka opcji rozwiązania problemu organizacji ruchu przez takie punkty. Wyłoniły się 3 główne kierunki.