> Техника, страница 97 > Электрические железные дороги

Электрические железные дороги

Электрические железные дороги. Под Э. ж. д. подразумеваются только те ли нии, на которых локомотивы приводятся в движение с помощью электроэнергии, получаемой от центральных электрич. станций. Все прочие случаи, когда электрич. энергия, служащая для питания тяговых двигателей, производится непосредственно на локомотиве (дизель-электровоз, тепловоз и тому подобное.), в понятие Э. ж. д. не входят. Передача электроэнергии подвижному составу производится с помощью линий передач, следующих вдоль ж. д. (фигура 1), от которых и происходит питание электрического контактного провода. На фигуре 1: I—электрич. станция, II—линия передачи, III—тяговая подстанция, IV—контактная сеть, К—котел, Т—турбина, G—генератор, Тг—трансформатор, U—преобразователь, Е—

земля (рельс), L—локомотив. Необходимость применения электротяги на ж. д. вызывается или чисто техническими причинами, или экономическим соображениями, или теми и другими вместе.

При массовом движении поездов на трамвайных линиях или линиях метрополитена необходимые максимальные пропускные способности достигаются только при условии наличия электрич. тяги. На ширококолейных и близких к ним по типу ж. д. введение электротяги может вызываться наряду с техническими также и экономии, соображениями. Электрич. нагрузки электрифицированных ж. д. достигают в среднем 300 000 kWh/Ι км двухколейного пути. В виду этого решение вопроса о применении электрической тяги должно основываться на базе экономии, расчетов, учитывающих как строительные, так и эксплуатонньте затраты. Наличие дешевых природных источников энергии, как то: гидроэнергии, близких залежей угля и торфяников, или большие лесные богатства облегчают условия электрификации. Параллельно с этим и на магистральных сильно загруженных жел. Дор. может конечно выдвинуться вопрос о провозной способности. Электротяга, обеспечивая высокие скорости, возможность работать тяжелыми поездами (например ж. д. Норфольк-Западная в США), позволяет на таких сильно перегруженных участках надолго отказаться от сооружения третьих и четвертых путей. На участках с длинными туннелями (например туннель Джови в Сев. Италии) выбор электрической тяги может быть продиктован соображениями пожарной безопасности и отсутствия дыма.

История развития 3. ж. д. совпадает с моментом решения вопроса о способе производства энергии высокого напряжения. Попытки применить электротягу на базе получения тока от гальванич. элементов или магнитно-электрич. источников не могли быть жизнеспособными. В 1867 году Вернер Сименс изобрел динамомашину, открывшую возможность получения сильного тока, что тогда же внушило ему мысль применить последний в электротяге. Но первый электровоз он построил лишь 12 лет спустя для рудников Верхней Силезии. Этот электровоз был выставлен фирмой Сименс и Гальске в 1879 г. на промышленной выставке в Берлине. В 1881 г. в Лихтер-фельде близ Берлина был построен первый в мире трамвай. Но дальнейшее развитие этого типа

T. Э. Доп. т дорог последовало только в период времени с 1886 г. по 1890 г. в США благодаря инициативе Спрега, Томсона и др. В 1891 и 1892 гг. Всеобщая электрич. компания в Берлине перенесла сист. Спрега, а Союз электрич. об-в (Union Elektri-zitats-Gesellschaft) — сист. Томсона-Гу стона в Европу, где после этого возникла оживленная деятельность по постройке трамваев. Теперь трамваи за небольшим исключением всюду на электрич. тяге. Для метрополитенов электроэнергия оказалась особенно пригодной. Сначала перевели на электротягу отдельные паровые надземноподземные жел. дор. (Лондон, Нью Иорк), а потом основные городские ж.-д. магистрали в большинства. больших городов строились уже прямо на электрич. тяге. Первый электрич. метрополитен (City and South London Railway) был построен в 1890 г. После него была сооружена надземная ж. д. в Нью Порке и другие. Магистральные ж. д. с высоко развитой паровой тягой труднее переключались на электротягу. Главным препятствием являлся вопрос экономики. Правда, уже в 1894 г. на электротягу перешлиж. д. Балтимора—Огайо и нек-рые другие, обладающие длинными туннелями: Great Northern на участке Cascade-туннеля, Нью Иорк-Центральная и Пенсильванская в Нью Порке. Основными причинами перехода на электрич. тягу на этих линиях являлось стремление освободиться от сажи и дыма в туннелях. Ряд головных участков жел. дор. был электрифицирован в связи с необходимостью устранить дым, отравлявший городские районы, прилегавшие к крупным жел.-дор. станциям, а также в виду невозможности обеспечить необходимое при паровой тяге дальнейшее развитие станций. Однако электрификации собственно магистральных дорог пришлось ждать еще долго. Преимущества электротяги, очень медленно приобретавшие признание, состоят в следующем: 1) подача энергии непосредственно на поезда от внешнего источника (на жел. дор. с электросетью она не ограничена); 2) возможность использования дешевых источников энергии;

3) большая скорость движения в соединении с более высокой пропускной способностью дороги;

4) делимость поездов, возможность повысить частоту движения поездов; 5) ограничение мертвого веса поездов; 6) бездымность и чистота; 7) технические преимущества при эксплуатации, простота в устройстве станций и в составлении поездов, короткие остановки на станциях, отсутствие нужды в водоснабжении и угольных складах. Т. к. по мощности электрическая тяга превосходит паровую, в первую очередь были электрифицированы горные линии. Так возникли Э. ж. д. в Италии, Швейцарии, США, Германии и других странах, особенно там, где имелись дешевые источники энергии (горные реки или дешевые сорта угля).

Системы тока. Установив, что введение электротяги достаточно обосновано, приступают к выбору такой технической системы, которая обеспечила бы требующуюся пропускную способность, экономичность и наивысшую безопасность при эксплуатации. Система Э. ж. д. определяется родом тока, системой питания, оборудованием подвижного состава, составом поездов и подачей электроэнергии к участку. Самым важным критерием системы является род тока. а) Снабжение током. Первоначально предполагалось, что каждая Э. ж. д. для снабжения энергией нуждается в собственной электростанции. Теперь Э. ж. д. присоединяют к районным сетям. Основной причиной этого являются лучшая обеспеченность снабжения энергией, сравнительная дешевизна последней (энергия, потребляемая ж. д., составляет максимум 15%, общего ее потребления района) и наконец более высокий коэф. использования центральных электрич. станций и электросети. Единичные исключения из этого, как например силовые установки в Швейцарии, составляющие собственность ж. д., отнюдь не доказывают их хозяйственной целесообразности. В настоящее время снабжение энергией тяговых подстанций производится везде трехфазным током, имеющим напряжение в 50— 220 kV и частоту 25—60 Hz. Тяговая подстанция этот ток преобразует в такой, какой принят· на железных дорогах. б) Железнодорожные моторы. На всех дорогах, работающих постоянным током, наибольшее применение нашел мотор с последовательным возбуждением (сериес-двигатель). Способ его работы выражается следующими ур-иями М=const · i · Ф, в=Е -}- ίΚ,

Е=const · Ф - п,

где М—момент вращения, е—напряжение у зажимов, Е—обратная эдс электромотора, i — сила тока в якоре, R — сопротивление мотора,

Ф — магнитный поток и п — число оборотов. Из этого вытекают ценные для тяги свойства сериес-двигателя, а именно: независимость момента вращения М от подведенного к мотору напряжения е (громадное падение напряжения в проводах не влияет следовательно на тяговое усилие мотора); обратная пропорциональность между тяговым усилием и скоростью (то есть при разгоне и на подъемах мотор дает большое тяговое усилие, не перегружая чрезмерно коллектора); незначительность размеров мотора и надежность его в работе в виду малого числа витков обмотки возбуждения, наконец приблизительная равномерность распределения нагрузки на моторы вагона. Характеристика ж.-д. мстора постоянного тока как с последовательным, так и с шунтовым возбуждением показана на фигуре 2. Регулировка скорости движения производится всегда посредством последовательно-параллельного включения моторов или моторных групп. На больших скоростях к этим ступеням регулировки присоединяют еще несколько ступеней ослабления (шунтирования) магнитного поля. Последнее стало применяться со времени появления в 1906 году добавочных полюсов. Раньше по амер. образцу моторы делались разъемными посредине для того, чтобы был доступ к внутренним частям; теперь двигатели, предназначенные для дорог постоянного тока, делают цельнокорпусными. Такие двигатели дешевле и для воды непроницаемы. Якори при этом вынимаются только после снятия моторов. В настоящее время моторы строятся всегда с вентиляцией или

собственной (самовентилирующийся тип) или от особых вентиляторов (независимая вентиляция). Их мощность повышается от этого на 25—40%. На фигуре 3 показан разрез вентилируемого мотора (с собственной вентиляцией), на фигуре 4 и 5—разрез современного ж.-д. мотора посто-’ янного тока завода Сешерон. Передача от оси мотора к ведущей оси производится или системой зубчатых колес (передачи

1 : З-М : 5) или же для больших скоростей путем непосредственной посадки якоря двигателя на ведущую ось. Первоначальное напряжение мотора везде составляло 500 У, но когда появились дороги с переменным током высокого напряжения в рабочем проводе, напряжение мотора стало постепенно повышаться до 800, 1 000, 1 200 и

2 000 V. При непрерывном последовательном включении двух моторов это давало в рабочем проводе максимальное напряжение в 1 500—4 000 V. Главные из современных дорог постоянного тока работают при напряжении еще более высокое напряжение—4 000 V. Система трех проводов, при которой напряжение между наружными проводами достигает при постоянном последовательном включении двух моторов 5 000— 8 000 V, совершенно не привилась.

Шунтов ые моторы постоянного тока имеют напряженке приблизительно постоянное и следовательно работают с приблизительно постоянным числом оборотов; но при больших тяговых усилиях поглощаемая ими сила тока несоразмерно велика, коммутация вследствие сильней реакции якорей несмотря на добавочные полюсы хуже, а конструкция в виду большого объёма катушек возбуждения труднее. В виду более легкого переключения на обратный ход они себя оправдывают только на горных железных дорогах, а на равнинных Э. ж. д. применения совсем не находят. Компау ндный мотор должен быть поставлен между моторами с последовательным возбуждением и шунтовым; смотря по возбуждению магнитного поля он стоит ближе то к одному

то к другому типу. В последнее время на городских ж. д. пытались при помощи компаундных и шунтовых моторов разрешить задачу электрич. торможения и рекуперации (Бакерисс, Париж), но даже и в этом отношении оба упомянутых типа моторов распространения не нашли. Когда еще не умели строить моторы постоянного тика для высокого напряжения, все внимание направлялось на эксплуатю переменного тока, при к-ром и провода обходились дешевле и про была легче. Первые опыты производились с трехфазными моторами. По характеристике (фигура 6) мотор трехфазного тока похож на шунтов ой постоянного тока, то есть работает с приблизительно по стоянным числом об/м. п

Ί Ί 6°

или п=к V, где к=-р =

- ⁶⁰ ·

const,

Фигура 4.

рабочего проведа в 1 500 У (Франция) до 3 000 V tCIIIA). На одной местной ж. д. в Италии принято то есть число оборотов мотора пропорционально частоте то a v в сети. Поэтому мотор на подъемах поглощает от силовой станции большой ток. На уклонах же,

наоборот, когда число оборотов начинает превышать синхронное, он автоматически начинает отдавать энергию обратно в сеть, чем итальянские дороги давно уже стали пользоваться. Эта обратная работа, при которой ротор и статор меняются ролями, служит на уклоне одновременно и для регулирования скорости. Т. к. поле и ток зависят •от напряжения рабочего провода, то момент вра-

Фигура 6.

щения мотора трехфазного тока пропорционален квадрату напряжения. Напряжение же меняется незначительно, так как расчет проводов контактной сети производится в предположении небольшой величины падения напряжения. Регулирование числа оборотов моторов трехфазного тока можно производить след. обр. 1) изменением сопротивления включенного в цепь ротора (фигура 7); однако этот способ, вызывающий значительные потери энергии, применяется только при разбеге, когда необходимо получить максимальное значение момента вращения; 2) изменением числа полюсов (в обратном отношении к числу оборотов);

3) путем каскадного включения моторов; 4) посредством регулировки подводимого напряжения при моторах с короткозамкнутым якорем. Трехфазный мотор превосходит все другие ж.-д. двигатели простотой и надежностью конструкции и дешевизной. В целях улучшения cos ψ междуже-лезное пространство делают в этих машинах насколько возможно малым (ок. 3 миллиметров). Недостатком дорог, работающих на трехфазном токе, является двухполюсная контактная сеть (третья фаза — рельсы). В виду трудности скрещивания проводов на воздушных стрелках напряжение рабочих проводов обычно берется порядка 3 500 V. Именно этот тип двигателя был применен на опытной

Фигура 7.

ж. д. Мариенфельд — Цоссен близ Берлина в 1903 году, где скорость движения поездов достигла 210 км/ч.

В 1903 году Ламме впервые сконструировал мотор однофазного тока, нашедший себе широкое применение на Э. ж. д. Этот двигатель имеет сходство с сериес-мотором постоянного тока, т. к. обмотки статора и ротора у него включены последовательно. Поэтому ур-ия, характеризующие работу мотора постоянного тока с последовательной обмоткой, действительны также и для этого двигателя. Как показывает фигура 8, момент вращения D является всегда величиной положительной. Т. к. в однофазных двигателях действующей является только средняя величина тока и магнитного потока, то однофазный мотор получается конструктивно тяжелее мотора постоянного тока. При обычной частоте дорог переменного тока максимальная и нулевая величины момента вращения так быстро друг друга сменяют, что получается нек-рая равномерно действующая средняя сила тяги. В результате опытов, произведенных над различными способами включения мотора, а также на основании опыта, приобретенного при эксплуатации ж. д., чистая форма последовательных двигателей признана наилучшей.

Однофазный мотор с последовательной обмоткой по своим свойствам похож на мотор постоянного тока. Но от последнего он в некоторых отношениях существенно отличается. Так например, обмотки магнита и якоря обладают значительным коэфициентом самоиндукции. Магнитное поле реакции якоря парализуется компенсационной обмоткой К (фигура 9, где е — напряжение на зажимах 350—450 V), если же последней не имеется, то и напряжение между смежными коммутирующимися пластинами коллектора берется >2,5 V. Магнитное же поле возбуждения мотора должен быть сохранено, причем его индуктивность понижается тем, что обмотка ротора получает малое число витков сравнительно с обмоткой статора. Т. к. в железе полюсов под влиянием переменного магнитного поля образуются большие потери от токов Фуко и гистерезиса, полюса обычно србираются из отдельных листов подобно сердечнику якоря. Сверх того в коммутирующихся витках якоря кроме индуктивного падения напряжения, к-рое (как и у мотора постоянного тока) парализуется полем добавочных полюсов, возникает еще одна эдс, т. наз. трансформаторная эдс (подобно трансформатору). Эта эдс смещена в фазе в направлении индуктивного падения напряжения на 90°. У мотора, который не работает или только начинает работать, устранить ее нельзя, но, беря для каждой секции обмотки якоря малое число витков, а в сети низкую частоту тока, можно ее сильно ослабить. Создаваемый этой эдс ток должен быть по возможности слабым; этого достигают обычно путем включения сопротивлений между якорем и коллектором. У работающего мотора вредное действие трансформаторной эдс уничтожается тем (предложено Оэрликоном), что короткозамкнутую катушку заставляют вращаться в поперечном магнитном поле, напряженность и фаза которого м. б. установлены при помощи катушки W с параллельным сопротивлением Ν. Существуют и другие способы включения, служащие той же цели, но предложение, данное Оэрликоном (фигура 9), оказалось наилучшим. Современные ж.-д. мо

торы однофазного тока в работе вполне надежны. У зажимов мотора напряжение составляет 350 V, так что напряжение рабочего провода в 10— 15 kV, имеющееся на пантографе электровоза, должен быть снижено посредством трансформатора. Частота в большинстве случаев составляет 16²/₃ Hz, то есть 50 : 3, а напряжение у компенсационной обмотки 3,5—5 V. Этот мотор примерно на 25% тяжелее и дороже мотора постоянного тока. Однофазные моторы регулируются изменением подводимого к ним напряжения, что достигается с помощью вышеупомянутого трансформатора. Благодаря наличию последнего имеется возможность регулировать скорость движения поезда с большой точностью. Однако во избежание чрезмерного усложнения схемы обычно ограничиваются лишь небольшим количеством ступеней включения. Преимуществом однофазной системы это конечно не является. в) Управление моторами отдельных вагонов производится след, образом: концы обмоток якорей и возбуждения, а также кабели,

с вентилятором для охлаждения пусковых и тормозных сопротивлений (12), 16 — сопроти вление мотор-генератора, 17 — мотор-компрессор, 18 — переключатель для мотор-компрессора, 19— регулятор давления для мотор-компрессора, 20— вольтметр, 21 — предохранители для вольтметра,

22 — добавочное сопротивление для вольтметров,

23 — амперметр, 24 — шунт для амперметров, 25 — приспособление для переключения к шунтам для рабочего и тормозного тока, 26 — сигнальный фонарь, 27 — переключатель для сигнального фонаря, 28 — лампочка в качестве сопротивления, 29 — лампочка над прибором, i0 — внутренняя лампочка, 31 — выключатель освещения, 32 — предохранитель, 33 — электрич. печи, 34 — выключатель электрич. печей, 35 — то же для кабины машиниста, 36 — соединение цепей освещения и отопления, 37 — однополюсные выключатели. В случае наличия в поезде нескольких электровозов или при тяжелых локомотивах применяется непрямое т. н. контакторное управление (Multiple Unit System). При

Фигура 10.

идущие к сопротивлениям или трансформатору и т. д., подводят к помещающимся в кабине машиниста выключателям (контроллер машиниста), где соответствующим образом (например посредством валика) соединяют друг с другом и с отдельными ступенями реостата. Фигура 10 изображает непосредственное управление электровозными моторами постоянного тока высокого напряжения для обыкновенного, последовательно-параллельного включения обоих моторов: 1 — пантограф, 2 — дроссельная катушка, 3 — роговой разрядник — аппарат для защиты от молнии с магнитным искрогашением и добавочным сопротивлением, 4 — вводный изолятор для проводов высокого напряжения, 5 — главный автоматич. выключатель с пневматич. действием, 6 — главный контроллер для езды и торможения, 7— реверсор, 8—отключатель группы моторов, 9 — привод для главного контроллера, 10 — привод для реверсора, 11 — ж.-д. мотор, 12 — сопротивления для пуска и торможения, 13 — выключатель высокого напряжения с пневматическим приводом, 14 — предохранитель высокого напряжения, 15 — мотор-генератор (слева — мотор)

этом способе концы отдельных проводов соединяются не в кабине посредством контроллера, а на электровозе при помощи отдельных контакторов. Последние работают или сжатым воздухом или от электромагнитов. Вспомогательные провода управления проходят через весь поезд и включаются или выключаются любым контроллером одного из электровозов, т. ч. вез параллельно включенные контакторы вступают в действие во всех вагонах одновременно (фигура 11— схема управления электропоездом, где 1 — подвод тока, 2 — предохранитель от молнии — разрядник, 3 — соединение вспомогательных проводов, 4 — главный трансформатор, 5 — вспомогательный трансформатор, 6 — рельс, 7 — подвод вспомогательного тока, 8 — контроллер машиниста, 9 — то же, что 3, 10 — подвод к двигателю). При этом способе по сравнению с непосредственной системой управление тяжелыми локомотивами легче, и кроме того он позволяет вводить в состав поезда электровозы и электровагоны в любом количестве. Конструкции систем управления разнообразны. Фигура 12 (М—электромагнит, В — рычаг контактора, К — губка контактора, H — пружинящий контакт, Mst — силовой ток) показывает индивидуальный элек-тромагритный контактор, число которых в электровозе м. б. значительно. Такие контакторы обы шо располагаются или в один ряд в нижней части рамы электровоза или же правильными рядами, параллельными и расположенными друг над другом внутри локомотива. Главный (мастер)

контроллер устроен здесь так же, как у трамваев, но он меньшего размера, так как переключает лишь слабые токи возбуждения электромагнитов. Индивидуальные контакторы приводятся в действие иногда сжатым воздухом, которым управляют посредством электромагнитов. Благодаря этому они становятся легче, а нажим контакта увеличивается. г) Составление поездов на Э. ж. д. На самостоятельных электрифицированных участках местного пассажирского сообщения наиболее целесообразно и экономически выгодно применять тягу моторными вагонами, к которым присоединяются один или несколько прицепных: число таких секций, отправляемых в единицу времени (час), м. б. приноровлено к условиям текущего момента. Благодаря этому мертвый груз поездов сводится к минимуму. При высоких скоростях сообщения эти поезда составляются только из моторных вагонов. Товарные поезда пускаются обычно всегда с электровозами, товарные же электровагоны применяются в ограниченном количестве. Эксплоата-ция на междугородных и городских ж. д. скорого сообщения должна всегда производиться составами из моторных вагонов. Состав поездов на дорогах влияет на выбор системы тока: например однофазный мотор является менее пригодным для моторных вагонов, чем мотор постоянного тока, т. к. он тяжел и его электрооборудование громоздко (в каждом мотор-вагоне

Одолжен находиться трансформатор). Поэтому моторные ва-Фигура 12. гоны переменного тока приме няются только на дорогах, электрифицированных на однофазном токе по другим причинам. д) Снабжение электроэнергией. Для снижения происходящих при передаче потерь электроэнергии, а также для экономии меди желательно применять ток небольшой силы, но высокого напряжения. Сечение проводов при заданной мощности передачи обратно пропорционально квадрату напряжения, а дальность передачи растет прямо пропорционально квадрату напряжения. Поэтому на железных дорогах постоянного тока, вынужденных довольствоваться

95 90 85 ό 80

** 75 70 65


а
6
с	г

d


21	ί0 51	W 75	0 1000 kW 1250

Постоянный тон U ^ZU 3/4 Нагрузка

Фигура 13.

сравнительно низким напряжением в рабочей сети, пользуются для передачи энергии от ЦЭС к тяговым подстанциям (на дальнее расстояние) трехфазным током высокого напряжения. Тяговая подстанция может преобразовать ток или вращающимися машинами (мотор - генераторами, одноякорными преобразователями) или ртутными выпрямителями. Фигура 13 показывает соотношение кпд этих преобразователей (а — выпрямитель и преобразователь, b — одноякорный преобразователь с трансформатором, с — каскадный преобразователь, d — мотор-генератор). Помимо высокого кпд преимуществом выпрямителя является также дешевизна установки, меньший объём (1:2) и легкость в обслуживании. Поэтому он посте-

____ пенно вытесняет враща-

-^Г ющиеся преобразователи. Можно ожидать, что ^zs посредством выпрями-- талей будут со временем Фигура 14. трансформировать не только ток переменный в постоянный, но и переменный высокой частоты в такой же низкой частоты, а также постоянный ток низкого напряжения в такой же высокого напряжения и обрат но (смотрите Тиратрон, Выпрямитель, Ионный преобразователь, Вентильный двигатель). Низ- ι, л — F

кое напряжение удешевляет подвижной состав, но зато увеличивает стоимость подстанций и контакт

ам

[Гс5~|

Фигура 15

Фигура 16.


	Фи s

ной сети. Из опыта известно, что повышение напряжения рабочего провода с 1 500 на 3 000 V уменьшает общие расходы на 10—20%. Но так как в большинстве случаев первичный ток (ток линии передачи) по своей частоте и напряжению не может быть непо-: средственно использован в рабочем проводе, то и тогда, когда дороги работают на трех- и однофазном токе, все же необходимо преобразование первичного тока на тяговых подстанциях. На фигуре 14 показано, как на подстанциях трансформаторы перерабатывают трехфазный ток высокого напряжения в трехфазный ток 3 000 V напряжения рабочего про- ГГ7= г—:: .sfcrzzir/V

вода (Вальтеллин-:кая же л. дор. в Италии); на фигуре 15 однофазный ток вы- ф_ИГ. 17.

сокого напряжения трансформируется так, чтобы получилось напряжение рабочего провода в 15 kV; наконец на фигуре16 трехфазный ток стандартной частоты преобразуется посредством вращающегося преобразователя в однофазный ток низкой частоты. Последнее становится необходимым также и тогда, когда трехфазные дороги низкой частоты включаются в общую электрическую сеть. На фигуре 14, 15,

	ΛΛΜ л	VM
		^2_

Фигура 81.

vwvwvXvwwwii

Ivwvww

р. vVvV^/VWVvVj 1

p/wwv

16: К — силовая станция, U — подстанция, Т — трансформатор, G — генератор, MG — мотор-генератор, F—линия передачи электрич. энергии, S — участок пути. В настоящее время при включении однофазных ж. д. (16²/₃ Hz) в общую сеть (трехфазный ток 50 Hz) можно преобразователи частоты заменять управляемым ртутным выпрямителем GI (фигура 17). Когда частоты первичного трехфазного и однофазного тока равны (в США это бывает при 25 Hz), нужно применять схему, представленную на фигуре 18 и 19, то есть распределять однофазную железнодорожную сеть по возможности ранномерно между тремя фазами первичного тока и одновременно трансформировать соответ-

________ ствующим образом напряжение. Для полноты упомянем еще о предложенной (в Штутгарте) Якобом системе двойной частоты, служащей для ^фиг- ¹⁹ · включения одно фазных дорог в трехфазную сеть. Пока она нигде еще не применялась. Разнообразие систем передачи очень велико.

Как системы двигателей в электровозах, так и системы ж. д. различаются по току постоянному трехфазному и однофазному.

Во всех трех случаях первичные провода получают трехфазный ток от общей сети. Но наряду с этим нашли распространение и смешанные системы, а именно: с однофазным переменным током в рабочем проводе и постоянным, или трехфазным, током в электровозе.Статистика относит обычно эти так называемые комбинированные системы к однофазным дорогам, но очевидно, что если моторы не однофазны, то это неправильно.

Важнейшими представительницами этой системы являются государственные ж. д. Венгрии (Кан-до) и Виргинские железные дороги в США. Современные подстанции строятся обычно автоматическими.

Фигура 20 показывает устройство такой никем не обслуживаемой подстанции: 1 — распределитель ный щит (контрольный), 2 — распределительный пульт, 3—ячейка распределительного пульта, 4— подстанция, 5—главный распределительный щит, 6 — одноякорный преобразователь, 7 — указатель нагрузки, 8—группа ключей (клавишей), 9 — телефонные присоединения, 10—лампочки, 11 — инструменты, 12 — катушка, 13— ламповое реле, 14 — реле передачи, 15 — реле приема, 16 — выравнивающий трансформатор, 17 — громоотвод, 18 — реле управления, 19— батарея, 20 — главный выключатель, 21 — подсобное реле. По мере возрастания в рабочем проводе напряжения увеличивают и расстояние между подстанциями; но расстояния берутся как правило одинаковые как для ж. д. переменного тока, так и для линий постоянного тока, т. к. с расстоянием увеличиваются и шансы на неисправность телеграфа. На магистральных линиях принимают между подстанциями расстояние 25— 30 км. Расчет ж.-д. проводов обычно ведут, исходя из допущения определенной величины падения напряжения. Если оказывается, что падение больше, чем это допустимо (10%), то поперечное сечение провода увеличивают. Если же сечение рабочего провода оказывается на основании электрического расчета малым и его приходится выбирать лишь на основании требований механич. прочности, то это значит, что подстанции расположены чаще, чем это необходимо. Расчеты по формуле Томсона имеют только теоретич. значение, т. к. уравнение содержит слишком много переменных, часть которых математически неопределима. При системе переменного тока большой процент экономии в меди, достигаемый благодаря высокому напряжению, теряется, с одной стороны, вследствие само- и взаимоиндукций контактных проводов, фидеров и рельсовых ниток, а также и вследствие скин-эффекта. Ордината на фигуре 21 показывает потерю напряжения, приходящуюся на 1 км проводки при однофазном токе (про состоит из воздушных проводов и рельсового пути). На фигуре 21: 1 — потеря напряжения на 1 км на однопутной линии постоянного тока, 2 — то же для переменного тока на двухпутных участках при 16²/₃ Hz, 4 — двухпутные линии при 50 Hz, 3 — одноколейные участк i при 16²/₃ Hz и 5 — при 50 Hz. Т. к. расстояние между воздушными проводами и рельсами бывает большим, то индуктивное па

дение напряжения как при разгоне, так и на подъемах и длинных участках пути может выражаться в очень крупных цифрах. е) Сравнение систем. При постоянном токе потребное количество меди для контактной сети изменяется обратно пропорционально квадрату напряжения, при переменном же токе низкой частоты падение напряжения увеличивается по сравнению с системой постоянного тока за счет индуктивности линии и скин-эффекта. Полный коэфициент мощности cos φ однофаз-

ной дороги составляет только 0,4—0,6, часто даже только 0,3. Тяговые подстанции необходимы при всех системах. На них устанавливаются или вращающиеся преобразователи или ртутные выпрямители. На дорогах с переменным током расстояния между подстанциями вследствие более сильного индуктивного влияния, сказывающегося на увеличении падения напряжения, делаются меньше, чем это требовалось бы более высоким напряжением рабочего провода. На дорогах переменного тока, особенно если эти дороги имеют вращающиеся преобразователи, расходы на постоянные устройства вследствие необходимости защиты проводов слабого тока будут больше, чем на дорогах с постоянным током. Однофазные моторы тяжелее и дороже, чем моторы постоянного тока. К этому прибавляются тяжелые и дорого стоящие трансформаторы, особенно при 16²/в Hz. Это оказывает особенно сильное влияние при густом движении, при большом числе поездов на линии. Существующая у всех трех систем возможность регулирования скорости движения удовлетворяет всем условиям эксплоа-тации. Рекуперация при трехфазном токе наиболее проста и выгодна; затем следует постоянный и только на третьем месте находится однофазный ток, при к-ром осуществление рекуперации представляет большие трудности при низком кпд этого режима. Комбинированные системы (однофазно-постоянные или однофазно-трехфаз-ные) соединяют простую однополюсную сеть и высокое напряжение рабочего провода с надежной конструкцией моторных вагонов. ж) Распределение систем токов по странам. Решением выбрать ту или иную жел.-дор. систему в разных странах руководили первоначально случайные точки зрения. Только новейшим электрификациям, как например во Франции, Испании, Бразилии и т. д., предшествовала исчерпывающая проработка вопроса для выбора определенной системы. В настоящее время распределение систем токов для Э. ж. д. по странам таково: постоянный ток— Франция (исключительно), Англия (почти исключительно), Канада (почти исключительно), Испания (почти исключительно), Италия (приблизительно с 20% приращения), Чехо-Словакие (почти исключительно), США (с 67 %), Южная Америка (исключительно) (Коста-Рика имеет однофазный ток), Африка (исключительно), Индия (исключительно), Япония (исключительно), Китай (исключительно), Нидерландская Индия (исключительно); трехфазный ток — Италия (приблизительно 80%); однофазный ток — Швейцария (92%), Швеция, Норвегия (почти исключительно), Германия, Австрия (приблизительно 89%), США (25%); комбинированные системы: однофазно-постоянный ток, однофазно-трехфазный ток — США (8%), Венгрия (почти исключительно).

Контактная сеть. Систему подвески проводов вдоль линии мы можем рассмотреть самостоятельно, так как на нее, вообще говоря, род тока не влияет. В основном контактная сеть бывает двух типов: а) воздушный провод и б) третий рельс. Подземные проводки щелевой системы или типа контакторных в виду дороговизны и


		4

	Г	4
		Ч
		2
·		7

о wo гао зоо т sod тол Фигура 21.

частых аварий теперь не применяются. Подвеска воздушного провода делается простой (трамвайный тип) или же на несущих тросах (цепная подвеска). а) Воздушная сеть с простой трамвайной подвеской контактного провода употребляется только там, где скорость хода поездов незначительна,.

то есть преимущественно на трамваях, т. к. при ней не удается подвесить провод вполне горизонтально. Тем не менее с простой подвеской построены даже и нек-рые магистральные линии, на которых скорость движения достигает 60—70 км/ч (например Вальтеллинская жел. дор. в Сев. Италии)_у

го провода показана на фигуре 22 (для сечения 80 и 100 миллиметров²) зажимы входят в сделанные на нем выемки. Форма восьмерки оказалась непригодной, т. к. между двумя точками, в которых подвешен провод, последний пе

рекручивается, и провод принимает горизон-_ * тальное поло-

^фиг* ‘ ^ жение. Провод подвешивается или к поперечным тросам между мачтами, или на кронштейнах, или же на траверсах, но всегда так, чтобы в вертикальном направлении он имел эластичность. Токоприемник тоже должен пружинить, чтобы контакт с проводом не нарушался и при движении не появлялось искр. На фигуре 23 и 24 показан тип подвески для различных конструкций токоприемника. Фигура 23 дает конструкцию для роликового токоприемника и фигура 24 — для бугеля (дуга). При дуговом токоприемнике идет меньше материала, и кроме того система имеет лучший вид. Для того чтобы во время движения дуга по ширине (ок. 1,2 ж) ровнее снашивалась, контактный провод подвешивается зигзагообразно. На поворотах контактный провод оттягивается в сторону в форме мн-ка. На поворотах, а также на стрелках с особенной ясностью выявляется, что при пользовании дугой форма сети получается проще, чем при роликах. Кроме того дуга имеет еще то преимущество, что она меньше портит контактный провод и с него не соскальзывает. Стрела провеса провода f в ж определяется по ф-ле

, a* - G

8Р »

где а — расстояние между опорами в ж; Р — натяжение провода в килограммах; G — вес рабочего провода в килограммах/м. При —15° Р должно все еще давать трехкратное обеспечение сопротивления против разрыва. Расстояние между мачтами составляет 30—40 ж. На магистральных ж. д., например на Вальтеллинской ж. д. при трамвайной подвеске, натяжение Р взято увеличенным, для того чтобы и при больших скоростях токоприемник скользил по проводу спокойно, не создавая ударов. Для контактного провода и оттяжек следует руководствоваться данными, приведенными в таблице 1.

Таблица 1. — Данные для контактного провода и оттяжек.

Материал	Сопротивление на разрыв, кг/см%	Предел пропор циональ ности, кг/сж2	Уд, сопротивление, Ω миллиметров^/м
Провод твердотянутой меди.	4 000	1300	0,0175
Фоноэлектрик.	5 700	3 250	0,0383
Стальной трос.	6 500	5 200	0,1500

На фигуре 25 представлен нормальный тип электрического соединения на рельсовых стыках для

Фигура 25.

обеспечения обратной цепи тока. Для измерения сопротивления стыков пользуются переносными мостиками. Чтобы уменьшить количество мачт, можно применить систему оттяжек, показанную на фигуре 26.

		- ~ У__7Ппп
- j,	т	V_N ’ .л ; —₀----о - <		f	ч
		^Г ту Ф ό		f <		-9—
·< Ч	К	; ; .г : ^ у	N	!>_ч	i	> " ·6- > >

Фигура 26.

б) Воздушная сеть с цепной подвеской контактного прово-д а. При больших скоростях (80—130 км/ч)

пользуются цепной подвеской контактного провода; расположение несущего троса и провода для этого случая изображено на фигуре 27. Цепная подвеска обеспечивает спокойное скольжение по проводу токоприемника и в случае разрыва провода обеспечивает большую безопасность. Чтобы компенсировать прогиб контактного провода, образующийся от колебаний t° воздуха,

Фигура 27.

устраивают компенсаторы из грузов, подвешиваемых в расстоянии 1—1,4 км друг от друга (фигура 27). Опыт показывает, что устройство компенсации натяжения одновременно на контактном проводе и несущем тросе является из-

Фигура 28.

лишним. Расстояние между точками, в которых контактный провод подвешивается к несущему тросу, составляет > 12,5 метров Расстояние между мачтами зависит от натяжения в контактном проводе и в несущем тросе, а также и от отклонений под действием ветра. Оно составляет

ί=(W+Vw· - ζη,

где I — расстояние между мачтами в ж, Z — натяжение вместе взятых контактного провода и несущего троса в килограммах, W — давление ветра на 1 п. м цепной подвески в килограммах/ж, z — половинная величина зигзагов в ж и ц — наибольшее ветровое отклонение (0,75 ж); I составляет при обычной величине остальных значений 60—75,0 ж. В настоящее время для оттяжки контактного провода употребляется даже при 15 kV напряжения не двойная, а ординарная изоляция. Т. н. косая цепная подвеска препятствует отклонениям под действием ветра. Так как ветровая устойчивость косой подвески бывает больше, чем вертикальной, то при первой расстояние между мачтами допускается на 7% больше, чем при второй, а при полукосой приблизительно на 5%. При очень сильных токах параллельно протягиваются два рабочих провода и с помощью маленького мостика подвешиваются вместе к одному общему несущему тросу. в) Контактный (третий) рельс. На ж. д. со средним напряжением постоянного тока 600 — 1 500 V на собственном полотне применяется третий, так называемым контактный рельс. Фигура 28 изображает рельс с нижним контактом. При верхнем или боковом контакте работа рельсов страдает от снеговых заносов. При надлежащей изоляции третий рельс допустимо применять и при напряжении в 3 000 V. Впервые контактный рельс был применен в США на ж. д. «Нью Иорк — Централ». Химический состав материала примененного там контактного рельса следующий: углерод 0,1;

марганец 0,4; кремний 0,05;фосфор 0,10;

л-г к-1

iUL

Y-1

Ύ-s

к-г

- у-?

Фигура 29.

сера 0,08%. Контактная сеть делится обычно на отдельные секции (фигура 29): П-1, П-2 — место питания; К-1, К-2 — колея; У-1, У-2, У-3 — участки; этим облегчается локализация случающихся на участке аварий. Нормально участковые выключатели бывают всегда включены; это дает наименьшее сопротивление проводов. Выключаются они только в случаях аварий в сети и притом в последовательности, указываемой диспетчером с наблюдательного поста.

Нарушения, обусловленные влиянием контактной сети, а) Влияние на провода связи (слабого тока). Электрический ток, проходящий по контактному проводу и рельсовому пути, создает электрические и магнитные поля. Последние на железных дорогах переменного тока оказывают индуктивное влияние на находящиеся в сфере их достижения всякого рода слаботочные провода (телефон, телеграф и прочие). Уже первые из дорог этого типа создавали в почтовых и жел.-дор. телеграфных, телефонных и блокировочных проводах значительные нарушения работы. Возможность с достаточной экономичностью электрифицировать жел.-дор. магистрали однофазным током появилась не раньше,

	--		--

Фигура 30.

чем были найдены средства для борьбы с этими нарушениями. Средства эти разнообразны. Для ослабления индуктивного влияния применяются экранирование поля контактного провода, калибрование слаботочных линий, компенсация поля, например с помощью троса, уложенного вдоль контактного провода, причем напряжение в том и в другом одинаковое, но сдвинутое по фазе на 180°. Однако самыми лучшими средствами являются удаление проводов связи на возможно большее расстояние от полотна жел. дор. или укладка их в кабель. Компенсационным влиянием соседних проводников, как например рельсов, индуктированные напряжения м. б. понижены. Опыт показывает, что прокладка проводов связи дальнего расстояния, если они заложены в жел.-дор. насыпь в виде кабеля, имеет громадное значение. Воздушные провода, находящиеся от жел. дор. на расстоянии 100 или более ж, желательной гарантии не дают. Мешающие напряжения хорошо компенсируются отсасывающими трансформаторами, применяемыми одновременно с

Т. Э. Доп. т. изолированной обратной проводкой (фигура 30, 1). Для достижения наилучших результатов обратные провода прокладываются с таким расчетом, чтобы индуктивное влияние токов контактного и обратного провода, оказываемого на рельсы, было бы одинаковым; такой случай изображен на фигуре 31, где 1 — контактный провод, 2 — обратный провод, 3 — несущий трос, 4 — телефонный кабель, 5 — провода освещения. Чтобы воспрепятствовать дальнейшему развитью индуктивных токов в рельсовых цепях, сопротивление последних должен быть возможно большим, а поэтому медные соединения стыков недопустимы. На Э. ж. д. Стокгольм—Гетеборг например рабочая про состоит из контактного провода с несущим тросом в 80 миллиметров² и из обратного провода в 130 жж², причем все сделано из меди, Общее сопротивление сети, включая и отсасывающие трансформаторы, составляет 0,4 Q/km. При нормальной рабочей силе тока можно индуктивное напряжение снизить до 0,02 V/100 А-км. При 18 000 А-км соответственно получаются 3,6 V, что много ниже допустимого предела в 15Y.

Трехфазный ток, преобразованный в выпрямителях, состоит из части постоянного тока, которая сама по себе нарушения не вызывает, но на него наслаиваются пульсации (высшие гармоники) выпрямленного тока, оказывающие чрезвычайно вредное влияние. Токи, подаваемые выпрямителями с сеточным управлением, порождают также чрезвычайно сильные высшие гармоники и представляют опасность для проводов связи. Для борьбы с возникающими вследствие этого нарушениями слаботочных линий применяются установки, сглаживающие пульсации, так называемым фильтры с дросселем; стоимость установки последних дешевле, чем мероприятия, требующиеся на однофазных дорогах. Применение защитных устройств на самих проводах связи обходится дороже, чем установка фильтров с дросселем, и потому обычно не осуществляется. б) Электролитические влияния. Блуждающие токи, ответвляющиеся от рельсов, способны электролитически разъедать проложенные в земле трубопроводы, кабели и тому подобное. Это происходит в тех случаях, когда трубы или кабели прокладываются слишком близко к ж.-д. полотну, что случается в большинстве случаев в городах, но иногда и на магистральных ж. д. Для борьбы с этим явлением оказываются полезными следующие мероприятия: напряжение между рельсами и почвой по возможности снижается, проводимость же рельсов (рельсовых соединений), а также переходное сопротивление между рельсами и почвой устанавливаются возможно высокими (смотрите Токи блуждающие).

в) Нарушения в магнитных обсерваториях, происходящие под влиянием Э. ж. д., вследствие тонкости производимых здесь измерений начинают замечаться уже на расстояниях 2—5 км от ж. д. Особенно ощутимы бывают они в тех случаях, когда ж. д. огибает

Фигура 31.

по дуге то место, где производятся измерения, когда же она проходит по прямой линии, то упомянутые нарушения бывают слабее. Мерами борьбы против этих нарушений являются изоляция прямой и обратной ж.-д. сети, перемещение жел. дор. или обсерватории для увеличения расстояния между ними. Мероприятия самой обсерватории должны состоять в устройстве хорошего заземления, в улавливании токов, проходящих в земле, и перенесении их на воздушные провода, пользовании при применении, нулевых методов инструментами большой чувствительности, астазировании инструментов, применении для измерений тока гальванометров д’Арсонваля.

Городские и пригородные Э. ж. д. скорого сообщения представляют собой особый тип жел. дор. Это — надземно-подземные дороги больших го-

с кривой скорость — время (фигура 32). Оно определяется по диаграмме (фигура 33) и зависит следовательно от количества времени, необходимого поезду для прохождения перегона. При этом учитываются длина поезда, ускорение при разгоне, замедление при торможении, длительность остановки и расстановка сигналов. К этому прибавляют около 25% на факультатив. Пока в зависимости от устройства сигнализации удавалось пускать не более 35—42 поездов в час. Так как расстояния между остановками очень коротки (ок. 0,40—1,5 км)_у то поезд не может при соот-* ветствующем ускорении 0,5—0,75 ж/ся² сохранять максимальную достигнутую им скорость. Наоборот, для экономии энергии ему дают перед торможением двигаться нек-рое время по инерции (фигура 32). Коммерческую скорость можно вычислить по фигура 33. В Нью Норке например

родов и примыкающие к ним пригородные линии. Их можно эксплоатировать исключительно электричеством, так как электрические дороги 1) по сравнению с другими, особенно паровой тягой, обладают наибольшей пропускной способностью; 2) по быстроте передвижения больше соответствуют нуждам большого города; 3) в эксплоата-

ции чище и не создают большого шума. Провозная способность есть величина, равная произведению емкости одного поезда на количество поездов, проходящих через определенную точку пути в сутки. Если какой-нибудь город нуждается в нескольких линиях, то и постройка и эксплуатя каждой линии должны вестись по возможности самостоятельно; пользование общими участками создает при эксплуатации помехи и понижает провозную способность отдельной линии. Предстоящее в будущем развитие движения должно учитываться уже заранее. Следование поездов устанавливают, сообразуясь она равна 18,50 км/ч, в Берлине — 24,80, в Лондоне — 24,50. Уплотненность расписания движения поездов и скорость передвижения увеличивают район, подпадающий под влияние ж.-д. линии, в одинаковой мере и имеют следовательно большое экономил, значение. При прокладывании новых ж. д., когда уплотняют расписание движения поездов, то пока еще максимально возможным сближением в порядке следования последних не руководствуются. Однако опыт показывает, что это сделается необходимым в ближайшем будущем, особенно в тех случаях, когда от главной линии отходят ветки. Сигнализация теперь везде производится автоматически, т. к. при частом следовании поездов только в этом случае и можно гарантировать безопасность движения.

Городские Э. ж. д. скорого сообщения бывают выгодны только в условиях очень большого движения. При этом необходимо всячески избегать дорого стоящей прокладки линии под землей. Стоимость постройки эстакадных линий обходится приблизительно в 5—10 раз дешевле стоимости подземных дорог. Эстакады Э. ж. д. делаются всегда из железа. Наряду с эстакадными Э. ж. д. прекрасно также зарекомендовала себя одноколейная подвесная дорога Бармен— Эберфельд, построенная в 1901 г. Она относится к числу тех немногих городских дорог скорого сообщения, которые вследствие дешевизны постройки действительно окупаются. Для того чтобы быть рентабельными, подземные ж. д. требуют громадного движения. На фигуре 34 и 35 показаны эстакады с двумя и с одним рядом опор. Когда жел.-дор. туннель строится под мостовой, то на широких улицах он прокладывается открытым способом, а⁴ в узких—под временным путепро-

водом. Когда уровень грунтовых вод слишком высок, то бывает необходимо его искусственно понизить. Если грунтовые воды оказывают снизу на туннель давление, то основанию туннеля придается форма опрокинутого свода. Л ля того

Фигура 35.

Фигура 34.

чтобы воспрепятствовать прониканию в туннель воды, кладку делают из сильно обожженных кирпичей или бетона, покрывая ее тройным слоем асфальта. Туннели (смотрите) бывают или массивные железобетонные или же каркасные с железобетонной обкладкой. Как двух-, так и четырехколейные участки пути помещаются в одном общем туннеле. Когда имеются четыре колеи, то две из них отводятся под поезда местного сообщения с остановками на всех станциях, а остальные две обслуживают скорое сообщение, при котором поезда останавливаются только на каждой 4-й или 5-й станции (Нью Иорк).

Постройка ж. д. глубоко под землей производится 1) при помощи щита, продвигаемого вперед силой сжатого воздуха, 2) посредством железного кожуха, разделенного на концентрич. окружности и секторы. Каждая колея прокладывается в отдельном трубообразном туннеле. Постройка подводных туннелей непосредственно под дном реки обходится дешевле, если она производится открытым способом (Берлин) после осушки русла посредством или отвода воды или устройства шпунтовой перемычки.

В настоящее время пассажирские, платформы на вокзалах городских дорог скорого сообщения строятся всегда по середине. При таком расположении эксплуатя обходится дешевле, хотя самую постройку линии это несколько и удорожает.

Вход на платформы устраивается всегда по сторонам улиц, но не с середины (фигура 36). Вокзалы глубоких подземных дорог должен быть обязательно снабжены электрич. лифтами и запасными лестницами. Они неудобны для пассажиров, а устройство и эксплуатя их дброги.Экономич. сторона эксплуатации трамваев зависит гл. обр. от интенсивности движения. На магистралях эффект м. б. различный в зависимости от того, переведена ли дорога на электрич. тягу или же

Статьи сразу для нее построена. Первые случаи встречаются чаще. Сравнивая стоимость электрич. и паровой тяги на одной из современных магистралей (Стокгольм — Гетеборг), проходящей по равнинной местности, получаем следующие цифры:

Убытки, Прибыли, кроны кроны

Персонал:

локомотивные бригады. — 1 440 000

кондукторские бригады.. — 140 000

Ремонт и содержание подвижного состава. — 460 000

Разные расходы по обслуживанию электровозов.. — 165 000

Стоимость энергии. — 80 000

Содержание и возобновление оборудования для передачи энергии.

Возобновление подвижного состава ..

% на капитал:

электровозы. стационарные установки.

680 000 60 000

150 000 1 280 000

2 170 000

2 285 000

Итого.

Экономичность всецело зависит от стоимости стационарных сооружений, тарифа на энергию и от расхода на ремонт и содержание. При современной дороговизне (в Германии) проводов и электровозов добиться прибыльности дороги бывает трудно. Использование же материалов низкого качества создает добавочные эксплуат-онные расходы, которые оказываются больше, чем годовые проценты с сумм, сэкономленных на устройстве. При тарифе на энергию в 1—1^х/₂коп./1 kWh можно рассчитывать на доходность дороги, но более высокая цена делает последнюю сомнительной. Энергия от собственных станций обходится дороже, чем получаемая от общей районной сети. с. Zehme.

Сведения, характеризующие протяжение электрифицированных ж. д. мировой сети по странам, даны в таблице 2 на ст. 1031—1032.

Цифры, приведенные в таблице, дают картину распространения Э. ж. д. на земном шаре по данным за 1934 Г. А. Галанов.

Электрификация железных дорог в Союзе ССР.

а) История развития электрической тяги в Союзе ССР. Появление электрич. тяги в СССР относится к очень раннему периоду. В 1893 г. в Киеве был построен первый в СССР трамвай, положивший начало эпохе электричества как двигательной силе на нашем транспорте. Однако эта установка оставалась

Фигура 36.

единственной в СССР до 1900 г., с этого времени и другие города приступили к введению у себя электрической тяги на городском транспорте. Несмотря на то что к периоду империалистич. войны в царской России насчитывалось уже несколько десятков трамвайных установок, применение электрич. тяги на пригородных и магистральных линиях в то время не получило никакого развития. Правда, имелось несколько раз-

Наименование страны			О с н	о в н ы е	с и с т	е м ы
	Постоянный ток			о ди	о ф а з н ы й	ток
	500—1 500 V	2 400-4 000 У	15 000-16 OOOV	6 000 У	11000-	16 000 У	3 000-6
	500—1 500 V	2 400-4 000 У	15 Hz	162/з Hz	162/g Hz	25 Hz	25 I
Австралия.	420	_	-		_	—	_
Австрия ..	27	—	—	—	829	—	9]
Англия..	1000	—	—	204 [6]	—	—	и
Алжир ..	—	165	—	—	—	—	—
Аргентина.	105	—	—	—	—	—	—
Бельгия ..	57	—	—	—	—	—	—
Бразилия.	74	330	—	—	—	—	—
Венгрия ..	106	—	—	—	49	—	—
Венецуэла.	ЗУ	—	—	—	—	—	—
Гватемала.	44	—	—	—	—	—	—
Германия.	277	—	49	—	1 573	—	3<
Голландия.	205	—	—	—	—	—	—
Греция ..	9	—	—	—	—	—	—
Дания ..	38	—	—	—	—	—	—
Египет. ·.	15	—	—	—	—	—	—
Индия (Британская).	340	—	—	—	—	—	—
Индия (Голландская).	120	—	—	—	—	—	—
Испания..	521 [3]	63	—	60 [6]	—	—	—
Италия..	386	949	—	—	19	153	4]
Канада..	—	152[б]	—	—	—	—
Китай..	127	—	—	—	—	—	—
Коста-Рика.	—	—	—	—	—	—	—
Куба ..	250	—	—	—	—	—	—
Новая Зеландия.	24	—	—	—	—	—	—
Манчжурия.	127	—	—	—	—	—	-
Марокко.	—	338	-	—	—	—	—
Мексика..	24	103	—	—	—	—	—
Норвегия.	—	—	568	—	212	—	2¹
Перу..	45	—	—	—	—	—	—
Польша ..	221	—	—	—	—	—	—
США ..	1054	1 270	—	—	—	1 370	(
СССР *6..	—	—	—	—	—	—	—
Франция.	2 316	—	—	—	47	—	—
Чехо-Словакия.	78	—	—	—	—	—	—
Чили..	64	291	—	—	—	—	—
Швейцария.	108	—	—	—	2 550	—	—
Швеция..	—	—	551	—	1 185	235	—
Эстония..	16	—	—	—	—	—	—
Южная Африка.. ι	60	354	—	—	—	—	—
Япония ..	4175	—	—
Всего..	12 504	4 460	1 168	264	6 464	1 758	21
В %.	42,9	15,4	4,0	0,9	22,1	6,1	0,

*1 Однофазный, 15 kV, 50 Hz. *2 Однофазный, 6 kV, 50 Hz. *з Трехфазный, 5,5 kV, 25 Hz. *4 Трехфазньп 15 Hz—37 км. *5 Однофазный, 10 ку, 20 Hz. *6 См. сведения на ст. 1040-41. *7 Трехфазный, 750 У, 40 Iiz.

работанных проектов: Южнокрымской жел. дор., Минераловодской ветви Североской ж. д., линии Ленинград — Ораниенбаум и нек-рых других. Но ни один из этих проектов не получил осуществления за исключением Ораниенбаумской линии, к строительству которой было при-ступлено в 1914 году Однако в связи с начавшейся войной работы на ней были остановлены. Период 1914—20 гг. естественно не мог обеспечить никаких сдвигов в вопросе развития у нас электрич. тяги, и, только начиная с момента утверждения плана ГОЭЛРО, вопрос электрификации ж. д. Союза был поставлен как одна из важнейших задач плана социалистического строительства. Тем не менее и после утверждения плана ГОЭЛРО (декрет СНК СССР 1921 г.) потребовалось около пяти лет напряженной восстановительной работы на ж.-д. транспорте прежде, нежели было мыслимо начать работы по электрификации. Это произошло по двум причинам. Главнейшей из них бесспорно явилась необходимость прежде всего и ранее всего все усилия направить на воссоздание разрушенного войной и революцией основного ж.-д. костяка Союза, без которого не могло конечно развиваться его народное хозяйство. Второй причиной несомненно являлось отсутствие в Союзе в этот период сколько-нибудь значительной электрич. базы, на к-рую возможно было бы опереть работу электрифицированного транспорта. В 1925 г. по постановлению Правительства вопрос был сдвинут с мертвой точки, и на ряде дорог было приступлено к разработке проектов перехода на электрич. тягу (Сев. ж. д., М.-Курская, М.-Б.-Б., Октябрьская, Сев.-Западная, Североская). Однако и в этот период вопрос был поставлен лишь в плоскости электрификации пригородного движения. В 1926 г. в СССР была открыта эксплуатя первой электрич. железной дороги Баку—Сабунчи—Сура-ханы протяжением 20 км, связующей г. Баку с нефтепромыслами. Для этой линии был выбран постоянный ток 1 200 V в контактном проводе. Подстанции были оборудованы мотор-генераторами, сохранившимися с 1914 г. и предназначавшимися в свое время для линии Ленинград— Ораниенбаум. В качестве поездной единицы на этой линии была принята 2-вагонная секция весом 66,8 тонн (38,5 т—моторный вагон и 28,3 т— прицепной). Линия эта имеет собственное полотно, является вполне типичной пригородной дорогой и находится в ведении Бакинского городского совета. Что касается НКПС, то реализация работ по электрификации жел. дор. была им начата только в 1926 году Работы развертывались крайне медленно как в силу отсутствия у нас какого бы то ни было опыта в этом деле, так и благодаря сильному сопротивлению против дела электрификации со стороны определенных групп тогдашних работников НКПС.

Первым электрифицированным участком жел. дор., сданным в эксплуатю, был участок Москва—Мытищи Сев. ж. д. протяжением 18 км. Дальнейшие этапы электрификации этой линии следующие: к 1 марта 1930 г. был электрифицирован однопутный участок Мытищи — Болшево (6,8 км), к 1 июля 1930 г. — двухпутный участок Мытищи — Пушкино (12 км), к 1 октября 1930 г. участок Болшево — Щелково (10 км). К концу 1930 г. электрификация была доведена до ст. «Правда», а к 15 мая 1931 г. — до Софрино. Участок Софрино — Загорск был сдан в эксплуатю в 1933 г. В настоящее время Сев. ж. д. располагает 90 км электрифицированных линий по эксплуатонной длине.

Для пригородной электрификации был выбран постоянный ток напряжением 1 500 V в контактном проводе. В качестве поездной единицы принята трехвагонная секция. Вес секции в порожнем состоянии составляет 133 тонны Вес пассажиров— до 30 тонн Моторный вагон оборудован четырьмя самовентилирующимися двигателями часовой мощностью 204—238 л. с. каждый (первая цифра относится к ныне уже не изготовляемому двигателю ДП-150, вторая отвечает вагонам новой постройки — двигатель ДПИ-150). Почти одновременно (в 1926 г.) с началом электрификации Сев. ж. д. были начаты работы по электрификации Сурамского перевала Заской ж. д. Этот участок заской магистрали Баку — Батум обладает чрезвычайно трудным профилем и рядом туннелей. При паровой тяге он служил местом постоянных пробок движения, срывавших план перевозок. Для электрификации здесь был выбран постоянный ток напряжением 3 000 V в контактном проводе. За границей были заказаны 15 электровозов, из которых 8 были поставлены фирмой GEC (США) и 1 импортированы из Италии. Кроме того ряд электровозов был выполнен по амер. образцу з-дом «Динамо» им. т. Кирова. Этот участок протяжением в 63 км был сдан в эксплуатю только в 1933 г. Исключительно длинный строительный период участка был в основном обусловлен теми же причинами, как и задержка электрификации пригородных ж. д. Кроме того нек-рую роль здесь сыграло и опоздание с вводом в эксплуатю гидроэлектростанции РИОН, являющейся основной энергетической базой электрифицированного участка.

В 1930 г. была начата электрификация другого труднейшего на сети Союза участка — линии Кизел — Чусовская Пермской ж. д. Этот участок горнозаводской линии Урала является единственным выходом для кизеловских углей к промышленным центрам Урала: Н. Тагилу, Свердловску и Перми. Профиль этой линии весьма трудный (до 17,5°/₀₀), в силу чего паровая тяга ставила предел возможностям развития Кизеловского угольного бассейна и осложняла вопрос снабжения Урала топливом. Для электрификации этой линии был выбран, так же как и для Су рама, постоянный ток 3 000 V в контактном проводе. Электровозы были постав“-лены заводом «Динамо» (тип В Л — шестиосные). Весь участок, протяжением 112 км, был сдан в эксплуатю в 1933 г. Следующими участками по времени начала работ по электрификации являются линии Ленинград — Ораниенбаум, Москва—Обираловка и Минераловодская ветвь Североской жел. дор. Все последние линии являются участками чисто пассажирского движения, для обслуживания которого было решено применить мотор-вагонную тягу с использованием подвижного состава типа Сев. жел. дор. (напряжение 1 500 V в контактном проводе). Однако из последних трех перечисленных линий к настоящему времени в эксплуатю введен только участок Ленинград — Ораниенбаум и Москва— Обираловка. На Минераловодской ветке Североской ж. д. работы до сих пор не закончены в виду того, что Баксанская гидроэлектростанция, от которой должна питаться указанная линия, по ряду технич. причин до настоящего времени не сдана в эксплуатю. 1931 г. является поворотным этапом в деле электрификации жел. дор. Решением июньского пленума ЦК ВКП(б) 1931 г. и постановлением Правительства была установлена конкретная программа электрификации на 1932—34 гг., охва·

тывающая 3 690 км магистральных и пригородных линий. Установление этой программы вызвало необходимость срочного приступа к развитью промышленной базы электрификации. В связи с этим в 1931 г. были развернуты работы по реконструкции завода «Динамо». Теперь з-д вырабатывает тяговые электродвигатели, коммутационную и защитную аппаратуру, вспомогательные машины (мотор-генераторы, моторы для компрессоров и прочие) и мелкое вспомогательное оборудование (реле, регуляторы напряжений) для магистральных, промышленных и рудничных электровозов, пригородных мотор-вагонов и вагонов метро. На 1 января 1935 г. Союз располагал всего 375 км электрифицированных линий, среди которых было два магистральных участка: Сурам-ский перевал и линия Низе л — Чусовская. б) Состояние вопроса о системе тока и величине напряжения. Решение партии и правительства Союза

0 широком применении электрич. тяги на ж.-д. транспорте поставило СССР перед необходимостью решить вопрос о системе тока и величине напряжения для электрич. ж. д. В связи с этим в системе НКПС была организована специальная комиссия для рассмотрения этого вопроса, возглавленная покойным проф. С. И. Курбатовым. Результат работы этой комиссии, доложенный 1-й Всесоюзной конференции по электрификации ж. д. СССР, привел к принятью следующих положений по этому вопросу. 1) В качестве стандартной системы тока и напряжения должен быть выбрана такая система, которая полностью удовлетворила бы единой энергетич. системе, обеспечивающей питание электроэнергией всех отраслей народного хозяйства Союза. 2) Эта система должна обеспечить техническую надежность оборудования и конструкции в эксплуатации. 3) Она должна обеспечить экономич. выгодность как в отношении напитало- и материаловложений и эксплуатации, так и в отношении наилучшей связи с высоковольтными линиями электропередач СССР. 4) С точки зрения производства она должен быть быстро освояема нашей промышленностью. При рассмотрении под этим углом зрения существующих на практике систем конференция пришла к выводу, что выбор должен быть сделан между системой постоянного тока 3 000 V и однофазным током стандартной частоты (50 Hz) напряжения 20 kV в контактном проводе, и отметила необходимость срочно приступить к испытанию последней системы. Что же касается текущих работ по электрификации, то конференция пришла к выводу о необходимости «впредь до опытной проверки электровозов и систем в целом, работающих на однофазном токе стандартной частоты, электрификацию магистральных ж. д. вести на постоянном токе напряжения 3 000 V». Одновременно с этим конференция признала возможным при электрификации пригородного движения временно использовать постоянный ток

1 500 V в контактном проводе с тем, чтобы попутно форсировать опыты применения здесь постоянного тока 3 000 V, что уже достигнуто на некоторых заграничных ж.-д. линиях (например Лакаваннская ж. д. в США). В порядке реализации этих решений в настоящее время промышленностью Союза приступлено к изготовлению первых опытных электровозов однофазного тока, работающих от контактного провода стандартной частоты. К непосредственным испытаниям должно быть приступлено в ближайшее время. в) Ближайшие перспективы электрификации ж. д. СССР. Согласно решению XVII съезда ВКП(б) и последовавшим вслед постановлениям ЦИК и СНК СССР в течение второго пятилетия (1933—1937 гг.) должен быть сдано в эксплуатю на электрич. тяге 5 000 км ж.-д. линий; в соответствии с этим на протяжении 1935 г. введено в эксплуатю 643 км новых Э. ж. д., в число которых входят участки: Тифлис— Хашури Заской ж. д. (что довело электрифицированную сеть Заья к концу 1935 г. до 183 км) Гороблагодатская—Свердловск Пермской ж. д. (протяжением 194 км); Долгинцево — Запорожье Сталинской железной дороги (протяжением 190 км); Кандалакша—Апатиты—Кировск Кировской ж. д. (протяжением 115 км) и др. Т. о. общее протяжение Э. ж. д. СССР достигло к концу 1935 г. 1 059 км (включая в это число бакинские пригородные линии). В 1936 г. введен в эксплуатю электрифицированный участок Джугелы—Самтреди Заской ж. д. (61 км). В этом же году намечается ввод в эксплуатю D

Фигура 37.

участков Чусовская—Гороблагодатская Пермс^ кой ж. д. (183 км), Апатиты—Мурманск (184 км), Минеральные Воды — Кисловодск (70 км) и др. Наличный на 1 января 1934 г. парк составлял на сети Союза электровозов 48 единиц и электровагонов 168 единиц (без бакинских дорог). К концу 1935 г. этот парк возрос до 84 электровозов и 250 электровагонов. г) Характеристика энергоснабжения, тяговых подстанций и контактной сети Э. ж. д. СССР. Как уже было отмечено, Э. ж. д. в СССР снабжаются электроэнергией от общей высоковольтной сети Союза. Примерная схема питания тяговых подстанций дана на фигуре 37, где Т_повt — повыситель-ный трансформатор, T_n0Ht—понизительный, 0— нулевая точка вторичной обмотки трансформатора, R — ртутный выпрямитель (остальные буквы и цифры соответствуют фигура 1). Величина напряжения высоковольтных распределительных сетей, подающих энергию на тяговые подстанции, колеблется от 6 до 110 kV. При этом напряжения 6-338 kV по преимуществу применяются и будут применяться в районах, уже обжитых в энергетич. отношении, то есть там, где электрич. высоковольтная сеть вне зависимости от электрификации ж. д. уже получила достаточное развитие. Такими районами являются Москва, Ленинград, Донбасс, Приднепровье, частично Урал.

Во всех же тех случаях, где электрическая тяга будет иметь пионерное в энергетич. смысле значение, более целесообразно будет применение в линиях передач напряжения 110 kV (что и по системе цепной подвески. Несущий трос — обычно стальной. Контактный провод — медный нормального сечения 100 миллиметров². В большинстве случаев применяется полукомпенсированная под-

ввод

тр -р собств нужд и разряди.

тяговый тр-р. Ши тр-р напряж.

тяговый тр-рN2

mягoβыйmppN2 а тр-р напряжен.

тр-р собстб нужд и разрядник

ввод

осуществляется на дорогах Заья, на Кировской ж. д. и частично на Пермской). Поданный на тяговые подстанции трехфазный ток преобразуется в постоянный ток 3 000 или 1500 V с помощью ртутных выпрямителей, и только на тех линиях, где предусматривается рекупе-

веска с жестко закрепленным тросом и автома-тич. натяжением контактного провода. На станционных путях подвеска выполняется согласно фигура 43* где 1 — мачта, клепанная из углового железа, 2 — поперечные тросы, 3 — верхний поддерживающий трос, 4 и 5 — бронзовый канатик

Фигура 39.

ративное торможение, устанавливаются в качестве преобразователей мотор-генераторные агрегаты, допускающие в случае отсутствия на линии потребителей рекуперированной энергии возврат последней в первичную сеть. Из числа экспло-атируемых дорог СССР мотор-генераторами оборудованы подстанции Сурамского перевала (Ха-шури, Молити, Джугелы) и 5 подстанций линии Кизел — Чусовская Пермской железной дороги. Детально план и разрез тяговой подстанции на 110 kV (со стороны переменного тока), оборудованной ртутными выпрямителями, приведен на фигуре 38—42 (фигура 38 — план открытой части ртутновыпрямительной подстанции; фигура 39 — разрез открытой части подстанции по вводу; фигура 40 — разрез открытой части подстанции по тяговому трансформатору и трансформатору напряжения; фигура 41 — разрез открытой части подстанции по трансформатору собственных нужд; фигура 42:А — разрез закрытой части ртутновыпрямительной подстанции, Б — план первого этажа закрытой части подстанции, В — план подвала закрытой части подстанции, Г — план второго этажа закрытой части подстанции). Контактная сеть Э. ж. д. Союза ССР выполняется

Фигура 40.

(струна) сечением 25 и 10 миллиметров², 6 — фарфоровый изолятор и продольный несущий трос, 7 — фиксатор, 8 — контактный провод. Деталь зажима и крепления струны представлена на фигуре 44. В качестве опор на перегонах в большинстве

случаев применяются деревянные пропитанные мачты, и только анкерные опоры в некоторых случаях изготовляются металлическими. Обратной цепью тока, как и обычно, служит рельсовый путь, оборудованный электрическими стыковыми соединениями, приваренными к головке рельса с наружной стороны. д) Промышленная база Э. ж. д. СССР. Основной промышленной базой электрификации наших ж. д. являются государственные з-ды электропромышленности (ВЭТ), з-ды Глав-вагонпрома и Главмашпрома. Электровозы в настоящее время изготовляются в основном двумя товарного электровоза (серия GK—Сергей Киров), оборудованного приспособлениями для рекуперации. Электровагоны изготовляются Мытищен-

Фигура 42.

кооперированными заводами: Коломенским паровозостроительным, поставляющим их механич. части, и заводом «Динамо» им. т. Кирова, про

изводящим электрич. оборудование и монтаж. На ближайшее время основной серией товарных электровозов является тип ВЛ и пассажирских— ПБ. Электровоз В Л имеет кузов, покоящийся на двух трехосных тележках. Каждая из шести осей несет по одному тяговому электродвигателю (тип ДПЭ-340). Электровоз ПБ имеет сдвоенные тяговые двигатели «близнецы» и эластичный индивидуальный привод сист. ДЖИИ. В 1936 г. з-дом «Динамо» построен новый тип ским вагоностроительным заводом, причем электрич. оборудование выполняется з-дом «Динамо». Что касается прочих элементов электрооборудования для стационарных устройств электри

ческих железных дорог, то выпуск их осуществляют следующие з-ды: ртутные выпрямители — з-д «Электросила», трансформаторы — МОТЭЗ, мотор-генераторы — ХЭМЗ; прочая аппаратура — З-дами ВЭТ. Б. Широкогоров.

А. Линии на постоянном токе, сданные в эксплоатацшо

	Длина	Напряж,
	в км	в V
Баку—Сабунчи—Сураханы	32	1 200
Москва—Софрино с веткой	на
Щелково..		1 500
Софрино—Загорск.		1 500
Хашури—Джут >лы.		3 000
Низе л—Чусовская.		3000

Ленинград—Ораниенбаум с веткой Лигово—Красное Село.. 53 1 500

Москва—Обираловка с веткой на Балашиху.. 37 1 500

Свердловск — Гороблагодатская 194 3 000

Долгинцево—Никополь—Запорожье .. 190 —

Тифлис—Хашури. 120 3 000

Дшугелы—Сам тред и. 61 3000

Кандалакша — Апатиты — Ки-

ровск.. 115 3 000

Москва—Раменское. 45 1 500

Бутовское опытное кольцо. 6 1 500/3 000

Всего. .1118 —

Б. Линии, находящиеся в стадии производства работ по электрификации км

Гороблагодатская — Чусовская. 183

Акстафа—Тифлис.. 95

Дебальцево—Зверево .. 157

Минеральные воды — Кисловодск с веткой Бештау—Железноводск. 72

Кузнецк — Белово.. 141

Днепропетровск — Пятихатка — Долгинцево 291

Москва—Подольск.. 43

Апатиты—Мурманск.. 184

Всего. .. 875

В. Линии, находящиеся в стадии проектирования км

Ясиноватая—Чаплино—Днепропетровск. 281

Запорожье—Чаплино.. 116

Дебальцево—Горловка—Очеретино. 73

Гуково—Лихая—Сталинград. 400

Кизел—Соликамск.. 120

Пермь—Чусовская.. 132

Свердловск—Челябинск.. 253

Москва—Голицыно с веткой на Звенигород 60

Ленинград—Павловск.. 27

Белоостровские кольцо.. 72

Белореченская—Туапсе.. 128

Боржомская ветвь.. 32

Самтреди—Батум .. 106

Дмитров—Савелово.. 65

Кандалакша—Лоухи.. 168

Всего. 1 973

Примечание. Сюда же можно отнести проектируемую линию с электрич. тягой Симферополь—Ялта— Симеиз, изыскания которой недавно закончены, и линию Уфа—Магнитогорск.

Лит.: i) S а с h s К., Der Stand der elektrischen Zug-forderung, «ETZ», 1934, 1 и 3; 2) Union Internationale des chem. de fer, Statistique intern, de chem. de fer, Аппёе 1933, P., 1934; 3) Railway Electrification Committee. Electrification of Steam Railways, N. Y., 1933; 4) p _a-r о d у H., L’electricite appliquee k la traction, «GO, 4, 1933; ⁵) Vittorio de Martino, La Diretissima Bologna—Firenze, «Rivista tecnica delle ferrovie itali-ane», 1934, 15/VI; ⁶) Соколова, и Вислоух Л., Классификация существующих систем тока в контактном проводе электрич. ж. д., Труды НИИ электрификации ж. д. НКПС. Выбор системы тока, сб. 1, разд. И; 7) «Revue gen. de chem. de fer», 1934, IX; 8) R a 1 1 e r t, «Elektrische Bahnen», 1934, 2 и 3; Вульф А., Электрическая тяга, Л., 1926; Бернацкий Л., Электрическая тяга, М., 1926; Лебедев А., Расчеты элементов электрических ж. д., Л., 1930; Зеефельнер Е., Электрическая тяга, пер. с нем., М., 1926; Довер А., Электрическая тяга, пер. с англ., М., 1929; Ш е-

валин В., Тяговые расчеты электрических ж. д. и трамваев, Л., 1931; Рыв кин Ю., Расчеты тяговых подстанций и контактной сети, М., 1934; Широкого-р о в Б., Основы электрической тяги, М., 1934; Ж а-пио и Ферран, Электрическая тяга в САСШ, пер. с франц., М., 1931; Медель В., Магистральные дороги постоянного тока, М., 1931; его же, Электрификация французских магистральных ж.д., М., 1928;×удадов А., Технико-экономические предпосылки электрификации ж. д. СССР, М., 1932; Забродин В., Первый электрифицированный участок на магистральных ж.-д. путях, М., 1932; В и с h h о 1 d Th. и. Traunik F., Die elektrischen Ausrustungen der Gleichstrombahnen, B., 1931; Sachs K., Elektrische Vollbahnlokomotiven, B., 1928; Barbillon L., La traction 61ectrique des cou-rants continus et des courants alternatifs, P., 1923;

Martin E., Traction eiectrique, P., 1920; W e c lima η n W., Der elektrische Zugbetrieb der Deutschen Reichshahnen, B., 1924; Richey A., Electric Railway Handbook, N. Y., 1924. А. Галанов.