Com obté energia el transport elèctric urbà i interurbà?

El transport elèctric urbà i interurbà s'han convertit en atributs familiars de la vida quotidiana de l'home modern. Fa temps que hem deixat de pensar com aquest transport aconsegueix el seu menjar. Tothom sap que els cotxes s'omplen de gasolina, les bicicletes són pedalades pels ciclistes. Però, com s'alimenten els tipus de transport elèctric de viatgers: tramvies, troleibusos, trens monorail, metro, trens elèctrics, locomotores elèctriques? On i com se'ls subministra l'energia motriu? Parlem-ne.

Tramvia

Antigament, cada nova economia del tramvia es veia obligada a tenir la seva pròpia central elèctrica, ja que les xarxes elèctriques públiques encara no estaven prou desenvolupades. Al segle XXI, l'energia per a la xarxa de tramvies es subministra des de xarxes d'ús general.

L'energia la proporciona un corrent continu relativament baix (550 V), que simplement seria poc econòmic per a la transmissió a llarga distància.Per aquest motiu, les subestacions de tracció es troben a prop de les línies del tramvia, on el corrent altern de la xarxa d'alta tensió es converteix en corrent continu (amb una tensió de 600 V) per a la xarxa de contacte del tramvia. A les ciutats on funcionen tant tramvies com troleibusos, aquests modes de transport generalment tenen un estalvi energètic global.

Al territori de l'antiga Unió Soviètica, hi ha dos sistemes d'alimentació de línies aèries per a tramvies i troleibusos: centralitzat i descentralitzat. Primer va venir el centralitzat. En ell, grans subestacions de tracció equipades amb diverses unitats de conversió donaven servei a totes les línies veïnes o línies situades a una distància de fins a 2 quilòmetres d'elles. Les subestacions d'aquest tipus es troben avui en dia en zones amb una gran densitat de vies de tramvia (carretió).

El sistema descentralitzat va començar a formar-se després dels anys 60, quan van començar a aparèixer línies de tramvia, troleibusos, metro, per exemple, des del centre de la ciutat al llarg de l'autopista, fins a una zona remota de la ciutat, etc.

Aquí s'instal·len subestacions de tracció de baixa potència amb una o dues unitats convertidores capaços de subministrar un màxim de dos trams de la línia cada 1-2 quilòmetres de la línia, cada tram final pot ser alimentat per una subestació adjacent.

Així, les pèrdues d'energia són menors, ja que les seccions de potència són més curtes. A més, si es produeix una fallada en una de les subestacions, la secció de la línia romandrà energitzada des de la subestació adjacent.

El contacte del tramvia amb la línia de corrent continu es fa mitjançant un pantògraf al sostre del seu cotxe. Pot ser un pantògraf, un semipantògraf, una barra o un arc. El cable aeri de la línia del tramvia sol ser més fàcil de penjar que el rail.Si s'utilitza una barra, els interruptors d'aire es disposen com barres de carro. El flux de corrent sol ser a través dels rails fins a terra.

Troleibús

En un trolebus, la xarxa de contactes està dividida per aïllants de secció en segments aïllats, cadascun dels quals està connectat a la subestació de tracció mitjançant línies d'alimentació (aèries o subterrànies). Això permet fàcilment desconnectar seccions individuals per reparar-les en cas d'avaria.Si es produeix una avaria amb el cable d'alimentació, és possible instal·lar ponts als aïllants per alimentar la secció afectada des de l'adjacent (però això és un mode anormal associat al risc de sobrecàrrega de la font d'alimentació).

La subestació de tracció redueix el corrent altern d'alta tensió de 6 a 10 kV i el converteix en corrent continu amb una tensió de 600 volts. La caiguda de tensió en qualsevol punt de la xarxa, segons les normes, no ha de ser superior al 15%.

La xarxa de contactes del trolebús és diferent de la del tramvia. Aquí és de dos cables, la terra no s'utilitza per drenar el corrent, de manera que aquesta xarxa és més complexa. Els conductors estan situats a poca distància els uns dels altres, per la qual cosa es requereix una protecció especialment acurada contra l'aproximació i els curtcircuits, així com l'aïllament a les interseccions de les xarxes de trolebusos entre si i amb les xarxes de tramvies.

Per tant, s'instal·len mitjans especials a les interseccions, així com fletxes als punts d'unió. A més, es manté una certa tensió ajustable, que evita que els cables es superposin al vent. És per això que s'utilitzen barres per alimentar trolebusos; altres dispositius simplement no permetran que es compleixin tots aquests requisits.

Les rampes del troleibús són sensibles a la qualitat de la catenària, ja que qualsevol defecte en aquesta pot provocar un salt de la barra. Hi ha normes segons les quals l'angle de ruptura al punt de fixació de la vareta no ha de ser superior a 4 °, i quan es gira amb un angle de més de 12 °, s'instal·len suports corbats. La sabata lliscant passa pel cable i no es pot girar amb el carro, de manera que aquí calen fletxes.

Una pista

Recentment, els trens monorail han funcionat a moltes ciutats del món: Las Vegas, Moscou, Toronto, etc. Es poden trobar en parcs d'atraccions, zoològics, els monorails s'utilitzen per fer turisme local i, per descomptat, per a comunicacions urbanes i suburbanes.

Les rodes d'aquests trens no són gens de ferro colat, sinó de ferro colat. Les rodes simplement guien el tren monorail al llarg d'una biga de formigó: els rails sobre els quals es troben la via i les línies (el carril de contacte) de la font d'alimentació.

Alguns monorails estan dissenyats de manera que es col·loquen a sobre d'un rail, de manera similar a com una persona s'asseu a sobre d'un cavall. Alguns monorails estan suspesos d'una biga a sota, semblant una llanterna gegant en un pal. Per descomptat, els monorails són més compactes que els ferrocarrils convencionals, però són més cars de construir.

Alguns monorails no només tenen rodes, sinó també suport addicional basat en un camp magnètic. El monorail de Moscou, per exemple, funciona precisament sobre un coixí magnètic creat per electroimants. Els electroimants es troben al material mòbil i hi ha imants permanents a la tela de la biga de guia.

Depenent de la direcció del corrent en els electroimants de la part mòbil, el tren monorail es mou cap endavant o cap enrere segons el principi de repulsió dels pols magnètics del mateix nom: així funciona el motor elèctric lineal.

A més de les rodes de goma, el tren monorail també té un carril de contacte format per tres elements que transporten corrent: més, menys i terra. La tensió d'alimentació del motor lineal monorail és constant, igual a 600 volts.

Subterrani

Els trens de metro elèctrics reben la seva electricitat de la xarxa de corrent continu, per regla general, del tercer carril (de contacte), la tensió del qual és de 750-900 volts. El corrent continu s'obté a les subestacions a partir del corrent altern mitjançant rectificadors.

El contacte del tren amb el rail de contacte es realitza mitjançant un col·lector de corrent mòbil. El bus de contacte es troba a la dreta de les vies. El col·lector de corrent (l'anomenat «pantògraf») es troba al bogie del vagó i es pressiona contra el bus de contacte des de sota. L'avantatge és al carril de contacte, el menys a les vies del tren.

A més del corrent elèctric, un corrent de "senyal" feble flueix al llarg dels rails de la via, que és necessari per al bloqueig i la commutació automàtica dels semàfors. Les vies també transmeten informació a la cabina del conductor sobre els senyals de trànsit i la velocitat permesa del tren del metro en aquest tram.

Locomotora elèctrica

Una locomotora elèctrica és una locomotora impulsada per un motor de tracció. El motor de la locomotora elèctrica rep energia de la subestació de tracció a través de la xarxa de contacte.

La part elèctrica d'una locomotora elèctrica en general conté no només motors de tracció, sinó també convertidors de tensió, així com dispositius que connecten motors a la xarxa, etc. L'equip actual d'una locomotora elèctrica es troba al sostre o a les seves cobertes i està dissenyat per connectar l'equip elèctric a la xarxa de contacte.

La captació de corrent de la línia aèria es proporciona mitjançant pantògrafs al sostre, després de la qual cosa el corrent s'alimenta a través de les barres i els casquilles als dispositius elèctrics. Al sostre de la locomotora elèctrica també hi ha dispositius de commutació: interruptors d'aire, interruptors per a tipus de corrent i seccionadors per desconnectar de la xarxa en cas de mal funcionament del pantògraf. A través dels busos, el corrent s'alimenta a l'entrada principal, als dispositius de conversió i regulació, als motors de tracció i altres màquines, després a les peces de les rodes i, a través d'elles, als rails, al terra.

La regulació de l'esforç de tracció i la velocitat de la locomotora elèctrica s'aconsegueix canviant la tensió a l'induït del motor i canviant el coeficient d'excitació dels motors col·lectors o ajustant la freqüència i la tensió del corrent d'alimentació dels motors asíncrons.

La regulació de la tensió es fa de diverses maneres. Inicialment, en una locomotora elèctrica de corrent continu, tots els seus motors estan connectats en sèrie, i la tensió d'un motor en una locomotora elèctrica de vuit eixos és de 375 V, amb una tensió catenària de 3 kV.

Els grups de motors de tracció es poden canviar de connexió en sèrie - a sèrie-paral·lel (2 grups de 4 motors connectats en sèrie, llavors la tensió per a cada motor és de 750 V) o a paral·lel (4 grups de 2 motors connectats en sèrie, llavors aquesta tensió per a un motor — 1500 V). I per obtenir tensions intermèdies dels motors, s'afegeixen al circuit grups de reòstats, que permeten ajustar la tensió en passos de 40-60 V, tot i que això comporta la pèrdua d'una part de l'electricitat dels reòstats del forma de calor.

Els convertidors de potència dins de la locomotora elèctrica són necessaris per canviar el tipus de corrent i baixar la tensió de la catenària als valors requerits que compleixin els requisits dels motors de tracció, màquines auxiliars i altres circuits de la locomotora elèctrica. La conversió es fa directament a bord.

A les locomotores elèctriques de CA, es proporciona un transformador de tracció per reduir l'alta tensió d'entrada, així com un rectificador i reactors de suavització per obtenir CC de CA. Es poden instal·lar convertidors de corrent i tensió estàtica per alimentar màquines auxiliars. A les locomotores elèctriques amb accionament asíncron dels dos tipus de corrent s'utilitzen inversors de tracció, que converteixen el corrent continu en corrent altern amb tensió i freqüència regulades, que s'alimenta als motors de tracció.

Tren elèctric

Un tren elèctric o tren elèctric en la forma clàssica rep electricitat amb l'ajuda de pantògrafs a través d'un cable de contacte o carril de contacte.A diferència d'una locomotora elèctrica, els col·lectors dels trens elèctrics es troben tant en cotxes de motor com en remolcs.

Si el corrent es subministra als cotxes remolcats, el cotxe s'alimenta mitjançant cables especials. El col·lector de corrent acostuma a estar a la part superior, des del cable de contacte, es realitza per col·lectors en forma de pantògrafs (similars a les línies de tramvia).

Normalment, la col·lecció actual és monofàsica, però també n'hi ha una de trifàsica, quan el tren elèctric utilitza pantògrafs de disseny especial per al contacte separat amb diversos cables o carrils de contacte (quan es tracta del metro).

L'equipament elèctric del tren elèctric depèn del tipus de corrent (hi ha corrent continu, corrent altern o trens elèctrics de dos sistemes), el tipus de motors de tracció (col·lectors o asíncrons), la presència o absència de frenada elèctrica.

En principi, l'equip elèctric dels trens elèctrics és similar a l'equip elèctric de les locomotores elèctriques. No obstant això, en la majoria de models de tren elèctric, es col·loca sota la carrosseria i als sostres dels cotxes per augmentar l'espai de passatgers a l'interior. Els principis de conducció de motors de trens elèctrics són aproximadament els mateixos que les locomotores elèctriques.