РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ.
ОБЩАЯ ЧАСТЬ.
Глава I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ТРАНСПОРТЕ.
§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА.
По назначению и характеру работы электрический транспорт подразделяют на магистральный, пригородный, промышленный и городской. В настоящем пособии рассматриваются общие теоретические положения, справедливые для всех видов электрического транспорта, а практические примеры и тяговые расчеты даются применительно к городскому электрическому транспорту.
На рис. 1 приведена схема классификации видов городского электрического транспорта по двум признакам: по способу передачи энергии к тяговым электродвигателям и по типу используемого пути.
По способу передачи энергии к тяговым электродвигателям виды тяги можно подразделить на три группы: I — электрическая тяга с передачей энергии от внешнего источника энергии — электростанции; II — автономная электрическая тяга — источник энергии установлен на самом подвижном составе; III — комбинированная электрическая тяга — сочетание двух первых групп. Первая группа в свою очередь подразделяется на три вида: контактный, бесконтактный и кабельный. Основным видом является подвижной состав с контактным токоприемником. Бесконтактное (индукционное) питание находится в стадии опытных исследований, а питание тяговых двигателей непосредственно через кабель нашло лишь ограниченное применение в промышленном транспорте. Вторую группу можно подразделить на различные виды по признаку первичного источника энергии (например, тепловой двигатель, химическая аккумуляторная батарея, гальваническая батарея — статический генератор, механический аккумулятор, атомный генератор). В теплоэлектрическом подвижном составе тяговый электродвигатель получает энергию от электрического генератора, приводимого в действие тепловым двигателем (например, дизелем). Это — дизельный электробус. Экипаж, в котором источником энергии для питания электродвигателя служит электрическая аккумуляторная батарея, получил название электромобиля. Возможно применение экипажа с двумя источниками энергии — тепловым двигателем и аккумуляторной батареей. Примером комбинированного вида электрической тяги является троллейный электромобиль — экипаж, работающий как троллейбус на трассе с контактной сетью, но оборудованный аккумуляторной батареей для движения по участкам пути, не имеющим контактной сети. Более сложный экипаж— троллейный автобус, приводимый в движение на участках с контактной сетью тяговым электродвигателем, а на не оборудованных контактной сетью участках — двигателем внутреннего сгорания.
По типу пути электрический транспорт можно подразделить на рельсовый, монорельсовый (с одним рельсом) и безрельсовый, а по расположению пути — на наземный, надземный и подземный.
Рис. 1. Схема классификации видов городского электрического транспорта
Подвижным составом рельсового транспорта являются электровозы и электровагоны — моторные и прицепные, а безрельсового — троллейбусы, электробусы, электромобили.
Электрической тягой называется вид тяги, когда движение подвижного состава осуществляется при помощи электрического привода — тяговых электродвигателей.
Электрическая тяга с передачей энергии от электростанций может осуществляться при различных системах тока и разных напряжениях. В зависимости от рода тока, подводимого к подвижному составу, различают системы электрической тяги постоянного, трехфазного и однофазного тока пониженной или нормальной частоты.
§ 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТЯГА В СИСТЕМЕ ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА.
Проблема транспорта не имеет одинакового решения для всех городов: в каждом случае необходим анализ технико-экономических показателей каждого вида транспорта применительно к условиям данного города. Выбор одного или нескольких видов транспорта зависит от плотности пассажиропотоков данного города. Существенное влияние при этом оказывают местные условия: энергетические ресурсы города, его планировка, профиль пути, качество дорожных покрытий, климат. Поэтому прежде всего следует установить, при помощи каких транспортных средств технически возможно осуществить заданные перевозки; затем надо выявить размер средств, необходимых для строительства и эксплуатации возможных видов транспорта, и для окончательного выбора сравнить варианты решения транспортной проблемы по их экономическим показателям.
В городах с большими пассажиропотоками (таких как Москва) необходимы все виды транспорта; в городах со средними пассажиропотоками — трамвай, троллейбус и автобус (или два вида из них); при малых пассажиропотоках целесообразно применение троллейбуса или автобуса. Примером городов, в которых интенсивно развиты все виды транспорта и четко организована их совместная эксплуатация, могут служить Москва, Ленинград и Киев, где отдельные виды транспорта взаимно дополняют друг друга.
Виды городского транспорта существенно отличаются друг от друга техническими и экономическими показателями.
Общими преимуществами электрической тяги (трамвай, троллейбус, метрополитен) по сравнению с тепловой тягой (автобусом) являются: 1) значительная экономия топлива, в том числе высокосортного (при питании от гидроэлектростанции экономия топлива составляет 100%); 2) возможность возврата (рекуперации) энергии в сеть при движении подвижного состава на спусках и торможении перед остановками; 3) отсутствие затрат на транспортирование топлива (электрические станции обычно находятся у мест добычи топлива); 4) отсутствие выделений отработанных газов, вредных для людей и зеленых насаждений, и лучше условия труда для обслуживающего персонала; 5) эксплуатационная надежность электрического тягового двигателя, способность выносить значительные перегрузки и более простой уход за ним по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.
Общий недостаток электрической тяги — зависимость работы подвижного состава от состояния контактной сети, подстанций и электростанций. Недостатки наземного электрического транспорта: 1) вредное влияние процесса токосъема на работу радиоприемников и телевизоров и 2) загромождение улиц и площадей контактной сетью, а также рельсовыми путями трамвая. Недостаток рельсового транспорта (наземного и подземного) — наличие блуждающих токов в земле, вызывающих коррозию подземных сооружений.
Трамвай в сравнении с автобусом имеет следующие преимущества: а) значительно большая провозная способность — примерно в 1,5— 2,5 раза в зависимости от типа вагонов трамвая и автобуса; б) меньшие эксплуатационные расходы; в) меньшая себестоимость перевозок на трамвае по сравнению с автобусом; г) больший срок амортизации подвижного состава (25—30 лет против 7—10 лет у автобуса); д) для городов с суровыми климатическими условиями (длительные зимы с гололедами) большая надежность и безопасность движения. Однако автобус для того же объема перевозок требует меньших капиталовложений в связи с отсутствием таких устройств, как контактная и кабельная сети, тяговые подстанции и рельсовый путь, хотя для автобуса необходимы усовершенствованные дорожные покрытия. Движение отдельных автобусов происходит независимо, в то время как остановка одного из вагонов трамвая вызывает задержку всех следующих за ним.
В троллейбусе сочетаются конструктивные элементы автомобиля и вагона трамвая. В нем устранены или смягчены недостатки, присущие автобусу. При этом используются преимущества электрической тяги без затрат на устройство рельсовых путей. Троллейбус, как и автобус, требует усовершенствованного дорожного покрытия. К недостаткам троллейбусного транспорта относятся: а) наличие двухпроводной контактной сети и двух токоприемников, что приводит к некоторому снижению скорости движения на спецчастях контактной сети и усложняет сеть; б) более высокий удельный расход электроэнергии по сравнению с трамваем (в 2—3 раза); в) меньшая величина максимального уклона, допустимого по условиям сцепления, особенно для городов, где возможен гололед.
Метрополитен требует значительных капиталовложений по сравнению с трамваем, но отличается более высокими скоростями движения и большей провозной способностью. Провозная способность метрополитена, в зависимости от числа вагонов в поезде и типа подвижного состава, в 2—3 раза больше, чем у трамвая. Эксплуатационная скорость его в 2—2,5 раза выше. С точки зрения безопасности движения метрополитен намного лучше наземных видов городского транспорта.
Особенно нежелательна эксплуатация в городах видов транспорта, выделяющих отработанные газы, вредно влияющие на здоровье людей. Этот вопрос можно решить заменив автобусы и автомобили автономными и комбинированными видами электрического транспорта. Применение троллейного электромобиля позволило бы, кроме того, устранить сложные контактные сети на площадях и улицах. Однако комбинированный вид транспорта не получил широкого применения вследствие большого веса, высокой стоимости и значительных эксплуатационных расходов по аккумуляторам.