Локомотивостроение - 1960 - Эффективность и преимущества электрической тяги

 При введении электрической тяги значительно увеличивается пропускная способность железных дорог, ускоряется доставка грузов и пассажиров к месту назначения, обеспечивается бесперебойная работа железнодорожных линий в зимнее время, улучшаются условия работы локомотивных бригад. Большая мощность электровозов и высокие скорости движения поездов с электрической тягой дают возможность повысить производительность труда, сократить парк локомотивов и вагонов и эксплуатационные расходы. С введением электрической тяги значительно сокращается расход топлива, уменьшается число работников служб тяги и эксплуатации.
Электрификация линий требует значительно меньше металла и лесоматериалов по сравнению с другими возможными реконструктивными мероприятиями, увеличивающими пропускную способность дорог (постройка вторых путей и т. п.). Так, например, если принять капиталовложения во вторые пути за 100%, то затраты на электрификацию однопутной линии меньше на 34,5%, а провозная способность при введении электротяги увеличивается более чем в два раза. Опыт показывает, что при электрической тяге время оборота вагона сокращается на 10— 12% при повышении участковой скорости грузовых поездов в среднем на 30—40%.
Коэффициент полезного действия электровозов при питании электроэнергией от тепловых электростанций составляет 16—18%, а при использовании энергии теплоэнергоцентралей, оборудованных котлами высокого давления, коэффициент полезного действия электротяги повышается до 27—30% и более. Еще выше коэффициент полезного действия электротяги при использовании энергии гидроэлектрических станций. Если принять, что условия передачи энергии остаются такими же, как и при питании от ТЭС, то при получении электроэнергии от ГЭС коэффициент полезного действия электротяги с учетом всех потерь превышает 60%.
При электрической тяге по сравнению с паровой экономия топлива составляет 60—70 %.
Преимущества электротяги особенно ярко сказываются при использовании электровозами дешевой электроэнергии ГЭС. В этом случае полностью сберегается топливо, а эксплуатационные издержки электроэнергии сокращаются в 3—4 раза по сравнению с затратами на энергию, получаемую от ТЭС.
Одной из особенностей электротяги является рекуперация электрической энергии, т. е. возврат электроэнергии в контактную сеть. Обычно при движении поезда по горизонтальному пути или на подъемах тяговые двигатели электровозов потребляют электрическую энергию и превращают ее в механическую работу. При движении же поезда под уклон электродвигатели начинают действовать как генераторы, превращая механическую энергию в электрическую, которая возвращается в контактную сеть.
Например, на Сурамском перевале Закавказской ж. д. отдача энергии в контактную сеть поездами составляет 20—28% по отношению к общему количеству потребленной энергии.
Работа электровозов на рекуперации обеспечивает также безопасность движения, так как гарантирует надежное торможение поездов, идущих под уклон.
На действующих электрифицированных линиях по сравнению с ранее существовавшей здесь паровой тягой эксплуатационные показатели работы резко улучшаются.
Таблица 1

Введение электровозной тяги на железных дорогах высвобождает большое количество паровозов, так как каждый электровоз серии ВЛ22 и ВЛ22М заменяет 3— 4 паровоза серии Эм, ФД, СО и других.
Капиталовложения в электрификацию могут окупиться на грузонапряженных линиях за два-три года, а на линиях средней грузонапряженности за четыре-шесть лет.
При электрификации заграничных железных дорог применяются следующие системы электрической тяги: постоянного тока, трехфазного тока, однофазного тока пониженной частоты и однофазного тока промышленной (нормальной) частоты.
Удельный вес различных систем электротяги в общей длине заграничных электрифицированных железных дорог характеризуется следующими данными (в %):
Постоянный ток 3 кВ . 25,9
„               „     1,5   кВ                                                                           21,8
„               „     других   напряжений . 9,3
Однофазный ток     50 Гц;   от 6,6   до 25 кВ . 2,4
„               „     25    Гц;   от 6,6   до 11 кВ . 4,5
„               „     162/3 Гц; 12 и 15 кВ ... 3,0
Трехфазный ток 162/3 Гц; 3,7 кВ ...  3,1
Системы постоянного тока охватывают 57% всей длины электрифицированной сети железных дорог, системы однофазного тока — 39,9% и система трехфазного тока — 3,1 %.
Система электрической тяги постоянного тока получила наиболее широкое практическое применение на железных дорогах Франции, Италии, Англии, Японии и на ряде железнодорожных участков Бельгии, Голландии, Дании, Индии, Польши, Югославии, Испании и Португалии.
Основным преимуществом системы однофазного тока пониженной частоты является возможность повышения напряжения в тяговой сети до 10—15 кВ и более. На электровозах однофазного тока устанавливаются трансформаторы, понижающие напряжение тяговой сети до 400— 600 В, которое подается на тяговые коллекторные двигатели последовательного возбуждения. На железных дорогах Германии, Швейцарии, Австрии, Швеции и на ряде участков Венгрии, Румынии и Норвегии используется однофазный ток частотой 162/3 Гц.
Снабжение электрических железных дорог однофазным током частотой 162/з Гц осуществляется от специальных электростанций или от сетей общего пользования нормальной частоты.
В первом случае для питания железных дорог существуют специальные электрические станции, вырабатывающие однофазный ток частотой 162/3 Гц и специальные линии электропередачи; при таких условиях комплексное энергоснабжение электрических железных дорог, а также промышленных и сельскохозяйственных потребителей — невозможно.
Во втором случае применяются тяговые подстанции с вращающимися преобразователями фаз и частоты, которые дорого стоят и малоэкономичны.
В США для питания электрических железных дорог используется однофазный ток частотой 25 Гц, получаемый от электростанций общего пользования.
В настоящее время достижения электромашиностроения и электротехники на железных дорогах мира позволяют создать достаточно экономичные и надежные в работе электровозы и моторвагонные электросекции, рассчитанные для работы при однофазном переменном токе промышленной частоты (50 Гц) в тяговой сети. Этот вид тяги распространен на железных дорогах Франции, Японии, на железнодорожных участках Венгрии и др. стран.
Система электрической тяги трехфазного тока получила практическое применение главным образом на некоторых участках железных дорог Италии. При этой системе электрической тяги применяется двухпроводная контактная сеть, по проводам которой к электроподвиж- ному составу подводятся две фазы, а третья фаза подводится через рельсы.
Электроподвижной состав имеет понижающий трансформатор и асинхронные тяговые двигатели. Тяговые подстанции весьма просты по конструкции. Основным недостатком трехфазного тока является очень сложная контактная сеть, особенно на крупных станциях, не обеспечивающая надежности токоснимания при больших скоростях движения. Небольшие электрические зазоры между проводами воздушной сети практически не позволяют поднять напряжение выше 6—10 кВ. Вследствие этих недостатков система электрической тяги трехфазного тока не получила широкого практического применения, а ряд участков, ранее электрифицированных по этой системе, в последующем был переведен на постоянный ток.