Локомотивостроение - 1960 - Электрическая тяга

Электрическая тяга на железных дорогах в странах народной демократии

Индустриализация стран народной демократии способствует развитию электрификации железных дорог.
В Польше к началу 1956 г. уже имелось 400 км электрифицированных железнодорожных участков, а к 1960 г. должно быть электрифицировано 900 км линий, в том числе такие важные железнодорожные направления как Краков—Катовице—Вроцлав и Варшава—Катовице.
Намечается к постройке несколько сот электровозов.
Обслуживание грузовых и пассажирских поездов в Польше производится пассажирскими и универсальными электровозами типа В0—В0 и С0—С0. В перспективе в Польше намечено электрифицировать 7000 км железных дорог, что позволит перевести на электрическую тягу 85% грузовых перевозок. Дальнейшая электрификация будет проводиться на постоянном токе 3000 В, так как переход на другую систему тока вызвал бы большие осложнения и задержку работ по электрификации.
В Чехословакии завершаются работы по электрификации важнейшего направления: Чоп—Кошице—Жилина—Брно, и к 1960 г. намечено электрифицировать свыше 750 км железнодорожных линии, а в последующем до 3000 км.. Для первого этапа электрификации выбрана система постоянного тока 3000 вольт.
В ГДР в 1956 г. вступили в строй электрифицированные железнодорожные участки Галле—Кетен и Галле— Биттерфельд—Дессау, и намечено до 1960 г. электрифицировать еще 480 км железнодорожных линий дальнего следования на однофазном переменном токе частотой 162/3 герц.
Основные серии электровозов «Е» типа 1—С0—1, В0—В0 и С0—С0 и моторные вагоны на дорогах ГДР имеют индивидуальный привод движущих осей, эластичное и опорноосевое подвешивание.
Для тяги скорых и пассажирских поездов дальнего следования в качестве перспективного намечается электровоз средней мощности на однофазном токе напряжением 15 кВ и частотой 162/3 Гц. Он должен развивать максимальную скорость 140 км/час.
Новые электрифицированные железнодорожные участки на переменном токе вводятся в эксплуатацию в Венгерской Народной Республике.
Первая магистральная линия, электрифицированная на переменном токе промышленной частоты, связывает западную пограничную станцию Хедношхален с Будапештом. Началась электрификация другой основной линии— Будапешт—Мишкольц. Эта линия идет на восток от Будапешта и имеет такую же протяженность и характер, как и линия Будапешт—Хедношхален. Участок Будапешт—Хотван был введен в эксплуатацию в 1956 г. В настоящее время принято решение для венгерских железных дорог и для венгерской промышленности строить электровозы на постоянном токе и на переменном с вращающимися преобразователями. В Венгрии электрифицированные участки пути не имеют крутых подъемов и можно легко обойтись электровозами со сравнительно небольшими мощностями. Всего намечено построить в ближайшее время 30 электровозов мощностью 1500 л. с.; они будут применяться для обслуживания грузового движения.
Электрификация железных дорог Китая осуществляется с применением более экономичной системы однофазного переменного тока напряжением 25 кВ и частотой 50 герц. Электровозы будут строиться мощностью 3— 4 тыс. кВт, нагрузка от колесной пары на рельсы не более 23 т, максимальная скорость на площадке 80— 110 км/час для грузового электровоза и 120—140 км/час для пассажирского.
В Народной Республике Болгарии в настоящее время еще нет электрифицированных железных дорог. Намечается электрифицировать 360 км дорог с относительно тяжелым профилем и большим движением. На втором этапе, с 1961 по 1965 г., электрифицируются 590 км дорог с тяжелым профилем пути. На третьем этапе строительства (1966—1970 гг.) будет электрифицировано 550 км, куда входят преимущественно равнинные участки.
Вопрос о системе тока в настоящее время еще окончательно не решен.
Наиболее приемлемы для обслуживания электрифицированных линий универсальные четырехосные и шестиосные электровозы с нагрузкой на ось 20 т; они пригодны для грузовой и пассажирской работы.
Мощность электровозов составит для четырехосных 2200—2400 кВт и для шестиосных 3300—3600 кВт.

Электрическая тяга в капиталистических странах

Электрификация железных дорог в капиталистических странах началась еще в конце XIX в. и в настоящее время достигла значительных размеров лишь в Швейцарии, Италии, Голландии, Швеции.
Электрическая тяга на железных дорогах США имеет незначительный удельный вес, а в последние годы происходит даже сокращение протяженности электрифицированных железных дорог.
Эксплуатация электрифицированных линий в США началась в 1895 г., т. е. после того, когда был электрифицирован участок на линии Балтимора—Огайо длиной 6,5 км (Балтиморский тоннель), на постоянном токе 675 вольт.
В настоящее время общая протяженность электрифицированных железных дорог США составляет примерно 4000 км, или 1,1 % эксплуатационной длины.

Для электрической тяги используется постоянный ток напряжением 600, 675, 1200, 1500, 2400 и 3000 В и переменный ток напряжением 11 000 и 25 000 вольт.
На постоянном токе работает около 3000 км линий, из них: на напряжении 600, 650, 675 в— 1250 км (главным образом пригородные линии), на напряжении 3000 В — немногим больше 1200 км, на напряжении 1200 В — около 300 км.
Низкий удельный вес электротяги в работе железных дорог США объясняется несколькими причинами.
Железнодорожная сеть США очень развита, причем между отдельными узловыми пунктами часто проходит несколько параллельных железнодорожных линий, принадлежащих различным компаниям, вследствие этого многие линии недостаточно загружены и электрификация их считается экономически нецелесообразной.
Капиталовложения в стационарные силовые установки, к которым относятся контактная сеть и подстанции, в США облагаются налогом, тогда как подвижной состав, включая и локомотивы, налогом не облагается.
В европейских условиях электровозная тяга получила более широкое развитие, чем тепловозная. Это происходит главным образом потому, что большинство европейских стран не имеет достаточных нефтяных запасов, но располагает гидроэлектрическими ресурсами.
Наиболее распространена электровозная тяга в Швейцарии. В этой стране электрифицировано 97% всех железных дорог, работающих на однофазном токе 15 000 В, с частотой 162/3 Гц.
Для Готтардской, очень загруженной горной железной дороги в Швейцарии в 1931 —1932 гг. были построены два четырнадцатиосных электровоза, состоящих из двух семиосных единиц общей мощностью 6600 л. с. В 1940 г. был построен электровоз из двух единиц такого же типа серии Ае8/14 мощностью 12 000 л. с. Когда электровоз трогался с места, он мог развивать наибольшую силу тяги 50 000 кг, что превосходило предел прочности винтовой стяжки, которой оборудовано большинство вагонов на железных дорогах Швейцарии. Поэтому оказалось целесообразным строить сдвоенные электровозы, в виде двух самостоятельных единиц. Так возник в 1941 г. электровоз серии Ае4/7, который имеет по концам поворотные двухосные тележки новой конструкции. Это самые легкие электровозы однофазного тока.
Швейцарским заводом выпущен новый тип электровоза на двух трехосных тележках серии Ае6/6; он имеет мощность 6000 л. с. в одной секции.
На французских железных дорогах до 1941 г. было электрифицировано 500 км на однофазном токе напряжением от 3300 до 15 000 В; 300 км эксплуатировались на постоянном токе 1500 В, а остальные линии работали на постоянном токе разных напряжений. Постоянный ток 1500 В был принят как стандартная система тока. Дальнейшая электрификация в основном проводилась на железной дороге Париж—Дижон—Лион с последующим удлинением ее до Марселя.
Для вновь электрифицируемых участков однофазного тока с пассажирским и грузовым движением были построены четырехосные электровозы В0-В0 на двухосных тележках и курьерские электровозы 2-Д0-2 (или 2-4-2). Электровоз В0-В0 имеет мощность 2400 л. с., максимальную скорость 105 км/час и сцепной вес 80 т. Курьерский электровоз тянет поезд весом 900 т на горизонтальном пути со скоростью 140 км/час и на пятитысячном подъеме — поезд весом 1000 т со скоростью 95 км/час.
Во Франции проводится дальнейшая электрификация действующей линии Валансьен—Тионвилль на однофазном токе 50 Гц. Электрифицируются линия Валансьен— Лилль и линии, расположенные в районе Тионвилля и Меца, общей протяженностью 340 км. На новых участках будут работать шестиосные электровозы, однофазно-постоянного тока с вращающимися преобразователями, четырехосные электровозы однофазно-постоянного тока с игнитронными выпрямителями, четырехосные электровозы с коллекторными тяговыми двигателями однофазного тока 50 Гц.
В марте 1955 г. на прямом участке пути длиной 66 км между станциями Ламот и Морсене проводились испытания электровозов СС 7107 и ВВ 9004, работающих на постоянном токе при напряжении 1500 В. Во время испытания электровоз СС 7107, ведя состав из трех пассажирских вагонов общим весом 100 т, развил скорость 331 км/час. Такую же скорость показал и электровоз ВВ 9004.

В апреле 1955 г. были проведены опыты вождений электровоза без локомотивной бригады на линии Париж—Ман (18 км). Управление электровозом осуществлялось при помощи ультракоротких волн, посылаемых радиопередатчиком, установленным в здании подстанции. Движение электровоза контролировалось с автомотрисы, шедшей по соседнему пути.
На железных дорогах Швеции электрическая тяга начала применяться около 50 лет назад. В настоящее время на электрифицированных магистралях выполняется 87% всех перевозок. Используя энергию порожистых рек, железные дороги Швеции для осуществления перевозок получают дешевую электрическую энергию в достаточном количестве. На дорогах работают в основном трехосные электровозы старой постройки. Они имеют общий двигатель на три колесные пары, соединенные между собой дышлами. На четырехосных и пятиосных электровозах постройки последних лет есть индивидуальный двигатель на каждой ведущей оси.
В Англии электрифицировано около 5-% всех железных дорог. На электрифицированных линиях курсируют электрические моторвагонные поезда на постоянном токе 650 В, с третьим контактным рельсом. Грузовые поезда обслуживаются как паровой тягой, так и электровозами. Новая линия Ливерпуль—Стрит—Шеффилд— Хаттен, которая была электрифицирована в 1949 г. на постоянном токе 1300 В, имеет верхний контактный провод. На ней также курсируют электрические поезда из моторвагонных секций.
За последние годы английской промышленностью были выпущены шестиосные электровозы типа С0-С0 на постоянном токе напряжением 600 В; они могут питаться как от третьего контактного рельса, так и от верхнего контактного провода. Мощность электровоза 1500 л. с., вес в рабочем состоянии 102,5 т, наибольшая скорость 120 км/час.
В ФРГ в 1955 г. электрифицирован по системе однофазного тока железнодорожный участок длиной около 30 км, обслуживающий рейнские разработки бурых углей, На этом участке работают сочлененные электровозы весом 240 т, состоящие из двух секций осевой формулы 0-20—20-0. Электровозы обеспечивают тягу составов весом 2000 т из карьеров по подъемам до 25%, допускают широкое применение рекуперативного торможения и управляются (две секции) одним машинистом. В отличие от магистральных железных дорог, напряжение в контактной сети принято 6 кВ. Это позволяет отказаться от установки на моторгенераторных электровозах понижающих трансформаторов.
Следует заметить, что электрическая тяга в странах Западной Европы усиленно развивалась в 1937—1955 гг.: если в 1937 г. было 15,7 тыс. км электрифицированных магистральных железных дорог, то к 1956 г. их стало 28,1 тыс. км. В последний период темпы электрификации дорог были невелики — всего 650—700 км в год.
Таблица 2

Изменения удельного веса различных видов тяги в общем локомотивном парке ряда капиталистических стран приведены в табл. 2.
Широко распространена электрическая тяга в Японии. В 1958 г. было электрифицировано около 8,5 тыс. км железных дорог, из которых 6,3 тыс. облегченного (трамвайного) типа принадлежат частным компаниям.

Обзор состояния современного отечественного электровозостроения в сравнении с заграничными данными позволяет отметить, что наши грузовые электровозы по своим характеристикам находятся на уровне современных грузовых локомотивов стран Западной Европы и значительно превосходят показатели локомотивов США.
Из многочисленных систем электровозов переменного однофазного тока промышленной частоты практический интерес представляют электровозы с ионными преобразователями, получившие наибольшее распространение во Франции.
Основные показатели этих электровозов близки к показателям электровозов постоянного тока. Однако электровозы переменного тока, имея параллельное соединение тяговых электродвигателей, менее склонны к боксованию, чем электровозы постоянного тока. При той же нагрузке на ось они, как правило, имеют несколько более мощные тяговые двигатели. Следовательно, показатели веса и длины на единицу мощности у электровозов переменного тока более благоприятны, чем у электровозов постоянного тока.
Электровозы переменного тока с различными системами преобразователей, как правило, имеют различные коэффициенты полезного действия: с ионными выпрямителями — 0,82, с моторгенераторными преобразователями однофазного постоянного тока — 0,78, с механическими преобразователями однофазного тока в трехфазный и тяговыми двигателями трехфазного переменного тока — 0,77, с коллекторными двигателями однофазно-переменного тока промышленной частоты — 0,76.
Для сравнения необходимо указать, что электровозы постоянного тока имеют коэффициент полезного действия около 0,87—0,86, а с учетом потерь в преобразователях тяговой подстанции — около 0,82—0,84.
Общий коэффициент полезного действия электрической тяги при переменном токе промышленной частоты и электровозах с ионными преобразователями по теоретическим расчетам оказывается на 1—2% выше, чем при электрификации по системе постоянного тока.
С использованием полупроводниковых и особенно кремниевых выпрямителей открываются большие возможности для повышения коэффициента полезного действия и устойчивости работы электровозов и моторвагонных секций на переменном токе.
Дальнейшее существенное повышение коэффициента полезного действия электрической тяги возможно главным образом за счет уменьшения потерь на электростанциях и в линиях передач, а также широкого применения рекуперативного торможения.