Đường sắt điện khí hóa là gì

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Sự gia tăng khối lượng hàng hóa vận chuyển và cường độ chạy tàu trên các tuyến vận tải chính đã dẫn đến sự xuất hiện của các tuyến đường sắt điện khí hóa. Những đối tượng như vậy là khá khó khăn để thực hiện về mặt kỹ thuật. Không giống như những tuyến đường sắt điện khí hóa đầu tiên, đường cao tốc hiện đại là những cơ sở hạ tầng phức tạp theo quan điểm kỹ thuật và thực hiện một số nhiệm vụ quan trọng đối với dân cư và nền kinh tế của bang. Bài báo này mô tả lịch sử hình thành và phát triển của vận tải đường sắt điện, đưa ra các đặc điểm kỹ thuật chính và ý tưởng về hệ thống trạm biến áp và đội đầu máy.

Lịch sử ban đầu của đường sắt điện khí hóa

Đầu máy điện đầu tiên trong lịch sử là nhờ sự xuất hiện của nhà phát minh và doanh nhân nổi tiếng thế giới người ĐứcWerner Siemens. Mẫu này đã được giới thiệu với toàn thế giới tại triển lãm thành tựu của ngành công nghiệp và khoa học ở Berlin vào ngày 31 tháng 5 năm 1879. Một đường sắt điện khí hóa với mạng lưới liên lạc được xây dựng đặc biệt để chứng minh khả năng của đầu máy điện. Chiều dài của con đường thử nghiệm này là hơn 300 mét một chút. Thiết bị, đã được trình diễn trước công chúng, khó có thể được coi là đầu máy xe lửa theo tiêu chuẩn hiện đại. Đúng hơn, đó là hình mẫu của anh ấy. Chiếc xe chỉ nặng 250 kg, công suất 3 mã lực và có thể đạt tốc độ không quá 7 km / h. Một đường ray bổ sung đã được sử dụng để cung cấp điện áp. Đầu máy gồm ba toa xe. Tổng cộng, họ có thể chứa không quá 18 người.

Tính mới này đã khơi dậy sự quan tâm lớn từ các đại diện doanh nghiệp. Cũng vào năm 1879, một con đường dài 2 km đã được xây dựng để đưa công nhân và nguyên liệu thô đến lãnh thổ của một trong những nhà máy sản xuất quần áo của Pháp.

Vì vậy, ban đầu, vận tải đường sắt điện được sử dụng trong các doanh nghiệp công nghiệp và vận chuyển hành khách trong thành phố (các tuyến tàu điện). Tuy nhiên, chỉ sau vài năm, tuyến đường Likterfelzh - Berlin đã thông thoáng. Lễ cắt băng khánh thành màu đỏ diễn ra vào ngày 16 tháng 5 năm 1881.

Điện khí hóa đường sắt ở Nga Xô Viết và Liên Xô

Ở Nga hoàng, việc phát triển đường sắt điện không được chú ý đúng mứcvận chuyển. Các tuyến xe điện được xây dựng ở các thành phố lớn. Các tuyến đường sắt chính nối các thành phố lớn nhất của đế chế không được điện khí hóa. Vào năm 1880, một nhà khoa học tên là Pirotky đã cố gắng di chuyển một toa tàu hạng nặng khỏi vị trí của nó với sự trợ giúp của điện. Nhưng thí nghiệm này không khiến ai quan tâm. Chỉ với sự ra đời của quyền lực Xô Viết, cuộc thảo luận về triển vọng phát triển của ngành công nghiệp này mới bắt đầu. Vào thời điểm đó, đầu máy điện đã được giới thiệu tích cực ở hầu hết các nước trên thế giới. Đường sắt điện khí hóa đơn giản là rất cần thiết để phát triển. Ngay từ năm 1921, một kế hoạch chiến lược cho việc điện khí hóa tất cả các vùng lãnh thổ của đất nước đã được phê duyệt. Theo kế hoạch đã công bố, mạng lưới liên lạc của đường sắt điện khí hóa sẽ trải dài trên các đường cao tốc quan trọng nhất kết nối các khu vực công nghiệp và thành phố lớn.

Ngay từ năm 1926, một đoạn đường dài hai mươi km có mạng lưới điện liên lạc đã được đưa vào hoạt động. Nó kết nối thủ đô của Azerbaijan SSR với các mỏ dầu ở Surakhani. Trong phần này, dòng điện một chiều 1200 vôn đã được sử dụng. Năm 1929 được đánh dấu bằng sự ra mắt long trọng của chuyến tàu điện đầu tiên từ Moscow đến Mytishchi. Không ngoa, những sự kiện này đã đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong lịch sử phát triển và công nghiệp hóa của đất nước chúng ta.

Sau vài thập kỷ, dòng điện xoay chiều thay thế dòng điện không đổi. Ngày 19 tháng 12 năm 1955, đoạn đường sắt Mikhailov-Ozherelye được đưa vào hoạt động. Chiều dài của nó là 85 km. Đầu máy xe lửa trong phần này được chạy bằng dòng điện xoay chiềutần số công nghiệp (50 Hertz) với hiệu điện thế 22.000 vôn. Một năm sau, đường dây điện liên lạc được kéo dài đến trạm Pavelets 1. Như vậy, tổng chiều dài của tuyến đường này là khoảng 140 km.

Thông tin chung về tuyến đường sắt Nga

Đường sắt của Liên bang Nga là một cơ quan khổng lồ. Nó được chia thành 17 phòng ban riêng biệt. Theo số liệu mới nhất, tổng chiều dài các tuyến đường đã khai thác đạt 86 nghìn km. Đồng thời, chiều dài đường sắt điện khí hóa hơn một nửa giá trị này (51%). Không phải quốc gia nào cũng có thể tự hào về một chỉ số như vậy. Cần lưu ý rằng tỷ lệ đường sắt điện khí hóa ở Nga chiếm hơn 80% tổng lưu lượng hàng hóa và hành khách. Điều này khá dễ hiểu. Rốt cuộc, trước hết, các đường cao tốc vận tải có tải trọng cao đã được điện khí hóa. Hơn nữa, điện khí hóa những con đường ít xe cộ qua lại sẽ không hiệu quả về mặt kinh tế và sẽ bị lỗ. Chỉ có thể đạt được những chỉ số đó thông qua sự chung sức của toàn dân. Đồng thời, cần phải có một nền kỹ thuật cơ khí và chế tạo dụng cụ rất phát triển, một nền công nghiệp điện và tiềm năng khoa học phát triển.

Tổng chiều dài các đoạn đường sắt được điện khí hóa ở nước ta xấp xỉ 43 nghìn km. Đồng thời, 18 nghìn km được cung cấp năng lượng bằng dòng điện một chiều. Theo đó, 25 nghìn km còn lại chạy bằng dòng điện xoay chiều.

Lợi ích điện hóa

Trong bối cảnh có vô số ưu và nhược điểm của đường sắt điện khí hóa, tất cả những nhược điểm đơn giản là mất đi. Thứ nhất, lượng khí thải độc hại ít hơn nhiều so với đầu máy diesel. Điều này có ảnh hưởng tích cực đến môi trường. Thứ hai, hiệu suất của đầu máy điện cao hơn rất nhiều. Như vậy giảm được chi phí vận chuyển hàng hóa.

Trong số những thứ khác, đường sắt điện khí hóa giải quyết vấn đề cung cấp điện cho các doanh nghiệp công nghiệp và các khu định cư nằm dọc theo tuyến đường sắt và không xa nó. Theo thống kê cho năm 1975, hơn một nửa tổng lượng điện của mạng lưới liên lạc đường sắt của Liên Xô được sử dụng cho việc cung cấp điện cho các cơ sở này mà không bao gồm trong cơ sở hạ tầng giao thông.

Và đây không phải là danh sách đầy đủ các lợi ích. Cũng cần phải nói rằng đường sắt điện khí hóa có công suất, độ tin cậy cao hơn nhiều và cho phép bạn tạo điều kiện thoải mái cho việc vận chuyển hành khách.

Trạm biến áp kéo: khái niệm chung

Nếu chúng ta đơn giản hóa đến mức tối thiểu, thì trạm biến áp lực kéo có thể được định nghĩa như sau: một công trình lắp đặt được thiết kế để phân phối và chuyển đổi điện năng. Nói cách khác, trạm biến áp đầu kéo là một máy biến áp bậc thang. Nếu đầu máy chạy bằng dòng điện một chiều thì trạm biến áp đóng vai trò chỉnh lưu. Đối với mạngđường điện xoay chiều, cần trang bị các trạm biến áp đầu kéo với cự ly từ 50 đến 80 km trên toàn bộ đoạn đường đua. Việc chuyển đổi sang dòng điện một chiều đòi hỏi phải xây dựng các trạm biến áp sau mỗi 15-20 km. Trong một số trường hợp đặc biệt, khoảng cách này có thể giảm xuống còn 5 km (trên các đường cao tốc đặc biệt đông đúc).

Tàu điện ngầm sử dụng một loại trạm biến áp sức kéo đặc biệt. Các thiết bị loại này không chuyển đổi AC thành DC mà chỉ hạ điện áp DC.

Thiết kế các khối trạm biến áp sức kéo

Các đơn vị trạm biến áp kéo là một tổ hợp các ô, bảng và tủ. Các phần tử này được gắn trên các khung và được kết nối bằng mạng lưới dây (cả dây nguồn và dây điều khiển).

Có hai loại khối. Trong một số khối, tất cả các phần tử được gắn trên một khung, trong những khối khác, mỗi phần tử được đặt trong một hộp kín. Các khối của loại đầu tiên được thiết kế để lắp đặt trong các tòa nhà. Các khối loại thứ hai được lắp đặt dọc theo tuyến đường sắt ngoài trời.

Liên hệ mạng

Mạng liên lạc là một cấu trúc kỹ thuật rất phức tạp. Nó bao gồm nhiều yếu tố: bản thân dây dẫn, dây cáp (vật mang), các cột truyền lực, các thanh ngang cứng và dẻo … Các yêu cầu rất nghiêm ngặt được đặt ra đối với hệ thống treo. Nếu nó không tương ứng với chúng, thì dòng điện sẽ được lấy không liên tục, điều này sẽ không cho phép đầu máy hoạt động ở chế độ bình thường và có thể dẫn đến trường hợp khẩn cấp. Chiều cao và lực căng được quy định nghiêm ngặtdây, độ cong tối đa cho phép, các nhịp, v.v. Ở nước ta, đầu máy xe lửa vừa hoạt động bằng dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều. Tất nhiên, điều này làm phức tạp phần nào việc cung cấp điện cho các tuyến đường sắt điện khí hóa. Mỗi hệ thống này đều có ưu và nhược điểm riêng.

Xây dựng một dây xích đơn giản

Thực tế, một hệ thống treo tiếp xúc đơn giản là một sợi dây được gắn vào các giá đỡ. Khoảng cách giữa các giá đỡ này thường là 30 - 40 mét. Thiết kế như vậy chỉ được chấp nhận trên các đoạn đường không cho phép lưu thông tốc độ cao (cầu, đường hầm), cũng như ở các đường dây điện xe buýt và xe điện.

Ưu điểm của mạng liên lạc trực tiếp hiện tại

So với mạng liên lạc trên dòng điện xoay chiều, mạng liên lạc trên dòng điện một chiều có một số ưu điểm. Trong số đó, đặc biệt cần hủy bỏ khả năng sử dụng đối với đầu máy có thiết kế tương đối đơn giản, trọng lượng thấp. Ngoài ra, trong các hệ thống như vậy không có ảnh hưởng của điện áp đặt vào mạng tiếp xúc. Ưu điểm quan trọng nhất là mức độ an toàn vận hành cao hơn so với hệ thống AC.

Nhược điểm của mạng liên lạc DC

Nhược điểm chính của hệ thống cung cấp điện cho đường sắt điện khí hóa là chi phí cao. Rốt cuộc, việc xây dựng của chúng đòi hỏi một hệ thống treo phức tạp và tốn kém hơn. Dây kéo đồngcó tiết diện lớn hơn nhiều nên cũng làm tăng đáng kể giá thành của công trình. Một nhược điểm quan trọng là khoảng cách không đáng kể giữa các trạm biến áp đầu kéo trên đường sắt điện khí hóa so với các mạng lưới tiếp xúc trên dòng điện xoay chiều. Trung bình, nó dao động từ 15 (ở những khu vực có lưu lượng tàu tối đa) đến 20 km. Trong số những thứ khác, dòng điện trực tiếp gây ra sự xuất hiện của cái gọi là dòng đi lạc, dẫn đến sự xuất hiện và phá hủy ăn mòn nhanh chóng của các kết cấu và giá đỡ bằng thép.

Yêu cầu đào tạo đối với nhân viên phục vụ hệ thống cung cấp điện

Trước khi công nhân được phép sửa chữa và bảo trì đường dây tải điện của đường sắt điện khí hóa, anh ta phải trải qua khóa đào tạo đặc biệt. Và điều này không chỉ áp dụng cho những người làm việc trực tiếp với phần điện, mà còn cho các thợ khóa và thợ lắp đặt, những người phục vụ toàn bộ cấu trúc của đường dây truyền tải và các giá đỡ của họ. Tất cả nhân viên đều phải vượt qua bài kiểm tra kiến thức và xác nhận trình độ chuyên môn của họ.

Kết

Sự ra đời của đường sắt điện khí hóa đánh dấu sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp do sự tăng cường giao thông và sự gia tăng doanh thu hàng hóa. Có thể tăng đáng kể khối lượng hàng hóa được vận chuyển bằng một đầu máy.

Ngoài ra, nó còn giải quyết một số vấn đề. Vì vậy, các đầu máy diesel thông thường thường hỏng hóc ở nhiệt độ thấp. Đầu máy điện hoạt động tin cậy trong mọi điều kiện thời tiết. Chính điều này đã tạo tiền đề cho sự phát triển tích cực của các vùng phía Bắc và Viễn Đông nước ta.