كيف يحصل النقل الكهربائي في المدن وبين المدن على الطاقة؟
أصبح النقل الكهربائي بين المدن وبين المدن سمات مألوفة للحياة اليومية للإنسان الحديث. لقد توقفنا منذ فترة طويلة عن التفكير في كيفية حصول هذا النقل على طعامه. يعلم الجميع أن السيارات مليئة بالبنزين ، والدراجات يركبها راكبو الدراجات. ولكن كيف يتم تغذية الأنواع الكهربائية من نقل الركاب: الترام ، وحافلات الترولي ، والقطارات أحادية السكة ، ومترو الأنفاق ، والقطارات الكهربائية ، والقاطرات الكهربائية؟ أين وكيف يتم توفير الطاقة الدافعة لهم؟ دعنا نتحدث عن ذلك.
نوع من القطارات
في الأيام الخوالي ، كان كل اقتصاد ترام جديد مجبرًا على أن يكون له محطة طاقة خاصة به ، حيث لم يتم تطوير شبكات الكهرباء العامة بشكل كافٍ بعد. في القرن الحادي والعشرين ، يتم توفير الطاقة لشبكة الترام من شبكات الأغراض العامة.
يتم توفير الطاقة عن طريق تيار مباشر منخفض الجهد نسبيًا (550 فولت) ، والذي سيكون ببساطة غير اقتصادي للإرسال لمسافات طويلة.لهذا السبب ، تقع محطات الجر الفرعية بالقرب من خطوط الترام ، حيث يتم تحويل التيار المتردد من شبكة الجهد العالي إلى تيار مباشر (بجهد 600 فولت) لشبكة اتصال الترام. في المدن التي تعمل فيها كل من عربات الترام وحافلات الترولي ، تتمتع وسائط النقل هذه عمومًا بتوفير إجمالي للطاقة.
يوجد على أراضي الاتحاد السوفيتي السابق مخططان لتزويد خطوط الكهرباء العلوية بالترام وحافلات الترولي: المركزية واللامركزية. أولاً جاء المركز المركزي. في ذلك ، تخدم محطات الجر الكبيرة المجهزة بعدة وحدات تحويل جميع الخطوط أو الخطوط المجاورة الموجودة على مسافة تصل إلى 2 كيلومتر منها. توجد اليوم المحطات الفرعية من هذا النوع في مناطق ذات كثافة عالية من طرق الترام (عربة).
بدأ النظام اللامركزي بالتشكل بعد الستينيات ، عندما بدأت خطوط الترام وحافلات الترولي ومترو الأنفاق بالظهور ، على سبيل المثال ، من وسط المدينة على طول الطريق السريع ، إلى منطقة نائية من المدينة ، إلخ.
هنا ، يتم تثبيت محطات جر منخفضة الطاقة مع وحدة أو وحدتي محول قادرة على توفير قسمين كحد أقصى من الخط كل 1-2 كيلومتر من الخط ، ويمكن تزويد كل قسم طرفي بواسطة محطة فرعية مجاورة.
وبالتالي ، فإن فقد الطاقة يكون أصغر ، لأن أقسام الطاقة أقصر. أيضًا ، إذا حدث خطأ في إحدى المحطات الفرعية ، فسيظل قسم الخط مفعمًا بالطاقة من المحطة الفرعية المجاورة.
يتم اتصال الترام بخط التيار المستمر من خلال منساخ على سطح سيارته. يمكن أن يكون هذا المنساخ ، أو شبه البانتوجراف ، أو البار أو القوس. عادةً ما يكون تعليق السلك العلوي لخط الترام أسهل من تعليق السكة.في حالة استخدام ذراع الرافعة ، يتم ترتيب مفاتيح الهواء مثل أذرع الترولي. عادة ما يكون تدفق التيار عبر القضبان إلى الأرض.
تروليبوس
في حافلة الترولي ، يتم تقسيم شبكة الاتصال بواسطة عوازل مقطعية إلى مقاطع معزولة ، كل منها متصل بمحطة الجر الفرعية عن طريق خطوط التغذية (علوية أو تحت الأرض). يسمح هذا بسهولة بإغلاق الأقسام الفردية للإصلاح في حالة حدوث عطل. إذا حدث عطل في كبل الإمداد ، فمن الممكن تثبيت وصلات العبور على العوازل لتغذية القسم المصاب من الجزء المجاور (ولكن هذا هو الوضع غير الطبيعي المرتبط بخطر زيادة التيار الكهربائي).
تعمل محطة الجر الفرعية على تقليل التيار المتردد عالي الجهد من 6 إلى 10 كيلو فولت وتحويله إلى تيار مباشر بجهد 600 فولت. يجب ألا يزيد انخفاض الجهد في أي نقطة من الشبكة وفقًا للمعايير عن 15٪.
تختلف شبكة الاتصال الخاصة بحافلة الترولي عن تلك الموجودة في الترام. هنا ذو سلكين ، لا تستخدم الأرض لتصريف التيار ، لذا فإن هذه الشبكة أكثر تعقيدًا. تقع الموصلات على مسافة صغيرة من بعضها البعض ، وهذا هو السبب وراء الحاجة إلى حماية دقيقة بشكل خاص ضد الاقتراب وتقليل الدائرة ، بالإضافة إلى العزل عند تقاطعات شبكات ترولي باص مع بعضها البعض ومع شبكات الترام.
لذلك ، يتم تثبيت وسائل خاصة عند التقاطعات ، وكذلك الأسهم عند نقاط التقاطع. بالإضافة إلى ذلك ، يتم الحفاظ على بعض الجهد القابل للتعديل ، مما يمنع الأسلاك من التداخل مع الريح. لهذا السبب تُستخدم القضبان لتشغيل حافلات ترولي باص - فالأجهزة الأخرى لن تسمح ببساطة بتلبية كل هذه المتطلبات.
تعتبر أذرع حافلات ترولي باص حساسة لجودة السلاسل ، حيث يمكن أن يؤدي أي خلل فيها إلى قفزة في ذراع الرافعة. هناك معايير تنص على أن زاوية الانكسار عند نقطة ربط القضيب يجب ألا تزيد عن 4 درجات ، وعند الدوران بزاوية تزيد عن 12 درجة ، يتم تثبيت حوامل منحنية. يعمل الحذاء المنزلق على السلك ولا يمكن تدويره بالعربة ، لذلك هناك حاجة إلى الأسهم هنا.
مسار واحد
تعمل قطارات المونوريل مؤخرًا في العديد من المدن حول العالم: لاس فيجاس ، موسكو ، تورنتو ، إلخ. يمكن العثور عليها في المتنزهات الترفيهية ، وحدائق الحيوان ، وتستخدم السكك الحديدية الأحادية لمشاهدة معالم المدينة المحلية ، وبالطبع للاتصالات الحضرية والضواحي.
عجلات هذه القطارات ليست من الحديد الزهر على الإطلاق ، ولكنها من الحديد الزهر. تقوم العجلات ببساطة بتوجيه قطار السكة الأحادية على طول عارضة خرسانية - وهي القضبان التي يوجد عليها المسار والخطوط (سكة التلامس) الخاصة بمصدر الطاقة.
تم تصميم بعض الأحاديات بحيث يتم وضعها فوق سكة حديدية ، على غرار الطريقة التي يجلس بها الشخص فوق حصان. بعض الأحاديات معلقة من شعاع بالأسفل ، على شكل فانوس عملاق على عمود. بالطبع ، تعد السكك الحديدية الأحادية أكثر إحكاما من السكك الحديدية التقليدية ، لكن بناءها أغلى.
لا تحتوي بعض القطارات الأحادية على عجلات فحسب ، بل تحتوي أيضًا على دعم إضافي يعتمد على المجال المغناطيسي. قطار موسكو الأحادي ، على سبيل المثال ، يعمل بدقة على وسادة مغناطيسية تم إنشاؤها بواسطة مغناطيس كهربائي. توجد مغناطيسات كهربائية في المخزون الدارجة ، وهناك مغناطيسات دائمة في قماش شعاع التوجيه.
اعتمادًا على اتجاه التيار في المغناطيسات الكهربائية للجزء المتحرك ، يتحرك القطار أحادي الخط للأمام أو للخلف وفقًا لمبدأ التنافر للأقطاب المغناطيسية التي تحمل الاسم نفسه - هذه هي الطريقة التي يعمل بها المحرك الكهربائي الخطي.
بالإضافة إلى العجلات المطاطية ، يحتوي القطار الأحادي أيضًا على سكة تلامس تتكون من ثلاثة عناصر حاملة للتيار: زائد وناقص وأرضي. جهد التغذية للمحرك الخطي أحادي الخط ثابت ، يساوي 600 فولت.
تحت الارض
تتلقى قطارات المترو الكهربائية الكهرباء من شبكة التيار المباشر - كقاعدة عامة ، من السكة الثالثة (التلامس) ، التي يبلغ جهدها 750-900 فولت. يتم الحصول على التيار المباشر في المحطات الفرعية من التيار المتردد باستخدام المقومات.
يتم ملامسة القطار مع سكة التلامس من خلال جامع تيار متحرك. يقع ناقل الاتصال على يمين المسارات. يقع المجمع الحالي (ما يسمى بـ "Pantograph") على عربة النقل ويتم الضغط عليه مقابل ناقل الاتصال من الأسفل. علامة الجمع على سكة التلامس ، والناقص على مسارات القطار.
بالإضافة إلى تيار الطاقة ، يتدفق تيار "إشارة" ضعيف على طول قضبان الجنزير ، وهو أمر ضروري لحجب إشارات المرور والتبديل التلقائي لها. تنقل المسارات أيضًا معلومات إلى مقصورة السائق حول إشارات المرور والسرعة المسموح بها لقطار الأنفاق في هذا القسم.
قاطرة كهربائية
القاطرة الكهربائية هي قاطرة تعمل بمحرك جر. يستقبل محرك القاطرة الكهربائية الطاقة من محطة الجر الفرعية عبر شبكة الاتصال.
لا يحتوي الجزء الكهربائي للقاطرة الكهربائية عمومًا على محركات الجر فحسب ، بل يحتوي أيضًا على محولات الجهد ، وكذلك الأجهزة التي تربط المحركات بالشبكة ، وما إلى ذلك. توجد المعدات الحالية للقاطرة الكهربائية على السطح أو على أغطيتها وهي مصممة لتوصيل المعدات الكهربائية بشبكة الاتصال.
يتم توفير تجميع التيار من الخط العلوي بواسطة منساخ على السطح ، وبعد ذلك يتم تغذية التيار من خلال قضبان التوصيل والبطانات إلى الأجهزة الكهربائية. يوجد على سطح القاطرة الكهربائية أيضًا أجهزة تبديل: مفاتيح هواء ومفاتيح لأنواع التيار ومفصلات للفصل من الشبكة في حالة حدوث عطل في البانتوجراف. من خلال الحافلات ، يتم تغذية التيار إلى المدخل الرئيسي ، إلى أجهزة التحويل والتنظيم ، إلى محركات الجر والآلات الأخرى ، ثم إلى قطع العجلات ومن خلالها إلى القضبان ، إلى الأرض.
يتم تنظيم جهد الجر وسرعة القاطرة الكهربائية عن طريق تغيير الجهد في عضو الإنتاج الخاص بالمحرك وعن طريق تغيير معامل الإثارة لمحركات التجميع أو عن طريق ضبط التردد والجهد لتيار الإمداد للمحركات غير المتزامنة.
يتم تنظيم الجهد بعدة طرق. في البداية ، على قاطرة كهربائية ذات تيار مباشر ، يتم توصيل جميع محركاتها في سلسلة ، ويكون جهد محرك واحد على قاطرة كهربائية ذات ثمانية محاور هو 375 فولت ، بجهد سلسلي 3 كيلو فولت.
يمكن تبديل مجموعات محركات الجر من توصيل متسلسل - إلى سلسلة متوازية (مجموعتان من 4 محركات متصلة في سلسلة ، ثم الجهد لكل محرك هو 750 فولت) ، أو إلى موازية (4 مجموعات من محركين متصلة في سلسلة ، ثم هذا الجهد لمحرك واحد - 1500 فولت). وللحصول على جهد متوسط للمحركات ، يتم إضافة مجموعات من المتغيرات المتغيرة إلى الدائرة ، مما يجعل من الممكن ضبط الجهد في خطوات 40-60 فولت ، على الرغم من أن هذا يؤدي إلى فقدان بعض الكهرباء على المتغيرات المتغيرة في شكل من أشكال الحرارة.
تعد محولات الطاقة داخل القاطرة الكهربائية ضرورية لتغيير نوع التيار وخفض الجهد الكهربي إلى القيم المطلوبة التي تلبي متطلبات محركات الجر والآلات المساعدة والدوائر الأخرى للقاطرة الكهربائية. يتم التحويل مباشرة على متن الطائرة.
في قاطرات التيار المتردد الكهربائية ، يتم توفير محول جر لتقليل الجهد العالي للإدخال ، بالإضافة إلى مقوم ومفاعلات تنعيم للحصول على التيار المستمر من التيار المتردد. يمكن تركيب محولات التيار والجهد الثابت لتشغيل الآلات المساعدة. في القاطرات الكهربائية ذات المحرك غير المتزامن لكلا النوعين من التيار ، يتم استخدام محولات الجر ، والتي تحول التيار المباشر إلى تيار متناوب بجهد وتردد منظمين ، والذي يتم تغذيته لمحركات الجر.
قطار كهربائي
يتلقى القطار الكهربائي أو القطار الكهربائي بالشكل الكلاسيكي الكهرباء بمساعدة منساخ من خلال سلك تلامس أو سكة تلامس.على عكس القاطرة الكهربائية ، توجد مجمعات القطارات الكهربائية في كل من السيارات والمقطورات.
إذا تم توفير التيار للسيارات المقطوعة ، فسيتم تشغيل السيارة من خلال كابلات خاصة. عادة ما يكون المجمع الحالي في الأعلى ، من سلك التلامس ، يتم تنفيذه بواسطة جامعي في شكل منساخ (على غرار خطوط الترام).
عادةً ما تكون المجموعة الحالية أحادية الطور ، ولكن هناك أيضًا مرحلة واحدة من ثلاث مراحل ، عندما يستخدم القطار الكهربائي منساخًا بتصميم خاص للاتصال المنفصل مع العديد من الأسلاك أو قضبان التلامس (عندما يتعلق الأمر بمترو الأنفاق).
تعتمد المعدات الكهربائية للقطار الكهربائي على نوع التيار (يوجد تيار مباشر ، تيار متناوب أو قطارات كهربائية ذات نظامين) ، نوع محركات الجر (جامع أو غير متزامن) ، وجود أو عدم وجود فرملة كهربائية.
من حيث المبدأ ، فإن المعدات الكهربائية للقطارات الكهربائية تشبه المعدات الكهربائية للقاطرات الكهربائية. ومع ذلك ، في معظم موديلات القطارات الكهربائية ، يتم وضعها تحت الهيكل وعلى أسطح السيارات لزيادة مساحة الركاب بالداخل. تتشابه مبادئ قيادة محركات القطار الكهربائي تقريبًا مع القاطرات الكهربائية.