Wie erhält der städtische und überstädtische Elektroverkehr Energie?

Der elektrische Stadt- und Überlandverkehr ist für den modernen Menschen zu vertrauten Bestandteilen des Alltags geworden. Längst denken wir nicht mehr darüber nach, wie dieser Transport an seine Lebensmittel kommt. Jeder weiß, dass Autos mit Benzin gefüllt sind und Fahrräder von Radfahrern getreten werden. Doch wie werden elektrische Personenverkehrsarten gespeist: Straßenbahnen, Oberleitungsbusse, Einschienenbahnen, U-Bahnen, Elektrozüge, Elektrolokomotiven? Wo und wie wird ihnen die Antriebsenergie zugeführt? Lass uns darüber reden.

Straßenbahn

Früher war jede neue Straßenbahnhaltestelle gezwungen, über ein eigenes Kraftwerk zu verfügen, da die öffentlichen Stromnetze noch nicht ausreichend ausgebaut waren. Im 21. Jahrhundert erfolgt die Stromversorgung des Straßenbahnnetzes aus Allzwecknetzen.

Die Stromversorgung erfolgt über Gleichstrom mit relativ niedriger Spannung (550 V), was für die Übertragung über große Entfernungen schlicht unwirtschaftlich wäre.Aus diesem Grund befinden sich in der Nähe der Straßenbahnlinien Umspannwerke, in denen der Wechselstrom aus dem Hochspannungsnetz in Gleichstrom (mit einer Spannung von 600 V) für das Straßenbahn-Kontaktnetz umgewandelt wird. In Städten, in denen sowohl Straßenbahnen als auch Oberleitungsbusse verkehren, erzielen diese Verkehrsmittel im Allgemeinen eine Gesamtenergieeinsparung.

Auf dem Territorium der ehemaligen Sowjetunion gibt es zwei Systeme zur Stromversorgung von Oberleitungen für Straßenbahnen und Oberleitungsbusse: zentral und dezentral. Zuerst kam die Zentralisierung. Darin versorgten große Umspannwerke mit mehreren Umspannwerken alle benachbarten bzw. bis zu 2 Kilometer entfernten Strecken. Umspannwerke dieser Art befinden sich heute in Gebieten mit einer hohen Dichte an Straßenbahnlinien.

Das dezentrale System begann sich nach den 60er Jahren zu bilden, als Straßenbahnlinien, Oberleitungsbusse, U-Bahnen beispielsweise vom Stadtzentrum entlang der Autobahn in einen abgelegenen Bereich der Stadt usw. auftauchten.

Dabei werden alle 1–2 Kilometer der Strecke Niederleistungs-Traktionsunterwerke mit einem oder zwei Umrichtereinheiten installiert, die maximal zwei Streckenabschnitte versorgen können, wobei jeder Endabschnitt von einem benachbarten Unterwerk versorgt werden kann.

Dadurch sind die Energieverluste geringer, da die Leistungsteile kürzer sind. Auch wenn in einem der Umspannwerke ein Fehler auftritt, bleibt der Leitungsabschnitt vom benachbarten Umspannwerk mit Strom versorgt.

Der Kontakt der Straßenbahn mit der Gleichstromleitung erfolgt über einen Stromabnehmer auf dem Dach ihres Wagens. Dies kann ein Stromabnehmer, Halbstromabnehmer, Balken oder Bogen sein. Die Oberleitung der Straßenbahnlinie lässt sich in der Regel einfacher aufhängen als die Schiene.Bei Verwendung eines Auslegers sind die Luftschalter wie Trolley-Ausleger angeordnet. Der Stromfluss erfolgt normalerweise durch die Schienen zur Erde.

Obus

In einem Oberleitungsbus wird das Kontaktnetz durch Streckentrenner in isolierte Segmente unterteilt, die jeweils über Zuleitungen (Ober- oder Erdleitungen) mit dem Umspannwerk verbunden sind. Dadurch ist es im Fehlerfall problemlos möglich, einzelne Abschnitte zur Reparatur abzuschalten. Tritt ein Fehler im Versorgungskabel auf, besteht die Möglichkeit, an den Isolatoren Brücken zu installieren, um den betroffenen Abschnitt vom benachbarten Abschnitt zu speisen (dies ist jedoch ein Problem). anormaler Modus, der mit der Gefahr einer Überlastung der Stromversorgung verbunden ist).

Das Umspannwerk reduziert den Hochspannungswechselstrom von 6 auf 10 kV und wandelt ihn in Gleichstrom mit einer Spannung von 600 Volt um. Der Spannungsabfall an jedem Punkt des Netzes sollte laut Norm nicht mehr als 15 % betragen.

Das Kontaktnetz des Trolleybusses unterscheidet sich von dem der Straßenbahn. Hier ist es zweiadrig, die Erde wird nicht zur Stromableitung genutzt, daher ist dieses Netzwerk komplexer. Die Leiter befinden sich in geringem Abstand zueinander, weshalb ein besonders sorgfältiger Schutz gegen Annäherung und Kurzschlüsse sowie eine Isolierung an den Kreuzungspunkten von Trolleybusnetzen untereinander und mit Straßenbahnnetzen erforderlich sind.

Daher sind an Kreuzungen besondere Mittel sowie an den Kreuzungspunkten Pfeile angebracht. Darüber hinaus bleibt eine einstellbare Spannung erhalten, die verhindert, dass sich die Drähte bei Wind überlappen. Aus diesem Grund werden Trolleybusse mit Stangen angetrieben – mit anderen Geräten lassen sich diese Anforderungen einfach nicht erfüllen.

Der Ausleger eines Trolleybusses reagiert empfindlich auf die Qualität der Fahrleitung, da jeder Defekt darin zum Abspringen des Auslegers führen kann. Es gibt Normen, nach denen der Bruchwinkel am Befestigungspunkt der Stange nicht mehr als 4° betragen sollte und bei einer Drehung in einem Winkel von mehr als 12° gebogene Halter eingebaut werden. Der Gleitschuh läuft auf dem Draht und kann nicht mit dem Wagen gedreht werden, daher sind hier Pfeile erforderlich.

Einspurig

Einschienenbahnen verkehren seit Kurzem in vielen Städten auf der ganzen Welt: Las Vegas, Moskau, Toronto usw. Sie sind in Vergnügungsparks und Zoos zu finden, Einschienenbahnen werden für lokale Besichtigungen und natürlich für die städtische und vorstädtische Kommunikation genutzt.

Die Räder solcher Züge bestehen überhaupt nicht aus Gusseisen, sondern aus Gusseisen. Die Räder führen die Einschienenbahn einfach entlang eines Betonträgers – den Schienen, auf denen sich die Gleise und Leitungen (die Stromschiene) der Stromversorgung befinden.

Einige Einschienenbahnen sind so konstruiert, dass sie auf einer Schiene platziert werden, ähnlich wie eine Person auf einem Pferd sitzt. Einige Einschienenbahnen hängen an einem darunter liegenden Balken und ähneln einer riesigen Laterne an einer Stange. Natürlich sind Einschienenbahnen kompakter als herkömmliche Eisenbahnen, aber der Bau ist teurer.

Einige Einschienenbahnen verfügen nicht nur über Räder, sondern auch über eine zusätzliche Unterstützung auf Basis eines Magnetfelds. Die Moskauer Einschienenbahn beispielsweise fährt präzise auf einem Magnetkissen, das durch Elektromagnete erzeugt wird. Im Rollmaterial befinden sich Elektromagnete und in der Leinwand des Leitbalkens befinden sich Permanentmagnete.

Je nach Stromrichtung in den Elektromagneten des beweglichen Teils bewegt sich die Einschienenbahn nach dem gleichnamigen Prinzip der Abstoßung der Magnetpole vorwärts oder rückwärts – so funktioniert der lineare Elektromotor.

Zusätzlich zu den Gummirädern verfügt die Einschienenbahn auch über eine Stromschiene, die aus drei stromführenden Elementen besteht: Plus, Minus und Masse. Die Versorgungsspannung des Monorail-Linearmotors ist konstant und beträgt 600 Volt.

Unter Tage

Elektrische U-Bahnen beziehen ihren Strom aus dem Gleichstromnetz – in der Regel von der dritten (Kontakt-)Schiene, deren Spannung 750–900 Volt beträgt. Gleichstrom wird in Umspannwerken mit Gleichrichtern aus Wechselstrom gewonnen.

Der Kontakt des Zuges mit der Stromschiene erfolgt über einen beweglichen Stromabnehmer. Der Kontaktbus befindet sich rechts neben den Gleisen. Der Stromabnehmer (der sogenannte „Pantograph“) befindet sich am Drehgestell des Wagens und wird von unten gegen die Kontaktschiene gedrückt. Das Plus liegt auf der Stromschiene, das Minus auf den Bahngleisen.

Zusätzlich zum Leistungsstrom fließt entlang der Gleisschienen ein schwacher „Signalstrom“, der für die Sperrung und automatische Schaltung von Ampeln erforderlich ist. Die Gleise übermitteln auch Informationen über die Verkehrssignale und die zulässige Geschwindigkeit der U-Bahn in diesem Abschnitt an den Führerstand.

Elektrische Lokomotive

Eine Elektrolokomotive ist eine Lokomotive, die von einem Fahrmotor angetrieben wird. Der Motor der Elektrolokomotive wird über das Kontaktnetz vom Umspannwerk mit Strom versorgt.

Der elektrische Teil einer Elektrolokomotive enthält im Allgemeinen nicht nur Fahrmotoren, sondern auch Spannungswandler sowie Geräte, die Motoren an das Netzwerk anschließen usw. Die aktuelle Ausrüstung einer Elektrolokomotive befindet sich auf dem Dach oder auf deren Abdeckungen und dient der Anbindung der elektrischen Ausrüstung an das Kontaktnetz.

Die Stromabnahme aus der Oberleitung erfolgt über Stromabnehmer auf dem Dach, anschließend wird der Strom über Sammelschienen und Durchführungen zu den Elektrogeräten geleitet. Auf dem Dach der Elektrolokomotive befinden sich außerdem Schaltgeräte: Luftschalter, Schalter für Stromarten und Trennschalter zum Trennen vom Netz bei Stromabnehmerstörungen. Über die Busse wird der Strom zum Haupteingang, zu den Umwandlungs- und Regelgeräten, zu den Fahrmotoren und anderen Maschinen, dann zu den Radstücken und durch diese zu den Schienen, zum Boden geleitet.

Die Regulierung der Traktionskraft und der Geschwindigkeit der Elektrolokomotive erfolgt durch Änderung der Spannung im Anker des Motors und durch Änderung des Erregungskoeffizienten von Kollektormotoren oder durch Anpassung der Frequenz und Spannung des Versorgungsstroms von Asynchronmotoren.

Die Spannungsregelung erfolgt auf verschiedene Arten. Bei einer Gleichstrom-Elektrolokomotive sind zunächst alle Motoren in Reihe geschaltet, und die Spannung eines Motors einer achtachsigen Elektrolokomotive beträgt 375 V, bei einer Fahrleitungsspannung von 3 kV.

Gruppen von Fahrmotoren können von der Reihenschaltung auf seriell-parallel (2 Gruppen mit jeweils 4 Motoren in Reihe geschaltet, dann beträgt die Spannung für jeden Motor 750 V) oder auf Parallelschaltung (4 Gruppen mit je 2 Motoren in Reihe geschaltet) umgeschaltet werden diese Spannung für einen Motor – 1500 V). Und um Zwischenspannungen der Motoren zu erhalten, werden dem Stromkreis Gruppen von Rheostaten hinzugefügt, die es ermöglichen, die Spannung in Schritten von 40-60 V einzustellen, obwohl dies zu einem Verlust eines Teils der Elektrizität an den Rheostaten im führt Form von Wärme.

Stromrichter innerhalb der Elektrolokomotive sind erforderlich, um die Stromart zu ändern und die Fahrleitungsspannung auf die erforderlichen Werte zu senken, die den Anforderungen von Fahrmotoren, Hilfsmaschinen und anderen Stromkreisen der Elektrolokomotive entsprechen. Der Umbau erfolgt direkt an Bord.

Bei Wechselstrom-Elektrolokomotiven ist ein Traktionstransformator zur Reduzierung der Eingangshochspannung sowie ein Gleichrichter und Glättungsdrosseln zur Gewinnung von Gleichstrom aus Wechselstrom vorgesehen. Zur Versorgung von Hilfsmaschinen können statische Spannungs- und Stromwandler installiert werden. Bei Elektrolokomotiven mit asynchronem Antrieb beider Stromarten kommen Traktionsumrichter zum Einsatz, die Gleichstrom in Wechselstrom mit geregelter Spannung und Frequenz umwandeln, der den Fahrmotoren zugeführt wird.

Elektrischer Zug

Ein elektrischer Zug oder Elektrozug in der klassischen Form erhält Strom mit Hilfe von Stromabnehmern über einen Fahrdraht oder eine Stromschiene.Im Gegensatz zu einer Elektrolokomotive befinden sich die Stromabnehmer bei Elektrozügen sowohl auf Triebwagen als auch auf Anhängern.

Wenn die abgeschleppten Autos mit Strom versorgt werden, erfolgt die Stromversorgung des Autos über spezielle Kabel. Der Stromabnehmer befindet sich in der Regel oben, vom Fahrdraht, er wird von Stromabnehmern in Form von Stromabnehmern (ähnlich wie bei Straßenbahnlinien) durchgeführt.

Normalerweise ist die Stromabnahme einphasig, es gibt aber auch eine dreiphasige, wenn der elektrische Zug Stromabnehmer spezieller Bauart für den getrennten Kontakt mit mehreren Drähten oder Stromschienen (bei der U-Bahn) verwendet.

Die elektrische Ausrüstung des Elektrozuges hängt von der Stromart (es gibt Gleichstrom, Wechselstrom oder Zweisystem-Elektrozüge), der Art der Fahrmotoren (Kollektor oder Asynchronmotor) und dem Vorhandensein oder Fehlen elektrischer Bremsen ab.

Die elektrische Ausrüstung von Elektrozügen ähnelt im Prinzip der elektrischen Ausrüstung von Elektrolokomotiven. Bei den meisten elektrischen Zugmodellen wird es jedoch unter der Karosserie und auf den Dächern der Waggons platziert, um den Fahrgastraum im Inneren zu vergrößern. Die Antriebsprinzipien von Elektrolokomotiven sind in etwa die gleichen wie bei Elektrolokomotiven.