Лінії високої напруги залізниці відіграють життєво важливу роль у живленні залізничних систем, які перевозять вантажі та людей між регіонами та країнами. НАПРУГА (HV) лінії, зазвичай коливається від 25 кВ до 50 кВ, необхідні для забезпечення величезної кількості електроенергії, необхідної для ефективної та надійної роботи електропоїздів. У цій статті, VERI Cable дослідить типи високовольтних ліній використовується в системі залізниць, їх переваги, і як вони вписуються в ширшу інфраструктуру.
Важливість електроживлення високої напруги на залізницях
Перш ніж заглибитися в специфіку залізнична лінія високої напруги, важливо зрозуміти, навіщо така потужність потрібна сучасному залізничному транспорту. Залізниці, особливо електрифіковані, є затребуваними споживачами енергії. Рух локомотива зі швидкістю до 300 км/год (186 миль/год), перевезення важких вантажів, або для підтримки регіональних транспортних систем потрібна величезна кількість електроенергії. Залізничні системи покладаються на спеціалізовану електричну мережеву інфраструктуру, що живиться від високовольтних ліній, щоб відповідати цим вимогам.
Переваги електрифікованих залізниць:
- Енергоефективність: Електропоїзди перетворюють електричну енергію в рух ефективніше, ніж дизельні поїзди, зниження витрати палива та викидів.
- Зменшення впливу на навколишнє середовище: Електрифікація зменшує залежність від викопного палива, зробити залізничний транспорт більш екологічним варіантом.
- Нижчі експлуатаційні витрати: Електроенергія, як правило, дешевша за дизельне паливо, що призводить до довгострокових заощаджень.
- Підвищена швидкість і надійність: Електропоїзди можуть розганятися та гальмувати швидше, ніж дизельні поїзди, покращення планування та зменшення затримок.
Типи ліній високої напруги, які використовуються в системі залізниць
Різні залізничні системи по всьому світу використовують різні типи систем електрифікації залежно від таких факторів, як історичний розвиток, інфраструктура, і специфічні регіональні потреби. Найпоширеніші високовольтні системи включають:
1. Системи електрифікації змінного струму
Однією з найпоширеніших систем електрифікації залізниць є змінний струм (AC) електрифікація, часто використовують високу напругу для передачі електроенергії на великі відстані з мінімальними втратами.
- 25кВ змінного струму однофазний, 50 Гц: Найбільш поширена система в усьому світі для мереж високошвидкісних залізниць і регіональних поїздів. Це стандарт для електрифікованих залізниць у Європі, Китай, та інші країни. Система змінного струму 25 кВ забезпечує ефективну передачу енергії та зазвичай використовується у високошвидкісних залізницях завдяки своїй здатності підтримувати більш високі швидкості та більші навантаження.
Як це працює: Електроенергію виробляють на місцевій електростанції, підвищити до високої напруги через трансформатор, а потім передається на залізничні підстанції через високовольтні лінії. Звідти, він знижується і подається в повітряні контактні лінії або контактні дроти.
- Переваги:
- Дозволяє збільшити відстані між підстанціями.
- Підходить для високошвидкісних і важких вантажних залізничних ліній.
- Може легко інтегруватися з національними високовольтними мережами.
2. 1.5Електрифікація постійного струму кВ і 3кВ
Деякі старі системи або міські транспортні мережі все ще покладаються на постійний струм (DC) електрифікація. Хоча системи постійного струму, як правило, використовують нижчу напругу, ніж системи змінного струму, вони все ще класифікуються як високовольтні через кількість струму, необхідного для роботи.
- 1.5кВ постійного струму: Поширений у таких країнах, як Нідерланди, Японія, і частини Франції, зокрема в старіші залізничні системи.
- 3кВ постійного струму: В основному використовується в Бельгії, Італія, Польща, і частини Іспанії. Він пропонує вищу ефективність для більших відстаней і більших навантажень порівняно з системами 1,5 кВ.
Як це працює: Системи постійного струму постачають електроенергію безпосередньо до поїзда через контактну мережу або третю рейку, і бортове обладнання поїзда перетворює цю потужність у корисну енергію.
- Переваги:
- Простіша інфраструктура.
- Краще підходить для міського транспорту або старих систем.
- Ідеально підходить для коротких відстаней із щільним залізничним рухом.
3. 15кВ змінного струму, 16.7 Гц Електризація
Цей тип залізнична лінія високої напруги широко використовується в деяких частинах Європи, зокрема в Німеччині, Австрія, Швейцарія, і Швеція. Система 15 кВ працює на нижчій частоті, ніж типові електромережі, дозволяючи йому більш безпосередньо задовольняти потреби залізниць.
Як це працює: Нижча частота ідеальна для залізничних систем, оскільки вона зменшує знос обладнання та краще підходить для безперервної роботи, робота з великим навантаженням.
- Переваги:
- Ідеально підходить для гірської місцевості та великих відстаней.
- Пропонує покращену продуктивність на великих відстанях.
- Мінімізує втрати енергії на довгих маршрутах.
4. Електрифікація третьої колії
Хоча це не так часто асоціюється з міжміськими високошвидкісними поїздами, Електрифікація третьої рейки є іншим методом, який використовується в деяких залізничних системах, особливо міських транспортних мереж, таких як метро та приміські поїзди.
- 750У DC: Загальне для міських залізничних мереж, таких як Нью-Йоркське метро, лондонське метро, і деякі регіональні залізничні мережі.
- 1.5Третя рейка кВ постійного струму: Система третьої рейки вищої напруги, яка використовується в деяких системах приміських і регіональних поїздів.
Як це працює: Електрика передається через третю рейку, що проходить уздовж колій, які поїзди отримують живлення через контактний черевик. Хоча не така ефективна, як підвісні контактні системи, Електрифікація третьої рейки все ще вважається високовольтною системою через силу струму, що протікає через лінію.
- Переваги:
- Простий в установці та обслуговуванні, особливо для коротких дистанцій.
- Ідеально підходить для густонаселених міських районів, де повітряні лінії може бути непрактичним.
Компоненти високовольтної електрифікації залізниць
Високовольтні залізничні системи покладаються на кілька ключових компонентів для безпечної та ефективної роботи. Ці компоненти сприяють розподілу, відступити, і регулювати потужність, що подається на поїзди.
1. Повітряні контактні системи
Найбільш помітною частиною будь-якої електрифікованої залізниці є контактна мережа, або повітряна система проводів, з яких поїзди черпають електроенергію. Контактна мережа підтримується щоглами або стовпами, розміщеними вздовж колії, і передає електроенергію високої напруги на пантограф поїзда..
- Пантограф: Механічний пристрій, встановлений на даху поїзда, використовується для встановлення контакту з повітряним проводом і подачі живлення в електричні системи поїзда.
- Опорні конструкції: щогли, натягувачі, та інша допоміжна інфраструктура, яка утримує дріт контактної мережі на постійній висоті та натягу, забезпечення надійного контакту з пантографом.
2. Підстанції
Лінії електропередач високої напруги, що підключаються до залізничної мережі, часто проходять через підстанції, які знижують електроенергію з рівня національної мережі. (часто сотні кіловольт) до рівнів, необхідних для електрифікації залізниці (зазвичай 25 кВ змінного струму або нижче).
- Трансформери: Підвищуйте або знижуйте напругу до відповідних рівнів.
- Випрямлячі: Перетворення змінного струму на постійний у системах, де використовується постійний струм.
- Автоматичні вимикачі та вимикачі: Захистіть систему, перериваючи подачу електроенергії у разі перевантаження або короткого замикання.
3. Системи управління
Сучасні системи електрифікації залізниць включають передові системи контролю та моніторингу, які керують потоком електроенергії, забезпечення стабільної та ефективної роботи. Ці системи можуть виявляти несправності, регулювати розподіл електроенергії на основі потреби, і навіть спілкуватися з поїздами, щоб оптимізувати їх використання енергії.
Заходи безпеки для високовольтних залізничних ліній
Через високу напругу, Системи електрифікації залізниць повинні відповідати суворим протоколам безпеки, щоб запобігти нещасним випадкам і забезпечити безпечну роботу як поїздів, так і робітників з обслуговування.
- Ізоляція та заземлення: Лінії високої напруги ретельно ізолюються, а поїзди та інфраструктура заземлені для запобігання ураження електричним струмом.
- Автоматичне відключення електроенергії: У разі несправності або аварійної ситуації, живлення може бути автоматично або вручну відключено, щоб запобігти подальшому пошкодженню.
- Бар'єри безпеки: Особливо в містах, системи третьої рейки, і лінії контактної мережі часто захищені фізичними бар'єрами для запобігання несанкціонованому доступу або випадковому контакту.
Глобальне застосування ліній високої напруги на залізницях
Використання залізничні лінії високої напруги є глобальним явищем, численні країни приймають різні системи відповідно до своїх конкретних потреб.
Наприклад:
- Китай: Домінує у секторі високошвидкісних залізниць з розгалуженою мережею електрифікованих ліній змінного струму 25 кВ.
- Європа: Такі країни, як Франція (TGV) та Іспанії (ПРОСП) також значною мірою покладаються на високовольтні лінії змінного струму для живлення своїх високошвидкісних поїздів.
- Північна Америка: Acela Express компанії Amtrak використовує повітряні лінії змінного струму 25 кВ і 12,5 кВ для своїх послуг на північному сході США.
Лінії високої напруги є критично важливим компонентом сучасних залізничних систем. Від живлення швидкісних поїздів до систем регіонального сполучення, ці лінії забезпечують ефективну та надійну роботу залізничних мереж у всьому світі. Незалежно від того, чи використовується змінний або постійний струм, повітряна контактна мережа, або системи третьої рейки, ретельне управління залізничні лінії високої напруги має важливе значення для майбутнього сталого розвитку, ефективне транспортування.
Розуміючи різні системи електрифікації та їхні переваги, ми можемо оцінити важливість цієї інфраструктури для забезпечення безперебійної роботи залізниць і розвитку транспорту в майбутньому.