รถไฟไฟฟ้าคืออะไร

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ปริมาณสินค้าที่ขนส่งเพิ่มขึ้นและความหนาแน่นของการจราจรบนรถไฟในเส้นทางคมนาคมหลัก นำไปสู่การเกิดขึ้นของรถไฟไฟฟ้า วัตถุดังกล่าวค่อนข้างยากที่จะนำไปใช้ในทางเทคนิค ต่างจากทางรถไฟที่ใช้ไฟฟ้าสายแรก ทางหลวงสมัยใหม่เป็นสิ่งอำนวยความสะดวกด้านโครงสร้างพื้นฐานที่ซับซ้อนจากมุมมองทางวิศวกรรม และดำเนินงานที่สำคัญหลายประการสำหรับประชากรและเศรษฐกิจของรัฐ บทความนี้อธิบายประวัติศาสตร์ของการเกิดขึ้นและการพัฒนาของการขนส่งทางรถไฟไฟฟ้า ให้ลักษณะทางเทคนิคหลักและแนวคิดของระบบสถานีย่อยและกองรถจักร

ประวัติศาสตร์ทางรถไฟสายแรก

หัวรถจักรไฟฟ้าคันแรกในประวัติศาสตร์เป็นหนี้การปรากฏตัวของนักประดิษฐ์และนักธุรกิจชาวเยอรมันที่มีชื่อเสียงระดับโลกเวอร์เนอร์ ซีเมนส์. ตัวอย่างนี้ถูกนำเสนอต่อโลกทั้งใบในงานนิทรรศการความสำเร็จของอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ในกรุงเบอร์ลินเมื่อวันที่ 31 พฤษภาคม พ.ศ. 2422 ทางรถไฟที่ใช้ไฟฟ้าพร้อมเครือข่ายการติดต่อถูกสร้างขึ้นเพื่อแสดงความสามารถของหัวรถจักรไฟฟ้าโดยเฉพาะ ความยาวของเส้นทางทดลองนี้มากกว่า 300 เมตรเล็กน้อย อุปกรณ์ซึ่งแสดงต่อสาธารณะนั้นแทบจะไม่สามารถนำมาประกอบกับตู้รถไฟตามมาตรฐานสมัยใหม่ได้ ค่อนข้างเป็นแบบจำลองของเขา ตัวรถมีน้ำหนักเพียง 250 กิโลกรัม มีกำลัง 3 แรงม้า และสามารถทำความเร็วได้ไม่เกิน 7 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ใช้รางเพิ่มเติมเพื่อจ่ายแรงดันไฟ สต็อกกลิ้งประกอบด้วยเกวียนสามคัน รวมแล้วสามารถรองรับได้ไม่เกิน 18 คน

ความแปลกใหม่นี้กระตุ้นความสนใจจากตัวแทนธุรกิจอย่างมาก ในปี พ.ศ. 2422 เดียวกัน ได้สร้างถนนระยะทาง 2 กิโลเมตรเพื่อส่งคนงานและวัตถุดิบไปยังอาณาเขตของโรงงานเสื้อผ้าแห่งหนึ่งของฝรั่งเศส

ดังนั้น ในขั้นต้น การขนส่งทางรางด้วยไฟฟ้าจึงถูกใช้ในสถานประกอบการอุตสาหกรรมและสำหรับการขนส่งผู้โดยสารภายในเมือง (สายรถราง) อย่างไรก็ตาม ผ่านไปเพียงไม่กี่ปี การจราจรบนเส้นทาง Likterfelzh - เบอร์ลิน ก็เปิดขึ้น พิธีตัดริบบิ้นสีแดงมีขึ้นเมื่อวันที่ 16 พฤษภาคม พ.ศ. 2424

การผลิตไฟฟ้าของทางรถไฟในโซเวียตรัสเซียและสหภาพโซเวียต

ในรัสเซียซาร์ ไม่ได้ให้ความสนใจในการพัฒนารถไฟฟ้าขนส่ง. เส้นทางรถรางถูกสร้างขึ้นในเมืองใหญ่ ทางรถไฟสายหลักที่เชื่อมต่อเมืองที่ใหญ่ที่สุดของจักรวรรดิไม่ได้ถูกไฟฟ้าใช้ ในปี พ.ศ. 2423 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ Pirotsky สามารถเคลื่อนย้ายรถรางขนาดใหญ่ออกจากที่ของมันได้โดยใช้ไฟฟ้า แต่การทดลองนี้ไม่มีใครสนใจ เฉพาะกับการถือกำเนิดของอำนาจโซเวียตเท่านั้นที่การอภิปรายเกี่ยวกับโอกาสในการพัฒนาอุตสาหกรรมนี้เริ่มต้นขึ้น ในเวลานั้นมีการเปิดตัวตู้รถไฟไฟฟ้าในประเทศส่วนใหญ่ของโลก รถไฟไฟฟ้ามีความสำคัญต่อการพัฒนา ในปีพ. ศ. 2464 แผนยุทธศาสตร์สำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้าของทุกดินแดนของประเทศได้รับการอนุมัติ ตามแผนงานที่ประกาศไว้ เครือข่ายการติดต่อของทางรถไฟที่ใช้ไฟฟ้าจะขยายไปตามทางหลวงที่สำคัญที่สุดที่เชื่อมต่อเขตอุตสาหกรรมขนาดใหญ่และเมืองต่างๆ

แล้วในปี 1926 ถนนส่วนยี่สิบกิโลเมตรที่มีโครงข่ายไฟฟ้าติดต่อถูกเปิดใช้งาน มันเชื่อมต่อเมืองหลวงของอาเซอร์ไบจาน SSR กับแหล่งน้ำมันของ Surakhani ในส่วนนี้ใช้กระแสตรง 1200 โวลต์ พ.ศ. 2472 ได้มีการเปิดตัวรถไฟฟ้าขบวนแรกจากมอสโกไปยังมิทิชชีอย่างเคร่งขรึม เหตุการณ์เหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ในประวัติศาสตร์ของการพัฒนาและอุตสาหกรรมของประเทศของเราโดยไม่มีการพูดเกินจริง

หลังจากผ่านไปสองสามทศวรรษ กระแสสลับมาแทนที่ค่าคงที่ เมื่อวันที่ 19 ธันวาคม พ.ศ. 2498 ทางรถไฟส่วน Mikhailov-Ozherlye ถูกนำไปใช้งาน มีความยาว 85 กิโลเมตร หัวรถจักรในส่วนนี้ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ากระแสสลับความถี่อุตสาหกรรม (50 เฮิรตซ์) ที่มีแรงดันไฟฟ้า 22,000 โวลต์ หนึ่งปีต่อมา สายไฟติดต่อได้ขยายไปยังสถานี Pavelets 1 ดังนั้น ความยาวทั้งหมดของเส้นทางนี้คือประมาณ 140 กิโลเมตร

ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับการรถไฟรัสเซีย

ทางรถไฟของสหพันธรัฐรัสเซียเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ แบ่งออกเป็น 17 แผนกแยกกัน ตามข้อมูลล่าสุด ความยาวรวมของถนนที่ดำเนินการถึง 86,000 กิโลเมตร ในเวลาเดียวกัน ความยาวของรถไฟที่ใช้ไฟฟ้านั้นมากกว่าครึ่งหนึ่งของมูลค่านี้เล็กน้อย (51%) ไม่ใช่ทุกประเทศที่สามารถอวดตัวบ่งชี้ดังกล่าวได้ ควรสังเกตว่าสัดส่วนของการรถไฟที่ใช้ไฟฟ้าในรัสเซียคิดเป็นสัดส่วนมากกว่าร้อยละแปดสิบของการขนส่งสินค้าและปริมาณผู้โดยสารทั้งหมด สิ่งนี้ค่อนข้างเข้าใจได้ ท้ายที่สุด อย่างแรกเลย ทางหลวงสำหรับการขนส่งที่มีโหลดสูงนั้นถูกผลิตไฟฟ้า ยิ่งไปกว่านั้น ถนนที่ใช้ไฟฟ้าซึ่งมีการจราจรน้อยนั้นไม่คุ้มค่าในเชิงเศรษฐกิจและจะเกิดความสูญเสีย ตัวชี้วัดดังกล่าวสามารถทำได้ผ่านการทำงานร่วมกันของคนทั้งหมดเท่านั้น ในขณะเดียวกัน ก็จำเป็นต้องมีวิศวกรรมเครื่องกลและการผลิตเครื่องมือที่ได้รับการพัฒนาอย่างมาก อุตสาหกรรมไฟฟ้าที่พัฒนาแล้ว และศักยภาพทางวิทยาศาสตร์

ความยาวทั้งหมดของส่วนไฟฟ้าของทางรถไฟในประเทศของเราอยู่ที่ประมาณ 43,000 กิโลเมตร ในเวลาเดียวกัน 18,000 กิโลเมตรถูกขับเคลื่อนด้วยกระแสตรง ดังนั้น อีก 25,000 กิโลเมตรที่เหลือจึงวิ่งด้วยกระแสสลับ

ผลประโยชน์การใช้ไฟฟ้า

กับข้อดีและข้อเสียจำนวนมากของรถไฟไฟฟ้า ข้อเสียทั้งหมดจะหายไปเพียง ประการแรก ปริมาณการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายน้อยกว่าจากหัวรถจักรดีเซลมาก สิ่งนี้ส่งผลดีต่อสิ่งแวดล้อม ประการที่สอง ประสิทธิภาพของหัวรถจักรไฟฟ้านั้นสูงกว่ามาก จึงทำให้ต้นทุนการขนส่งสินค้าลดลง

เหนือสิ่งอื่นใด รถไฟไฟฟ้าแก้ปัญหาการจ่ายไฟฟ้าให้กับผู้ประกอบการอุตสาหกรรมและการตั้งถิ่นฐานที่ตั้งอยู่ริมทางรถไฟและอยู่ไม่ไกล ตามสถิติในปี 2518 มากกว่าครึ่งหนึ่งของไฟฟ้าทั้งหมดในเครือข่ายการติดต่อของทางรถไฟของสหภาพโซเวียตถูกใช้ไปกับแหล่งจ่ายไฟของสิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ซึ่งไม่รวมอยู่ในโครงสร้างพื้นฐานด้านการขนส่ง

และนี่ไม่ใช่รายการผลประโยชน์ที่ครบถ้วนสมบูรณ์ ควรกล่าวด้วยว่ารถไฟที่ใช้ไฟฟ้ามีความจุมากกว่า ความน่าเชื่อถือ และช่วยให้คุณสร้างสภาพที่สะดวกสบายสำหรับการขนส่งผู้โดยสาร

สถานีฉุดลาก: แนวคิดทั่วไป

หากเราลดความซับซ้อนให้เหลือน้อยที่สุด สถานีย่อยการลากสามารถกำหนดได้ดังนี้: การติดตั้งที่ออกแบบมาสำหรับการจำหน่ายและการแปลงไฟฟ้า กล่าวอีกนัยหนึ่งสถานีย่อยฉุดเป็นหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์ หากหัวรถจักรวิ่งด้วยกระแสตรงสถานีย่อยจะทำหน้าที่เป็นตัวเรียงกระแส สำหรับเครือข่ายถนนที่ใช้ไฟฟ้าในกระแสสลับจำเป็นต้องติดตั้งสถานีไฟฟ้าย่อยที่ระยะ 50 ถึง 80 กิโลเมตรตลอดส่วนทั้งหมดของแทร็ก การเปลี่ยนไปใช้กระแสตรงต้องมีการสร้างสถานีย่อยทุกๆ 15-20 กิโลเมตร ในบางกรณีพิเศษ ระยะทางนี้อาจลดลงเหลือ 5 กิโลเมตร (บนทางหลวงโดยเฉพาะที่พลุกพล่าน)

รถไฟใต้ดินใช้สถานีไฟฟ้าแรงฉุดชนิดพิเศษ อุปกรณ์ประเภทนี้ไม่แปลง AC เป็น DC แต่ลดแรงดัน DC ลงเท่านั้น

การออกแบบบล็อกสถานีฉุดลาก

สถานีย่อยลากจูงมีความซับซ้อนของเซลล์ แผง และตู้ องค์ประกอบเหล่านี้ติดตั้งบนเฟรมและเชื่อมต่อด้วยเครือข่ายสายไฟ (ทั้งสายไฟและสายควบคุม)

บล็อกมีสองประเภท ในบางช่วงตึก องค์ประกอบทั้งหมดจะถูกติดตั้งบนเฟรม ส่วนบางองค์ประกอบจะอยู่ในภาชนะที่ปิดสนิท บล็อกประเภทแรกมีไว้สำหรับการติดตั้งในอาคาร บล็อกประเภทที่สองถูกติดตั้งตามเส้นทางรถไฟกลางแจ้ง

ติดต่อเครือข่าย

เครือข่ายการติดต่อเป็นโครงสร้างทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนมาก ประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง: สายไฟ, สายเคเบิล (ตัวพา), เสาส่งกำลัง, คานขวางที่แข็งแรงและยืดหยุ่น … ระบบกันสะเทือนมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมาก หากไม่สอดคล้องกับกระแสไฟจะถูกถ่ายเป็นระยะซึ่งจะไม่อนุญาตให้หัวรถจักรทำงานในโหมดปกติและอาจนำไปสู่เหตุฉุกเฉิน ควบคุมความสูงและแรงดึงอย่างเข้มงวดสายไฟ ความโค้งสูงสุดที่อนุญาต ช่วงและอื่น ๆ ในประเทศของเรา ระเนระนาดดำเนินการทั้งแบบไฟฟ้ากระแสตรงและแบบไฟฟ้ากระแสสลับ แน่นอนว่าสิ่งนี้ค่อนข้างซับซ้อนในการจัดหาพลังงานของรถไฟไฟฟ้า แต่ละระบบเหล่านี้มีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง

สร้างโซ่อย่างง่าย

อันที่จริง ระบบกันสะเทือนแบบสัมผัสธรรมดาคือสายที่ต่อกับตัวรองรับ ระยะห่างระหว่างฐานรองรับเหล่านี้มักจะอยู่ที่ 30-40 เมตร การออกแบบดังกล่าวสามารถใช้ได้เฉพาะในส่วนต่างๆ ของถนนที่ไม่อนุญาตให้มีการจราจรความเร็วสูง (สะพาน อุโมงค์) ตลอดจนในสายไฟสำหรับรถเข็นและรถราง

ข้อดีของเครือข่ายการติดต่อกระแสตรง

เมื่อเทียบกับเครือข่ายการติดต่อในกระแสสลับ เครือข่ายการติดต่อในกระแสตรงมีข้อดีหลายประการ ในหมู่พวกเขา จำเป็นอย่างยิ่งที่จะยกเลิกความเป็นไปได้ในการใช้หัวรถจักรด้วยการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่ายและน้ำหนักเบา นอกจากนี้ในระบบดังกล่าวไม่มีอิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับเครือข่ายสัมผัส ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดคือระดับความปลอดภัยในการปฏิบัติงานที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับระบบ AC

ข้อเสียของเครือข่ายการติดต่อ DC

ข้อเสียเปรียบหลักของระบบจ่ายไฟสำหรับรถไฟที่ใช้ไฟฟ้าคือต้นทุนที่สูง ท้ายที่สุดแล้วการก่อสร้างต้องใช้ระบบกันสะเทือนที่ซับซ้อนและมีราคาแพงกว่า ลวดดึงทองแดงมีหน้าตัดที่ใหญ่กว่ามาก ซึ่งทำให้ต้นทุนของโครงการเพิ่มขึ้นอย่างมาก ข้อเสียที่สำคัญคือระยะห่างที่ค่อนข้างไม่มีนัยสำคัญระหว่างสถานีย่อยการลากบนทางรถไฟที่มีไฟฟ้าเมื่อเปรียบเทียบกับเครือข่ายการติดต่อในกระแสสลับ โดยเฉลี่ยแล้วจะมีตั้งแต่ 15 (ในพื้นที่ที่มีการจราจรรถไฟสูงสุด) ถึง 20 กิโลเมตร เหนือสิ่งอื่นใด กระแสตรงทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่ากระแสหลงทาง ซึ่งนำไปสู่การเกิดขึ้นและการทำลายอย่างรวดเร็วของโครงสร้างเหล็กและส่วนรองรับ

ข้อกำหนดการฝึกอบรมสำหรับบุคลากรที่ให้บริการระบบจ่ายไฟ

ก่อนที่คนงานจะได้รับอนุญาตให้ซ่อมแซมและบำรุงรักษาสายส่งไฟฟ้าของรถไฟ เขาต้องได้รับการฝึกอบรมพิเศษ และสิ่งนี้ไม่เพียงใช้กับผู้ที่ทำงานโดยตรงกับชิ้นส่วนไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงช่างทำกุญแจและผู้ติดตั้งที่ให้บริการโครงสร้างทั้งหมดของสายส่งและการสนับสนุน บุคลากรทุกคนจะต้องผ่านการทดสอบความรู้และยืนยันระดับคุณสมบัติของพวกเขา

สรุป

การถือกำเนิดของทางรถไฟที่ใช้ไฟฟ้าเป็นเครื่องหมายของการเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอันเนื่องมาจากการจราจรที่หนาแน่นและปริมาณการขนส่งสินค้าที่เพิ่มขึ้น เป็นไปได้ที่จะเพิ่มมวลของสินค้าที่ขนส่งโดยหัวรถจักรเพียงคันเดียวอย่างมีนัยสำคัญ

นอกจากนี้ยังแก้ปัญหาได้หลายอย่าง ดังนั้น หัวรถจักรดีเซลทั่วไปมักจะล้มเหลวที่อุณหภูมิต่ำหัวรถจักรไฟฟ้าทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในทุกสภาพอากาศ ในทางกลับกัน สิ่งนี้ได้สร้างข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการพัฒนาอย่างแข็งขันของภูมิภาคทางเหนือและตะวันออกไกลของประเทศของเรา