Bagaimana transportasi listrik perkotaan dan antar kota mendapatkan energi?

Transportasi listrik perkotaan dan antarkota telah menjadi atribut kehidupan sehari-hari yang akrab bagi manusia modern. Kami sudah lama berhenti memikirkan bagaimana transportasi ini mendapatkan makanannya. Semua orang tahu bahwa mobil diisi bensin, sepeda dikayuh oleh pengendara sepeda. Tetapi bagaimana jenis angkutan penumpang listrik diberi makan: trem, troli, kereta monorel, kereta bawah tanah, kereta listrik, lokomotif listrik? Di mana dan bagaimana energi penggerak diberikan kepada mereka? Mari kita bicarakan.

Trem

Di masa lalu, setiap ekonomi trem baru terpaksa memiliki pembangkit listriknya sendiri, karena jaringan listrik publik belum cukup berkembang. Pada abad ke-21, daya untuk jaringan trem disuplai dari jaringan tujuan umum.

Daya disediakan oleh arus searah tegangan rendah (550 V), yang tidak ekonomis untuk transmisi jarak jauh.Karena alasan ini, gardu traksi terletak dekat dengan jalur trem, di mana arus bolak-balik dari jaringan tegangan tinggi diubah menjadi arus searah (dengan tegangan 600 V) untuk jaringan kontak trem. Di kota-kota di mana trem dan troli beroperasi, moda transportasi ini umumnya memiliki penghematan energi secara keseluruhan.

Di wilayah bekas Uni Soviet, ada dua skema untuk menyalakan jalur udara untuk trem dan bus troli: terpusat dan terdesentralisasi. Pertama datang yang terpusat. Di dalamnya, gardu traksi besar yang dilengkapi dengan beberapa unit konversi melayani semua jalur tetangga atau jalur yang terletak pada jarak hingga 2 kilometer darinya. Gardu induk jenis ini saat ini terletak di daerah dengan kepadatan rute trem (troli) yang tinggi.

Sistem desentralisasi mulai terbentuk setelah tahun 60-an, ketika jalur trem, troli, kereta bawah tanah mulai bermunculan, misalnya dari pusat kota di sepanjang jalan raya, ke daerah terpencil kota, dll.

Di sini, gardu traksi berdaya rendah dengan satu atau dua unit konverter yang mampu mensuplai maksimum dua bagian saluran dipasang setiap 1-2 kilometer saluran, setiap bagian ujung dapat disuplai oleh gardu yang berdekatan.

Dengan demikian, kehilangan energi lebih kecil, karena bagian daya lebih pendek. Juga, jika gangguan terjadi di salah satu gardu induk, bagian saluran akan tetap dialiri listrik dari gardu terdekat.

Kontak trem dengan jalur DC melalui pantograf di atap gerbongnya. Ini bisa berupa pantograf, semi-pantograf, batang atau busur. Kabel overhead jalur trem biasanya lebih mudah digantung daripada rel.Jika boom digunakan, sakelar udara disusun seperti boom troli. Aliran arus biasanya melalui rel ke tanah.

Bis listrik

Dalam bus troli, jaringan kontak dibagi oleh isolator bagian menjadi segmen terisolasi, yang masing-masing terhubung ke gardu traksi melalui saluran pengumpan (atas atau bawah tanah). Ini dengan mudah memungkinkan masing-masing bagian dimatikan untuk perbaikan jika terjadi kesalahan.Jika terjadi kesalahan pada kabel suplai, dimungkinkan untuk memasang jumper pada isolator untuk memberi makan bagian yang terpengaruh dari yang berdekatan (tetapi ini adalah mode abnormal terkait dengan risiko kelebihan catu daya).

Gardu traksi mengurangi arus bolak-balik tegangan tinggi dari 6 menjadi 10 kV dan mengubahnya menjadi arus searah dengan tegangan 600 volt. Penurunan tegangan di titik mana pun di jaringan, menurut standar, tidak boleh lebih dari 15%.

Jaringan kontak bus troli berbeda dengan trem. Ini dia dua kawat, tanah tidak digunakan untuk mengalirkan arus, jadi jaringan ini lebih kompleks. Konduktor terletak pada jarak kecil satu sama lain, oleh karena itu diperlukan perlindungan yang sangat hati-hati terhadap pendekatan dan korsleting, serta isolasi di persimpangan jaringan bus listrik satu sama lain dan dengan jaringan trem.

Oleh karena itu, sarana khusus dipasang di persimpangan, serta panah di titik persimpangan. Selain itu, beberapa voltase yang dapat disesuaikan dipertahankan, yang mencegah kabel tumpang tindih dengan angin. Itu sebabnya batang digunakan untuk memberi daya pada bus listrik - perangkat lain tidak akan memungkinkan semua persyaratan ini dipenuhi.

Boom troli sensitif terhadap kualitas catenary, karena cacat apa pun di dalamnya dapat menyebabkan lompatan boom. Ada norma-norma yang menurutnya sudut putus pada titik pemasangan batang tidak boleh lebih dari 4 °, dan ketika berputar pada sudut lebih dari 12 °, penahan melengkung dipasang. Sepatu geser berjalan di atas kawat dan tidak dapat diputar dengan troli, jadi diperlukan panah di sini.

Jalur tunggal

Kereta monorel baru-baru ini beroperasi di banyak kota di dunia: Las Vegas, Moskow, Toronto, dll. Mereka dapat ditemukan di taman hiburan, kebun binatang, monorel digunakan untuk tamasya lokal dan, tentu saja, untuk komunikasi perkotaan dan pinggiran kota.

Roda kereta semacam itu sama sekali bukan besi tuang, melainkan besi tuang. Roda hanya memandu kereta monorel di sepanjang gelagar beton — rel tempat jalur dan jalur (rel kontak) catu daya berada.

Beberapa monorel dirancang sedemikian rupa sehingga ditempatkan di atas rel, mirip dengan cara seseorang duduk di atas kuda. Beberapa monorel digantung dari balok di bawahnya, menyerupai lentera raksasa di tiang. Tentu saja, monorel lebih kompak daripada kereta api konvensional, tetapi biaya pembuatannya lebih mahal.

Beberapa monorel tidak hanya memiliki roda, tetapi juga penyangga tambahan berdasarkan medan magnet. Monorel Moskow, misalnya, berjalan tepat di atas bantalan magnet yang diciptakan oleh elektromagnet. Elektromagnet ada di rolling stock, dan ada magnet permanen di kanvas balok pemandu.

Bergantung pada arah arus di elektromagnet bagian yang bergerak, kereta monorel bergerak maju atau mundur sesuai dengan prinsip tolakan kutub magnet dengan nama yang sama - begitulah cara kerja motor listrik linier.

Selain roda karet, kereta monorel juga memiliki rel kontak yang terdiri dari tiga elemen pembawa arus: plus, minus, dan ground. Tegangan suplai motor linier monorel adalah konstan, sama dengan 600 volt.

Bawah tanah

Kereta bawah tanah listrik menerima listriknya dari jaringan arus searah - sebagai aturan, dari rel (kontak) ketiga, yang bertegangan 750-900 volt. Arus searah diperoleh di gardu induk dari arus bolak-balik menggunakan penyearah.

Kontak kereta dengan rel kontak dilakukan melalui pengumpul arus yang dapat digerakkan. Bus kontak terletak di sebelah kanan trek. Pengumpul saat ini (yang disebut «Pantograph») terletak di bogie gerbong dan ditekan ke bus kontak dari bawah. Nilai plusnya ada di rel kontak, minusnya ada di rel kereta.

Selain arus listrik, arus "sinyal" yang lemah mengalir di sepanjang rel lintasan, yang diperlukan untuk memblokir dan menyalakan lampu lalu lintas secara otomatis. Trek juga mengirimkan informasi ke kabin pengemudi tentang sinyal lalu lintas dan kecepatan kereta bawah tanah yang diizinkan di bagian itu.

Lokomotif listrik

Lokomotif listrik adalah lokomotif yang ditenagai oleh motor traksi. Mesin lokomotif listrik menerima tenaga dari gardu traksi melalui jaringan kontak.

Bagian kelistrikan lokomotif listrik umumnya tidak hanya berisi motor traksi, tetapi juga konverter tegangan, serta perangkat yang menghubungkan motor ke jaringan, dll. Peralatan lokomotif listrik saat ini terletak di atap atau di penutupnya dan dirancang untuk menghubungkan peralatan listrik ke jaringan kontak.

Pengumpulan arus dari saluran udara disediakan oleh pantograf di atap, setelah itu arus dialirkan melalui busbar dan busing ke perangkat listrik. Di atap lokomotif listrik juga terdapat perangkat pengalih: sakelar udara, sakelar untuk tipe arus, dan pemisah untuk memutuskan sambungan dari jaringan jika terjadi kegagalan fungsi pantograf. Melalui bus, arus diumpankan ke input utama, ke perangkat pengubah dan pengatur, ke motor traksi dan mesin lainnya, kemudian ke bagian roda dan melaluinya ke rel, ke tanah.

Pengaturan upaya traksi dan kecepatan lokomotif listrik dicapai dengan mengubah voltase pada angker motor dan dengan mengubah koefisien eksitasi motor pengumpul atau dengan menyesuaikan frekuensi dan voltase arus suplai motor asinkron.

Pengaturan tegangan dilakukan dengan beberapa cara. Awalnya, pada lokomotif listrik arus searah, semua motornya dihubungkan secara seri, dan tegangan satu motor pada lokomotif listrik delapan sumbu adalah 375 V, dengan tegangan catenary 3 kV.

Grup motor traksi dapat dialihkan dari koneksi seri — ke seri-paralel (2 grup dari 4 motor yang dihubungkan secara seri, maka tegangan untuk setiap motor adalah 750 V), atau ke paralel (4 grup dari 2 motor yang dihubungkan secara seri, kemudian tegangan ini untuk satu motor — 1500 V). Dan untuk mendapatkan tegangan perantara motor, kelompok rheostat ditambahkan ke sirkuit, yang memungkinkan untuk menyesuaikan tegangan dalam langkah 40-60 V, meskipun hal ini menyebabkan hilangnya sebagian listrik pada rheostat di bentuk panas.

Konverter daya di dalam lokomotif listrik diperlukan untuk mengubah jenis arus dan menurunkan tegangan catenary ke nilai yang diperlukan yang memenuhi persyaratan motor traksi, mesin bantu, dan sirkuit lokomotif listrik lainnya. Konversi dilakukan langsung di atas kapal.

Pada lokomotif listrik AC, disediakan trafo traksi untuk mengurangi input tegangan tinggi, serta reaktor penyearah dan penghalus untuk mendapatkan DC dari AC. Konverter tegangan dan arus statis dapat dipasang ke mesin bantu daya. Pada lokomotif listrik dengan penggerak asinkron dari kedua jenis arus, inverter traksi digunakan, yang mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik dengan voltase dan frekuensi yang diatur, yang diumpankan ke motor traksi.

Kereta listrik

Kereta listrik atau kereta listrik dalam bentuk klasik menerima listrik dengan bantuan pantograf melalui kabel kontak atau rel kontak.Berbeda dengan lokomotif listrik, pengumpul kereta listrik terletak di gerbong dan di trailer.

Jika arus dialirkan ke mobil yang ditarik, maka mobil ditenagai melalui kabel khusus. Pengumpul arus biasanya di atas, dari kabel kontak dilakukan oleh pengumpul dalam bentuk pantograf (mirip dengan jalur trem).

Biasanya koleksi saat ini adalah satu fase, tetapi ada juga yang tiga fase, ketika kereta listrik menggunakan pantograf dengan desain khusus untuk kontak terpisah dengan beberapa kabel atau rel kontak (jika menyangkut kereta bawah tanah).

Peralatan listrik kereta listrik tergantung pada jenis arus (ada arus searah, arus bolak-balik atau kereta listrik dua sistem), jenis motor traksi (kolektor atau asinkron), ada tidaknya pengereman listrik.

Pada prinsipnya perlengkapan kelistrikan kereta api listrik mirip dengan perlengkapan kelistrikan lokomotif listrik. Namun, pada sebagian besar model kereta listrik, ditempatkan di bawah bodi dan di atap gerbong untuk menambah ruang penumpang di dalamnya. Prinsip penggerak mesin kereta listrik kurang lebih sama dengan lokomotif listrik.