Мощность головного узла

редактировать
Электроснабжение поездов локомотивами

Пригородная железная дорога MBTA вагон со стандартным питанием головного узла США электрические соединительные кабели

В рельсовом транспорте, головная станция (HEP ), также известная как электропоезд (ETS ), это система распределения электроэнергии в пассажирском поезде. Источник энергии, обычно локомотив (или вагон-генератор) в передней части или «голове» поезда, обеспечивает электричеством, используемым для отопления, освещения, электрических и других «гостиничных» нужд. Морской эквивалент - электроэнергия гостиницы. Успешная попытка железной дороги Лондона, Брайтона и Южного побережья в октябре 1881 г. осветить пассажирские вагоны между Лондоном и Брайтоном возвестила начало использования электричества для освещения поездов во всем мире.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Соединенное Королевство
    • 2.1 Отопление электропоездов (ETH) и поставка электропоездов (ETS)
  • 3 Северная Америка
  • 4 Двигатель
    • 4.1 Отдельные двигатели
    • 4,2 Локомотив-тягач
  • 5 Электрическая нагрузка
  • 6 Напряжение
    • 6,1 Северная Америка
    • 6,2 Великобритания
    • 6,3 Ирландия
    • 6,4 Россия
    • 6,5 Европа (вагоны RIC, кроме России и Великобритания)
    • 6.6 Китай
  • 7 Альтернативы
  • 8 См. также
  • 9 Ссылки

История

Масляные лампы были введены в 1842 году для световых поездов. Экономика заставила Ланкаширско-Йоркширскую железную дорогу заменить нефтяное газовое освещение на уголь в 1870 году, но взрыв газового баллона в поезде заставил их отказаться от эксперимента. Газовое освещение было введено в конце 1870 года. Электрическое освещение было введено в октябре 1881 года с использованием двенадцати ламп накаливания с углеродной нитью Swan, подключенных к подвесной батарее из 32 Faure свинцовых ламп. acid перезаряжаемые элементы, пригодные для освещения около 6 часов перед тем, как их вынуть для подзарядки.

North British Railway в 1881 году успешно вырабатывали электричество с помощью динамо-машины на паровозе Brotherhood для обеспечения электрическое освещение в поезде, концепция, которая позже была названа головной станцией. Большой расход пара привел к отказу от системы. В 1883 году Лондон, Брайтон и Южнобережная железная дорога запустила три поезда, на борту которых вырабатывалась электроэнергия с помощью динамо-машины, приводимой в движение одной из осей. Это заряжало свинцово-кислотную батарею в фургоне охранника, и охранник приводил в действие и обслуживал оборудование. Система успешно обеспечивала электрическое освещение в поезде.

В 1887 году парогенераторы в багажных вагонах поездов Florida Special и Chicago Limited в США обеспечивали электрическое освещение для всех вагоны поезда, подключив их, чтобы ввести другую форму питания головного узла.

Газовое освещение обеспечивало более высокую интенсивность света по сравнению с электрическим освещением и более широко использовалось до сентября 1913 года, когда авария на Midland Railway в Aisgill привела к гибели большого числа пассажиров. Эта авария побудила железные дороги использовать электричество для освещения поездов.

На протяжении оставшейся части эры пара и до начала эры дизельного топлива пассажирские вагоны обогревались за счет низкого давления насыщенного пар, поставляемый локомотивом, при этом электричество для освещения и вентиляции происходит от аккумуляторов, заряжаемых от осевых генераторов на каждом вагоне, или от агрегатов двигатель-генератор, установленных под кузовом. Начиная с 1930-х годов, кондиционирование воздуха стало доступно на железнодорожных вагонах, при этом энергия для их работы обеспечивалась механическими механизмами отбора мощности от оси, небольшими специализированными двигателями или пропаном.

Полученные в результате отдельные системы освещения, нагрева пара и кондиционирования воздуха с приводом от двигателя увеличили объем работ по техническому обслуживанию, а также увеличили количество запчастей. Питание головного узла позволит одному источнику питания выполнять все эти и многие другие функции для всего поезда.

В эпоху пара все автомобили в Финляндии и России имели дровяной или угольный камин. Такое решение считалось пожарной опасностью в большинстве стран Европы, но не в России.

Соединенное Королевство

Первоначально поезда, буксируемые паровозом, должны были снабжаться паром от локомотива для обогрева вагонов. Когда тепловозы и электровозы заменили пар, паровое отопление затем обеспечивалось паротепловым котлом . Он работал на мазуте (в тепловозах) или нагревался электрическим элементом (в электровозах). Жидкие паровые котлы были ненадежными. Они вызвали больше отказов локомотивов в любом классе, к которому они были приспособлены, чем любая другая система или компонент локомотива, и это было главным стимулом для принятия более надежного метода обогрева вагонов.

В это время освещение питалось батареями, которые заряжались динамо под каждым вагоном, когда поезд находился в движении, и вагонами-буфетами будет использовать газ в баллонах для приготовления пищи и нагрева воды.

Отопление электропоездов (ETH) и поставка электропоездов (ETS)

Более поздние дизели и электрические локомотивы были оснащены аппаратом обогрева электропоездов (ETH ), который снабжал электроэнергией вагоны для работы электронагревательных элементов, установленных рядом с паротепловым аппаратом, который был сохранен. для использования со старыми локомотивами. Более поздние конструкции вагонов отказались от паро-тепловых аппаратов и использовали поставку ETH для отопления, освещения, вентиляции, кондиционирования, вентиляторов, розеток и кухонного оборудования в поезде. В знак признания этого ETH в конечном итоге был переименован в Electric Train Supply (ETS ).

У каждого автобуса есть индекс максимального потребления электроэнергии, которое он может использовать. Сумма всех показателей не должна превышать индекса локомотива. Одна «единица индекса ETH» равна 5 кВт; локомотив с индексом ETH 95 может обеспечить поезд мощностью 475 кВт.

Северная Америка

Первый шаг вперед по сравнению со старой системой осевого генератора был разработан на Бостонской и Мэнской железной дороге, на которой было установлено несколько паровозов и легковых автомобилей. специализированное пригородное сообщение в Бостоне. Из-за низкой средней скорости и частых остановок, характерных для пригородных поездов, мощность осевых генераторов была недостаточной для поддержания заряда аккумуляторных батарей, что привело к жалобам пассажиров на неисправности освещения и вентиляции. В ответ на это железная дорога установила генераторы большей мощности на локомотивы, закрепленные за этими поездами, и обеспечила электрические соединения с вагонами. В вагонах для отопления использовался пар от локомотива.

Некоторые ранние дизельные обтекаемые модели использовали преимущества своей конструкции с фиксированным составом для использования электрического освещения, кондиционирования воздуха и отопления. Поскольку автомобили не предназначались для смешивания с существующим пассажирским парком, совместимость этих систем не вызывала беспокойства. Например, поезд Nebraska Zephyr имеет три дизель-генераторных установки в первом вагоне для питания бортового оборудования.

Когда тепловозы были введены для обслуживания пассажиров, они были оснащены парогенераторами для подачи пара для обогрева вагонов. Однако использование осевых генераторов и аккумуляторов сохранялось в течение многих лет. Ситуация начала меняться в конце 1950-х, когда Чикаго и Северо-Западная железная дорога сняли парогенераторы со своих локомотивов EMD F7 и E8 в пригородных сообщениях и установили дизель-генераторы (см. Peninsula 400 ). Это было естественным развитием, так как их пригородные поезда уже получали низковольтную слаботочную энергию от локомотивов, чтобы помочь генераторам осей поддерживать заряд батареи.

В то время как многие пригородные автопарки были быстро преобразованы в HEP, поезда дальнего следования продолжали работать с паровым нагревом и электрическими системами с батарейным питанием. Ситуация постепенно изменилась после перевода междугородних пассажирских железнодорожных перевозок на Amtrak и Via Rail, что в конечном итоге привело к полному внедрению HEP в США и Канаде и прекращению использования старых систем.

После его образования в 1971 году, первоначальным локомотивом, приобретенным Amtrak, стал Electro-Motive (EMD) SDP40F, адаптация широко используемого SD40-2. Грузовой локомотив мощностью 3000 лошадиных сил, с кузовом пассажирского типа и паропроизводительностью. Модель SDP40F позволила использовать современную движущую силу в сочетании со старыми пассажирскими вагонами с паровым обогревом, приобретенными у предшествующих железных дорог, что дало Amtrak время для закупки специально построенных вагонов и локомотивов.

В 1975 году Amtrak начала принимать поставку полностью электрического автомобиля Amfleet, буксируемого General Electric (GE) P30CH и E60CH локомотивов, позже дополненных локомотивами EMD F40PH и AEM-7, все из которых были оборудованы для комплектации HEP. Для этой цели пять Amtrak E8 были переоборудованы с генераторами HEP. Кроме того, 15 багажных вагонов были переоборудованы в вагоны с генераторами HEP, чтобы обеспечить возможность перевозки Amfleet с использованием двигателя, отличного от HEP (например, GG1 вместо ненадежных EMU Metroliner ). После внедрения Amfleet (полностью электрический) вагон Superliner был введен в эксплуатацию на дальних западных маршрутах. Впоследствии компания Amtrak перевела часть парка автомобилей с паровым обогревом на полностью электрическую работу с использованием HEP и списала оставшиеся непереоборудованные автомобили к середине 1980-х годов.

Двигатель

Генератор HEP может приводиться в движение либо отдельным двигателем, установленным в вагоне локомотива или генератора, либо первичным двигателем.

локомотивом.

Отдельными двигателями

ТНЭ с питанием от генераторной установки обычно осуществляется через вспомогательную дизельную установку, которая не зависит от основного маршевый (тягач) двигатель. Такие агрегаты двигатель / генератор обычно устанавливаются в отсеке в задней части локомотива. И первичный двигатель, и генераторная установка HEP разделяют запасы топлива.

Также производятся подвагонные двигательные / генераторные установки меньшего размера для обеспечения электричеством коротких поездов.

Первичный двигатель локомотива

Во многих приложениях первичный двигатель локомотива обеспечивает как тягу, так и мощность в головной части. Если генератор HEP приводится в действие двигателем, он должен работать с постоянной скоростью (об / мин ) для поддержания требуемой частоты сети переменного тока 50 или 60 Гц . Инженеру не придется держать дроссельную заслонку в верхнем положении, поскольку бортовая электроника контролирует скорость двигателя для поддержания заданной частоты.

В последнее время локомотивы стали использовать статический инвертор, питание от тягового генератора, что позволяет тяговому двигателю иметь больший диапазон оборотов.

Полученная от первичного двигателя HEP создается за счет тягового усилия. Например, мощность локомотивов General Electric 3200 л.с. (2,4 МВт) P32 и 4000 л.с. (3,0 МВт) P40 снижена до 2900 и 3650 л.с. (2,16 и 2,72 МВт) соответственно при поставке ТЭЦ. Fairbanks-Morse P-12-42 был одним из первых локомотивов, оборудованных HEP, у которых первичный двигатель был настроен на работу с постоянной скоростью, а мощность тягового генератора регулировалась исключительно изменением напряжение возбуждения.

Одно из первых испытаний HEP с приводом от тягача локомотива EMD было в 1969 году на Milwaukee Road EMD E9 # 33C, которое было преобразовано в задний двигатель с постоянной частотой вращения.

Электрическая нагрузка

HEP питает освещение, HVAC, кухню вагона-ресторана и нагрузки для зарядки аккумуляторов. Электрическая нагрузка отдельного вагона варьируется от 20 кВт для типичного автомобиля до более 150 кВт для вагона Dome с кухней и обеденной зоной, например, автомобили Princess Tours Ultra Dome, работающие в Аляска.

Напряжение

Соединительные кабели между двумя вагонами Китайской железной дороги 25T

Северная Америка

Из-за длины поездов и высоких требований к мощности в Северной Америке, HEP поставляется как трехфазный переменного тока при 480 В (стандарт в США), 575 В или 600 В. Трансформаторы устанавливаются в каждая кабина для снижения до более низкого напряжения.

Соединенное Королевство

В Великобритании ETS питается от 800 В до 1000 В переменного / постоянного тока, двухполюсные (400 или 600 А), 1500 В переменного тока двухполюсный (800 А) или при 415 В 3 фазы на HST. В бывшем Южном регионе вагоны Mk I были подключены к источнику постоянного тока 750 В. Это соответствует линейному напряжению в сети третьего рельса. Локомотивы класса 73 просто подают это линейное напряжение непосредственно на перемычки ETS, в то время как дизельные электровозы класса 33 имеют отдельный генератор обогрева поезда с приводом от двигателя, который подает 750 В постоянного тока на соединения обогрева поезда.

Ирландия

В Ирландии HEP предоставляется по европейскому стандарту / IEC 230/400 В 50 Гц (первоначально 220/380 В 50 Гц). Это соответствует той же спецификации, что и системы электроснабжения. используется в жилых и коммерческих зданиях и промышленности Ирландии и ЕС.

На наборах Cork-Dublin CAF MK4 это обеспечивается двумя генераторами, расположенными в фургоне с прицепом , а на двухтактных комплектах Enterprise это обеспечивается генераторами в специальный хвостовик. В ирландских поездах DMU, ​​которые составляют большую часть парка, используются небольшие генераторы, расположенные под каждым вагоном.

Исторически, ТЭЦ и, в более старых автомобилях, паровое отопление обеспечивалось прицепными фургонами с генераторами, содержащими генераторы и паровые котлы. Обычно они располагались в задней части составов поездов. Первоначально в составе поездов Enterprise Dublin-Belfast использовался HEP от дизель-электрических локомотивов GM 201, но из-за проблем с надежностью и чрезмерного износа систем локомотивов, автофургонов-генераторов (взятых из списанных комплектов Irish Rail MK3 и адаптированных для толкания) -pull use) были добавлены.

Россия

В российских вагонах используется электрообогрев либо с напряжением 3 кВ постоянного тока в линиях постоянного тока, либо с напряжением 3 кВ переменного тока в линиях переменного тока, обеспечиваемых главным трансформатором локомотива. Новые автомобили в основном производятся западноевропейскими производителями и оборудованы аналогично автомобилям RIC.

Европа (автомобили RIC, кроме России и Великобритании)

Автомобили RIC должны иметь возможность питаться всеми следующими четырьмя напряжениями: 1000 В переменного тока 16 ⁄ 3 Гц, 1500 В переменного тока, 50 Гц, 1500 В постоянного тока и 3000 В постоянного тока. Первый из них используется в Австрии, Германии, Норвегии, Швеции и Швейцарии, где используется система контактной сети 15 кВ 16,7 Гц переменного тока . Второй (1,5 кВ переменного тока) используется в странах, где используется контактная сеть 25 кВ 50 Гц переменного тока (Хорватия, Дания, Финляндия, Венгрия, Сербия и Великобритания, а также некоторые линии во Франции, Италии и России).. В обоих случаях надлежащее напряжение обеспечивается главным трансформатором локомотива или генератором переменного тока в тепловозах. В странах, где используется питание постоянного тока (1,5 кВ или 3 кВ постоянного тока), напряжение, собираемое пантографом, подается непосредственно на автомобили. (Бельгия, Польша и Испания, а также некоторые линии в России и Италии используют 3 кВ, а в Нидерландах, а некоторые линии во Франции используют 1,5 кВ; более подробную информацию см. В статье Перечень систем электрификации железных дорог.)

Современные автомобили также часто поддерживают напряжение 1000 В переменного тока 50 Гц, такое разнообразие иногда встречается в депо и парковочных местах.

В старых европейских автомобилях использовалось высокое напряжение (или пар, подаваемый паровозом (на некоторых дизелях и электротехнике также были установлены паровые котлы), также были вагоны с парогенераторами, а некоторые вагоны были оснащены угольным или масляным котлом) только для отопления, в то время как освещение, вентиляторы и другие слаботочные источники питания (например, розетки для бритв в ванных комнатах) обеспечивались генератором с приводом от оси. Сегодня, с развитием твердотельной электроники (тиристоры и IGBT), в большинстве автомобилей есть импульсные источники питания, которые принимают любое напряжение RIC (1,0 - 3,0 кВ постоянного тока или 16 ⁄ 3 / 50 Гц) и могут подавать все необходимые более низкие напряжения. Низкое напряжение различается в зависимости от производителя, но типичные значения:

  • 12 В - 48 В постоянного тока для бортовой электроники (питание от химической батареи при отключении HEP)
  • 24 В - 110 В постоянного тока для питания люминесцентных ламп электронные балласты ламп и вентиляторы (питание от химической батареи при отключении HEP)
  • Однофазное 230 В переменного тока для пассажирских розеток, холодильников и т. д. (иногда питание от химической батареи, как указано выше)
  • Трехфазный 400 В переменного тока для компрессора кондиционера, отопления, вентиляторов (кондиционер в настоящее время не питается от химической батареи из-за потребляемой мощности)

Электрическое отопление обычно подавалось от высоковольтной линии HEP, но необычные напряжения не распространены на рынке, а оборудование стоит дорого.

Стандартный высоковольтный нагреватель, соответствующий требованиям RIC, имеет шесть резисторов, которые переключаются в соответствии с напряжением: 6 в серии (3 кВ постоянного тока), 2 × 3 последовательно (1,5 кВ переменного или постоянного тока) или 3 × 2 последовательно (1 кВ переменного тока). Выбор и переключение правильной конфигурации происходит автоматически в целях безопасности. Пассажиры могут использовать только термостат.

Китай

Генераторный вагон KD 25K в пассажирском поезде Китайской железной дороги

В Китай HEP поставляется в двух формах.

На все автомобили 25A / G, построенные до 2005 года, отремонтированные и кондиционированные автомобили 22 / 25B, большинство автомобилей 25K и большинство автомобилей 25T производства BSP, HEP питается от генератора трехфазным напряжением 380 В переменного тока. вагоны (первоначально классифицированные как вагоны TZ, позже переклассифицированные в KD), небольшое количество тепловозов DF11G и очень ограниченное количество модернизированных электротехнических устройств SS9. Автомобили с дизель-генераторными установками (заводские автомобили RZ / RW / CA22 / 23 / 25B, некоторые восстановленные автомобили YZ / YW22 / 23 / 25B, большинство немецких автомобилей 24 и очень ограниченное количество автомобилей 25G / K / T для специальное использование) также поставляют свою мощность в этой форме. Можно направить электроэнергию переменного тока от автомобиля с дизель-генератором к соседнему обычному автомобилю HEP, хотя в этой ситуации оба автомобиля не могут запустить кондиционер или обогрев при полной нагрузке. Эти автомобили с дизельным двигателем также могут работать на HEP из других источников без использования собственного дизельного топлива. Несмотря на то, что они считаются неэффективными и устаревшими, главным образом из-за того, что автомобиль-генератор «тратит впустую» тяговую мощность, персонал и топливо (если он работает на электрифицированных линиях), новые автомобили, использующие HEP переменного тока, все еще производятся вместе с новыми машинами / генераторами, в основном для использования в районах, где нет электрификации, учитывая, что подавляющее большинство двигателей Китайских железных дорог, которые могут питать HEP, являются электровозами.

На большинстве новейших вагонов 25G и 25 / 19T питание подается напряжением 600 В постоянного тока от таких электровозов, как SS7C, SS7D, SS7E, SS8, SS9, HXD1D, HXD3C, HXD3D и некоторые дизели DF11G (№ 0041, 0042, 0047, 0048, 0053-0056, 0101-0218). Небольшое количество специальных генераторных вагонов (QZ-KD25T), предназначенных для использования на высотной железной дороге Цинхай-Тибет, также обеспечивают питание 600 В постоянного тока. В связи с быстрым вводом в эксплуатацию новых двигателей и вагонов, оборудованных постоянным током, а также старением и выводом из эксплуатации старого оборудования, использующего переменный ток, DC HEP стал более заметной формой электроснабжения Китайских железных дорог.

Очень ограниченное количество автомобилей, в основном 25T, может работать на обеих формах HEP.

Альтернативы

CAF DVT с двумя генераторными установками HEP на станции Colbert, Лимерик, Республика Ирландия, в 2006 г.

Хотя большинство поездов с локомотивной тягой получают энергию непосредственно от локомотива, были примеры (в основном в континентальной Европе ), когда вагоны-рестораны могли получать питание непосредственно от воздушных проводов, когда поезд стоит и не подключен к головной станции. Например, все немецкие вагоны-рестораны WRmz 135 (1969), WRbumz 139 (1975) и ARmz 211 (1971) были оборудованы пантографами.

. Некоторые финские вагоны-рестораны имеют встроенный дизель-генератор. который используется даже при наличии энергии от локомотива.

Когда штат Коннектикут начал предоставлять услуги Shore Line East, они во многих случаях использовали новые пассажирские вагоны со старыми грузовыми дизелями, которые не могли снабжать HEP, поэтому некоторые из Вагоны были доставлены с установленным генератором HEP. С приобретением локомотивов с HEP они были удалены.

Если пассажирский поезд должен буксировать локомотив без источника питания HEP (или несовместимого источника питания HEP), может использоваться отдельный генераторный фургон, например, в поезде Amtrak Cascades или Автомобиль Янрода Эйрианна CAF Mark 4 Driving Van Trailer (со сдвоенными двигателями / генераторами MAN 2846 LE 202 (320 кВт) / Letag (330 кВА), сборка произведена GESAN). KiwiRail (Новая Зеландия) использует фургоны с генераторами багажа класса AG для своих пассажирских перевозок Tranz Scenic ; Метро Транз на линии Вайрарапа используют пассажирские вагоны класса SWG, часть интерьера которых приспособлена для размещения генератора. В поезде Ringling Bros. и Barnum Bailey Circus использовался по крайней мере один специально изготовленный силовой вагон, который поставлял HEP в его пассажирские вагоны, чтобы не полагаться на локомотивы принимающей стороны, буксирующие поезд.

В Великобритании и Швеции высокоскоростные поезда IC125 и X2000 имеют трехфазную шину питания 50 Гц.

См. Также

Ссылки

  1. ^ JFL (1914). Освещение поездов электричеством. Лондон и Йорк: Бен Джонсон и Ко. Получено 17 марта 2013 г.
  2. ^ Джек Симмонс; А. К. Б. Эванс; Джон В. Гоф (2003). Влияние железной дороги на общество в Великобритании: Очерки в честь Джека Симмонса. ООО «Ашгейт Паблишинг», стр. 49–. ISBN 978-0-7546-0949-0. Проверено 17 марта 2013 г.
  3. ^Стюарт, Чарльз В. Т. (май 1919 г.). «Несколько моментов в истории автомобильного освещения». Инженер-электрик железной дороги. 10 (5): 158. Проверено 26 августа 2014 г.
  4. ^Уайт, Джон Х. (1985) [1978]. Пассажирский вагон американской железной дороги. Балтимор, Мэриленд: Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0-8018-2743-3. Cite имеет пустой неизвестный параметр: | coauthors =()
  5. ^Johnson, Боб (1 мая 2006 г.). "Head-end power". ABCs of Railroading. Проверено 9 ноября 2014 г.
  6. ^"Head-end power - TRAINS magazine". Kalmbach Publishing Co. 1 мая 2006 г. Дата обращения 9 ноября 2014 г.
  7. ^«Пригородные локомотивы Милуоки-Роуд».
  8. ^ «Конфигурации поездов HEP в Северной Америке». Northwest Rail. Проверено 29 января 2011 г.
  9. ^«фургон-генератор, переделанный из a Mk.1 BG ". Phil Trotter. 19 марта 2007 года. Проверено 29 января 2011 года. В течение 1980-х годов, во время эксплуатации автомобилей с низкой мощностью HST, генераторный фургон, преобразованный из Mk.1 BG, использовался для обеспечения трехфазное питание граблей HST, чтобы их можно было буксировать локомотивом. ADB975325 (позже перенумерованный 6310) замечен в Бристоль Темпл Мидс 4 октября 1980 г.
Последняя правка сделана 2021-05-23 04:10:15
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте