Электрические железные дороги

В развитии электрического транспорта можно выделить два периода: советский (1917;1990 гг.) и Российский (1991;2010 гг.). Советский, в свою очередь, можно разделить на периоды по историческим датам: довоенный (1917— 1940 гг.), военный (1941—1945 гг.) и послевоенный (1946;1991 гг.). Все они имеют свои особенности как по качественным, так и количественным характеристикам.

Развитие электрификации транспорта возможно только в условиях хорошо развитой электроэнергетики. Началом реальной электрификации железных дорог можно считать план ГОЭЛРО, но которому предусматривалась электрификация 3500 верст железных дорог. Предполагалось электрифицировать железные дороги узлов Москвы, Петрограда, магистралей Москва — Нижний Новгород, Петроград — Мурманск, Москва — Орел — Курск — Мариуполь, Кривой Рог — Царицын и др.

Электрификация железных дорог берет свое начало с пригородного участка Баку — Сабунчи — Сураханы протяженностью 20 км, движение по которому на электрической тяге открыто в июле 1926 г. Электрификация была выполнена на постоянном токе 1200 П, на подстанциях использовались моторгенераторы завода «Динамо», выполненные для дороги Петербург — Ориенбаум — Красная Горка в 1914 г. Электровозы серии Ср были получены из США. Электроподвижной состав состоял из 13 моторных и 13 прицепных четырехосных вагонов, изготовленных Мыгищенским и Брянским заводами. Первый электрифицированный участок продлили до Маштоги (1934 г.), Баглара (1936 г.), Бузовино (1938 г.). Напряжение в тяговой сети подняли вначале до 1500 В, а в 1961 г. перевели на напряжение 3000 В.

Следующий пригородный участок Москва — Мытищи (Северная железная дорога) был электрифицирован на постоянном токе напряжением 1500 В, движение открыто 29 августа 1929 г., могор-вагонный поезд типа Св состоял из одного моторного вагона и двух прицепных, развивал скорость до 85 км/ч. Вагоны изготавливались на Мыгищенском вагоностроительном заводе. На участке протяженностью 17,7 км (развернутая длина контактной подвески 45 км) было сооружено две тяговые подстанции с пятью многоанодными выпрямителями каждая. Арматура контактной сети и оборудование подстанций были поставлены фирмами Германии.

Первым магистральным участком на постоянном токе на напряжении 3 кВ был Хашури — Зестофани Закавазской железной дороги. На этом участке находится Сурамский перевал, где подъемы пути составляли 29%, а радиусы кривых 150 м. Для этого участка фирма «Дженерал Электрик» (США) поставила восемь шестиосных электровозов серии С_х (Сурамский). Еще семь шестиосных электровозов серии С^н несколько большей мощности были поставлены итальянской фирмой «Техномазио Броди-Довери». Здесь же с 1933 г. в постоянной эксплуатации находились отечественные электровозы серии С^с, разработанные фирмой «Динамо» в содружестве с Коломенским машиностроительным заводом.

Первым магистральным электрифицированным участком в России был участок Чусовская — Кизил Свердловской железной дороги, протяженностью 113 км. Движение на нем открылось 23 августа 1933 г., весь подвижной состав был отечественного производства — электровозы серии С^е и ВЛ-19. Этот участок считался самым сложным по плану и профилю после Сурамского перевала. Электроснабжение поездов осуществлялось от пяти тяговых подстанций, оборудованных мотор-генераторами, контактная сеть была выполнена на деревянных пропитанных опорах, а контактные подвески имели один провод.

В 1935;1940 гг. продолжалась электрификация пригородных участков Московскою и Ленинградского железнодорожных узлов. На электрическую тягу были переведены ряд магистральных участков. К концу 1941 г. протяженность электрифицированных линий в стране составила 1877 км (1,7% от общей протяженности железных дорог).

В целом период 1920;1940 гг. характеризуется развертыванием электрификации железных дорог, созданием отечественной промышленности по производству электроподвижного состава. Производство электровозов тина BJI-19 и ВЛ-22 было освоено заводом «Динамо» совместно с Коломенским машиностроительным заводом. В это же время создаются научные проектные организации, в частности, отраслевой институт транспортной электротехники, а затем научно-исследовательский институт электрификации железных дорог. На станции Щербинка построено экспериментальное кольцо, в НКПС организуются центральный орган по электрификации железных дорог и проектный институт.

Следует отметить, что в эти годы был построен (1934 г.) опытный пассажирский электровоз с конструктивной скоростью 130 км/ч, трехвагонная секция С^д для пригородного сообщения. Был создан первый электровоз переменною тока типа ОР22−01 (1938 г.) под научным руководством Б. Н. Техменева, введена первая тяговая подстанция (Салтыковская) постоянного тока на отечественном оборудовании.

Наряду с железнодорожным транспортом получает развитие городской электрический транспорт. Появляется первый в стране Московский метрополитен, на его первом пусковом комплексе протяженностью 17,6 км с 13 станциями в 1935 г. открывается движение поездов. В 1933 г. в Москве вводится в эксплуатацию первая в стране троллейбусная линия, а также продолжается развитие трамвайного транспорта.

В целом довоенное двадцатилетие характеризуется динамичным развитием электрическою транспорта, созданием промышленной, научно-проектной базы электрификации транспорта. Темпы электрификации сдерживались недостаточным развитием электроэнерг етики, технической отсталостью страны.

Заметим, что в то время электроподвижной состав выполнялся с электроприводом на основе двигателей постоянного тока с резисторно-контакторной системой управления. В системах тягового электроснабжения основным преобразователем был двигатель-генератор, затем родились одноякорные преобразователи, первые применения получили многоанодные ртутные выпрямители.

Военные годы (1941;1945 гг.) продемонстрировали устойчивость электрифицированных линий, находящихся в зоне досягаемости вражеской авиации. Контактную сеть восстанавливали раньше, чем путь, а электровозы оказались менее уязвимыми в сравнении с паровозами. В 1941;1942 гг. были демонтированы электрифицированные участки в Московском и Ленинградском узлах и ряд участков в зоне фронтовых действий обшей протяженностью 633 км.

В свою очередь, в эти годы были переведены на электрическую тягу участки дорог общей протяженностью 451 км (Смолино — Челябинск — Златоуст (188 км), Чусовская — Левшино — Пермь (146 км) и др.). В первые послевоенные годы были восстановлены демонтированные участки, и к 1946 г. протяженность электрических железных дорог достигла 2054 км.

В период первых послевоенных двух пятилеток (1946;1955 гг.) создается база по производству электровозов — Новочеркасский электровозостроительный завод (1947 г.). Электропоезда начали выпускать Рижские вагоностроительный (РВЗ) и электромашиностроительный заводы (РЭЗ). Завод «Уралэлектроаппарат» наладил производство ртутных выпрямителей и быстродействующих выключателей.

В 1947 г. МПС принимает решение о прекращении электрификации на напряжении 1500 В и переводе ранее электрифицированных участков на напряжение 3000 В. В эти годы были развернуты работы, но созданию и внедрению средств автоматики. В 1952 г. на участке Москва — Раменское вводится в эксплуатацию первая релейная система телеуправления устройствами электроснабжения.

Кроме того, в эти г оды продолжалась также интенсивная электрификация. На электрическую тягу были переведены крупные магистрали: Дема — Челябинск (570 км), Исилькуль — Омск — Новосибирск (765 км), Закавказье (650 км) и другие линии. К началу 1956 г. протяженность электрических железных дорог достигла 5361 км (4,4% обшей протяжеггггости железных дорог, выполнялось 8,4% всего грузооборота).

Знаменательной датой в электрификации железных дорог является 29 декабря 1955 г. В этот день был введен в эксплуатацию первый опытный участок Ожерелье — Михайлов (87 км) Московской железной дороги, электрифицированный на однофазном переменном токе промышленной частоты напряжением 22 кВ. В 1956 г. участок продлен до Павелец-1, общая длигга составила 137 км. Для этою участка дороги выпускались электровозы серии, НО с двигателями постоянного тока, получающими питание от выпрямительной установки с одноанодными запаянными игнитронами на 1500 В. Электроснабжение осуществлялось от трех тяговых подстанций, две из которых имели по два трехфазных трансформатора мощностью 10,5 MBA, а одна-четыре однофазных трансформатора гоже мощностью 10,5 MBA. В марте 1956 г. напряжение в тяговой сети повысили до 25 кВ.

15 ноября 1955 г. открывается движение на пусковом комплексе Ленинградского метрополитена — это был второй метрополитен в стране. В городах продолжается развитие троллейбусного и трамвайного транспорта. В частности, в Новосибирске в 1957 г. открыт первый троллейбусный маршрут.

Период 1956;1991 гг. можно назвать выдающимся в области электрификации железных дорог и развитии городского электрическог о транспорта. Интенсификация перевода железных дорог на электрическую тягу началась с известного постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О генеральном плане электрификации железных дорог», по которому предполагалось перевести на электрическую тягу 40 тыс. км к 1970 г. План в полном объеме по различным причинам, в том числе и в связи с недостаточным финансированием, был выполнен только в 1982 г.

Отметим ряд важных фактов, которые имели место в этот период. 1956; 1960 гг. в нашей стране на электрическую тягу переведено 8473 км (во всем мире 13 125 км). Протяженность электрифицированных дорог в СССР составила 30,3% мировой. К началу 1958 г. наша страна заняла первое место в мире, но темпам электрификации и протяженности дорог с электрической тягой. Рекорд электрификации был достигнут в 1965 г. — 2300 км.

В 1957 г. МПС приняло решение о полярности постоянного тока: «—» — рельс, «+» контактная сеть. В 1958 г. был закончен перевод основных участков дорог с 1500 на 3000 В. В 1966 г. в стране было 25 000 км дорог с электрической тягой. Первый полупроводниковый выпрямитель для подстанций на 3000 В был выполнен в 1966 г. С 1968 г. полупроводниковые выпрямители начал выпускать МЭЗ ЦЭ МПС, затем Таллиннский электротехнический завод. Первый в мировой практике передвижной инвертор на силовых тиристорах был создан учеными ВНИИЖТа и ПКБ ЦЭ в 1967;1969 гг. Полная замена ртутных выпрямителей на полупроводниковые была завершена в 1973 г. Продолжалась электрификация дорог на однофазном переменном токе 25 кВ. 21 декабря 1979 г. ввели в эксплуатацию участок Вязьма — Орша (295 км), электрифицированный по системе 2×25 кВ. На Северо-Кавказской железной дороге в 1983 г. в эксплуатацию были введены участки, электрифицированные по системе 25 кВ с экранирующими и усиливающими проводами, разработанной ВНИИЖ Гом, МПИТом и РИИЖТом.

В системах тягового электроснабжения активно развивалась автоматизация и телемеханизация устройств. К 1975 г. было телемеханизировано 2500 км, широкое внедрение получила телемеханическая транзисторнорезисторная система «Лисна-Ч» и «Лисна-В».

В 1974 г. ВНИИЖТ, РВЗ, РЭЗ создали первый электропоезд на скорость движения 200 км/ч, который с 1984 г. находится в постоянной эксплуатации. НЭВЗ в 1971 г. выпустил первый электровоз BJ1−82 двойного питания. В целом 1991 г. для страны характеризуется следующими показателями: электрифицировано 55,2 тыс. км дорог — 37% общей длины, выполняется 64% всего грузооборота, потребление электроэнергии на нужды тяги составило.

78,5 ТВт-ч (78,5 млрд кВт-ч).

Наиболее интенсивным периодом электрификации железных дорог является 15-летие 1955;1975 гг., когда средний темп электрификации составлял почти 2000 км в год. Этот период является также наиболее продуктивным в создании электроподвижного состава и средств тягового электроснабжения.

НЭВЗ совместно с ВНИИЖТом разрабатывает и выпускает грузовые электровозы НО-8, ВЛ-10, ВЛ-11 для постоянною тока, ВЛ-60, ВЛ-80^Р, ВЛ-80^С — для переменного тока. Мощности двигателей, установленных на электровозах, достигают 4…6 МВт. В пассажирском движении применяют электровозы ЧС-2, ЧС-4 производства ЧКД «Прага» (Чехословакия).

Период 1991;2009 гг. характеризуется, с одной стороны, некоторыми достижениями в области ЭЖД, а с другой — общим упадком и стагнацией. В 1990;е годы ряд электрифицированных линий были закрыты и устройства тягового электроснабжения демонтированы. Однако в то же время ставятся задачи продолжения электрификации, к примеру, 2001;2005 гг. — 4,2 тыс. км (некоторое оживление экономики), а на 2005;2010 гг. — 3,4 тыс. км. Фактически за 20 лет в России было электрифицировано около 4,5 тыс. км.

Однако не стоит забывать и о некоторых достижениях, которые имелись в России в рассматриваемый период. Так, в 1999 г. РАО «ВСМ» и ЦКБ морской техники «Рубин» совместно с заводом «Трансмаш» (С.-Петербург) разработали электропоезд «Сокол-250» со скоростью движения 250 км/ч.

Были начаты работы по созданию высокоскоростных железнодорожных маг истралей со скоростями движения более 200 км/ч. Первым опытом в этом направлении был поезд «Сапсан» на железнодорожной магистрали Москва — С.-Петербург со скоростью движения до 350 км/ ч. Рассматривались также концепции и планы развития высокоскоростного движения на железнодорожных магистралях России.

Трамвай — «tramvei» — «tram» — ваг он, vei — дорога (дорога Трама) — изобретение инж. Трама (англ.), предложившего для «мануфактуры» перемещение грузов в цехах, между цехами на тележке, катящейся, но двум металлическим полосам. В зависимости от вида тяги трамвай мог двигаться конной тягой — «Конка», паросиловой установкой — «Паровичок», а при наличии электропривода — «Электрический трамвай», который к началу XX века вытеснил подвижной состав с конной и паровой тягой, а слово «электрический» стали просто при этом опускать. Таким образом, «трамвай» — вид рельсовог о наземного электрического транспорта с электрической тягой, с подводом электроэнергии по контактной сети от внешних источников.

В настоящее время принято различать три разновидности этого вида городского транспорта: обычный, скоростной, легкорельсовый (ЛРТ), метротрам. Маршруты обычного городского трамвая, как и пути, не обособляются от остальных видов транспорта. В связи с помехами движению трамвайных поездов трамвай не достиг особых преимуществ. Эксплуатационные скорости трамвая в условиях движения в уличном транспортном потоке не превышают 16−17 км/ч. С учетом того что пути трамвая и контактная сеть занимают часть проезжей части улиц, для увеличения пропускной способности начался процесс вытеснения трамвая из центральной части городов на окраины, а в ряде случаев вообще происходит ликвидация трамвая.

В этом контексте интересны, например, данные по г. Москве — трамвайной столице. В 1913 г. в Москве протяженность трамвайных линий составила 300 км, на линию выпускалось 800 вагонов, объем перевозок составлял 300 млн пассажиров. В 1990;е гг. протяженность путей составляла 450 км, перевозки пассажиров — 100 млн в год.

Отметим, что все крупные города нашей страны имели электрический транспорт в виде трамвая и троллейбуса. Наземный электрический транспорт выполнял около 40% всех перевозок пассажиров. В СССР 118 городов имели трамвай и троллейбус. К началу 1990;х гг. наибольшему разрушению подвергся именно рельсовый электрический транспорт — трамвай. Были закрыты участки трамвайных линий во многих городах России, прекратилась реконструкция инфраструктуры и обновление подвижного состава, началось его массовое выбытие, но износу.

Во многих юродах парк подвижного состава уменьшился в 2−3 раза, трамвай был вытеснен на окраины города. Однако следует отметить и некоторые положительные тенденции. В частности, появились новые отечественные виды вагонов с тяговым приводом на асинхронных двигателях с микропроцессориыми системами управления. Практически все вагоны имели импульсные системы управления приводом, были оборудованы устройствами мониторинга и фиксации токов, напряжения, электроэнергии, скорости пройденного пути. В ряде городов (например, Новосибирск) была начата глубокая реконструкция и обновление вагонов типа КТМ-5МЗ, у которых, кроме каркаса и тележки, все остальное было заменено и дополнено. При этом применялись асинхронный привод, импульсные системы управления и микропроцессорные системы мониторинга. Такая реконструкция требует в 3—5 раз меньших затрат по сравнению с приобретением новых ваг онов.

Тенденции к обновлению, к сожалению, не затронули глубоко системы тягового электроснабжения. Хотя разработки ОАО «НИИЭФА-ЭНЕРГО» но оборудованию подстанций отвечают современному уровню, но их внедрение ограничивается строящимися подстанциями, а существующие имеют оборудование образца 60−70-х гг. прошлою столетия.