История поездов: электрификация железных дорог

Первый в мире электровоз был построен Вернером Сименсом, и продемонстрирован на Германской промышленной выставке в Берлине, 31 мая 1879 года. На выставке демонстрировалась железная дорога, протяженностью 300 метров. Локомотив, который использовался на выставке весил четверть тонны, развивал скорость 6,5 км/ч и мощность 3 л.с.. Напряжение питания локомотива Сименса — 150 вольт, и подавалось с помощью третьего рельса. Локомотив тянул три шестиместных вагона. Таким образом, одновременно могло прокатиться 18 человек.

Так же, в 1879 году, во Франции, была введена в эксплуатацию, протяженностью 2 км, диния электрической железной дороги, на территории текстильной фабрики Дюшен-Фурье, в г. Бейль.

В России, в 1880 году, Ф. А. Пироцкий привел в движение электрическим током, большой тяжелый вагон. Уже в 1881 году, 16 мая, были начаты пассажирские перевозки на городской электрической железной дороге Берлин — Ликтерфельж, уложив железнодорожные рельсы на эстакаде.

Изначально электрическую тягу применяли на городских трамвайных линия, на промышленных предприятиях, рудниках, шахтам. За тем начали применять на тоннельных сооружениях, в пригодном движении.

В 1985 году в США были электрифицированы тоннель в Балтиморе и тоннельные подходы к Нью-Йорку. На этих линиях использовались электровозы мощностью 185 кВт, развивающие скорость до 50 км/ч. Эти электровозы были специально построены для эксплуатации на данных участках электрической железной дороги.

После 1918 года многие страны начали электрификацию железных дорог. В первую очередь, электрификация проводилась на магистральных линиях с большим транспортным потоком. В Германии: Гамбург - Альтон, Лейпциг - Галле - Магдебург, горную дорогу в Силезии, альпийские дороги в Австрии, северные дороги Италия. Приступают к электрификации Франция, Швейцария. В Африке появляется электрифицированная железная дорога в Конго. В России проекты электрификации железных дорог имелись еще до первой мировой войны. Была начата электрификация линии. С.-Петербург — Ораниенбаум, но в следствии воны не была завершена. В 1926 году, между Сабунчи и Баку было реализовано движение электропоездов.

2 августа 1932 г. прошла обкатка магистрального электрифицированного участка Хашури - Зестафони, проходящий через Сурамский перевал на Кавказе. Электровоз С10-03 с двумя пассажирскими вагонами прошли от станции Хашури до станции Лихи и обратно за 1 час и 10 минут. С 16 августа 1932 магистральный участок вступил в строй.

При выборе электровоза для данного участка, с целью размещения заказа на поставку, НКПС обратился к ряду зарубежных компаний. Предложения поступили от немецких фирм AEG и Сименс-Шукерт, американских Дженерал Электрик (G) и Вестингауз, итальянской Техномазио Броун Бовери и английской Метрополитен Виккерс. Остановились на GE и Техномазио Броун Бовери, так как обе компании уже имели опыт по постройки электровозов: американская и итальянская фирма строила электровозы постоянного тока напряжением 3000 В. В последствии, на базе представленных ими электровозов был построен первый советский электровоз С^С.

На данное время применяются следующие системы электрической тяги: постоянного тока, переменного тока пониженной частоты и переменного тока стандартной промышленной частоты 50 Гц.

В первой половине 20 века до второй мировой войны применялись две первые системы, третья получила признание в 50-60-х годах 20 века, когда началось интенсивное развитие преобразовательной техники и систем управления приводами.

Система постоянного тока характеризуется использованием постоянного тока напряжением 3000 В (некоторые страны используют 1500 В и менее), получаемого с тяговых подстанций путем преобразования переменного тока в постоянный мощными полупроводниковыми выпрямителями. Достоинства применения данной системы - применение коллекторных двигателей постоянного тока с отличными эксплуатационными свойствами и тяговыми характеристиками. Недостатки — низкое напряжение контактной сети, значительные потери энергии в следствии протекания больших токов, затрудненный процесс токосъема.

В ряде стран начала развиваться система переменного тока 15000 В, с пониженной частотой 16,6 Гц. Ее развитие обусловлено желанием поднять напряжение контактной сети, исключить процесс выпрямления тока, увеличить эффективность электрического подвижного состава. В данной системе электрической тяги используют однофазные коллекторные двигатели, которые имеют более худшие показатели чем двигатели постоянного тока. И ко всему прочему, приходится применять пониженную частоту переменного тока, так как электродвигатели не в состоянии работать на промышленного 50 Гц. Это привело к появлению дополнительной железнодорожной инфраструктуры: специальные электростанции, однофазные линии передач, понижающие трансформаторы.

Но электровозы постоянного тока были проще, чем было и обусловлено более широкое распространение системы постоянного тока на ранних годах электрификации железных дорог СССР. Для железных дорог с горным профилем использовались шестиосные электровозы серии С^С, а для равнинных дорог — ВЛ19. Моторвагонные поезда серии С^Э — для пригородного сообщения.

В послевоенные годы в СССР возобновлено производство лектровозов постоянного тока серии ВЛ22. Для пригородного движения были разработаны новые моторвагонные поезда С^Р, работающие при напряжениях 1500 и 3000 В.

Более мощный восьмоосный электровоз постоянного тока ВЛ8 был создан в 50х годах. А затем и ВЛ10, ВЛ11.

В это же время в СССР и Франции были начаты работы по созданию системы электрической тяги переменного тока промышленной частоты 50 Гц с напряжением в тяговой сети 25 000 В. Данная система характеризуется питанием от промышленных высоковольтных трехфазовых сетей, преобразуемое в однофазное напряжение контактной сети 25 кВ. Так же отпала необходимость применения выпрямителей. Теперь ток выпрямляется прямо в электроподвижном составе, легкими и компактными выпрямителями.

Система переменного тока промышленной частоты получила распространение по всему миру. Для данной системы созданы шестиосные электровозы ВЛ60 с ртутными выпрямителями и коллекторными двигателями, а после и восьмиосные с полупроводниковыми выпрямителями ВЛ80 и ВЛ80^С. Электровозы ВЛ60 также были переоборудованы на полупроводниковые преобразователи и получили обозначение серии ВЛ60^К.