25 kV AC -rautateiden sähköistys - 25 kV AC railway electrification

Rautateiden sähköistysjärjestelmät Euroopassa:
  Ei sähköistetty
  750 V DC
  1,5 kV DC
  3 kV DC
  15 kV AC
  25 kV AC
Suurnopeuslinjat Ranskassa, Espanjassa, Italiassa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa, Alankomaissa, Belgiassa ja Turkissa toimivat alle 25 kV: ssa , samoin kuin entisen Neuvostoliiton suurlinjat.

Rautateiden sähköistysjärjestelmiä, jotka käyttävät vaihtovirtaa (AC) 25 kilovoltilla (kV), käytetään maailmanlaajuisesti, erityisesti suurnopeusjunaverkon yhteydessä .

Yleiskatsaus

CSR EMU on Roca Line vuonna Buenos Aires , käyttämällä 25 kV AC.

Tämä sähköistys on ihanteellinen rautateille, jotka kattavat pitkiä matkoja tai kuljettavat raskasta liikennettä. Muutaman kokeilun ennen toista maailmansotaa vuonna Unkarissa ja Schwarzwaldin vuonna Saksassa , se tuli laajasti käyttöön 1950-luvulla.

Yksi syy siihen, miksi sitä ei otettu käyttöön aikaisemmin, oli sopivien pienten ja kevyiden ohjaus- ja oikaisulaitteiden puute ennen puolijohdetason tasasuuntaajien ja niihin liittyvän tekniikan kehittämistä. Toinen syy oli siltojen alla ja tunneleissa kulkevien vaadittujen etäisyyksien pidentäminen, mikä olisi vaatinut suurta maa- ja vesirakentamista , jotta jännitteellisille osille olisi saatu enemmän tilaa .

Rautatiet, jotka käyttävät vanhempia, pienemmän kapasiteetin tasavirtajärjestelmiä , ovat ottaneet käyttöön tai ottavat käyttöön 25 kV: n vaihtovirran 3 kV: n DC/ 1,5 kV: n sijasta uusille suurnopeusradoille.

Historia

Ensimmäinen 50 Hz: n järjestelmän onnistunut käyttö ja säännöllinen käyttö on peräisin vuodelta 1931, ja testit on suoritettu vuodesta 1922. Sen on kehittänyt Kálmán Kandó Unkarissa, joka käytti 16 kV AC: tä 50 Hz: n taajuudella , asynkronista vetoa ja säädettävää moottori) navat. Ensimmäinen sähköistetty linja testausta varten oli Budapest – Dunakeszi – Alag. Ensimmäinen täysin sähköistetty linja oli Budapest – Győr – Hegyeshalom (osa Budapest – Wien -linjaa). Vaikka Kandon ratkaisu osoitti tietä tulevaisuuteen, Unkarin ulkopuoliset rautatieoperaattorit osoittivat kiinnostusta suunnittelua kohtaan.

Ensimmäinen rautatie, joka käytti tätä järjestelmää, valmistui vuonna 1936 Deutsche Reichsbahnin toimesta ja sähköistti osan Höllentalbahnista Freiburgin ja Neustadtin välillä asentamalla 20 kV 50 Hz: n AC -järjestelmän. Tämä Saksan osa oli Ranskan miehitysvyöhykkeellä vuoden 1945 jälkeen. Tutkittuaan Saksan järjestelmää vuonna 1951 SNCF sähköistti Aix-les-Bainsin ja La Roche-sur-Foronin välisen rajan Etelä-Ranskassa. sama 20 kV, mutta muunnettiin 25 kV: ksi vuonna 1953. 25 kV: n järjestelmä otettiin sitten vakiona Ranskassa, mutta koska huomattava määrä kilometrejä etelään Pariisista oli jo sähköistetty 1,5 kV: n tasavirralla , SNCF jatkoi myös joitain suuria uusia DC -sähköistysprojekteja , kunnes kaksijännitevetureita kehitettiin 1960-luvulla.

Tärkein syy siihen, miksi sähköistämistä tällä jännitteellä ei ollut käytetty aiemmin, oli junassa mahtuvien elohopeakaarityyppisten tasasuuntaajien luotettavuuden puute . Tämä puolestaan ​​liittyi vaatimukseen käyttää DC -sarjan moottoreita , jotka vaativat virran muuntamisen AC: sta DC: ksi ja jota varten tarvitaan tasasuuntaaja . 1950-luvun alkuun asti elohopea-tasasuuntaajia oli vaikea käyttää jopa ihanteellisissa olosuhteissa, joten ne eivät olleet sopivia käytettäväksi rautatievetureissa.

Vaihtovirtamoottoreita oli mahdollista käyttää (ja jotkut rautatiet käyttivät, vaihtelevalla menestyksellä), mutta niillä on vähemmän kuin ihanteelliset ominaisuudet vetotarkoituksiin. Tämä johtuu siitä, että nopeuden säätäminen on vaikeaa ilman taajuuden vaihtamista ja jännitteen riippuvuus nopeuden säätämisestä antaa vääntömomentin millä tahansa nopeudella, joka ei ole ihanteellinen. Tästä syystä DC -sarjan moottorit ovat paras valinta vetotarkoituksiin, koska niitä voidaan ohjata jännitteellä ja niillä on lähes ihanteellinen vääntömomentti vs. nopeusominaisuus.

1990-luvulla suurnopeusjunat alkoivat käyttää kevyempiä, vähemmän huoltoa vaativia kolmivaiheisia AC-induktiomoottoreita. N700 Shinkansen käyttää kolmen tason muunnin muuntaa 25 kV: yksivaiheinen AC 1520 V AC kautta (muuntaja) ja 3 kV DC kautta (vaihe tasasuuntaajan tyristori) on enintään 2300 V kolmivaiheisen AC-(välityksellä muuttuva jännite, muuttuva taajuus invertteri käyttäen IGBT: t , joissa pulssinleveysmodulaatiolla ) suorittaa moottorit. Järjestelmä toimii taaksepäin regeneratiivisessa jarrutuksessa .

Valinta 25 kV liittyi voimansiirron tehokkuuteen jännitteen ja kustannusten funktiona, ei perustu syöttöjännitteen siistiin ja siistiin suhteeseen. Tietyllä tehotasolla korkeampi jännite mahdollistaa pienemmän virran ja yleensä paremman tehokkuuden korkeammilla kustannuksilla suurjännitelaitteille. Todettiin, että 25 kV oli optimaalinen piste, jossa korkeampi jännite parantaisi edelleen tehokkuutta, mutta ei merkittävästi suhteessa korkeampiin kustannuksiin, jotka aiheutuvat suurempien eristimien tarpeesta ja suuremmasta etäisyydestä rakenteista.

Oikosulkujen välttämiseksi korkeajännite on suojattava kosteudelta. Säätapahtumat, kuten " vääränlainen lumi ", ovat aiheuttaneet epäonnistumisia aiemmin. Esimerkki ilmakehän syistä tapahtui joulukuussa 2009, jolloin neljä Eurostar -junaa hajosi Kanaalitunnelin sisällä .

Jakelu

Tuotantoaseman sähkö siirretään verkon sähköasemille kolmivaiheisen jakelujärjestelmän avulla.

Verkon sähköasemalla alennusmuuntaja on kytketty suurjännitelähteen kahteen kolmeen vaiheeseen. Muuntaja laskee jännitteen 25 kV: iin, joka syötetään raiteiden vieressä olevalle rautatieasemalle. SVC -laitteita käytetään kuormituksen tasaamiseen ja jännitteen säätöön.

Joissakin tapauksissa yksivaiheisia vaihtovirtajohtoja rakennettiin yksivaiheisilla muuntajilla varustetuille sähköasemille. Tällaiset linjat rakennettiin Ranskan TGV: n toimittamiseksi .

Standardointi

Rautateiden sähköistyksestä 25 kV , 50 Hz AC on tullut kansainvälinen standardi. Järjestelmän jännitteet määritellään kahdella päästandardilla:

  • EN 50163: 2004+A1: 2007 - "Rautatiesovellukset. Vetojärjestelmien syöttöjännitteet"
  • IEC 60850 - "Rautatiesovellukset. Vetojärjestelmien syöttöjännitteet"

Sallittu jännitealue on edellä mainittujen standardien mukainen, ja siinä otetaan huomioon junien lukumäärä ja niiden etäisyys sähköasemasta.

sähköistys
järjestelmä 		Jännite
Min.
ei pysyvä 		Min.
pysyvä 		Nimellinen Max.
pysyvä 		Max.
ei pysyvä
25 kV 50 Hz 17,5 kV 19 kV 25 kV 27,5 kV 29 kV

Tämä järjestelmä on nyt osa Euroopan unionin Euroopan laajuisia rautateiden yhteentoimivuusstandardeja (1996/48/EY "Euroopan laajuisen suurten nopeuksien rautatiejärjestelmän yhteentoimivuus" ja 2001/16/EY "Euroopan laajuisen tavanomaisen rautatiejärjestelmän yhteentoimivuus") ").

Muunnelmat

Tähän standardiin perustuvia, mutta joissakin muunnelmissa olevia järjestelmiä on käytetty.

25 kV AC 60 Hz: llä

Katso myös: Luettelo rautateiden sähköistysjärjestelmistä: 25 kV AC, 60 Hz

Maissa, joissa 60 Hz on normaali verkkovirtataajuus, rautateiden sähköistämiseen käytetään 25 kV taajuudella 60 Hz .

20 kV AC 50 tai 60 Hz

Japanissa tätä käytetään Tohokun alueen , Hokurikun alueen , Hokkaidon ja Kyushun rautateillä , joista Hokuriku ja Kyushu ovat 60  Hz: n taajuudella .

12,5 kV AC 60 Hz: llä

Jotkut linjat Yhdysvalloissa on sähköistetty 12,5 kV 60 Hz: llä tai muunnettu 11 kV 25 Hz: stä 12,5 kV 60 Hz: ksi . Käyttö 60 Hz mahdollistaa suoran tarjontaa 60 Hz sähköverkon vielä ei vaadi suurempaa johdinta puhdistuma 25 kV 60 Hz tai vaatia kahden jännite valmiudet junien myös toimii 11 kV 25 Hz riviä. Esimerkkejä ovat:

12 kV taajuudella 25 Hz

6,25 kV AC

Varhaisen 50 Hz: n AC -rautateiden sähköistämisen Yhdistyneessä kuningaskunnassa oli tarkoitus käyttää osia 6,25 kV: n AC: llä, missä siltojen alla ja tunneleissa oli rajoitetusti tilaa. Liikkuva kalusto oli kaksijännitteinen ja automaattinen kytkentä 25 kV: n ja 6,25 kV: n välillä . 6,25 kV osat muutettiin 25 kV: AC seurauksena tutkimustyötä, joka osoitti, että etäisyys elävien ja maadoitettu laitteet voitaisiin pienentää, että alun perin ajateltiin olevan tarpeen.

Tutkimus tehtiin höyrykoneella Crewe -sillan alla . 25 kV: n ilmajohto -osa saatettiin vähitellen lähemmäksi sillan maadoitettua metallia, samalla kun se altistettiin veturin savupiipun höyrylle. Mitattiin etäisyys, jolla leimahdus tapahtui, ja sitä käytettiin perustana, josta johdettiin uudet välykset ylälaitteiden ja rakenteiden välillä.

50 kV AC

Joskus 25 kV kaksinkertaistetaan 50 kV : ksi suuremman tehon saamiseksi ja sähköasemien välisen etäisyyden lisäämiseksi. Tällaiset linjat on yleensä eristetty muista linjoista välttääkseen komplikaatioita. Esimerkkejä ovat:

2 × 25 kV autotransformaattorijärjestelmä

1. Syöttömuuntaja
2. Virtalähde
3. Ilmajohto
4. Juoksukisko
5. Syöttöjohto
6. Virroitin
7. Veturimuuntaja
8. Ilmajohto
9. Automuuntaja
10. Juoksukisko
2 × 25 kV ilmajohtojärjestelmä Ranskassa Pariisin ja Caenin välillä

2 × 25 kV: n autotransformaattorijärjestelmä on jaetun vaiheen sähköjärjestelmä , joka toimittaa junille 25 kV: n tehon, mutta lähettää tehon 50 kV: n energianhäviöiden vähentämiseksi. Sitä ei pidä sekoittaa 50 kV järjestelmään. Tässä järjestelmässä virta kulkee pääosin ilmajohdon ja syöttöjohdon välillä kiskon sijaan. Ilmajohto (3) ja syöttölaite (5) ovat vastakkaisissa vaiheissa, joten niiden välinen jännite on 50 kV, kun taas ilmajohdon (3) ja kiskojen (4) välinen jännite pysyy 25 kV: ssa. Säännölliset autotransformaattorit (9) ohjaavat paluuvirran neutraalista kiskosta, lisäävät sitä ja lähettävät sen syöttöjohtoa pitkin. Tätä järjestelmää käyttävät Intian rautatiet , Venäjän rautatiet , Italian suurnopeusrautatiet, Yhdistyneen kuningaskunnan suurnopeusjunat 1, suurin osa länsirannikon pääradasta ja Crossrailista, ja osa vanhoista linjoista muutetaan asteittain, ranskalaiset (LGV -linjat ja jotkut muut linjat) ), useimmat Espanjan suurnopeusrautatiet, Amtrak sekä osa Suomen ja Unkarin linjoista.

Korotettu jännite

Sillä TGV nopeusennätyksen kulkee Ranskassa jännite oli tilapäisesti lisäsivät, 29,5 kV ja 31 kV: n eri aikoina.

25 kV leveillä raideleveyksillä

25 kV kapearaiteisilla linjoilla

Muut jännitteet 50 Hz: n sähköistyksessä

Monijärjestelmäveturit ja -junat

Pääartikkeli: Monijärjestelmä (kisko)

Junat, jotka voivat toimia useammalla kuin yhdellä jännitteellä, esimerkiksi 3 kV/25 kV, ovat vakiintunutta tekniikkaa. Jotkut veturit Euroopassa voivat käyttää neljää eri jännitestandardia.

Katso myös

Viitteet

Lue lisää

  • Keenor, Garry. Rautateiden sähköjohdot.
  • Boocock, Colin (1991). Itärannikon sähköistys . Ian Allan. ISBN 0-7110-1979-7.
  • Gillham, JC (1988). Sähköjunan aikakausi - Sähköjunat Britanniassa vuodesta 1883 . Ian Allan. ISBN 0-7110-1392-6.
  • Glover, John (2003). Eastern Electric . Ian Allan. ISBN 0-7110-2934-2.
  • Machefert-Tassin, Yves; Nouvion, Fernand; Woimant, Jean (1980). Histoire de la Traction Electrique, osa 1 . La Vie du Rail. ISBN 2-902808-05-4.
  • Nock, käyttöjärjestelmä (1965). Britannian uusi rautatie: Lontoon ja Midlandin päälinjojen sähköistäminen Eustonista Birminghamiin, Stoke-on-Trent, Crewe, Liverpool ja Manchester . Lontoo: Ian Allan. OCLC  59003738 .
  • Nock, käyttöjärjestelmä (1974). Sähkö Euston - Glasgow . Ian Allan. ISBN 0-7110-0530-3.
  • Ison -Britannian rautateiden sähköistyskonferenssin artikkelit, Lontoo 1960 - Rautateiden sähköistys teollisuustaajuudella . Lontoo: British Railways Board. 1960.
  • Semmens, Peter (1991). Itärannikon reitin sähköistäminen . Patrick Stephens Ltd. ISBN 0-85059-929-6.