Часть 1.
Повсеместное внедрение аккумуляторных батарей и накопителей энергии (далее - НЭ) в средства транспорта в настоящее время позволяет значительно снизить затраты на электроэнергию и сгораемое топливо, однако применение накопителей энергии на подвижном составе отечественных железных дорог событие далеко не новое.
Первые эксперименты с внедрением НЭ на электроподвижной состав начались еще в 1910 году на Царскосельской линии, когда инженером Махониным был спроектирован шестивагонный аккумуляторный поезд, рассчитанный на 240 пассажиров.
Поезд оснащался 265 свинцовыми батареями емкостью 8000 А*ч, напряжением 500 В и массой 190 т. Батареи размещались в 3х специальных тендерных вагонах. Поезд мог развивать скорость до 80 км/ч на ровном профиле и 45 км/ч в подъемах до 12 тысячных. Поезд совершил несколько опытных поездок.
Развитие промышленности и технологий производства аккумуляторных батарей в Германии позволили в 50-60х годах 20 века повысить удельную энергоемкость аккумуляторов до 20 Вт*ч/кг, что в условиях дефицитного и дорого дизельного топлива имело явное преимущество перед ними. Так, наибольшее распространение применения свинцовых НЭ получили электропоезда серий ETA-150 и ЕТА-176 на железных дорогах Германии с максимальной скоростью движения до 100 км/ч.
В середине 50х годов на Прибалтийской железной дороге СССР начались первые эксперименты по внедрению НЭ на электроподвижной состав. Первые опытные электросекции Ср3-НК были выпущены зимой 1959 года при совместной разработке ЛИИЖТ и РВЗ в 3х вагонном исполнении. Электропоезд имел 1200 никель-железных аккумуляторов емкостью 250 А*ч. Некоторые секции батарей размещались в салоне электропоезда. Электрическая схема позволяла заряжать батареи от напряжения контактной сети 3000 В. Автономный режим позволял двигаться электропоезду со скоростью не выше 40 км/ч по перегонам на расстояние 80-100 км. Для заряда НЭ требовалось движение под контактным проводом не менее 250 км.
В результате ограничения тока заряда батарей НЭ у Ср3-НК зарядка осуществлялась очень долго, что накладывало значительное ограничение на эксплуатацию.
Начало регулярной эксплуатации
После анализа полученных результатов, инженерами был разработан новый проект электропоезда с НЭ, но уже с новой компоновкой и усовершенствованной электрической силовой схемой. Новый электропоезд получил название Ср3-А6, прошедший глубокую модернизацию из обычного электропоезда Ср3.
Данный состав уже имел 6ти вагонное исполнение. Наличие значительного свободного подвагонного пространства на прицепных вагонах позволило установить там НЭ необходимой емкости. С 1962 года эксплуатация проходила на участке Рига-Елгава.
Поезд имел аккумуляторную батарею ёмкостью 300 А*ч из 1872 никель-железных элементов, они располагались группами по 468 штук на каждом прицепном вагоне поезда в вентилируемых ящиках под кузовом и были все соединены последовательно. Напряжение батареи равнялось 2200 В. Масса моторного вагона составляла 63 т, прицепного - 56 т. Для сравнения, прицепной вагон обычной Ср3 весил 39 т.
Максимальная скорость при работе от контактной сети достигала 85 км/ч, при работе от батарей электропоезд мог преодолеть расстояние до 150 км со средней скоростью 45 км/ч и максимальной - 65 км/ч.
За 5 лет эксплуатации поезд совершил пробег в 500 тыс.км. из которых половина была выполнена в автономном режиме. Половина аккумуляторов (ТНЖ-350) прослужила без замены с начала эксплуатации (2500-3000 циклов заряда-разряда), однако все равно имели недостатки в длительной эксплуатации, так как предназначались для более легких режимов работы шахтных электровозов.
С учетом принятых замечаний уже в 1963 году был утвержден план по выпуску партии модернизированных электропоездов Ср3-А6М с новыми аккумуляторами ТНЖ-400 с пониженным внутренним сопротивлением, выполненному Прибалтийской дорогой совместно с Рижским филиалом ВНИИ вагоностроения (РФ ВНИИВ) и Проектно-конструкторским бюро (ПКБ) ЦТ МПС, в 1965—1966 гг. Октябрьский электровагоноремонтный завод МПС изготовил 8 таких электропоездов, а затем модернизировал и первый опытный поезд.
Всесторонние испытания в 1965—1966 гг. показали, что несмотря на использование устаревших электросекций и аккумуляторов, тягово-энергетические параметры электропоездов с НЭ Ср3-А6М в автономном режиме соизмеримы с параметрами современных шестивагонных дизель-поездов ДР1, а при работе на электрифицированных участках при одновременном заряде батареи
заметно превосходят их. При питании от среднезаряженной батареи на перегонах длиной 5,5 км, характерных для неэлектрифицированных пригородных участков, при технической скорости 45-50 км/ч у электропоезда Ср3-А6М удельный расход на тягу емкости батареи составляет 2,8 А-ч/км, т. е. гарантированный пробег без подзаряда батареи превышает 100 км.
Следующий этап
В 1967 г. было утверждено техническое задание и разработан проект перспективного электропоезда с НЭ: ЭР2-А6. За основу был взят модернизированный электропоезд ЭР2Б-596.
Детальная разработка, изготовление и доводка электропоезда ЭР2-А6 заняли несколько лет в связи с необходимостью применения совершенно новых малогабаритных аккумуляторов и тиристорных импульсных преобразователей для пуска, электрического торможения и заряда батареи. Опытные аккумуляторы ТНЖТ-400, имеющие необходимые характеристики, были испытаны в тяговых режимах на стенде в 1968 г.
Специально для электропоезда ЭР2-А6 в 1968—1969 гг. был разработан универсальный импульсный преобразователь мощностью 1200 кВт, предназначенный для безреостатного пуска, плавного регулирования возбуждения двигателей, рекуперативно-реостатного торможения на батарею и тяговую сеть в разных режимах, а также преобразователи для питания вспомогательных цепей и заряда батареи; последний - повышает напряжение заряда по сравнению с напряжением контактной сети, что позволяет снять ограничения по числу аккумуляторов в тяговой батарее. С 1972 г. этот электропоезд с НЭ, переоборудованный Октябрьским ЭВРЗ, подвергается испытаниям и доводке на Прибалтийской дороге.
На электрифицированных участках электропоезд ЭР2-А6 развивает практически одинаковые скорости с обычными поездами ЭР2, а протяженность обслуживаемых им в обоих направлениях без подзаряда батареи неэлектрифицированных участков может достигать 75 км и более при сравнительно высоком к. п. д. автономного режима. Новые разработки в области тяговых аккумуляторов и тиристорных импульсных преобразователей создали реальную базу для промышленного изготовления контактно-аккумуляторного подвижного состава, который уже при достигнутых параметрах аккумуляторов массового выпуска может найти достаточно широкое применение на сети железных дорог СССР.
В последующие годы, в следствии производства достаточного количества дизель-поездов ДР1 и дороговизны обслуживания аккумуляторных батарей опытных электропоездов с НЭ, а также отсутствия помощи в развитии данного направления от руководства МПС, последующего массового внедрения по всей сети ж.д. СССР такие электропоезда не получили, но оставили ценный опыт благодаря исследованиям Краснобаева Н.И., Барского М.Р. и др.
Продолжение следует...
Спасибо за внимание!
Подписывайтесь, ставьте лайки, поддержите автора!)