Лондонский метрополитен в Англии - одна из немногих сетей, использующих четырехрельсовую систему. Верхний контактный третий рельс находится рядом с путями, под напряжением 420 В постоянного тока, а четвертый рельс с верхним контактом расположенный по центру между ходовыми рельсами и находящийся под напряжением 210 В постоянного тока.
Такая же система была использована для Миланского метрополитена, на более поздних линиях используется подвесная система.
Эта схема была введена из-за проблем с обратными токами, которые протекали по железной обшивке тоннеля. Это могло привести к повреждению и даже к возникновению дуги, если сегменты тоннеля не соединены. Проблема усугублялась тем, что обратный ток также имел тенденцию протекать через близлежащие железные трубы. Некоторые из них, особенно викторианские, которые были построены еще до появления лондонской подземки, не были рассчитаны на прохождение тока и не имели достаточного электрического соединения между сегментами труб. Четырехрельсовая система решает эту проблему. В сети имеется искусственно созданная точка заземления, это соединение создается с помощью резисторов, благодаря чему блуждающие токи заземления не превышают допустимого уровня.
Система, предложенная (но не использованная) Юго-Восточной и Чатемской железной дорогой в 1920 году, была четырехрельсовая система постоянного тока напряжением 1500 В. Несколько линий парижского метро во Франции также работают по четырехрельсовой схеме, но совсем по другой причине. Это не совсем четырехрельсовая схема, поскольку они работают на шинах из натурального каучука.
Поезда рассчитаны на работу от любой полярности питания, поскольку на некоторых линиях используются реверсивные петли на одном конце, что заставляет поезд менять направление движения на противоположное.
Переменный ток
Переменный ток может быть преобразован в более низкое напряжение.
Обычные электродвигатели постоянного тока с коммутацией могут питаться и переменным током (универсальный двигатель), поскольку изменение направления тока в статоре и роторе не изменяет направление крутящего момента. Однако индуктивность обмоток делала ранние конструкции крупных двигателей непрактичными при стандартных частотах распределения переменного тока. Кроме того, переменный ток индуцирует вихревые токи, особенно в неламинированных полюсных наконечниках, которые вызывают перегрев и потерю эффективности.
В прошлом веке пять европейских стран, включая Германию, Австрия, Швейцария, Норвегия и Швеция, стандартизировали 15 кВ 16⅔ Гц (одна треть от (одна треть от обычной частоты сети) однофазного переменного тока в попытке уменьшить эти проблемы.
16 октября 1995 года Германия, Австрия и Швейцария изменили обозначение с 16⅔ Гц на номинальную частоту 16,7 Гц (хотя фактическая частота не изменилась, изменилось ее обозначение).
В Великобритании железная дорога Лондона, Брайтона и Южного побережья стала пионерами подвесной электрификации своих пригородных линий. В июне 1912 года была открыта линия Пекхэм-Рай - Вест-Норвуд. В дальнейшем продление не состоялось из-за Первой мировой войны. Две линии открылись в 1925 году на Южной железной дороги, обслуживающие железнодорожные станции Кулсдон Норт и Саттон. Линии были электрифицированы на 6,7 кВ 25 Гц. В 1926 году было объявлено, что все линии должны быть переведены на постоянный ток, и последняя электрическая линия была переведена на постоянный ток в сентябре 1929 года.
В такой системе тяговые двигатели могут питаться через трансформатор с несколькими отводами. Переключение отводов позволяет изменять напряжение на двигателе без использования энергоемких резисторов. Вспомогательные механизмы приводятся в движение небольшими коммутируемыми двигателями, питающимися от отдельной низковольтной обмотки главного трансформатора.
Использование низкой частоты требует преобразования электричества из сети с помощью мотор-генераторов или статическими инверторами на питающих подстанциях, либо генерации на отдельных тяговых электростанциях. С 1979 года трехфазный асинхронный двигатель стал использоваться практически повсеместно. Он питается от статического преобразователя, который подает постоянное напряжение на широтно-импульсный инвертор с широтно-импульсным модулятором, который подает на двигатели трехфазную переменную частоту.
Большая часть трехфазной системы государственных железных дорог Италии имела напряжение 3300 В при частоте 16,7 Гц. При такой низкой частоте локомотивы не нуждались в редукторах. Также можно использовать полифазную систему с рекуперацией, как на горных линиях, где груженый поезд, спускающийся вниз, может обеспечить большую часть энергии для поезда, поднимающегося вверх.
Экспериментальные полифазные установки в Италии в 1930-х годах использовали более высокое напряжение (10 кВ) при промышленной частоте (45 или 50 Гц). В США первая электрифицированная линия Великой Северной железной дороги (Каскадный тоннель) (1909-1927 гг.) была на 6600 В, 25 Гц. Основная сложность трехфазных систем заключается в необходимости трех проводников (включая рельсы), следовательно, два воздушных проводника. На ранних локомотивах итальянских государственных железных дорог использовался широкий коллектор, который охватывал оба провода, но на более поздних локомотивах использовали два пантографа, расположенных рядом друг с другом. В Соединенных Штатах использовалась пара троллейбусных столбов. Они хорошо работали при максимальном ограничении скорости в 15 миль/ч. Двойной проводник используется на четырех горных железных дорогах, которые продолжают использовать трехфазное (железная дорога Корковадо в Рио-де-Жанейро, Бразилия, Юнгфраубан и Gornergratbahn в Швейцарии и во Франции).
Продолжение следует….
Поддержите канал – поставьте лайк.