Энергетические показатели различных видов транспорта

Возможностью организации массовых перевозок на достаточно высоких скоростях.

Значительно меньшим по сравнению с другими видами транспорта удельным расходом энергии на перемещение грузов (табл. 1.).

Общие сведения о железнодорожном транспорте

Железнодорожный транспорт, появившийся в начале 19 столетия, сегодня играет огромную роль в экономике многих стран мира. Уникальные качества железнодорожного транспорта определяются:

3. Способностью функционирования при любой погоде и в любое время года (всепогодность).

4. Возможностью организации устойчивых и надежных транспортных связей между отдаленными регионами.

5. Сравнительно низкой степенью воздействия на окружающую среду.

Таблица 1

№	Транспортные средства	Удельный расход энергии, МДж/100 т×км
	Автомобили большой грузоподъемности	108,8
	Автомобили средней грузоподъемности	242,8
	Автомобили малой грузоподъемности	711,7
	Электрифицированный железнодорожный транспорт	2,8
	Железнодорожный транспорт при тепловозной тяге	8,8
	Морской транспорт
	Речной транспорт	37,7
	Нефтепроводы	5,4
	Газопроводы	368,4

Из-за высокой доли расходов, не зависящих от расстояния, экономическая эффективность железнодорожного транспорта растет по мере увеличения дальности перевозок. Минимальная экономически целесообразная граница дальности приблизительно равняется 800 км.

Этапы электрификации железнодорожного транспорта. В 1921 г. был утвержден государственный план элек­трификации России (ГОЭРЛО). Наряду со строительством электростанций и линий электропередач (ЛЭП) он предусматривал электрификацию железнодорожных линий Петроград- Москва - Курск - Донецкий бассейн - Мариуполь - Кривой Рог - Александровск - Чаплино - Дебальцево - Лиски - Царицын и Москва - Нижний Новгород с продолжением в будущем их на Урал и в Сибирь. Шестого июля 1926 г. было открыто движение электропоездов на первом в нашей стране электрифицированном железнодорожном участке Баку - Сабунчи - Сураханы, который соединил город с нефтяными промыслами. Протяженность участка составила 20 км, он был электрифицирован по системе постоянного тока напряжением 1200 В. Спустя три года, 26 августа 1929 г, отправилась в путь первая электричка от Москвы до Мытищ. Планом ГОЭЛРО намечалось электрифицировать 3,5 тыс. верст железных дорог.

В настоящее время, контактные провода подвешены почти на 40 тыс. км стальных магистралей России. Это составляет примерно половину железнодорожной сети, но на нее приходится свыше 60% всего грузооборота железных дорог страны. Осуществить это могло только государство, имеющее высокоразвитые электротехническую промышленность, приборостроение, машиностроение, металлургию и энергетику, а главное талантливых ученых, опытных инженеров, строителей и монтажников.

Электрифицированные стальные магистрали составляют основной транспортный скелет страны, они обеспечивают низкую стоимость перевозок и обладают высокой провозной способностью. Удельный расход топлива в условном исчислении при тепловозной тяге в грузовом движении составляет при мерно 43 кг на 10 тыс. т×км брутто, а при электровозной тяге тот же расход топлива, отнесенный к электростанциям, равен 34,5 кг, т.е. на 20% меньше. При этом на электростанциях используется, как правило, дешевое низкосортное топливо, а на тепловозах высоко­качественное дизельное.

Электрификация железных дорог решает важные социально - экономические проблемы. С переходом на электрическую тягу коренным образом изменились условия работы локомотивных бригад, исчезли многие профессии с тяжелыми и вредными условиями труда: кочегары, промывальщики котлов и т.д. В зоне электрических магистралей, особенно на станциях и вокзалах, стал чище воздух, так как не происходит загрязнения его продуктами сгорания. С увеличением доли электроэнергии, производимой на гидро - и атомных станциях, преимущества электрического транспорта с точки зрения охраны окружающей среды будут еще более ощутимы. В сельских районах, где проходят электрифицированные железные дороги, закрыты тысячи мелких дизельных электростанций.

Ежегодно на тягу поездов расходуется примерно 3,7% электроэнергии от общего потребления ее в народном хозяйстве, и дизельного топлива - 13.4% общего его расхода. На долю топлива и энергии приходится более 20% себестоимости перевозок. Эти цифры говорят о важности бережного отношения к электроэнергии и топливу.

Замечательное свойство электрических локомотивов - способность возвращать часть затраченной энергии путем рекуперативного торможения. При этом накопленная кинетическая энергия поезда преобразуется в электрическую и по контактным проводам передается локомотивам, находящихся в режиме тяги или другим потребителям в сеть общего назначения.

Системы электрической тяги. В настоящее время в мире имеют место различные системы тяги как постоянного, так и переменного тока.

Система тяги постоянного тока. Исторически первой появилась система тяги постоянного тока. Этому способствовали возникновение первых электротехнических отраслей, которые использовали технику постоянного тока, достаточно хорошо изученную к тому времени. Был создан двигатель постоянного тока, имевший наилучшие тяговые характеристики среди известных тогда двигателей. Система оказалась настолько удачной, что, появившись в конце прошлого века, успешно функционирует и в наши дни. Существуют различные модификации систем тяги постоянного тока, различающихся, в основном, уровнем подводимого к электроподвижному составу (ЭПС) напряжением - от 750 до 3000 вольт. На рис. 23 приведена принципиальная схема наиболее распространенной системы тяги постоянного тока.

Недостаток этой системы состоит в необходимости преобразования переменного тока в постоянный. Тяговые подстанции получают электроэнергию от электроэнергетических систем общего назначения с высоким уровнем напряжения (чаще всего 110…220 кВ). На тяговых подстанциях постоянного тока происходит преобразование энергии переменного тока высокого напряжения в энергию постоянного тока с уровнем напряжения, необходимым для работы цепей тяговых двигателей (чаще всего 3000 В). На большинстве отечественных подстанций постоянного тока имеет место двойная трансформация, что и отражено на рис. 23. Промежуточный уровень напряжения (обычно 10 кВ) используется для питания нетяговых железнодорожных потребителей.

Способы регулирования скорости движения электроподвижного состава постоянного тока. Скорость ЭПС постоянного тока, как, впрочем, и любой другой системы электрической тяги регулируется скоростью вращения тяговых электродвигателей (ТЭД). Наибольшее распространение получили двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

Рис. 1.1. Принципиальная схема системы тягового электроснабжения 3 кВ на рисунке А, В, С – фазы ЛЭП; ПТ – понижающий трансформатор; Р – шины нетяговых (районных потребителей); ТТ – тяговый трансформатор; ПВ – полупроводниковый выпрямитель; НВ – нейтральная вставка; ЭПС – электроподвижной состав

Для них справедливо соотношение

, (1.1)

где -угловая скорость вращения двигателя (пропорциональная линейной – поступательной скорости ЭПС); U- подводимое к двигателю напряжение; I*r- падение напряжения в якорной обмотке двигателя; c- постоянная величина, характеризующая свойства тягового электродвигателя; Ф- магнитный поток (пропорциональный току ТЭД или что тоже самое току якоря). Следует заметить, что потери напряжения I*r для современных ТЭД по сравнению с величиной подводимого напряжения U незначительны ((3-5%) U) и ими можно пренебречь.

Тогда можно записать

(1.2)

Из (1.2) видно, что имеется две возможности регулирования скорости вращения ТЭД: 1) путем изменения напряжения на зажимах ТЭД, 2) путем изменения магнитного потока ФºI (для ТЭД последовательного возбуждения).

В эксплуатационной практике используются оба этих способа. Однако реализация первого из них сопряжено с определенными трудностями, заключающимися в том, что ЭПС постоянного тока, как это уже указывалось ранее, питается от тяговых сетей с напряжением 3 кВ. Это напряжение превышает номинальное напряжение ТЭД, равное примерно 1500 В, поэтому на ЭПС постоянного тока пара двигателей всегда включена последовательно. Пары двигателей, образующие моторный блок могут включаться между собой параллельно. При этом каждый из двигателей в нормальных условиях получает напряжение, равное 1500 В. Это напряжение обуславливает и наибольшую скорость. Для реализации всего диапазона скоростей можно пары последовательно соединенных ТЭД включать последовательно или последовательно - параллельно, так как это показано на рис. 25-26. Внутри каждого скоростного диапазона, определяемого схемами соединения пар двигателей регулирование скорости ЭПС осуществляется изменением магнитного потока Ф – путем шунтирования обмотки возбуждения. При этом, вследствие отведения части тока от обмотки возбуждения через параллельно включенное ей сопротивление, уменьшается магнитный поток.

Рис. 1.2. Регулирование скорости вращения коллекторного двигателя последовательного возбуждения изменением магнитного потока возбуждения (шунтированием обмотки возбуждения)

Рис. 1.3. Последовательное соединение двигателей восьмиосного ЭПС постоянного тока. U_Д=U_KC/8 (схема, соответствующая наименьшему диапазону скоростей)

Рис. 1.4. Сериес - параллельная соединение двигателей восьмиосного ЭПС постоянного тока. U_Д=U_KC/4 (схема, соответствующая среднему диапазону скоросте

Рис. 1.5. Параллельное соединение двигателей восьмиосного ЭПС постоянного тока. U_Д=U_KC/2 (схема, соответствующая наибольшему диапазону скоростей)

Дата добавления: 2015-05-26