Электрификация железных дорог в Советском Союзе - Railway electrification in the Soviet Union

Электровоз производства СССР в 1933 г. (разработка GE) - «Сурамский совет», изготовлен 14-й агрегат

В то время как бывший Советский Союз начавшаяся поздно (и медленно) с электрификацией железных дорог в 1930-х годах, она в конечном итоге стала мировым лидером в области электрификации по объему перевозок по проводам. За последние 30 лет Советский Союз перевезло примерно столько же железнодорожных грузов, сколько и все другие страны мира вместе взятые, и в итоге более 60% из них было отправлено на электровозах. Электрификация была рентабельной из-за очень высокой плотности движения и иногда прогнозировалось, что она принесет не менее 10% окупаемости инвестиций в электрификацию (для замены дизельной тяги). К 1990 году электрификация составила примерно половину 3 кВ постоянного тока и половину 25 кВ переменного тока 50 Гц и 70%[1] пассажиро-км железных дорог приходилось на электрические железные дороги.

Прогресс электрификации[1][2]
Год19401945195019551960196519701975198019881991
Электрифицирован при постоянном токе, мм (мегаметры)1.82.0-5.312.417.021.424.026.027.3
Электрифицирована на 25 кВ переменного тока, Мм (Мегаметры)00-0.11.48.012.514.817.725.5
Всего наэлектризованных мм (мегаметров)1.82.03.05.413.824.933.938.943.752.954.3
% железнодорожной сети1.82.03.04.511.019.025.028.130.836.1
% железнодорожных перевозок (в тонна -км)2.02.43.28.421.839.448.751.654.663.1
VL80Т Электровоз, буксирующий грузовой поезд

Сравнение с США и другими

По сравнению с США, Советский Союз очень медленно начал электрификацию, но позже значительно превзошел США. Электрификация в США достигла максимума в 5000 км в конце 1930-х годов.[3] это как раз тогда, когда в СССР начиналась электрификация.

Примерно через 20 лет после распада Советского Союза в 1991 году Китай стал новым мировым лидером в области электрификации железных дорог, электрифицировав к 2013 году 48 млн. М. И продолжая расти.[4]

Мегаметры (тысячи километров) линии электрифицированной (c. 1987)[5]
СтранаСССРЯпонияЗападная ГерманияФранция
Мм трассы электрифицированной51.7141211
Всего Мм железнодорожного пути144282834
Процент электрифицированного маршрута35.9%50.0%42.8%32.3%
Мм, постоянный ток (DC)27.380.86
Мм, Переменный ток (AC) (50 Гц)24.4611.2 (​16 2⁄3 Гц)5

История

1920-е годы: Ленин поддерживает электрификацию железных дорог

Замена паровой тяги (на линиях с высокой проходимостью) электрификацией оказалась рентабельной.[6] и это послужило толчком для первых электрификаций в 1930-х годах. Национальный план электрификации 1920 г., ГОЭЛРО —ГОЭЛРО (по-русски)[7] включала электрификацию железных дорог и была решительно поддержана Ленин, лидер Советская революция. Ленин написал письмо[8] подразумевая, что, если электрификация железных дорог невозможна в настоящее время, возможно, она станет невозможной через 5–10 лет. Фактически, электрификация железных дорог началась несколько лет спустя, но Ленин не дожил до того, чтобы это произошло.

В 1926 году 19 км. длинный участок от Бакы, электрифицированный на 1200 В постоянного тока, открыт для пригородных поездов.[9]. В 1929 году на 18 км. участок, электрифицирован на 1500 вольт. был открыт из Москва в Мытиски. Будущая электрификация в 1930-х годах будет более существенной и в основном будет на 3000 В постоянного тока (3 кВ).

1930-е годы

Некоторая новая электрификация на 1,5 кВ все еще продолжалась, но в 1930-х годах электрификация более чем в три раза использовала 3 кВ. [10]. Электрификация магистрали 3 кВ. в Советском Союзе началось в 1932 году с открытия участка 3000 В постоянного тока в Грузия на Сурамский перевал между столицей, Тбилиси, а Черное море.[11] В уклон (уклон) был крутым: 2,9%. Оригинальный флот из восьми электровозы был импортирован из США и производился General Electric (GE). Советы получили от GE строительные чертежи, позволяющие строить локомотивы той же конструкции. Первый электровоз, построенный в СССР, был отечественной разработкой, завершенной в ноябре 1932 года. Позже в том же месяце был построен второй локомотив, копия локомотива GE. Сначала было изготовлено намного больше копий американского дизайна, чем советского. Локомотивы советской конструкции производились только через два года.

Пятилетние планы электрификации 1930-х годов не оправдались. К октябрю 1933 г. первый пятилетний план предусматривал электрификацию СССР достигнуть 456 км против фактически достигнутых 347 км.[12] Дальнейшие пятилетние планы были еще более невыполнены. На 2-ю пятилетку (до 1937 г.) было запланировано 5062 км против 1632 км фактических. В 3-м пятилетнем плане (до 1942 г.) это было 3472 против фактических 1950 г., но начало Вторая Мировая Война в середине 1941 г. способствовал этому дефициту.

Вторая Мировая Война

К 1941 году в СССР было электрифицировано всего 1865 маршруток-километров.[13] Это значительно отставало от США, у которых было электрифицировано почти 5000 километров.[14] Однако, поскольку железнодорожная сеть СССР была намного короче, чем в США, процент электрифицированных километров советских железных дорог был больше, чем в США. В течение Вторая Мировая Война как западная часть Советского Союза (включая части Россия ) был захвачен нацистская Германия. Демонтировано около 600 км электрификации.[15] незадолго до вторжения, но после того, как немцы были окончательно изгнаны, часть демонтированной электрификации была восстановлена. После войны первоочередной задачей было восстановление разрушений, вызванных войной, поэтому электрификация крупных железных дорог была отложена примерно на 10 лет.

Послевоенный

В 1946 году СССР заказал 20 электровозов из г. General Electric,[16] та же американская корпорация, которая поставляла локомотивы для первой советской электрификации. Из-за холодная война, они не могли быть доставлены в СССР, поэтому были проданы в другие страны. В Milwaukee Road и некоторые другие железнодорожные компании в США получили 12, которые были переведены на стандартную колею. Их прозвали "Маленькие шутки"; «Джо» относится к Иосифу Сталину, советскому премьеру.

В середине 1950-х годов в СССР был применен двоякий подход к замене паровозы. Они электрифицировали бы линии с высокой плотностью движения и постепенно преобразовали бы остальные в дизель. Результатом стало медленное, но неуклонное внедрение как электрической, так и дизельной тяги, продолжавшееся примерно до 1975 года, когда были списаны их последние паровозы.[17] В США пар ушел примерно в 1960 г.[18] На 15 лет раньше, чем в СССР.

Когда дизельизация и электрификация полностью заменили пар, они начали переводить дизельные линии в электрические, но темпы электрификации замедлились. К 1990 году более 60% железнодорожных грузов перевозилось на электрической тяге.[19][20] Это составило около 30% грузов, перевезенных всеми железными дорогами мира (всеми типами локомотивов).[21] и около 80% железнодорожных грузовых перевозок в США (где железнодорожные перевозки занимали почти 40% модальная доля ).[22] тонно-миль междугородних грузов. СССР перевозил по железной дороге больше грузов, чем все другие страны мира вместе взятые, и большая часть этих грузов шла по электрифицированным железным дорогам.

Постсоветская эпоха

После распада Советского Союза в 1991 году железнодорожное сообщение в России резко сократилось.[23] и новые крупные проекты электрификации не были реализованы, но продолжалась работа над некоторыми незавершенными проектами. В линия на Мурманск был завершен в 2005 году.[24][25] Электрификация последнего сегмента Транссибирская магистраль от Хабаровска до Владивостока было завершено в 2002 году.[26] К 2008 году тонно-километры, перевезенные электропоездами в России, увеличились примерно до 85% железнодорожных грузовых перевозок.[19]

Энергоэффективность

По сравнению с дизелями

Отчасти из-за неэффективной выработки электроэнергии в СССР (всего 20,8% теплового КПД в 1950 году против 36,2% в 1975 году), в 1950 году дизельная тяга была примерно в два раза энергоэффективнее электрической тяги.[27](в пересчете на чистый тонно-км грузов на кг «условного топлива»[28]). Но как эффективность производства электроэнергии [29](и, следовательно, электрическая тяга), примерно к 1965 году электрические железные дороги стали эффективнее дизельных. После середины 1970-х годов электричество потребляло примерно на 25% меньше топлива на тонно-километр. Однако дизели в основном использовались на однопутных линиях с изрядной загруженностью. [30] где дизельные поезда тратят энергию на торможение до остановки, чтобы обойти встречные поезда. Таким образом, более низкий расход топлива электрики может быть частично связан с лучшими условиями эксплуатации на электрифицированных линиях (например, с двойным трекингом), а не с внутренней энергоэффективностью. Тем не менее, стоимость дизельного топлива была примерно в 1,5 раза выше.[31] больше (на единицу содержания тепловой энергии), чем у топлива, используемого на электростанциях (которое вырабатывает электроэнергию), что делает электрические железные дороги еще более энергоэффективными.0 Помимо повышения эффективности электростанций, произошло повышение эффективности ( между 1950 и 1973 годами) использования этой электроэнергии железной дорогой с энергоемкость упало с 218 до 124 кВтч / 10 000 тонно-километров брутто (как для пассажирских, так и для грузовых поездов) или снижение на 43%.[32] Поскольку энергоемкость обратна энергоэффективность он падает с повышением эффективности. Но большая часть этого 43% -ного снижения энергоемкости также пошла на пользу дизельной тяге. Перевод подшипников ступиц с скольжения на роликовые, увеличение массы поезда,[33] перевод однопутных линий на двухпутные (или частично двухколейные) и отказ от устаревших двухосных грузовых вагонов повысили энергоэффективность всех типов тяги: электрической, дизельной и паровой.[32] Однако сохранилось снижение энергоемкости на 12–15%, что пошло только на пользу электрической тяге (а не дизелю). Это было связано с усовершенствованием локомотивов, более широким использованием рекуперативное торможение (которая в 1989 г. перерабатывала 2,65% электроэнергии, используемой для тяги,[34]) дистанционное управление подстанциями, более эффективное управление локомотивом локомотивной бригадой и улучшение автоматизации. Таким образом, общий КПД электрической тяги по сравнению с дизельной более чем удвоился с 1950 по середину 1970-х гг. Советский Союз. Но после 1974 г. (по 1980 г.) не произошло повышения энергоемкости (Вт / тонно-км), частично из-за увеличения скорости пассажирских и грузовых поездов.[35]


Постоянный ток против переменного

В 1973 году (согласно таблице ниже) тяга постоянного тока при 3000 вольт потеряла примерно в 3 раза больше энергии (в процентном отношении) в цепной цепи, чем переменный ток при 25000 вольт. Парадоксально, но оказалось, что локомотивы постоянного тока в целом несколько более эффективны, чем локомотивы переменного тока. «Вспомогательные электродвигатели» в основном используются для электрического оборудования с воздушным охлаждением, такого как тяговые двигатели. Электровозы концентрируют мощное электрическое оборудование в относительно небольшом пространстве и, следовательно, требуют сильного охлаждения.[36] Согласно приведенной ниже таблице, для этого используется значительное количество энергии (11–17%), но при работе на номинальной мощности используется только 2–4%.[37] Тот факт, что охлаждающие двигатели все время работают на полной скорости (и мощности), делает их потребляемую мощность постоянной, поэтому, когда двигатели локомотивов работают на малой мощности (намного ниже номинального режима), процент этой мощности используется для охлаждения воздуходувки становится намного выше. В результате в реальных условиях эксплуатации процент энергии, используемой для охлаждения, в несколько раз превышает "номинальную". Согласно приведенной ниже таблице, локомотивы переменного тока использовали для этой цели примерно на 50% больше энергии, поскольку помимо охлаждения двигателей, нагнетатели должны охлаждать трансформатор, выпрямители и сглаживающий реактор (индукторы), которые в большинстве своем отсутствуют на локомотивах постоянного тока.[38] Электропитание трехфазного переменного тока для этих двигателей нагнетателя осуществляется от вращающийся фазовый преобразователь который преобразует одну фазу (от контактной сети через главный трансформатор) в трехфазную (и это также требует энергии). Если требуется меньшее охлаждение, предлагается уменьшить скорость вентилятора.[39]

% Потери (и использованная) электроэнергии[40]
Тип токаОКРУГ КОЛУМБИЯAC
Контактная сеть8.02.5
Подстанции4.02.0
Бортовой выпрямитель04.4
Вспомогательные электродвигатели11.017.0
Тяговые двигатели и шестерни77.074.1
Всего100100

КПД тягового двигателя и шестерен

Хотя приведенная выше таблица показывает, что около 75% электроэнергии, подаваемой на рельсовую подстанцию, фактически достигает электрических тяговых двигателей локомотива, остается вопрос, сколько энергии теряется в тяговом двигателе и простой зубчатой ​​передаче (только два зубчатые колеса). Некоторые в СССР думали, что это около 10% (эффективность 90%).[41] Но в противовес этому утверждалось, что фактические потери были значительно выше, чем это, поскольку средняя мощность, используемая локомотивом в «движении», составляла лишь примерно 20% от номинальной мощности, с более низким КПД на более низких уровнях мощности. Однако проверка русских книг по этому вопросу показывает, что сторонники 90% эффективности, возможно, не слишком далеки от истины.[42]

При вычислении среднего КПД за период времени необходимо взять среднее значение КПД, взвешенное как произведение потребляемой мощности и времени (этого сегмента потребляемой мощности): где это потребляемая мощность и эффективность во времени [43] Если эффективность низкая при очень низкой мощности, тогда эта низкая эффективность имеет низкий вес из-за низкой мощности (и небольшого количества потребляемой энергии). И наоборот, высокая эффективность (предположительно при большой мощности) имеет большой вес и, следовательно, имеет большее значение. Это может привести к более высокой средней эффективности, чем было бы получено простым усреднением эффективности по времени. Другое соображение заключается в том, что кривые КПД (которые показывают зависимость КПД от тока) имеют тенденцию быстро падать как при низком, так и при очень высоком токе для КПД тягового двигателя и при низкой мощности для КПД редуктора), поэтому это не линейная зависимость. Расследования [44] для тепловозов показывают, что нижние отметки (кроме отметки 0, которая является «мотор выключен») контроллера (и особенно отметка 1 - самая низкая мощность) используются гораздо реже, чем более высокие отметки. При очень высоких токах резистивные потери велики, поскольку они пропорциональны квадрату тока. В то время как локомотив может превышать номинальный ток, если он идет слишком высоко, колеса начнут буксовать.[45] Таким образом, остается вопрос без ответа: как часто и как долго превышается номинальный ток? Инструкция по запуску поезда с остановки [46] предложите превысить ток там, где колеса обычно начинают проскальзывать, но чтобы избежать такого проскальзывания, поместите песок на рельсы (либо автоматически, либо путем нажатия кнопки «песок», когда колеса начинают проскальзывать).

Проверка графика КПД редуктора тягового двигателя [47] показывает эффективность 98% при номинальной мощности, но только 94% КПД при 30% номинальной мощности. Чтобы получить КПД двигателя и шестерен (соединенных последовательно), необходимо умножить два КПД. Если взвешенный тяговый двигатель эффективность составляет 90%, затем 90% x 94% = 85% (очень приблизительная оценка), что не намного ниже оценки 90% сторонников, упомянутых выше. Если согласно таблице 75% мощности на подстанцию ​​поступает на двигатели локомотивов, то 75% x 85 = 64% (примерно) мощности на подстанцию ​​(от электросети СССР) поступает на колеса локомотивов в виде механических энергия тянуть поезда. При этом не учитывается мощность, используемая для «домашнего хозяйства» (обогрев, освещение и т. Д.) Пассажирских поездов. Это во всем диапазоне условий эксплуатации в начале 1970-х годов. Есть несколько способов значительно улучшить этот показатель в 64%, и при этом не учитывается экономия за счет регенерации (использование тяговых двигателей в качестве генераторов для возврата мощности на контактную сеть для питания других поездов).

Экономика

В 1991 г. (последний год Советский Союз ) стоимость электрификации одного километра составила 340–470 тыс. руб.[48] и требовалось до 10 тонн меди. Таким образом, электрифицировать было дорого. Стоит ли экономия за счет электрификации затрат? По сравнению с неэффективными паровозами, аргументы в пользу электрификации легкие.[49] Но чем экономически электрификация сравнится с тепловозами, которые начали внедрять в России? СССР в середине 1930-х годов и были значительно дешевле паровой тяги?[50] Позже были даже написаны целые книги на тему сравнения экономии электрической и дизельной тяги.[51]

Электрификация требует высоких постоянных затрат, но приводит к экономии эксплуатационных затрат на перевозку тонно-км. Чем больше тонно-км, тем больше эта экономия, так что более высокий трафик приведет к экономии, которая более чем покрывает постоянные расходы. Крутые уклоны также способствуют электрификации, отчасти потому, что рекуперативное торможение может восстановить часть энергии при спуске по уклону. С использованием формула ниже сравнить дизель с электричеством на двухколейной трассе с Правящий градиент от 0,9 до 1,1% и плотность около 20 миллионов т-км / км (или выше) приводит к снижению затрат на электроэнергию с предполагаемой 10% -ной отдачей, необходимой для капитальных вложений.[52] При меньшем трафике дизельная тяга будет более экономичной в соответствии с этой методикой.

Формула возврата инвестиций

Предполагается, что решение о электрификации будет основано на окупаемости инвестиций, и приводятся примеры, которые предлагают электрификацию только в том случае, если инвестиции в электрификацию не только окупятся за счет более низких эксплуатационных расходов, но, кроме того, дадут процентную отдачу от инвестиций. Пример процентной отдачи от инвестиций составляет 10%.[53] и 8%.[54] При сравнении двух (или более) альтернатив (таких как электрификация или дизелизация железнодорожной линии) рассчитывается общая годовая стоимость с использованием определенного процентного дохода на капитал, а затем выбирается вариант с наименьшими затратами. Формула общей годовой стоимости: Эпрi= Эя+ ЕнКя[55] где нижний индекс i - это i-я альтернатива (все остальные буквы, кроме i, находятся в Русский алфавит ), Эя - годовая стоимость альтернативы i (включая амортизацию капитала), Ен - процентная ставка, Кя - стоимость (цена) капитальных вложений для альтернативы i. Но ни в одной из цитируемых здесь (и в других местах) ссылок Ен процентная ставка. Вместо этого они описывают это как величину, обратную количеству лет, необходимых для того, чтобы чистая прибыль от инвестиций окупилась, где чистая прибыль рассчитывается за вычетом «затрат на амортизацию» инвестиций. Кроме того, в разных книгах для этой формулы иногда используются разные буквы.

Затраты на топливо / электроэнергию

В начале 1970-х годов затраты на обеспечение механической энергией для движения поездов (эксплуатационные расходы локомотивов) составляли 40–43% от общих эксплуатационных расходов железных дорог.[56] Сюда входят затраты на топливо / электроэнергию, эксплуатацию / техническое обслуживание локомотивов (включая заработную плату бригады), техническое обслуживание системы электроснабжения (для электрифицированных линий) и амортизацию. Из затрат на обеспечение этой механической энергией (эксплуатационные расходы локомотива) затраты на топливо и электроэнергию составили 40–45%. Таким образом, затраты на топливо / электроэнергию являются очень значительными составляющими затрат, и электрическая тяга обычно потребляет меньше энергии (см. #Энергоэффективность ).

Можно построить график стоимости топлива в год как функцию транспортного потока (в чистом тонны в год в одном направлении) для различных допущений (лидирующих марок, модели локомотива, одно- или двухколейного пути,[57] цены на топливо / электроэнергию), в результате чего построено большое количество таких кривых.[58] На начало 1970-х годов цены на энергоносители составляли 1,3 копейки /кВтч и 70 рубли /тонна для дизельного топлива эти кривые (или основанные на них таблицы) показывают, что затраты на топливо / электроэнергию примерно в 1,5–2 раза выше для дизельного топлива, чем для электрического.[59] Точное соотношение, конечно, зависит от различных предположений и, в крайних случаях, от низких цен на дизельное топливо (45 рубли /тонна ) и высокая стоимость электроэнергии (1,5 копейки /кВтч ) затраты на дизельное топливо при железнодорожном движении ниже затрат на электроэнергию.[60] Все эти кривые показывают, что разница в стоимости энергии (дизельной и электрической) увеличивается с увеличением транспортного потока. Вышеупомянутые кривые можно аппроксимировать формулой кубические функции транспортного потока (в чистом тонны / год) с коэффициентами линейные функции цен на топливо / электроэнергию. В математике такие коэффициенты обычно изображаются как константы, но здесь они еще и математические. функции[61] Такое использование математических формул облегчает компьютеризированную оценку альтернатив.

Нетопливные / энергетические затраты

В некотором смысле это компоненты затрат на механическую энергию, подаваемую на колеса локомотива, но они не являются ни жидким топливом, ни электричеством. Хотя электрическая тяга обычно позволяет сэкономить на расходах на топливо / электроэнергию, как насчет других сравнений затрат? Из затрат на эксплуатацию локомотивов затраты на техническое обслуживание и ремонт электровозов составили около 6% по сравнению с 11% для тепловозов.[56] Помимо более низких затрат на обслуживание / ремонт, утверждается, что затраты на рабочую силу (бригаду) при эксплуатации электровозов немного ниже для электриков. Затраты на смазку меньше у электриков (у них нет дизельных двигателей, которые нужно заливать смазочным маслом).[62]

Затраты на электрическую тягу противодействуют экономическим недостаткам электрификации: прежде всего, это затраты на контактную сеть и подстанции (включая затраты на техническое обслуживание). Оказывается, примерно половина годовых затрат идет на амортизацию, чтобы окупить первоначальную стоимость установки, а другая половина - на техническое обслуживание.[63] Важным фактором было использование железнодорожной электроэнергетической системы в Советский Союз для электроснабжения жилых домов, ферм и не связанных с железнодорожным транспортом предприятий, которые в начале 1970-х годов составляли около 65% электроэнергии, потребляемой поездами. Таким образом, разделение затрат на электрификацию с внешними потребителями электроэнергии снижает затраты на электрификацию железных дорог, что приводит к сокращению ежегодных затрат на электрификацию на 15–30%. Утверждается, что такое разделение затрат несправедливо благоприятствовало внешним потребителям электроэнергии за счет железной дороги.[64] Однако (в начале 1970-х годов) утверждалось, что ежегодные затраты на электрификацию железных дорог (включая техническое обслуживание) составляли лишь от трети до половины выгоды от экономии затрат на топливо, таким образом, в пользу электрической тяги (если пренебречь процентной стоимостью капитала и трафик довольно высокий).

Исторические затраты на эксплуатацию локомотива: электрический или дизельный

В следующей таблице показаны эти затраты для 1960 и 1974 гг. рубли на 100 000 тонно-км валовой перевозки груза. Эти затраты включают капитальные затраты за счет амортизационных отчислений (в неинфляционной среде).

Стоимость эксплуатации локомотива, руб. / 105тонно-км брутто[65]
Год19601974
Тип ЛокомотивЭлектрическийДизельЭлектрическийДизель
Общая стоимость эксплуатации35.1335.3435.148.8
В том числе:
Ремонт и обслуживание локомотивов1.273.391.43.72
Электричество или топливо15.4212.9115.1821.18
Заработная плата локомотивных бригад4.695.844.336.25
Накладные расходы и прочее4.097.164.519.44
Амортизация9.996.579.688.12

Отметим, что «амортизация» электрической тяги включает в себя расходы на техническое обслуживание и амортизацию контактной сети и электрических подстанций. По обоим типам тяги включается амортизация ремонтных мастерских. По дизельной тяге идет амортизация топливозаправочного хозяйства. Более высокий износ тепловоза более чем компенсируется износом контактной сети и подстанций в случае электротяги.

В 1960 году электричество и дизельное топливо были примерно равны по стоимости, но в 1974 году, после значительного повышения цен на дизельное топливо из-за Нефтяной кризис 1973 года, электрическая тяга стала дешевле. Обратите внимание, что к амортизации не добавляются проценты.

Сравнение общих годовых затрат

По расчетам Дмитриева[66] Даже линия с низкой плотностью движения с 5 млн т-км / км (в обоих направлениях) окупит затраты на электрификацию при нулевой процентной ставке (Ен=0)[67] (без возврата инвестиций). По мере увеличения плотности движения увеличивается соотношение годовых расходов на дизельное топливо и электричество (включая амортизацию). В крайнем случае (плотность движения 60 млн. Тонно-км / км и 1,1% основного класса) эксплуатационные расходы дизельного топлива (включая амортизацию) на 75% выше, чем у электрического. Таким образом, электрифицировать линии с высокой плотностью движения действительно выгодно.

Соотношение годовых эксплуатационных затрат: дизель / электричество. Включает амортизацию. Правящая оценка 0,9%.[68]
Количество трековОдиночный трекДвойная дорожка
Плотность в млн. Тонно-км / км (сумма в обоих направлениях)51015204060
Соотношение эксплуатационных расходов: дизель / электричество, в%104119128131149155

Электрические системы

Напряжение и ток

Электрический многоканальный блок ER2

Первоначально в СССР было напряжение 1500 В постоянного тока (позже преобразованное в 3000 В в 1960-х годах).[69] в начале 1930-х годов для электрификации магистральных линий было выбрано 3000 В постоянного тока. Даже тогда было понятно, что это напряжение 3 кВ было слишком низким для контактной сети, но слишком высоким, чтобы быть оптимальным для тяговых двигателей. Решение проблемы заключалось в использовании 25 кВ переменного тока для контактной сети и обеспечении бортовых трансформаторов для понижения 25 кВ до гораздо более низкого напряжения, после чего оно было исправленный для обеспечения более низкого напряжения постоянного тока. Но только в конце 1950-х годов электрификация переменного тока стала значительной.[70]Еще одно предложение заключалось в использовании постоянного тока напряжением 6кВ.[71][72] и уменьшите постоянный ток высокого напряжения с помощью силовая электроника раньше его применяли к тяговым двигателям. Был изготовлен только один экспериментальный поезд на напряжение 6 кВ, который работал только в 1970-х годах, но был снят с производства из-за низкого качества электрического оборудования. [73] . В последние годы Советский Союз, ведутся дебаты о том, следует ли преобразовать систему 3000 В постоянного тока в стандартную систему 25 кВ или в систему постоянного тока 12 кВ.[74] Утверждалось, что 12 кВ постоянного тока имеет те же технические и экономические преимущества, что и 25 кВ переменного тока, при меньшей стоимости и сбалансированной нагрузке на национальную электросеть переменного тока (нет Реактивная сила проблема, с которой нужно разобраться). Оппоненты указывали, что такой шаг создаст в СССР третью стандартную систему электрификации. Одно из предложений, использующих 12 кВ, заключалось в создании нового локомотива, который мог бы работать как с проводами 3 кВ, так и с 12 кВ. Он преобразует 12 кВ в 3 кВ, используя силовая электроника а затем использовать 3 кВ (полученный непосредственно, если под проводом 3 кВ) для питания асинхронные двигатели также используя силовая электроника вести их [75].

Электровоз постоянного тока ВЛ10

Примеры электровозы

(по-русски) Сайт с 34 статьями о 34 советских электровозах

3 кВ постоянного тока

25 кВ переменного тока

Двойное напряжение

Смотрите также

Заметки

  1. ^ а б За 1991 год см. РИА Новости (РИА Новости; РИА = Российское информационное агентство) 29.08.2004 раздел Экономика (Экономика): «Исполняется 75 лет электрификации железных дорог России» (75 лет электрификации железных дорог в России)
  2. ^ Ицаев таблица 1.2, стр.30. Исаев использует термин «перевозочная робота» (транспортная работа) для обозначения тонна -км фрахта, поскольку те же данные, что и в его таблице 1.2, также можно найти в таблице 4 Димитриев (стр. 43), где они более точно обозначены как "грузообороте", что однозначно переводится в тонно-км фрахта. Итого за 1950 см. Дмитриев, таблица 4., с. 43; но его не удается различить по переменному току или постоянному току, в результате чего в таблице появляются пробелы.
  3. ^ см. «Мистику электрификации» Дэвида П. Моргана, Поезда (журнал), июль 1970 г., стр. 44+. Он заявляет, что электрификация достигла своего пика (в США) в 3100 миль (1,23% маршрутных миль), но не называет дату. Но исходя из контекста, это период между 1924–1957 гг. Последней крупной электрификацией был Пенси (Пенсильванская железная дорога ) в течение Великая депрессия 1930-х годов. Поскольку к 1957 году пробег электрифицированных автомобилей уменьшился на 2/3 (по Моргану), то пик должен был быть задолго до 1957 года. С большой электрификацией Пенси, происходящей в 1930-х годах, общий пробег электрифицированных автомобилей, вероятно, увеличивался. Пик этих рассуждений приходится на конец 1930-х годов. Дмитриев п. 116 утверждает, что с 1938-1973 годов в США почти не было электрификации, что придает большее доверие предполагаемому времени пика. Статистические данные по электрификации можно найти в годовых отчетах ныне несуществующей «Межгосударственной комиссии по торговле» (но они еще не проверены). Заголовки включают «Годовой отчет статистики железных дорог в Соединенных Штатах» (до 1955 г.) и «Годовой отчет по статистике транспорта в Соединенных Штатах».
  4. ^ См. "Peoples Daily Online" (на английском языке, газета) 5 декабря 2012 г. Пробег китайской электрички превысил 48000 км
  5. ^ Исаев таблица 1.1, с. 22.
  6. ^ Дмитриев (по-русски) стр.42; Раков (по-русски) стр.392
  7. ^ Акроним от Государственной комиссии по электрификации России (Правительственная комиссия по электрификации России). См. Дмитриев (по-русски) стр. 13-14; ГОЭЛРО (по-русски)
  8. ^ Дмитриев (по-русски) п. 15
  9. ^ Исаев п. 24
  10. ^ Исаев стр.30 таблица 1.2, стр.24
  11. ^ Раковx (по-русски) п. 394+ См. 11.2 Сурамские электровозы (Сурамские электровозы)
  12. ^ Вествуд. См. Стр. 173 и 308: Таблица 36: «Электрификация железных дорог: планы и достижения, 1930-е…»
  13. ^ Плакс (по-русски), 1993, см. 1.2 (стр.7 +)
  14. ^ Морган, Дэвид П., «Мистика электрификации», Поезда, Июль 1970. стр. 44
  15. ^ Исаев (по-русски) стр.25
  16. ^ Миддлтон, Уильям Д., "Те русские электрики", Поезда, Июль 1970. стр. 42–3. Миддлтон, Уильям Д. "Когда электрифицировали паровые железные дороги 2-е изд." Univ. of Indiana, 2001. с.238.
  17. ^ Плакс (по-русски), п. 7 Рис. 1.3
  18. ^ Факты о железных дорогах: Таблица: Локомотивы в эксплуатации
  19. ^ а б «Перевозки грузов и грузооборот железнодорожного транспорта общего пользования». www.gks.ru.
  20. ^ Плакс (по-русски), п. 3 (№ 3 напечатан на стр., Но имеет заголовок: "От авторов")
  21. ^ Статистический ежегодник Организации Объединенных Наций (Статистическое управление). См. Таблицы в более ранних выпусках под заголовком «Мировые железнодорожные перевозки». С тех пор эта таблица больше не выпускается.
  22. ^ «Транспорт в Америке», Статистический анализ транспорта в Соединенных Штатах (18-е издание), с историческим сборником 1939–1999 годов, Розалин А. Уилсон, паб. Eno Transportation Foundation Inc., Вашингтон, округ Колумбия, 2001 г. См. таблицу: Внутренние тонно-мили в зависимости от режима, стр. 12. Обратите внимание, что «Бюро транспортной статистики» США сообщает более низкую цифру, но его расчет включает не междугородние грузовые перевозки, а также прибрежные перевозки, которые не включены в «Транспорт в Америке».
  23. ^ Статистический ежегодник Организации Объединенных Наций (ООН), 40-я стр. 514; ООН 48-я стр. 527
  24. ^ Электрификация Мурманска (по-русски)
  25. ^ Электрификация завершена (по-русски)
  26. ^ "Электрификация Транссиба". Транссиб.
  27. ^ Планкс Рис. 1.2, стр.6. Дмитриев, Таблица 10, стр. 62-3
  28. ^ Пер Планкс стр.6. «стандартное топливо» - топливо, содержащее 23,9 МДж / кг (7000 ккал / кг) на пониженная теплота сгорания
  29. ^ Дмитриев, Таблица 1, стр.20
  30. ^ Хомич стр.8; Дмитриев п. 131
  31. ^ Плакс, стр.6
  32. ^ а б Перцовский стр.39.
  33. ^ Более высокий вес может снизить удельное сопротивление поезда из-за эффекта масштаба в Сопротивление качению и Аэродинамическое сопротивление
  34. ^ Калинин п. 4
  35. ^ Мирошниченко п. 4,7 (рис. 1.2б)
  36. ^ Захарченко стр.4
  37. ^ Перцовский с.40
  38. ^ Сидоров 1988 с. 103-4, Сидоров 1980 с. 122-3
  39. ^ Перцовский стр.42 утверждает, что установка преобразователей на локомотивы переменного тока для изменения вспомогательной мощности 50 Гц (для охлаждающих двигателей) на 16 2/3 Гц может снизить потребление воздушного охлаждения в 15 раз. Это означает, что в некоторых случаях воздуходувки работали бы на 1/3 скорости. Увидеть Асинхронный двигатель # Принципы работы где вращающееся изображение относится к асинхронному 4-полюсному 3-фазному двигателю. Шесть таких двигателей (АЭ-92-4 по 40 кВт) использовались на советском тепловозе переменного тока ВЛ60к для охлаждения тяговых двигателей, трансформатора, сглаживающих реакторов, выпрямителей и др. См. Новочеркасский с., 46,58. За Инженерное письмо 2, The New York Blower Company, 7660 Quincy Street, Willowbrook, Illinois 60521. Раздел «Законы о вентиляторах» 3[постоянная мертвая ссылка ]мощность вентилятора зависит от куба скорости, поэтому при 1/3 скорости будет использоваться только 1/27 мощности. Таким образом, утверждение о 15-кратном снижении не является полностью необоснованным.
  40. ^ Перцовский таблица 3, с.41.
  41. ^ Перцовский3, с. 41 год
  42. ^ Книга по эффективности дизельного топлива (Хомич стр. 10) указывает, что время «в движении» включает время, затраченное на остановку, чтобы пропустить другие поезда, а также время, затраченное на движение накатом. Грузовые тепловозы тратили около 1/3 своего времени в пути, двигаясь накатом или останавливаясь (в Советском Союзе поезда делали много движения накатом для экономии энергии). Если бы та же статистика относилась к электровозам, процент использования мощности увеличился бы с 20% до примерно 30%, поскольку тяговые двигатели отключались бы 1/3 времени, и это время не должно учитываться, поскольку вопрос должно быть «в то время, когда локомотив подает мощность, какой процент мощности локомотива используется». Эффективность зависит от различных факторов. Винокуров п. 101 показывает КПД, достигающий максимума при 75% номинального тока, что составляет не более 75% номинальной мощности. Для низкоскоростной работы он показывает максимальный КПД примерно при 40% номинального тока. Он утверждает, что КПД колеблется от 90 до 95%, но кривые показывают менее 80% при очень низких (10% от номинального) или очень высоких токах (125% от номинала). Эффективность также зависит от величины ослабления магнитного поля (Винокуров с. 54, рис. 11). Нижние поля более эффективны.
  43. ^ Если кто-то ищет термический КПД, мощность обычно означает выходную мощность (механическую или электрическую). В этом случае необходимо принять взвешенное гармоническое среднее эффективности, взвешенной по выходной мощности, как в уравнении на стр. 7 из Хомич
  44. ^ Хомич стр. 10–12
  45. ^ Новочеркасский п. 259, рис. 222. показаны кривые скорость-ток для каждого из 33 положений регулятора (плюс 3 положения ослабления поля), и пересечение этих кривых представляет собой жирную линию предела сцепления, при котором колеса могут начать пробуксовывать.)
  46. ^ Новочеркасский п. 308
  47. ^ Захарченко с. 19 рис. 1,7
  48. ^ Планкс стр.7
  49. ^ Дмитриев с. 105-6
  50. ^ Дмитриев п. 34, Раков гл. 11 Электровозы (Электровозы) стр. 392
  51. ^ Одна из таких книг - Дмитриев, а внизу страницы 118 перечислены несколько организаций, опубликовавших отчеты по этой теме.
  52. ^ Дмитриев, п. 237
  53. ^ Дмитриев: 0,1 (10%) подставляется на стр. 245 в формулу внизу стр. 244
  54. ^ | БСЭ = Большая Советская Энциклопедия; Приведённые затраты (общая стоимость, включая проценты)
  55. ^ Дмитриев п. 236
  56. ^ а б Дмитриев п. 225
  57. ^ Для однопутных поездов противоположные поезда должны останавливаться на разъездах, чтобы обойти друг друга, что приводит к большему потреблению энергии (и большему потенциалу рекуперативное торможение )
  58. ^ Дмитриев п. 226, рис. 31,32
  59. ^ Дмитриев с. 228-9
  60. ^ Дмитриев п. 228, таблица 58
  61. ^ Дмитриев с. 226-7
  62. ^ Дмитриев стр.231 стол 60
  63. ^ Дмитриев п. 229, таблица 59
  64. ^ Дмитриев п. 230
  65. ^ Дмитриев стр.55
  66. ^ Дмитриев п. 233 таблица 61
  67. ^ Увидеть # Формула возврата инвестиций
  68. ^ Дмитпиев п. 233, таблица 61
  69. ^ Исаев стр.30, таблица 1.2
  70. ^ См. Свинец этой страницы
  71. ^ См. Русскоязычную вики-страницу по 6 кВ: Электроподвижной состав на напряжение 6000 В
  72. ^ Исаев с.345, рис.12.3
  73. ^ Мирошниченко с. 174, строки 1-9
  74. ^ Фукс Н.Л. "О выборе системы электрической тяги" (О выборе систем электрической тяги) Ж / Д Транс. 3-1989, стр. 38-40
  75. ^ Исаев с.345, рис.12.3

Список используемой литературы (по-английски)

Вествуд Дж. Глава "Транспорт" в книге "Экономическая трансформация Советского Союза, 1913-1945 гг." Под ред. Дэвис, Р. В. и др., Cambridge University Press, 1994.

Список используемой литературы (по-русски)

  • Винокуров В.А., Попов Д.А. "Электрические машины железно-доровного транспорта", Москва, Транспорт, 1986,. ISBN  5-88998-425-X, 520 с.
  • Дмитриев, В. А .; "Народнохозяйственная эффективность электрификации железных дорог и применения тепловозной тяги", Москва, "Транспорт" 1976.
  • Захарченко Д.Д., Ротанов Н.А. «Тяговые электрические машины» (Тяговые электрические машины) Москва, Транспорт, 1991, г. ISBN  5-277-01514-0. - 343 с.
  • Ж / Д Транс. = Железнодорожный транспорт (Железнодорожный транспорт = Железнодорожный транспорт) (журнал)
  • Исаев, И. П .; Фрайфельд, А. В .; "Беседы об электрической железной дороге" Москва, "Транспорт", 1989.
  • Калинин, В.К. «Электровозы и электроноезда» (Электровозы и электропоезда) Москва, Транспорт, 1991. ISBN  978-5-277-01046-4, ISBN  5-277-01046-7
  • Курбасов А.С., Седов, В.И., Сорин, Л.Н. «Проектипование тягожых электро-двигателей» (Проектирование тяговых электродвигателей) Москва, транспорт, 1987.
  • Мирошниченко, Р.И., "Режимы работы электрифицированных участков", Москва, Транспорт, 1982.
  • Новочеркасский электровозостроительный завод (Новочеркасский электровозостроительный завод) «Электровоз БЛ60 ​​^ к Руководство по эксплутации» (Электровоз ВЛ60k, Руководство по эксплуатации), Москва, Транспорт, 1976. *
  • Перцовский, Л. М .; «Энргетическая эффективность электрической тяги», Железнодорожный транспорт (журнал), №12, 1974 г. с. 39+
  • Плакс, А. В. & Пупынин, В. Н., "Электрические железные дороги", Москва "Транспорт" 1993.
  • Раков, В. А., "Локомотивы отечественных железных дорог 1845-1955" (Локомотивы железных дорог нашей страны) Москва "Транспорт" 1995.
  • Сидоров Н.И., Сидорожа Н.Н. «Как устроен и работает эелктровоз» Москва, Транспорт, 1988 (5-е изд.) - 233 с., Как устроен и работает электровоз в Google Книги ISBN  978-5-458-48205-9. 1980 (4-е изд.).
  • Хомич А.З. Тупицын О.И., Симсон А.Э. «Экономия топлива и теплотехническая модернизация тепловозов» (Экономия топлива и термодинамическая модернизация тепловозов) - Москва: Транспорт, 1975 - 264 с.
  • Цукадо П.В., "Экономия электроэнергии на электро-подвижном составе", Москва, Транспорт, 1983 - 174 с.