Электротяга — вид тяги на электрической энергии¶
Электротяга — вид тяги, при котором тяговые двигатели транспортных средств и механизмов получают энергию от внешнего электрического источника. Относится к классу несамоходных видов тяги (в отличие от тепловой, газовой и ядерной), поскольку требует инфраструктуры для передачи электроэнергии. Широко применяется на железных дорогах, в городском электротранспорте, на промышленных предприятиях и в некоторых специальных системах.
¶Основные элементы системы
Система электротяги включает три обязательных элемента:
- Источник электроэнергии — электростанция или сеть электроснабжения.
- Линия передачи — контактная сеть, третий рельс, кабель или иной проводник, доставляющий энергию к подвижному составу.
- Тяговый электродвигатель — установлен на самом транспортном средстве и преобразует электрическую энергию в механическую работу движения.
Промежуточное звено между линией и двигателем — тяговый подвижной состав (электровоз, электропоезд, троллейбус, трамвай), оснащённый системой преобразования и распределения энергии.
¶Классификация
По способу получения энергии электротяга делится на:
- Автономную — электровоз несёт на себе накопитель энергии (аккумуляторную батарею или конденсатор). Аккумуляторные электровозы и дрезины применяются на подъездных путях промышленных предприятий и на неэлектрифицированных участках.
- Неавтономную — энергия подаётся извне через контактную сеть или третий рельс. Так устроено большинство железных дорог и весь городской электротранспорт.
По роду тока различают электротягу постоянного тока (обычно 3 кВ на постояннотоковых железных дорогах) и переменного тока (обычно 25 кВ, 50 Гц на линиях переменного тока). Существуют системы с выпрямительными подстанциями, где переменный ток промышленной частоты преобразуется в постоянный.
По типу контактной системы выделяют:
- Верхнюю контактную сеть — провод подвешен над путём, ток снимается токосъёмником (пантографом) с локомотива.
- Нижнюю контактную систему (третий рельс) — токоприёмник касается рельса, уложенного сбоку от ходовых рельсов. Применяется на метрополитенах, скоростных линиях и в промышленном транспорте.
¶Применение на железных дорогах
Наибольшее распространение электротяга получила на железных дорогах. К началу XXI века электрифицировано свыше 250 тысяч километров железных дорог мира; крупнейшая электрифицированная сеть — в России (более 44 тысяч км, около 55 % грузооборота страны обеспечивается электротягой).
Основные системы электрической тяги на железных дорогах:
| Система | Напряжение | Тип тока | Примечание |
|---|---|---|---|
| 3 кВ постоянного тока | 3 кВ | постоянный | Распространена в России, Украине, Польше, Италии |
| 25 кВ 50 Гц | 25 кВ | переменный | Наиболее распространённая в мире |
| 15 кВ 16,7 Гц | 15 кВ | переменный | Германия, Австрия, Швейцария, Швеция, Норвегия |
| 3 кВ постоянного тока (метро) | 3 кВ | постоянный | Московский метрополитен |
Электровозы переменного тока оснащены трансформатором и выпрямителем, преобразующими высоковольтный переменный ток в постоянный для тяговых двигателей (или в управляемый инвертор для асинхронных двигателей). Электровозы постоянного тока конструктивно проще, но требуют более частых тяговых подстанций.
¶Городской электротранспорт
К электротяге относятся:
- Трамвай — питание от контактной сети напряжением 550–600 В постоянного тока, токосъёмник — штанга или пантограф. Первый электрический трамвай запущен в Берлине в 1881 году, в России регулярное движение началось в 1899 году (Петербург, Красное Село).
- Троллейбус — питание от двухпроводной контактной сети напряжением 600 В постоянного тока. Первый троллейбусный маршрут в России открыт в Москве в 1933 году.
- Метрополитен — питание вагонов от третьего рельса (600–825 В постоянного тока) или контактной сети. Московский метрополитен открыт 15 мая 1935 года.
- Монорельс и скоростной трамвай — частные разновидности с контактной сетью или третьим рельсом.
¶Промышленное применение
На промышленных предприятиях электротяга используется в:
- Электроподъёмниках — мостовых и кран-балках, питаемых от сети 380 В через токоприёмные линии.
- Электромобильном транспорте — погрузчиках, штабелёрах, внутризаводском транспорте с аккумуляторной тягой.
- Карьерном транспорте — электропоездах, работающих по системе «электровоз — постоянный источник питания» (например, на угольных разрезах Кузбасса).
¶Достоинства и недостатки
К достоинствам электротяги относят высокий КПД (тяговый электродвигатель имеет КПД 90–96 %), отсутствие локальных выбросов в месте движения, возможность рекуперативного торможения (возврата энергии в сеть), высокую мощность и тяговые характеристики. Недостатки — необходимость капитальных вложений в электрификацию линий, зависимость от внешнего источника энергии, сложность эксплуатации контактных устройств в зимних условиях.
¶История в России
Первая электрифицированная железная дорога в России — Бакинская электрическая железная дорога (1900–1904), соединившая Баку с нафтовыми промыслами. В советское время электрификация получила масштабное развитие: в 1932 году открыт первый участок Байкало-Амурской магистрали с электротягой, в 1933 году электрифицировано Московское направление Октябрьской железной дороги. К 1975 году СССР вышел на первое место в мире по протяжённости электрифицированных железных дорог.
История электротяги в России