Кіріспе

Электрленген теміржол желілерін жабдықтауға арналған электр желісі. Тракциялық желі немесе көмекші қуат желісі – электрленген теміржол желілерін жабдықтауға арналған электр желісі. Жеке тракциялық желіні орнату, әдетте, егер аталған теміржолда ұлттық желідегіден төмен жиіліктің айнымалы тогы (AC) қолданылса ғана жасалады, мысалы Германия, Австрия және Швейцарияда. Күштік желінің үш фазалы айнымалы тогы айналмалы трансформаторлар немесе статикалық инверторлар арқылы пойыздарға қажетті кернеуге және ток түріне түрлендірілуі мүмкін. Тұрақты токпен (DC) жүретін теміржолдар үшін бұл әдіс әрқашан қолданылады, сондай-ақ Мекленбург-Батыс Помераниясы, Саксония-Анхальт, Норвегия және Швеция сияқты төмен жиілікті бір фазалы AC тогымен жүретін теміржолдарда да қолданылады. Бұл аймақтарда көмекші ток желілері жоқ.

Тарих

Тарту үшін өндірістік қуаттан бөлек қуатты пайдаланудың тарихи негізі бар. Бүгінде тарату және өнеркәсіптік қолданыс үшін қолданылатын жиіліктер мен ток түрлерінен өзгешелерін қолдануға ешқандай себеп жоқ. Дегенмен, DC тартудың артықшылығы – қоректендіру нүктелеріне бір мыс сым арқылы қуатты оңай жеткізу болды. Ал AC тартудың артықшылығы – ұзақ қашықтыққа қуатты оңай жеткізуге мүмкіндік берді. Осы факторлардан және бұрынғы инвестицияларды сақтаудан басқа, желілерде әртүрлі ток жүйелерін қолдануға ешқандай негіз жоқ.

Қолданбалар

Төмен жиілікті ауыспалы токпен (АЖ) жабдықтау жүзеге асырылатын теміржолдарда арнайы тарту желілері қолданылады. Тракциялық токпен жабдықтау желісі теміржол бойындағы подстанцияларға қосылады және әдетте локомотивтерді қуаттандыратын жоғары катенерлік сымнан бөлек орналасады. Электр пойыздары жалпы электр желісінің жиілігімен тұрақты токпен немесе бір фазалы ауыспалы токпен жүретін елдерде, қажетті ток түрлендіруі подстанцияларда жүзеге асырылады, сондықтан тарту тогы желілеріне қажеттілік туындамайды. Тракциялық токпен жабдықтау желілері әдетте теміржол желісіне параллель орналастырылмайды, бұл желі ұзындығын қысқарту және теміржолға жақын орналасқан электр жүйесіне қажетсіз әсер етуді болдырмау үшін жасалады; бұл Германиядағы кейбір жылдам транзит теміржолдарының ауыспалы токпен жұмыс істеуіне де қатысты. Сондай-ақ, тарту тогын арнайы көлденең тіреулер арқылы тікелей жоғары катенерлік сым бағаналарына орналастыру мүмкін. Әуе желісі бағаналарының көлденең қимасы тарту тогын жабдықтау тіректерінен кіші болғандықтан, көлденең тіреулер тым кең болмайды, сондықтан бір деңгейде төрт өткізгіш кабельді орналастыру мүмкін емес. Мұндай жағдайда екі деңгейлі орналасу қолданылады, немесе екі электр тізбегі бар екі рельстік желілер үшін, әуе желісі бағаналары екі өткізгіш кабельден тұратын өздерінің тарту тогы жүйесі үшін көлденең тіреулермен жабдықталады. Тығыз қоныстанған аймақтарда, тарту тогы және жалпы қуат үшін үш фазалы ауыспалы ток тізбектерін тасымалдайтын бағаналар кездеседі. Мұндай желілер құқықтардың шектеулі болуына байланысты жиі кездеседі. Атап айтқанда, 110 кВ және 220 кВ үш фазалы АЖ желілерінің параллель жүруі кең таралған. Бір тіректе 380 кВ электр желісін пайдалану үшін 220 кВ оқшаулағыштар қажет, себебі 380 кВ желісінің ақауы болған жағдайда, 110 кВ оқшаулағыштардың көтере алмайтын кернеу импульстары тарту тогы желісінде пайда болуы мүмкін. Әдетте, тарту тогы желілері бір өткізгішті пайдаланады, бірақ жоғары трафикпен жабдықтау үшін және әсіресе жоғары жылдамдықты теміржол желілерін жабдықтау үшін екі шоғырлы өткізгіштер қолданылады.

Австрия

Төменгі Австриядағы Марияцель темір жолы 25 Гц желілік жиілігі бар бір фазалы айнымалы токпен жұмыс істейді. Темір жолының 27 кВ жұмыс кернеуімен өздік тартылу тогы желілері бар. Бұл желілер контактілік сымның үстіндегі тіреулерге орнатылған.

Германия

Германияда, көбінесе, бір сымды өткізгіштер жетектік ток желілері үшін қолданылады, бірақ ICE пойыз үшін екі шоғырлы өткізгіш қолданылады. Некарвестхайм атом электр стансасынан Некарвестхаймдағы жетектік ток айналдыру стансасына және одан Штутгарттағы Зазенхаузендегі орталық подстанцияға дейінгі жетектік ток беру желілері төрт шоғырлы өткізгіштік тізбек ретінде жүзеге асырылған.

Скандинавия

Швецияда, Норвегияда және бұрынғы Герман Демократиялық Республикасының кейбір аймақтарында үш фазалы айнымалы ток (АЖ) подстанцияларда секундтына 16,7 цикл жиілігімен бір фазалы айнымалы токқа түрлендіріледі. Батыс Германиядан айырмашылығы, теміржол электр энергиясын өндіруге арналған арнайы электр станциялары жоқ. Барлық қуат жалпы электр энергиясын жеткізушілерден келеді. Бұл аймақта, принцип бойынша, жетектік электр желілерінің қажеттілігі болмаса да, Орталық Швецияда теміржолдарды қуатпен жабдықтау үшін 132 кВ бір фазалы АЖ желісі бар (Швеция теміржолдарының электрмен жабдықтау жүйесін қараңыз). Норвегияда Оңтүстікте пойыздарды қуатпен жабдықтау үшін 55 кВ бір фазалы АЖ желісі бар, оны Хакавик электр станциясымен қамтамасыз етіледі. Кьофоссендегі тағы бір электр станциясы бір фазалы АЖ-ны тікелей контактілік желіге жібереді. Дания мен Финляндияда 50 Гц негізгі желілерде (электрленген жағдайда) қолданылады және электр энергиясы жалпы жеткізушілерден алынады. Осылайша, Швеция мен Норвегияға қарағанда түрлендіру үшін әлдеқайда қарапайым жабдықтар қажет.

Оңтүстік Африка

Оңтүстік Африка Республикасында кең ауқымды AC және DC жетегіш жүйелер бар, оның ішінде 50 кВ және 25 кВ AC бір фазалы жүйелер де бар. Натал аймағында электрлендіруге Оңтүстік Африка темір жолдары жүйесін Электрмен жабдықтау комиссиясының (қазіргі Эском) Колленсо электр станциясы негізінде иеленуі түрткі болды.

Ұлыбритания

Ұлыбританияда Network Rail 750 В тұрақты ток электрлендіру жүйесі Англияның оңтүстік-шығысында кеңейтілген 33 кВ қуат тарату желісінен қуат алады.

Сипаттамалары

Тракциялық ток желілері қоғамдық электр желілерінен төмен жиілікті айнымалы ток қолданатын елдердің теміржол жүйелерін қуатпен қамтамасыз ету үшін пайдаланылады. Бұл, әдетте, Еуропаның неміс тілді елдерінде кездеседі. Мысалы, 16,7 Гц айнымалы ток Германияда, Австрияда және Швейцарияда қолданылады. Нақты мысал ретінде, Австриядағы Марияцеллер тар теміржолы 25 Гц жиілікті бір фазалы айнымалы токпен жұмыс істейді және 27 кВ жұмыс кернеуімен өз тракциялық ток желілеріне ие. Бұл желілер, жоғары сымдардың тіректеріне орнатылады. Германия мен Австриядағы тракциялық ток желілерінде қолданылатын кернеу 110 кВ, ал Швейцарияда 66 кВ немесе 132 кВ. Тракциялық ток желілері жерге қатысты симметриялық режимде жұмыс істейді. Мысалы, 110 кВ желілерде әрбір өткізгіштің жерге қатысты кернеуі 55 кВ құрайды. Жерге қосу үлкен подстанцияларда және тракциялық токқа арналған электр станцияларында, жер ағынын жоюға арналған трансформаторлар қолданыла отырып жасалады. Барлық симметриялық электр желілері сияқты, тракциялық электр желілерінде де бұрылу нүктелері болады. Бір тізбек үшін тракциялық электр желісі әдетте екі өткізгіштен тұрады. Көптеген тракциялық ток желілері екі электр тізбегіне ие болғандықтан, тіректерде әдетте төрт өткізгіш орналасқан (үш фазалы айнымалы ток желілерімен салыстырғанда, өткізгіштер саны үштің толық еселігіне тең).

Тракциялық ток желілерінің бағыты

Тракциялық ток желілері әдетте теміржол желісіне параллель орналастырылмайды, осылайша желінің ұзындығын азайтуға және теміржол желісіне жақын орналасқан электр жүйесінің қажетсіз әсерінен сақтануға болады. Дегенмен, осы практика қолданылмаған жағдайлар да бар (мысалы, Германиядағы кейбір жылдам транзит теміржолдары, айырбасталатын токпен жұмыс істейтін). Мұндай жағдайларда, тракциялық ток желісі, жоғары кернеулі сымдардың тіректерінің арнайы көлденең балкаларына орналастырылады. Жоғары кернеулі сымдардың тіректері тракциялық ток тіректеріне қарағанда кішірек көлденең қимаға ие болғандықтан, бұл көлденең балкалар өте тар болуы керек, сондықтан тракциялық ток желілерінде стандартты болып табылатын төрт өткізгіш кабельдің бір деңгейде орналасуы мүмкін емес. Төрт өткізгіш қажет болған жағдайда, өткізгіш кабельдердің екі деңгейлі орналасуы қолданылады. Екі рельстік теміржол желілерінде, екі бағыттың да жоғары кернеулі сымдардың тіректері тракциялық ток жүйесіне арналған көлденең балкалармен жабдықталған (екі өткізгіш кабель). Халық тығыз қоныстанған аймақтарда, құқықтардың шектеулі болуына байланысты, тракциялық ток және үш фазалы айырбасталатын ток үшін электр тізбектерін жүргізетін тіректері бар тіректеріне жиі кездеседі. Соңғылары 110 кВ, 220 кВ немесе кейбір жағдайларда 380 кВ үш фазалы АЖ желілері болуы мүмкін. Мұндай жағдайларда, тракциялық ток желілері желілер арасында пайда болатын максималды ең жоғары кернеуге төтеп бере алатын изоляторларды пайдалануы керек. Тракциялық ток желілері, әдетте, бір жетекші ретінде жүзеге асырылады. Көп трафикпен қамтамасыз етілетін теміржолдарды және әсіресе Германияның ICE (Inter City Express) пойыздары сияқты жоғары жылдамдықты теміржол желілерін қуатпен жабдықтау үшін екі шоғырлы өткізгіштер қолданылады. Некарвестхайм атом электр стансасынан Некарвестхаймдағы тракциялық ток коммутациялық стансасына және Некарвестхаймдағы тракциялық ток коммутациялық стансасынан Штутгарттағы Зазенхаузендегі орталық подстанциясына дейінгі тракциялық ток желілері төрт шоғырлы өткізгіш ретінде жүзеге асырылады. Тракциялық ток желілері әрқашан жер өткізгішімен жабдықталады. Кейбір жағдайларда екі жер өткізгіші қолданылады: мысалы, Германияда, тракциялық ток желісі үш фазалы АЖ-мен бірге тіректе жүргізілген жағдайларда, мысалы, Некарвестхайм атом электр стансасына дейінгі желіде. Сонымен қатар, Австрияда екі жер арқанымен жабдықталған тракциялық ток желілері бар.

Тракциялық ток желілеріне балама

Швецияда, Норвегияда және бұрынғы ГДР-дің кейбір аймақтарында электр желісіндегі үш фазалы айнымалы ток темір жолға жақын қосалқы станцияларда 16,7 Гц жиілігімен бір фазалы айнымалы токқа түрлендіріледі. Бұл аймақтарда локомотивтік желілер жоқ. Сондай-ақ, электр пойыздары жалпы электр желісі жиілігімен тұрақты токпен немесе бір фазалы айнымалы токпен жүретін елдерде қажетті ток түрлендіруі қосалқы станцияларда жасалады, сондықтан бұл елдерде локомотивтік желілердің қажеті болмайды.