Введение
Электроснабжение поездов от локомотивов
В железнодорожном транспорте головная мощность (HEP), также известная как электроснабжение поезда (ETS), — это система распределения электрической энергии в пассажирском поезде. Источник питания, как правило локомотив (или генераторный вагон), расположенный в головной части поезда, обеспечивает электроэнергией системы отопления, освещения, электрооборудование и другие "комфортные" нужды. Морским аналогом является электроснабжение для нужд экипажа и пассажиров (hotel electric power). Успешная попытка Лондонской, Брайтонской и Южнобережной железной дороги в октябре 1881 года осветить пассажирские вагоны на маршруте Лондон — Брайтон положила начало использованию электричества для освещения поездов во всем мире.
История
В 1842 году для освещения поездов были введены масляные лампы. Экономические соображения побудили железную дорогу Ланкашир и Йоркшир в 1870 году заменить нефтяное освещение на угольный газ, но взрыв газового баллона на поезде заставил их отказаться от этого эксперимента. В 1887 году паровые генераторы, размещенные в багажных вагонах поездов Florida Special и Chicago Limited в США, обеспечивали электрическое освещение всех вагонов путем прокладки проводки, что стало внедрением другой формы головного питания. Освещение на нефтяном газе давало более яркий свет по сравнению с электрическим и оставалось более популярным до сентября 1913 года, когда авария на железной дороге Мидленд в Айсгилле привела к гибели большого числа пассажиров. Эта авария подтолкнула железные дороги к переходу на электрическое освещение поездов.
Автомобиль с передним приводом
Вагон головного питания (также называемый генераторным вагоном) — это железнодорожный вагон, обеспечивающий электропитание головной части поезда ("HEP"). Поскольку большинство современных локомотивов способны обеспечивать HEP, такие вагоны сейчас в основном используются на исторических железных дорогах, эксплуатирующих старые локомотивы, или железнодорожными музеями для питания оборудования во время экскурсий. Некоторые вагоны головного питания изначально строились как другие типы вагонов, которые затем переоборудовались с установкой дизель-генераторов и топливных баков для подачи HEP к пассажирскому оборудованию. Хотя дизельные вагоны более распространены, существуют и электрические, которые используются для питания поездов, когда они тянутся локомотивами, не оборудованными HEP, или когда не прицеплены к локомотиву.
Двигатель
Генератор HEP может приводиться в действие либо отдельным двигателем, установленным на локомотиве или в генераторном вагоне, либо главным двигателем локомотива.
Отдельные двигатели
Поставляемая энергия HEP обычно обеспечивается вспомогательным дизельным агрегатом, независимым от основного двигателя тяги. Такие двигатель-генераторные установки обычно устанавливаются в отсеке в задней части локомотива. Основной двигатель и дизель-генератор HEP используют общие запасы топлива. Также производятся небольшие подвагонные двигатель-генераторные установки для электроснабжения коротких поездов.
Локомотив
Во многих приложениях главный двигатель локомотива обеспечивает как тягу, так и питание головного вагона. Если генератор HEP приводится в действие двигателем, то он должен работать с постоянной скоростью (RPM) для поддержания требуемой частоты переменного тока 50 или 60 Гц. Машинисту не потребуется держать рычаг управления в приподнятом положении, поскольку бортовая электроника контролирует скорость двигателя для поддержания заданной частоты. В последнее время локомотивы стали использовать статический инвертор, питаемый от тягового генератора, что позволяет главному двигателю работать в более широком диапазоне оборотов. При получении HEP от главного двигателя, это происходит за счет снижения тяговой мощности. Например, локомотивы General Electric P32 и P40 снижают мощность соответственно до , при обеспечении питания HEP. Fairbanks Morse P 12 42 был одним из первых локомотивов, оснащенных HEP, у которого главный двигатель был сконфигурирован для работы с постоянной скоростью, а выход тягового генератора регулировался исключительно изменением напряжения возбуждения. Одним из первых испытаний HEP, питаемого от главного двигателя локомотива EMD, стал 1969 год на локомотиве Milwaukee Road EMD E9 #33C, который был переоборудован для работы заднего двигателя с постоянной скоростью.
Электрическая нагрузка
HEP обеспечивает питание освещения, систем отопления, вентиляции и кондиционирования, вагона-ресторана, кухни и зарядки аккумуляторов. Электрическая нагрузка на вагон варьируется от 20 кВт для типичного вагона до более чем 150 кВт для вагона типа Dome с кухней и обеденной зоной, таких как вагоны Princess Tours Ultra Dome, эксплуатируемые на Аляске.
Северная Америка
Из-за большой длины поездов и высоких требований к мощности в Северной Америке, электроснабжение по поезду (HEP) осуществляется трехфазным переменным током на 480 В (стандарт в США), 575 В или 600 В. В каждом вагоне устанавливаются трансформаторы для понижения напряжения. Например, это реализовано на поезде Amtrak Cascades или в головном моторном вагоне CAF Mark 4 компании Iarnród Éireann (с двумя двигателями MAN 2846 LE 202 (320 кВт) / Letag (330 кВА) и генераторами, собранными GESAN). Компания KiwiRail (Новая Зеландия) использует багажные генераторные вагоны класса AG для обслуживания пассажирских перевозок Tranz Scenic; Tranz Metro на линии Wairarapa использует пассажирские вагоны класса SWG, часть внутреннего пространства которых адаптирована для размещения генератора. В цирковом поезде Ringling Bros. и Barnum & Bailey Circus использовался как минимум один специально построенный вагон-электростанция, который обеспечивал электроснабжение пассажирских вагонов, чтобы избежать зависимости от локомотивов, тянущих поезд. В Великобритании и Швеции высокоскоростные поезда IC125 и X2000 имеют трехфазную шину питания частотой 50 Гц.