Історія електрифікації залізниць. Частина 1

В останній чверті XIX ст. позначилися контури нових напрямків локомотивобудування - електровозо- і тепловозобудування.

На можливість застосування електричної тяги на залізницях вказував ще в 1874 р в заявці на привілей російський фахівець Ф. А. Піроцький. У 1875-1876 рр. він проводив досліди на Сестрорецький залізниці з передачі електроенергії по ізольованим від землі рейках. Передача здійснювалася на відстань близько 1 км. Як зворотний провід був використаний другий рейок. Елоктроенергія передавалася маленькому двигуну. У серпні 1876 М. Ф. А. Піроцький помістив в «Інженерному журналі» статтю з результатами своїх робіт. Ці досліди навели його на думку використовувати електроенергію для вагонеток, що рухаються по металевим рейках.

Практична реалізація ідеї використання електричної енергії на транспорті належить Вернеру Сименсу (Німеччина), який збудував першу електричну залізницю, експонувалася на Берлінській промисловій виставці в 1879 г.Он представляла маленьку вузькоколійну дорогу, що призначалася для прогулянок відвідувачів виставки. Короткий поїзд з відкритих вагончиків приводився в рух електровозом з двома моторами, які отримували постійний струм напругою 150 В від залізної смуги, покладеної між рейками. Зворотним проводом служив один з ходових рейок.

У 1881 р В. Сіменс побудував пробну ділянку електричної дороги в передмісті Берліна Ліхтерфельде, вперше застосувавши мотор-вагон. Струм напругою 180 В підводився до одного з ходових рейок, а інший рейок служив зворотним проводом.

Щоб уникнути великих втрат електроенергії, які виникали через погану ізолюючої здатності дерев'яних шпал, В. Сіменс вирішив змінити електричну схему живлення електродвигуна. Для цього на електричної дорозі, побудованої в тому ж 1881 року на Всесвітній Паризькій виставці, був застосований підвісний робочий провід. Він представляв залізну трубку, підвішену над рейками. Нижня частина трубки була забезпечена поздовжнім прорізом. Всередині трубки ходив челночок, з'єднаний через проріз з гнучким проводом, який прикріплювався до даху локомотива і передавав електричний струм електродвигуна. Така ж трубка, підвішена поруч з першою, служила зворотним проводом. Подібна система була застосована на побудованих в 1883- 1884 рр. приміських трамваях Медлінг - Фордербрюль в Австрії і Франкфурт - Оффенбах в Німеччині, які працювали при напрузі 350 В.

Приблизно в цей же час в Кінреше (Ірландія) на трамвайній лінії була застосована проводка струму по третьому рейці, який встановлювали на ізоляторах поруч з ходовими рейками. Однак ця система виявилася абсолютно неприйнятною в умовах міста, заважаючи руху й екіпажі.

Цікаво відзначити, що технічну приреченість такої системи подачі електричного струму мотору передбачав раніше Ф. А. Піроцький, який писав в 1880 р в газеті «С.-Петербургские ведомости»: «Побудована мною електрична залізниця є простим і дешевим. Вона не вимагає витрат на середню рейкову лінію, марно збільшує вартість дороги на 5% і зупиняючу екіпажні рух в місті. Вона не вимагає витрат і на чавунні стовпи, що стоять надмірно дорого ».

Цей лист був опублікований Піроцькі в зв'язку з появою у пресі повідомленнями про результати проведених нею 3 вересня 1880 року в Петербурзі випробувань електричного трамвая. В цей час Ф. А. Піроцький посилено займався реалізацією своїх проектів, пов'язаних зі створенням надійного міського електричного транспорту. Він розумів, що розвиток магістрального залізничного електричного транспорту неможливо без рішення корінний проблеми електротехніки - здійснення передачі електроенергії на далекі відстані. З огляду на це, Ф. А. Піроцький сконцентрував свою увагу на дослідах електродвіженія вагона, прийнятого на міських кінно-залізних дорогах. В результаті йому вдалося в 1880 р вперше здійснити рух по рейках справжнього двох'ярусного моторного вагона. Результати своєї роботи Ф. А. Піроцький представив в 1881 р на Міжнародну електричну виставку в Парижі, де експонував свою схему електричної залізниці.

У 1884 р в Брайтоні (Англія) була побудована за схемою Піроцького електрична залізниця з живленням від одного з рейок протяжністю 7 верст. Експлуатація тільки одного вагона дала чистого прибутку, в порівнянні з кінною тягою 420 франків в день.

З середини 80-х років XIX ст. розвитком електричної тяги на залізницях починають посилено займатися американські інженери і підприємці, які енергійно взялися за вдосконалення електричних локомобілів, а також способів підведення струму.

Над проблемою електричного залізничного транспорту працював в США Т. А. Едісон, який побудував за період з 1880 по 1884 р три невеликі досвідчені лінії. У 1880 році він створює електровоз, який за своїм зовнішнім виглядом нагадував паровоз. Електровоз харчувався електричним струмом від колійних рейок, один з яких був підключений до позитивного, а інший до негативного полюса генератора. У 1883 р Т. А. Едісон разом з С. Д. Філд побудував досконаліший електровоз ( «The Judge»), експонувалися на виставці в Чикаго і пізніше в Луізвілль.

До 1883 р відносяться роботи американського інженера Л. Дафта, який створив перший магістральний електровоз ( «Атрёг») для стандартної колії, призначений для залізниці Саратога-Мак-Грегор. У 1885 р Дафт побудував поліпшену модель електровоза для Нью-Йоркської Естакадній залізниці. Локомотив, названий «Benjamin Franklin», важив 10 т, мав довжину більше 4 м і був забезпечений чотирма ведучими колесами. Електричний струм напругою 250 В подавався по третьому рейці до мотору потужністю 125 л. с, який міг тягнути склад з восьми вагонів зі швидкістю 10 миль на годину (16 км / ч).

У 1884 р швейцарський інженер Р. Торі побудував експериментальну залізницю з зубчастим зачепленням, з'єднавши з її допомогою що знаходиться на гірському схилі готель з містечком Террі (недалеко від Монтре на Женевському озері). Локомотив мав чотири провідних колеса і переміщався по вельми крутому нахилу (1: 33). Його потужність була невеликою і дозволяла перевозити одночасно чотирьох пасажирів. На спуску в процесі гальмування мотор працював як генератор, повертаючи електричну енергію в мережу.

Протягом ряду років інженерна думка невпинно працювала над вдосконаленням техніки подачі струму до електровозу.

У 1884 р в Клівленді Бентлі і Найт побудували трамвай з підземним проводом. Аналогічна система була введена в 1889 р в Будапешті. Цей спосіб електроживлення виявився незручним в експлуатації, так як жолоб швидко забруднюється.

В кінці 1884 р Канзас-Сіті (США) Генрі випробував систему з мідними повітряними проводами, з яких один був прямий, другий - зворотний.

До 1885 р відноситься споруда бельгійським фахівцем Ван-Депулем в Торонто (Канада) першого трамвая з одним повітряним робочим проводом. У його схемі зворотним проводом служили ходові рейки. Уздовж лінії споруджували стовпи з консолями, до яких прикріплювали ізолятори з робочим проводом. Контакт з робочим проводом здійснювався за допомогою металевого ролика, насадженого на штангу трамвая, який під час руху «котився» по дроту.

Ця система підвіски виявилася дуже раціональною, після подальшого вдосконалення була прийнята в багатьох інших країнах і незабаром отримала загальне поширення. До 1890 року в США було в експлуатації близько 2500 км електричних доріг трамвайного типу, а до 1897 г. 25 тис. Км. Електричний трамвай став витісняти старі види міського транспорту.

У 1890 р повітряний провід з'явився вперше в Європі на трамвайній лінії в Галле (Пруссія). З 1893 р електричні залізниці в в Європі розвиваються прискореними темпами, в результаті чого вже до 1900 року їх протяжність досягла 10 тис. Км.

У 1890 р електрична тяга була застосована на вибудуваної підземної лондонській дорозі. Електричний струм напругою 500 В подавався на електродвигун за допомогою третього рейки. Ця система виявилася дуже вдалою для доріг з самостійним полотном і почала швидко поширюватися в інших країнах. Одне з її переваг - можливість електрифікації доріг з дуже великою витратою електроенергії, до яких належали метрополітени і магістральні залізниці.

У 1896 р електрична тяга з використанням токоведущего третього рейки була вперше введена на ділянці залізничної магістралі Балтимор-Охайо. Електрифікація торкнулася відрізка дороги на підході до Балтімор довжиною 7 км. На цій ділянці шляху був прокладений 2,5-кілометровий тунель, який спонукав будівельників електрифікувати його. Електровози, які працювали на цій ділянці, отримували електричну енергію від третього рейки при напрузі 600 В.

Перші електрифіковані залізниці по своїй протяжності були невеликими. Будівництво залізниць великої протяжності наражалося на труднощі, пов'язані з великими втратами енергії, які викликає передача постійного струму на тривалі відстані. З появою в 80-х роках трансформаторів змінного струму, що дають можливість передавати струм на великі відстані, вони були введені в схеми живлення електроенергією залізничних магістралей.

З введенням трансформаторів в системі енергопостачання утворилася так звана «система трехфазно-постійного струму», або, інакше, «система постійного струму з трифазною передачею сили». Центральна електрична станція виробляла трифазний струм. Він трансформувався на високу напругу (від 5 до 15 тис. У, а в 20-х роках - до 120 тис. В), яке подавалося до відповідних ділянках лінії. На кожному з них була своя знижує підстанція, від якої змінний струм прямував до електромотора змінного струму, насаджених на один вал з генератором постійного струму. Від нього харчувався електроенергією робочий провід. У 1898 р значна за протяжністю залізниця з самостійним полотном і з трифазною системою струму була споруджена в Швейцарії і з'єднувала Фрейбург-Муртен-Інс. Слідом за нею пішла електрифікація і ряду інших ділянок залізничних магістралей і метрополітенів.

До 1905 року електрична тяга повністю витіснила парову на підземних дорогах.

Шухардін С. "Техніка в її історичному розвитку"