Comment les transports électriques urbains et interurbains s'approvisionnent-ils en énergie ?

Les transports électriques urbains et interurbains sont devenus des attributs familiers de la vie quotidienne de l'homme moderne. Nous avons depuis longtemps cessé de penser à la façon dont ce transport se nourrit. Tout le monde sait que les voitures sont remplies d'essence, les vélos sont pédalés par les cyclistes. Mais comment sont alimentés les transports électriques de voyageurs : tramways, trolleybus, monorails, métros, trains électriques, locomotives électriques ? Où et comment leur est fournie l'énergie motrice ? Parlons-en.

Tram

Autrefois, chaque nouvelle économie de tramway était obligée d'avoir sa propre centrale électrique, car les réseaux électriques publics n'étaient pas encore suffisamment développés. Au 21e siècle, l'électricité du réseau de tramway est fournie par des réseaux à usage général.

L'alimentation est fournie par un courant continu à relativement basse tension (550 V), ce qui serait tout simplement peu économique pour une transmission longue distance.Pour cette raison, les sous-stations de traction sont situées à proximité des lignes de tramway, où le courant alternatif du réseau à haute tension est converti en courant continu (avec une tension de 600 V) pour le réseau de contact du tramway. Dans les villes où fonctionnent à la fois les tramways et les trolleybus, ces modes de transport présentent généralement une économie d'énergie globale.

Sur le territoire de l'ex-Union soviétique, il existe deux schémas d'alimentation des lignes aériennes pour les tramways et les trolleybus : centralisé et décentralisé. D'abord vint le centralisé. Dans celui-ci, de grandes sous-stations de traction équipées de plusieurs unités de conversion desservaient toutes les lignes voisines ou situées à une distance pouvant aller jusqu'à 2 kilomètres de celles-ci. Les sous-stations de ce type sont aujourd'hui situées dans des zones à forte densité d'itinéraires de tramway (trolley).

Le système décentralisé a commencé à se former après les années 60, lorsque des lignes de tramway, des trolleybus, des métros ont commencé à apparaître, par exemple, du centre-ville le long de l'autoroute, vers une zone éloignée de la ville, etc.

Ici, des sous-stations de traction de faible puissance avec une ou deux unités de conversion capables d'alimenter au maximum deux tronçons de ligne sont installées tous les 1 à 2 kilomètres de ligne, chaque tronçon d'extrémité pouvant être alimenté par un poste adjacent.

Ainsi, les pertes d'énergie sont moindres, car les sections de puissance sont plus courtes. De plus, si un défaut survient à l'une des sous-stations, la section de ligne restera alimentée à partir de la sous-station adjacente.

Le contact du tram avec la ligne DC se fait par un pantographe sur le toit de sa voiture. Il peut s'agir d'un pantographe, d'un semi-pantographe, d'une barre ou d'un arc. Le câble aérien de la ligne de tramway est généralement plus facile à accrocher que le rail.Si une flèche est utilisée, les commutateurs d'air sont disposés comme des flèches de chariot. Le flux de courant passe généralement par les rails jusqu'à la terre.

Trolleybus

Dans un trolleybus, le réseau de contact est divisé par des isolateurs de section en segments isolés, dont chacun est relié au poste de traction au moyen de lignes d'alimentation (aériennes ou souterraines). Cela permet facilement de couper des sections individuelles pour réparation en cas de panne.Si une panne survient avec le câble d'alimentation, il est possible d'installer des cavaliers sur les isolateurs pour alimenter la section affectée à partir de la section adjacente (mais c'est un mode anormal associé au risque de surcharge de l'alimentation).

Le poste de traction réduit le courant alternatif haute tension de 6 à 10 kV et le convertit en courant continu avec une tension de 600 volts. La chute de tension en tout point du réseau, selon les normes, ne doit pas dépasser 15 %.

Le réseau de contact du trolleybus diffère de celui du tramway. Ici c'est du bifilaire, la masse ne sert pas à drainer le courant, donc ce réseau est plus complexe. Les conducteurs sont situés à faible distance les uns des autres, c'est pourquoi une protection particulièrement soignée contre les rapprochements et les courts-circuits est nécessaire, ainsi qu'une isolation aux croisements des réseaux de trolleybus entre eux et avec les réseaux de tramway.

Par conséquent, des moyens spéciaux sont installés aux intersections, ainsi que des flèches aux points de jonction. De plus, une certaine tension réglable est maintenue, ce qui empêche les fils de se chevaucher dans le vent. C'est pourquoi des tiges sont utilisées pour alimenter les trolleybus - d'autres appareils ne permettront tout simplement pas de répondre à toutes ces exigences.

Les rampes de trolleybus sont sensibles à la qualité de la caténaire, car tout défaut de celle-ci peut entraîner un saut de rampe. Il existe des normes selon lesquelles l'angle de rupture au point de fixation de la tige ne doit pas dépasser 4 °, et lors d'une rotation à un angle supérieur à 12 °, des supports incurvés sont installés. Le sabot coulissant fonctionne sur le fil et ne peut pas être tourné avec le chariot, des flèches sont donc nécessaires ici.

Morceau unique

Des trains monorail circulent depuis peu dans de nombreuses villes du monde : Las Vegas, Moscou, Toronto, etc. On les trouve dans les parcs d'attractions, les zoos, les monorails sont utilisés pour les visites touristiques locales et, bien sûr, pour les communications urbaines et suburbaines.

Les roues de ces trains ne sont pas du tout en fonte, mais en fonte. Les roues guident simplement le train monorail le long d'une poutre en béton - les rails sur lesquels se trouvent la voie et les lignes (le rail de contact) de l'alimentation électrique.

Certains monorails sont conçus de telle manière qu'ils sont placés au-dessus d'un rail, de la même manière qu'une personne est assise sur un cheval. Certains monorails sont suspendus à une poutre en dessous, ressemblant à une lanterne géante sur un poteau. Bien sûr, les monorails sont plus compacts que les chemins de fer conventionnels, mais ils sont plus chers à construire.

Certains monorails ont non seulement des roues, mais également un support supplémentaire basé sur un champ magnétique. Le monorail de Moscou, par exemple, roule précisément sur un coussin magnétique créé par des électro-aimants. Les électro-aimants sont dans le matériel roulant et il y a des aimants permanents dans la toile du faisceau de guidage.

Selon le sens du courant dans les électroaimants de la partie mobile, le train monorail avance ou recule selon le principe de répulsion des pôles magnétiques du même nom - c'est ainsi que fonctionne le moteur électrique linéaire.

En plus des roues en caoutchouc, le train monorail dispose également d'un rail de contact composé de trois éléments conducteurs de courant : plus, moins et terre. La tension d'alimentation du moteur linéaire monorail est constante, égale à 600 volts.

Souterrain

Les rames de métro électriques reçoivent leur électricité du réseau à courant continu - en règle générale, du troisième rail (de contact), dont la tension est de 750-900 volts. Le courant continu est obtenu dans les sous-stations à partir du courant alternatif à l'aide de redresseurs.

Le contact du train avec le rail de contact se fait par l'intermédiaire d'un collecteur de courant mobile. Le bus de contact est situé à droite des voies. Le collecteur de courant (appelé «pantographe») est situé sur le bogie du chariot et est pressé contre le bus de contact par le bas. Le plus est sur le rail de contact, le moins sur les voies ferrées.

En plus du courant de puissance, un faible courant "signal" circule le long des rails de voie, nécessaire au blocage et à la commutation automatique des feux de circulation. Les voies transmettent également des informations à la cabine du conducteur sur les feux de circulation et la vitesse autorisée du métro dans cette section.

Locomotive électrique

Une locomotive électrique est une locomotive mue par un moteur de traction. Le moteur de la locomotive électrique est alimenté par la sous-station de traction via le réseau de contact.

La partie électrique d'une locomotive électrique contient généralement non seulement des moteurs de traction, mais également des convertisseurs de tension, ainsi que des dispositifs qui connectent les moteurs au réseau, etc. L'équipement courant d'une locomotive électrique est situé sur le toit ou sur ses capots et est destiné à connecter l'équipement électrique au réseau de contact.

La collecte du courant de la ligne aérienne est assurée par des pantographes sur le toit, après quoi le courant est acheminé à travers les barres omnibus et les traversées vers les appareils électriques. Sur le toit de la locomotive électrique se trouvent également des dispositifs de commutation: interrupteurs à air, interrupteurs pour les types de courant et sectionneurs pour se déconnecter du réseau en cas de dysfonctionnement du pantographe. À travers les bus, le courant est amené à l'entrée principale, aux dispositifs de conversion et de régulation, aux moteurs de traction et autres machines, puis aux pièces de roue et à travers elles aux rails, au sol.

La régulation de l'effort de traction et de la vitesse de la locomotive électrique est obtenue en modifiant la tension dans l'induit du moteur et en modifiant le coefficient d'excitation des moteurs à collecteur ou en ajustant la fréquence et la tension du courant d'alimentation des moteurs asynchrones.

La régulation de tension se fait de plusieurs manières. Initialement, sur une locomotive électrique à courant continu, tous ses moteurs sont connectés en série, et la tension d'un moteur sur une locomotive électrique à huit essieux est de 375 V, avec une tension caténaire de 3 kV.

Des groupes de moteurs de traction peuvent être commutés de la connexion en série - à la série-parallèle (2 groupes de 4 moteurs connectés en série, puis la tension pour chaque moteur est de 750 V), ou au parallèle (4 groupes de 2 moteurs connectés en série, puis cette tension pour un moteur — 1500 V). Et pour obtenir des tensions intermédiaires des moteurs, des groupes de rhéostats sont ajoutés au circuit, ce qui permet d'ajuster la tension par pas de 40-60 V, bien que cela entraîne la perte d'une partie de l'électricité sur les rhéostats dans le forme de chaleur.

Des convertisseurs de puissance à l'intérieur de la locomotive électrique sont nécessaires pour changer le type de courant et abaisser la tension caténaire aux valeurs requises qui répondent aux exigences des moteurs de traction, des machines auxiliaires et des autres circuits de la locomotive électrique. La conversion se fait directement à bord.

Sur les locomotives électriques à courant alternatif, un transformateur de traction est fourni pour réduire la haute tension d'entrée, ainsi qu'un redresseur et des réacteurs de lissage pour obtenir du courant continu à partir du courant alternatif. Des convertisseurs statiques de tension et de courant peuvent être installés pour alimenter des machines auxiliaires. Sur les locomotives électriques à entraînement asynchrone des deux types de courant, des onduleurs de traction sont utilisés, qui convertissent le courant continu en courant alternatif avec une tension et une fréquence régulées, qui alimentent les moteurs de traction.

Train électrique

Un train électrique ou un train électrique de forme classique reçoit de l'électricité à l'aide de pantographes via un fil de contact ou un rail de contact.Contrairement à une locomotive électrique, les collecteurs des trains électriques sont situés à la fois sur les motrices et sur les remorques.

Si le courant est fourni aux voitures remorquées, la voiture est alimentée par des câbles spéciaux. Le collecteur de courant est généralement au-dessus, à partir du fil de contact, il est réalisé par des collecteurs sous forme de pantographes (semblables aux lignes de tramway).

Habituellement, la collecte de courant est monophasée, mais il existe également une triphasée, lorsque le train électrique utilise des pantographes de conception spéciale pour un contact séparé avec plusieurs fils ou rails de contact (quand il s'agit du métro).

L'équipement électrique du train électrique dépend du type de courant (il y a du courant continu, du courant alternatif ou des trains électriques à deux systèmes), du type de moteurs de traction (collecteur ou asynchrone), de la présence ou de l'absence de freinage électrique.

En principe, l'équipement électrique des trains électriques est similaire à l'équipement électrique des locomotives électriques. Cependant, dans la plupart des modèles de trains électriques, il est placé sous la carrosserie et sur les toits des voitures pour augmenter l'espace des passagers à l'intérieur. Les principes de conduite des moteurs de trains électriques sont à peu près les mêmes que ceux des locomotives électriques.