शहरी और अंतर्शहरी विद्युत परिवहन को ऊर्जा कैसे प्राप्त होती है?
शहरी और इंटरसिटी इलेक्ट्रिक ट्रांसपोर्ट आधुनिक मनुष्य के लिए रोजमर्रा की जिंदगी के परिचित गुण बन गए हैं। हम लंबे समय से इस बारे में सोचना बंद कर चुके हैं कि इस परिवहन को अपना भोजन कैसे मिलता है। हर कोई जानता है कि कारों में गैसोलीन भरा होता है, साइकिल चालक साइकिल चलाते हैं। लेकिन इलेक्ट्रिक प्रकार के यात्री परिवहन कैसे किए जाते हैं: ट्राम, ट्रॉलीबस, मोनोरेल ट्रेन, सबवे, इलेक्ट्रिक ट्रेन, इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव? उन्हें ड्राइविंग ऊर्जा कहाँ और कैसे प्रदान की जाती है? चलो इसके बारे में बात करें।
ट्राम
पुराने दिनों में, प्रत्येक नई ट्राम अर्थव्यवस्था को अपना स्वयं का पावर स्टेशन रखने के लिए मजबूर किया गया था, क्योंकि सार्वजनिक पावर ग्रिड अभी तक पर्याप्त रूप से विकसित नहीं हुए थे। 21 वीं सदी में, ट्राम नेटवर्क के लिए बिजली की आपूर्ति सामान्य प्रयोजन नेटवर्क से की जाती है।
बिजली अपेक्षाकृत कम वोल्टेज डायरेक्ट करंट (550 वी) द्वारा प्रदान की जाती है, जो लंबी दूरी के प्रसारण के लिए केवल गैर-किफायती होगी।इस कारण से, ट्रैक्शन सबस्टेशन ट्राम लाइनों के करीब स्थित हैं, जहां ट्राम संपर्क नेटवर्क के लिए हाई-वोल्टेज नेटवर्क से प्रत्यावर्ती धारा को डायरेक्ट करंट (600 वी के वोल्टेज के साथ) में परिवर्तित किया जाता है। उन शहरों में जहां ट्राम और ट्रॉलीबस दोनों संचालित होते हैं, परिवहन के इन साधनों में आम तौर पर समग्र ऊर्जा बचत होती है।
पूर्व सोवियत संघ के क्षेत्र में, ट्राम और ट्रॉलीबस के लिए ओवरहेड लाइनों को बिजली देने की दो योजनाएँ हैं: केंद्रीकृत और विकेन्द्रीकृत। सबसे पहले केंद्रीकृत आया। इसमें, कई परिवर्तित इकाइयों से सुसज्जित बड़े कर्षण सबस्टेशनों ने सभी पड़ोसी लाइनों या उनसे 2 किलोमीटर की दूरी पर स्थित लाइनों की सेवा की। इस प्रकार के सबस्टेशन आज ट्राम (ट्रॉली) मार्गों के उच्च घनत्व वाले क्षेत्रों में स्थित हैं।
विकेंद्रीकृत प्रणाली 60 के दशक के बाद बनने लगी, जब ट्राम लाइनें, ट्रॉलीबस, सबवे दिखाई देने लगे, उदाहरण के लिए, शहर के केंद्र से राजमार्ग के साथ, शहर के एक दूरस्थ क्षेत्र आदि में।
यहां, लाइन के प्रत्येक 1-2 किलोमीटर पर लाइन के अधिकतम दो खंडों की आपूर्ति करने में सक्षम एक या दो कनवर्टर इकाइयों के साथ कम-शक्ति कर्षण सबस्टेशन स्थापित किए जाते हैं, प्रत्येक अंत खंड को आसन्न सबस्टेशन द्वारा आपूर्ति की जा सकती है।
इस प्रकार, ऊर्जा की हानि कम होती है, क्योंकि शक्ति खंड छोटे होते हैं। साथ ही, अगर किसी एक सबस्टेशन में फॉल्ट होता है, तो लाइन सेक्शन बगल के सबस्टेशन से सक्रिय रहेगा।
डीसी लाइन के साथ ट्राम का संपर्क इसकी कार की छत पर एक पेंटोग्राफ के माध्यम से होता है। यह पेंटोग्राफ, सेमी-पैंटोग्राफ, बार या आर्क हो सकता है। ट्राम लाइन के ओवरहेड तार को आमतौर पर रेल की तुलना में लटकाना आसान होता है।यदि बूम का उपयोग किया जाता है, तो एयर स्विच ट्रॉली बूम की तरह व्यवस्थित होते हैं। करंट का प्रवाह आमतौर पर रेल के माध्यम से जमीन पर होता है।
trolleybus
ट्रॉली बस में, संपर्क नेटवर्क को सेक्शन इंसुलेटर द्वारा पृथक खंडों में विभाजित किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक फीडर लाइनों (ओवरहेड या अंडरग्राउंड) के माध्यम से ट्रैक्शन सबस्टेशन से जुड़ा होता है। यह आसानी से एक गलती की स्थिति में मरम्मत के लिए अलग-अलग वर्गों को बंद करने की अनुमति देता है। यदि आपूर्ति केबल के साथ कोई गलती होती है, तो इंसुलेटर पर जंपर्स को आसन्न एक से प्रभावित खंड को खिलाने के लिए संभव है (लेकिन यह एक है बिजली आपूर्ति अधिभार के जोखिम से जुड़ा असामान्य मोड)।
ट्रैक्शन सबस्टेशन हाई-वोल्टेज अल्टरनेटिंग करंट को 6 से 10 kV तक कम कर देता है और इसे 600 वोल्ट के वोल्टेज के साथ डायरेक्ट करंट में बदल देता है। नेटवर्क के किसी भी बिंदु पर वोल्टेज ड्रॉप, मानकों के अनुसार, 15% से अधिक नहीं होना चाहिए।
ट्रॉली बस का संपर्क नेटवर्क ट्राम से अलग है। यहां यह टू-वायर है, ग्राउंड का उपयोग करंट को निकालने के लिए नहीं किया जाता है, इसलिए यह नेटवर्क अधिक जटिल है। कंडक्टर एक दूसरे से थोड़ी दूरी पर स्थित होते हैं, यही वजह है कि निकट आने और शॉर्ट-सर्कुलेटिंग के खिलाफ विशेष रूप से सावधानीपूर्वक सुरक्षा की आवश्यकता होती है, साथ ही एक दूसरे के साथ और ट्राम नेटवर्क के साथ ट्रॉलीबस नेटवर्क के चौराहों पर इन्सुलेशन।
इसलिए, चौराहों पर विशेष साधन स्थापित किए जाते हैं, साथ ही जंक्शन बिंदुओं पर तीर भी लगाए जाते हैं। इसके अलावा, कुछ समायोज्य वोल्टेज बनाए रखा जाता है, जो तारों को हवा में ओवरलैप होने से रोकता है। इसीलिए ट्रॉलीबस को बिजली देने के लिए छड़ों का उपयोग किया जाता है - अन्य उपकरण इन सभी आवश्यकताओं को पूरा करने की अनुमति नहीं देंगे।
ट्रॉलीबस बूम कैटेनरी की गुणवत्ता के प्रति संवेदनशील होते हैं, क्योंकि इसमें किसी भी दोष से बूम जंप हो सकता है। ऐसे मानदंड हैं जिनके अनुसार रॉड के लगाव के बिंदु पर ब्रेकिंग कोण 4 ° से अधिक नहीं होना चाहिए, और 12 ° से अधिक के कोण पर मुड़ने पर, घुमावदार धारक स्थापित होते हैं। फिसलने वाला जूता तार पर चलता है और ट्रॉली से नहीं घुमाया जा सकता है, इसलिए यहां तीरों की जरूरत होती है।
एकल मार्ग
मोनोरेल ट्रेनें हाल ही में दुनिया भर के कई शहरों में चल रही हैं: लास वेगास, मॉस्को, टोरंटो आदि। वे मनोरंजन पार्कों, चिड़ियाघरों में पाए जा सकते हैं, मोनोरेल का उपयोग स्थानीय दर्शनीय स्थलों की यात्रा के लिए और निश्चित रूप से शहरी और उपनगरीय संचार के लिए किया जाता है।
ऐसी ट्रेनों के पहिए लोहे के नहीं होते, बल्कि लोहे के होते हैं। पहिए केवल कंक्रीट गर्डर के साथ मोनोरेल ट्रेन का मार्गदर्शन करते हैं - रेल जिस पर ट्रैक और बिजली आपूर्ति की लाइनें (संपर्क रेल) स्थित हैं।
कुछ मोनोरेल को इस तरह से डिज़ाइन किया जाता है कि उन्हें रेल के ऊपर रखा जाता है, ठीक उसी तरह जैसे कोई व्यक्ति घोड़े के ऊपर बैठता है। कुछ मोनोरेल नीचे एक बीम से निलंबित हैं, जो एक खंभे पर एक विशाल लालटेन जैसा दिखता है। बेशक, पारंपरिक रेलवे की तुलना में मोनोरेल अधिक कॉम्पैक्ट हैं, लेकिन वे निर्माण के लिए अधिक महंगे हैं।
कुछ मोनोरेलों में न केवल पहिए होते हैं, बल्कि चुंबकीय क्षेत्र के आधार पर अतिरिक्त समर्थन भी होता है। मॉस्को मोनोरेल, उदाहरण के लिए, विद्युत चुम्बकों द्वारा बनाए गए चुंबकीय कुशन पर सटीक रूप से चलता है। इलेक्ट्रोमैग्नेट्स रोलिंग स्टॉक में हैं, और गाइडिंग बीम के कैनवास में स्थायी मैग्नेट हैं।
चलती भाग के विद्युत चुम्बकों में धारा की दिशा के आधार पर, मोनोरेल ट्रेन उसी नाम के चुंबकीय ध्रुवों के प्रतिकर्षण के सिद्धांत के अनुसार आगे या पीछे चलती है - यह है कि रैखिक विद्युत मोटर कैसे काम करती है।
रबर के पहियों के अलावा, मोनोरेल ट्रेन में एक संपर्क रेल भी होती है जिसमें तीन करंट ले जाने वाले तत्व होते हैं: प्लस, माइनस और ग्राउंड। मोनोरेल रैखिक मोटर की आपूर्ति वोल्टेज 600 वोल्ट के बराबर स्थिर है।
भूमिगत
इलेक्ट्रिक सबवे ट्रेनें प्रत्यक्ष वर्तमान नेटवर्क से अपनी बिजली प्राप्त करती हैं - एक नियम के रूप में, तीसरी (संपर्क) रेल से, जिसका वोल्टेज 750-900 वोल्ट है। सबस्टेशनों में रेक्टिफायर का उपयोग करके प्रत्यावर्ती धारा से दिष्ट धारा प्राप्त की जाती है।
संपर्क रेल के साथ ट्रेन का संपर्क चल वर्तमान संग्राहक के माध्यम से किया जाता है। संपर्क बस पटरियों के दाईं ओर स्थित है। वर्तमान कलेक्टर (तथाकथित «पैंटोग्राफ») गाड़ी की बोगी पर स्थित है और नीचे से संपर्क बस के खिलाफ दबाया जाता है। प्लस कॉन्टैक्ट रेल पर है, माइनस ट्रेन की पटरियों पर है।
पावर करंट के अलावा, ट्रैक रेल के साथ एक कमजोर "सिग्नल" करंट प्रवाहित होता है, जो ट्रैफिक लाइट को ब्लॉक करने और स्वचालित स्विचिंग के लिए आवश्यक है। ट्रैक ट्रैफिक सिग्नल और उस सेक्शन में मेट्रो ट्रेन की अनुमत गति के बारे में ड्राइवर के केबिन को सूचना भी प्रसारित करते हैं।
इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव
एक इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव ट्रैक्शन मोटर द्वारा संचालित एक लोकोमोटिव है। इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव का इंजन संपर्क नेटवर्क के माध्यम से ट्रैक्शन सबस्टेशन से शक्ति प्राप्त करता है।
इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव के विद्युत भाग में आम तौर पर न केवल ट्रैक्शन मोटर्स होते हैं, बल्कि वोल्टेज कन्वर्टर्स भी होते हैं, साथ ही ऐसे उपकरण जो मोटरों को नेटवर्क से जोड़ते हैं, आदि। इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव का वर्तमान उपकरण छत पर या उसके कवर पर स्थित है और विद्युत उपकरण को संपर्क नेटवर्क से जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
ओवरहेड लाइन से करंट का संग्रह छत पर पैंटोग्राफ द्वारा प्रदान किया जाता है, जिसके बाद करंट को बसबारों और झाड़ियों के माध्यम से बिजली के उपकरणों में खिलाया जाता है। इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव की छत पर स्विचिंग डिवाइस भी होते हैं: पेंटोग्राफ खराब होने की स्थिति में नेटवर्क से डिस्कनेक्ट करने के लिए एयर स्विच, करंट प्रकार के स्विच और डिस्कनेक्टर्स। बसों के माध्यम से, वर्तमान को मुख्य इनपुट, परिवर्तित और विनियमन उपकरणों को, कर्षण मोटर्स और अन्य मशीनों को, फिर पहिया के टुकड़ों को और उनके माध्यम से रेल को जमीन पर खिलाया जाता है।
मोटर के आर्मेचर में वोल्टेज को बदलकर और कलेक्टर मोटर्स के उत्तेजना गुणांक को बदलकर या अतुल्यकालिक मोटर्स की आपूर्ति धारा की आवृत्ति और वोल्टेज को समायोजित करके कर्षण प्रयास और गति का विनियमन प्राप्त किया जाता है।
वोल्टेज विनियमन कई तरीकों से किया जाता है। प्रारंभ में, एक प्रत्यक्ष वर्तमान इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव पर, इसके सभी मोटर्स श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, और आठ-एक्सल इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव पर एक मोटर का वोल्टेज 375 V है, जिसमें 3 kV का कैटेनरी वोल्टेज है।
कर्षण मोटर्स के समूहों को श्रृंखला कनेक्शन से स्विच किया जा सकता है - श्रृंखला-समानांतर (श्रृंखला में जुड़े 4 मोटरों के 2 समूह, फिर प्रत्येक मोटर के लिए वोल्टेज 750 वी है), या समानांतर (श्रृंखला में जुड़े 2 मोटर्स के 4 समूह, फिर) एक मोटर के लिए यह वोल्टेज - 1500 V)। और मोटर्स के मध्यवर्ती वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, रिओस्टैट्स के समूह को सर्किट में जोड़ा जाता है, जिससे वोल्टेज को 40-60 वी के चरणों में समायोजित करना संभव हो जाता है, हालांकि इससे रिओस्टैट्स पर कुछ बिजली का नुकसान होता है ताप का रूप।
इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव के अंदर पावर कन्वर्टर्स वर्तमान के प्रकार को बदलने और कैटेनरी वोल्टेज को आवश्यक मूल्यों तक कम करने के लिए आवश्यक हैं जो ट्रैक्शन मोटर्स, सहायक मशीनों और इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव के अन्य सर्किटों की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। रूपांतरण सीधे बोर्ड पर किया जाता है।
एसी इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव पर, इनपुट हाई वोल्टेज को कम करने के लिए एक ट्रैक्शन ट्रांसफॉर्मर प्रदान किया जाता है, साथ ही एसी से डीसी प्राप्त करने के लिए एक रेक्टीफायर और स्मूथिंग रिएक्टर भी प्रदान किया जाता है। बिजली सहायक मशीनों के लिए स्थिर वोल्टेज और वर्तमान कन्वर्टर्स स्थापित किए जा सकते हैं। दोनों प्रकार के करंट के एसिंक्रोनस ड्राइव वाले इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव पर, ट्रैक्शन इनवर्टर का उपयोग किया जाता है, जो डायरेक्ट करंट को रेगुलेटेड वोल्टेज और फ़्रीक्वेंसी के साथ अल्टरनेटिंग करंट में परिवर्तित करता है, जिसे ट्रैक्शन मोटर्स को खिलाया जाता है।
विद्युत रेलगाड़ी
शास्त्रीय रूप में एक इलेक्ट्रिक ट्रेन या इलेक्ट्रिक ट्रेन एक संपर्क तार या संपर्क रेल के माध्यम से पैंटोग्राफ की सहायता से बिजली प्राप्त करती है।इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव के विपरीत, इलेक्ट्रिक ट्रेनों के संग्राहक मोटर कारों और ट्रेलरों दोनों पर स्थित होते हैं।
यदि टो की गई कारों को करंट की आपूर्ति की जाती है, तो कार को विशेष केबलों के माध्यम से संचालित किया जाता है। वर्तमान कलेक्टर आमतौर पर संपर्क तार से शीर्ष पर होता है, यह कलेक्टरों द्वारा पेंटोग्राफ (ट्राम लाइनों के समान) के रूप में किया जाता है।
आम तौर पर, वर्तमान संग्रह एकल चरण होता है, लेकिन एक तीन चरण भी होता है, जब इलेक्ट्रिक ट्रेन कई तारों या संपर्क रेलों (जब मेट्रो की बात आती है) के साथ अलग संपर्क के लिए विशेष डिजाइन के पेंटोग्राफ का उपयोग करती है।
इलेक्ट्रिक ट्रेन के विद्युत उपकरण करंट के प्रकार पर निर्भर करते हैं (डायरेक्ट करंट, अल्टरनेटिंग करंट या टू-सिस्टम इलेक्ट्रिक ट्रेन), ट्रैक्शन मोटर्स के प्रकार (कलेक्टर या एसिंक्रोनस), इलेक्ट्रिक ब्रेकिंग की उपस्थिति या अनुपस्थिति।
सिद्धांत रूप में, विद्युत गाड़ियों के विद्युत उपकरण विद्युत इंजनों के विद्युत उपकरणों के समान हैं। हालांकि, अधिकांश इलेक्ट्रिक ट्रेन मॉडल में, यात्री स्थान को बढ़ाने के लिए इसे शरीर के नीचे और कारों की छतों पर रखा जाता है। इलेक्ट्रिक ट्रेन इंजन चलाने के सिद्धांत मोटे तौर पर इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव के समान हैं।