15 kV-os villamos vontatás

váltakozó áramú vasúti vontatási rendszer jellemzően Németországban, Ausztriában, Svájcban, Svédországban és Norvégiában terjedt el
Ez a közzétett változat, ellenőrizve: 2023. február 17.

A 15 kV, 16⅔ Hz váltakozó áramú vasúti vontatási rendszer jellemzően Németországban, Ausztriában, Svájcban, Svédországban és Norvégiában terjedt el. A nagyfeszültség kis veszteség mellett nagy teljesítmény továbbítását teszi lehetővé. Az ipari frekvenciához képest csökkentett (16⅔ hertz, azaz 1000/min) frekvenciát az egyfázisú kommutátoros vontatómotorok tulajdonsága indokolja, melyeket a 20. század eleje óta használnak.

Egyfázisú, váltakozóáramú 110 kV-os távvezeték tartóoszlopa Bartholomä közelében, Németországban. Ezeket a típusú átviteli hálózatokat alkalmazzák Németországban a vasút villamosenergiával való ellátására. A vasút alállomásain, transzformátorok segítségével a feszültséget 15 kV-ra csökkentik.

A vasútvillamosításban az 50 Hz-es rendszer egyre inkább terjedni csak a 20. század második felétől kezdett el, de napjainkban az egyébként más rendszert alkalmazó államok nagysebességű vasútjai is jellemzően ezzel a rendszerrel épülnek. Ennek ellenére a meglévő 15 kV-os hálózat bővítése nem elképzelhetetlen, Németországban a nagysebességű vonalakat is e rendszerrel látják el. 1995. október 16-án 12 órakor Németországban, Ausztriában és Svájcban 16⅔ Hz helyett 16,70 Hz névleges frekvenciára tértek át.[1]

Az átalakítás magas költségei és az ezzel járó kevés előny, valamint a terjedőben levő többáramnemű mozdonyok miatt nem valószínű, hogy a már kiépített 15 kV, 16⅔ Hz rendszereket 25 kV, 50 Hz szabványúra átépítik.

Története és működése

szerkesztés

A villamos vontatás megjelenése idejében komoly fejtörést okozott a kor mérnökeinek, mivel ez egy igen különleges terület. A szerelvények megindításához óriási vonóerőre van szükség a nagy sebességű vontatás vonóerő igényéhez képest. A váltakozó áramú motorok nyomaték-fordulatszám jelleggörbéi nem illeszkednek a vontatás igényeihez. Ha a vontatási sebességhez méretezik a motort, akkor nem képes megindítani a szerelvényt, ha pedig a megindításhoz szükséges nyomatékhoz méretezik, akkor jelentősen túl kell méretezni. Ellenben a soros gerjesztésű egyenáramú motor jelleggöbéje nagyon jól illeszkedik a feladathoz, így egyértelmű, hogy ilyen típusú villanymotort kell használni a villamos mozdonyokhoz. Igen ám, de ezt a motort egyenárammal kell megtáplálni. A kérdés csak az, hogy honnan fog a motor egyenáramot kapni. Ezekben az időkben nem volt egyszerű feladat az egyenirányítás. A legegyszerűbb módja az volt, hogy eleve egyenáramú áramfejlesztőből nyerni az egyenáramot. Bár, a technika fejlődésével megjelentek a higanygőz egyenirányítók(wd), melyek meglehetősen nagy méretű elektroncsövek, és rendkívül törékenyek. Az ilyen törékeny, finom eszközök a törékenységük folytán nem alkalmasak arra, hogy mozdonyban használják őket. Így csak is az a megoldás maradhatott, hogy az egyenírányítást a táp-állomásokon kell elvégezni, és egyenárammal kell táplálni a felsővezetéket. A kezdeti időkben a rendszer jól működött, de ahogy a forgalom növekedett, úgy vált egyre szükségszerűbbé a vontatási teljesítmény növelése is. Ezt a felsővezetékre kapcsolt feszültség növelésével lehet megvalósítani. Itt kezdődtek a problémák, ugyanis az egyenáramú motorok közvetlenül csatlakoztak a felsővezetékre, így ezen mozdonyok magasabb üzemi feszültségre történő átállítása a vontatómotorok cseréjével oldható csak meg. Mindezt egyszerre az átállás időpontjában. Ez egy nehezen megoldható feladatott jelentett azokban az országokban ahol a villamosítás már előrehaladott állapotban volt, és komoly gépparkkal rendelkezett. A helyzet egy kompromisszumos megoldást szült. A soros gerjesztésű egyenáramú motor felépítése nagyon hasonlít az egyenáramú/váltakozó áramú univerzális motoréhoz. Így, ha mozdonyokba épített motorokra váltakozó áramot kapcsolnak, akkor azok működőképesek voltak. Nem tökéletes, de működő megoldás volt az átállás idejére. Ezzel a megoldással a mozdonyokat csak egy transzformátorral kellett kiegészíteni, mely letranszformálta a felsővezeték nagyfeszültségét a villanymotorok immáron váltakozóáramú üzemi feszültségére. Az elképzelés egyszerű volt, de a váltakozó áramú üzem egy újabb problémát idézett elő. A váltakozó áramú táplálás örvényáramokat hoz létre a vasmagban. Az egyenáramú motorok vasmagját vastagabb lemezekből készítették, mivel egyenáramú üzem esetén nem kellett az örvényáramú veszteséggel számolni. Az örvényáramok ellen vagy a lemezek vastagságának csökkentésével, vagy a frekvencia csökkentésével lehet fellépni. Innen jött az ötlet, hogy a táp-állomásokon frekvenciaváltással pontosan a hálózati frekvencia harmadát állítsák elő a vasút számára.[2][3]

Elosztóhálózatok

szerkesztés

Németországban (kivéve Mecklenburg-Vorpommern és Sachsen-Anhalt), Ausztriában és Svájcban speciális villamoshálózatokat alkalmaznak az egyfázisú alacsony frekvenciájú váltakozó áram továbbítására. A feszültség a vezetékekben Németországban és Ausztriában 110 kV, Svájcban pedig 132 kV. Ezt a rendszert centralizált vasúti energiabetáplálásnak hívják.

Svédországban, Norvégiában, Mecklenburg-Westpommern és Sachsen-Anhalt területén nincsen speciális egyfázisú villamoshálózat. Az energiát közvetlenül a háromfázisú átviteli hálózatból nyerik (110 kV, 50 Hz), majd átalakítják egyfázisú, alacsony frekvenciájúvá, amit aztán betáplálnak. Ezt a rendszert decentralizált vasúti energiabetáplálásnak hívják.

Előállítás és átalakítás

szerkesztés

Szinkron átalakítók

szerkesztés

Aszinkron átalakítók

szerkesztés

Létesítmények országok szerint

szerkesztés

Ausztria, Németország és Svájc működteti a legnagyobb egybefüggő 15 kV-os váltakozó feszültségű rendszert, melyhez a feszültséget központilag állítják elő, központi és decentralizált átalakítóállomásokat is használ.

Alállomások

szerkesztés

Ezeken az állomásokon a 110 kV feszültségszintet 15 kV-ra csökkentik. Az energiát nem itt termelik meg.

Központi átalakító állomások

szerkesztés

Ezekben a létesítményekben a váltakozófeszültséget az országos hálózatból egyfázisúvá alakítják és betáplálják a vontatásihálózatba. Egyes helyeken egyből a felsővezetékbe vezetik. Az átalakítás gépi, vagy elektronikus úton történik.

Villamos erőművek

szerkesztés

Németország[4]

szerkesztés

Alállomások

szerkesztés

Ezeken az állomásokon a 110 kV feszültségszintet 15 kV ra csökkentik. Az energiát nem itt termelik meg.

Kapcsolóállomások

szerkesztés

Kapcsolóállomások átalakítás, áram termelés, és felsővezeték betáplálás nélkül.

Központi átalakító állomások

szerkesztés

Ezekben a létesítményekben a váltakozófeszültséget az országos hálózatból egyfázisúvá alakítják és betáplálják a vontatásihálózatba. Egyes helyeken egyből a felsővezetékbe vezetik. Az átalakítás gépi, vagy elektronikus úton történik.

Decentralizált átalakító állomások

szerkesztés

Ezekben a létesítményekben a váltakozófeszültséget az országos hálózatból egyfázisúvá alakítják és betáplálják a felsővezetékbe. Az átalakítás gépi, vagy elektronikus úton történik.

Villamos erőművek

szerkesztés

Határon átnyúló távvezetékek

szerkesztés
Németország - Ausztria
szerkesztés
Néhai belnémet határ
szerkesztés

Alállomások

szerkesztés

Ezeken az állomásokon a 132 kV/66 kV feszültségszintet 15 kV ra csökkentik. Az energiát nem itt termelik meg.

Központi átalakító állomások

szerkesztés

Ezekben a létesítményekben a váltakozófeszültséget az országos hálózatból egyfázisúvá alakítják és betáplálják a vontatásihálózatba. Egyes helyeken egyből a felsővezetékbe vezetik. Az átalakítás gépi, vagy elektronikus úton történik.

Kapcsolóállomások

szerkesztés

Kapcsolóállomások átalakítás, áram termelés, és felsővezeték betáplálás nélkül.

Villamos erőművek

szerkesztés

Határon átnyúló távvezetékek

szerkesztés
Németország-Svájc
szerkesztés
  1. Bahnstrom.de: Umstellung der Bahnnetzfrequenz von 16 2/3 auf 16,70 Hz (németül)
  2. Alan Reekie: some history: Why 16 2/3Hz was chosen (angol nyelven). Railways Through Europe. (Hozzáférés: 2018. március 26.)
  3. How and why was the frequency for traction system was decided to be 16.2/3 (50/3) Hz? (angol nyelven). Quora. (Hozzáférés: 2015. június 17.)
  4. Andreas Steimel. Electric Traction - Motion Power and Energy Supply: Basics and Practical Experience (puhatáblás, ragasztókötött) (angol nyelven), Oldenbourg Industrieverlag GmbH, 198. o. (2007). ISBN 978-3-8356-3132-8 

További információk

szerkesztés

Kapcsolódó szócikkek

szerkesztés

Fordítás

szerkesztés
  • Ez a szócikk részben vagy egészben a 15 kV AC railway electrification című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
pFad - Phonifier reborn

Pfad - The Proxy pFad of © 2024 Garber Painting. All rights reserved.

Note: This service is not intended for secure transactions such as banking, social media, email, or purchasing. Use at your own risk. We assume no liability whatsoever for broken pages.


Alternative Proxies:

Alternative Proxy

pFad Proxy

pFad v3 Proxy

pFad v4 Proxy