منظومة السكك الحديدية المكهربة
منظومة السكك الحديدية المكهربة railway electrification system، هي منظومة نقل سريع تستخدم الطاقة الكهربائية لتسيير قطارات وترامات السكك الحديدية بدون وجود محرك رئيسي على متنها أو مصدر وقود موضعي.
تستخدم السكك الحديدية الكهربائية القاطرات الكهربائية لنقل الركاب أو الشحنات في عربات أو وحدات متعددة كهربائيةأو عربات ركاب منفصلة ذات محركات مستقلة.
تُولد الكهرباء في محطات طاقة كهربائية ضخمة وذات كفاءة مرتفعة نسبياً، وتُنقل لشبكة السكك الحديدية ثم توزع للقطارات. بعض السكك الحديدية الكهربائية لديها محطات توليد وخطوط نقل مخصصة لكن معظم الطاقة المطلوبة تُجلب من المرافق الكهربائية. عادة ما توفر السكك الحديدية خطوط التوزيع، البدالات والمحولات الخاصة بها،
مقارنة بالبديل الرئيسي، محرك الديزل، فالسكك الحديدية الكهربائية توفر كفاءة طاقة أفضل، وانبعاثات وتكلفة تشغيل أقل بكثير.
عادة ما تكون القاطرات الكهربائية أهدأ، وأكثر قوة، وأكثر استجابة وموثوقية من محركات الديزل.
لا يوجد للقاطرات الكهربائية انبعاثات، الميزة الأكثر أهمية في الأنفاق والمناطق الحضرية. بعض منظومات السكك الحديدة الكهربائية توفر نظام المكابح التجديدية التي تحول الطاقة الحركية للقطار إلى كهرباء وتردها إلى منظومة الإمداد كي تستخدم بواسطة القطارات الأخرى أو شبكة المرافق العامة.
في حين تقوم قاطرات الديزل بحرق النفط، فالكهرباء يمكن توليدها من مصادر مختلفة منها الطاقة المتجددة. [1]
أما عيوب القطارات الكهربائية فتشمل التكاليف الرأسمالية المرتفعة التي قد تكون غير اقتصادية على المسارات الغير مزدحمة؛ افتقادها النسبي للمرونة- حيث أن القطارات الكهربائية تحتاج إلى سكك مكهربة (أو أسلاك علوية) - وتعرضها لانقطاع الكهرباء. [1]
في العقود الأخيرة، زاد انتشار السكك الحديدية المكهربة، وفي 2012، كانت القاطرات المكهربة تشكل تقريباً ثلث القاطرات في العالم.[2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التاريخ
كان توماس دافنبورت، وهو حداد أمريكي، أول من بنى نموذجاً لخط سكة حديدية عام 1835. وبعد بضع سنوات، جاء المخترع الأسكتلندي، روبرت ديفيدسن، فبنى أول قاطرة كهربائية بحجم كامل. وسارت هذه القاطرة على خط سكة حديدية يربط بين أدنبرة وگلاسگو. ولكن تكلفة الإمداد بالكهرباء كانت عالية جدًا بالنسبة لاستخدامها العام على خطوط سكك حديدية، إلى أن تم تطوير مولد كهربائي في منتصف القرن التاسع عشر الميلادي. انظر: القوس الكهربائي.
استطاع هذا القوس الكهربائي توليد جُهد كهربائي عال (فولتية) بتكلفة منخفضة، وجعل من الممكن إنشاء خط سكة حديدية كهربائي حديث. كانت أول قاطرة كهربائية استمدت طاقتها من قوس كهربائي بوساطة قضيب ثالث قد عُرضت في برلين، بألمانيا، في عام 1879.
تم تشغيل أول خط سكة حديدية كهربائي تجاري على الشارع في مدينة ليشترفيلد، بألمانيا، في عام 1881. وفي عام 1887، أنشأ المخترع الأمريكي، فرانك ج سبراج خط سكة حديدية في ريتشموند، بفرجينيا. وكان هذا أول نظام خط سكة حديدية كهربائي كبير.
حدثت عملية كهربة الخطوط الحديدية بين المدن على نطاق واسع في أوروبا في أواخر الأربعينيات من القرن العشرين. وكان من أول القطارات الكهربائية السريعة الحديثة القطار الياباني شنكانسن المعروف بقطار الطلقة النارية. وبدأ تشغيله في عام 1964، أما القطار الفرنسي السريع (تي جي في) فقد افُتتح خطه في عام 1981م
التصنيف
يمكن لقطار كهربائي أن يستمدَ طاقته بطريقتين: من سلك علوي يُسمى منحنى سلسلي، أو من قضيب ثالث كهربائي. وفي نظام الأسلاك العلوية، تجد هيكلاً فولاذياً ذا مفاصل على قمة القطار يربطه بالمنحنى السلسلي. ويوصل هذا الهيكل الذي يُسمى بنتوغراف أو مِنْساخ الكهرباء من السلك إلى نظام دفعي يشمل مُحركات الجر التي تكون عادة بالقرب من عجلات القطار. وتُدير هذه المحركات عجلات القيادة التي تجعل القطار يسير فعلاً. وللقطار الذي يستخدم قضيباً ثالثاً جهاز معدني يُسمى حذاء المكبح. وينزلق هذا الجهاز المعدني مع القضيب الثالث، موصلاً بذلك الكهرباء إلى النظام الدفعي. ويستخدم سائق القطار جهازاً يُسمى جهاز التحكم الرئيسي لضبط سرعة القطار. وينظم جهاز التحكم هذا كمية الطاقة الداخلة إلى النظام الدفعي للقطار.
تُزود المنحنيات السلسلية مُعظم القطارات الكهربائية التي تسير إلى المدن بالطاقة اللازمة.
ولهذه القطارات قاطرة واحدة أو مجموعة من القاطرات الكهربائية تجرُّ مجموعة من العربات أو شاحنات البضائع. وتزنُ معظم القاطرات الكهربائية ما يتراوح بين 90 و 180 طنًا متريًا. وتتراوح قدرتها بين حوالي 4,000 و 5,000 كيلو وات. وتبلغ سرعتها ما يزيد على 240كم/الساعة.
يزُوّد قضيب ثالث مُعظم القطارات الكهربائية التي تسير عبر المدن المختلفة بالكهرباء اللازمة لها. بعض عربات السكة الحديدية التي تعبر المدن لديها محركات الجر الخاصة بها التي تتراوح قُدرتها بين 89 و210 كيلو وات. وتجر بعض العربات الأخرى قاطرات، أو ترتبط بعربات سكة حديدية لديها محركات دفع. تبلغ السرعة القصوى لعربات السكك الحديدية التي تسير عبر المدن حداً يتراوح ما بين 80 و 120كم/الساعة.
الجهد الكهربي الموحد
| المنظومة المكهربة | الجهد الكهربي | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Min. non-permanent | Min. permanent | الاسمي | Max. permanent | Max. non-permanent | |
| 600 V DC | 400 V | 400 V | 600 V | 720 V | 800 V |
| 750 V DC | 500 V | 500 V | 750 V | 900 V | 1,000 V |
| 1,500 V DC | 1,000 V | 1,000 V | 1,500 V | 1,800 V | 1,950 V |
| 3 kV DC | 2 kV | 2 kV | 3 kV | 3.6 kV | 3.9 kV |
| 15 kV AC, 16.7 Hz | 11 kV | 12 kV | 15 kV | 17.25 kV | 18 kV |
| 25 kV AC, 50 Hz (EN 50163) and 60 Hz (IEC 60850) |
17.5 kV | 19 kV | 25 kV | 27.5 kV | 29 kV |
التيار المستمر
المنظومات العلوية
السكك الحديدية الثالثة
منظومات الإطارات المطاطية
التيار المتردد
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التيار المتردد منخفض التردد
المنظومات الغير متلامسة
الكفاءة الكهربائية
الكهرباء مقابل الديزل
التيار المتردد مقابل المستمر في الخطوط الرئيسية
مقارنته بقاطرات الديزل
المزايا
العيوب
الانتشار العالمي
تأثير الشرر
انظر أيضاً
- خط حزام بالتيمور، أول خط سكك حديدية مكهربة رئيسي في الولايات المتحدة.
- Battery electric multiple unit
- Battery locomotive
- Conduit current collection
- Current collector
- Dual electrification
- Electromote
- Gross-Lichterfelde Tramway, a system similar to a model railway
- Ground-level power supply
- تاريخ القاطرات الكهربائية
- قائمة منظومات السكك الحديدية المكهربة
- Multi-system (rail)
- Overhead conductor rails
- Stud contact system
- Traction current pylon
- Traction powerstation
- Traction substation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
المصادر
- ^ أ ب P. M. Kalla-Bishop, Future Railways and Guided Transport, IPC Transport Press Ltd. 1972, pp. 8-33
- ^ "Railway Handbook 2015" (PDF). International Energy Agency. p. 18. Retrieved 4 August 2017.
المراجع
بالإنگليزية
- Moody, G T (1960). "Part One". Southern Electric (3rd ed.). London: Ian Allan Ltd.
- Gomez-Exposito A., Mauricio J.M., Maza-Ortega J.M. "VSC-based MVDC Railway Electrification System" IEEE transactions on power delivery, v.29, no.1, Feb.2014 pp. 422–431. (suggests 24 kV DC)
- (Jane's) Urban Transit Systems
- Hammond, John Winthrop (2011) [1941]. Men and volts; the story of General Electric. Philadelphia, Pennsylvania, U.S.A.; London, U.K.: General Electric Company; J. B. Lippincott & Co.; Literary Licensing, LLC. ISBN 978-1-258-03284-5 – via Internet archive.
He was to produce the first motor that operated without gears of any sort, having its armature direct-connected to the car axle.
{{cite book}}: External link in|via=|ref=harv(help) - Kaempffert, Waldemar Bernhard, Editor; Martin, T. Comerford (1924). A Popular History of American Invention. Vol. 1. London, U.K.; New York, NY, U.S.A.: Charles Scribner's Sons. Retrieved March 11, 2017 – via Internet archive.
{{cite book}}:|first1=has generic name (help); Invalid|ref=harv(help)CS1 maint: multiple names: authors list (link) - Malone, Dumas (1928). Sidney Howe Short. Vol. 17. London, U.K.; New York, NY, U.S.A.: Charles Scribner's Sons. Retrieved 31 May 2017.
{{cite book}}:|work=ignored (help); Invalid|ref=harv(help)
بالروسية
- Винокуров В.А., Попов Д.А. "Электрические машины железно-доровного транспорта" (Electrical machinery of railroad transportation), Москва, Транспорт, 1986, . ISBN 5-88998-425-X, 520 pp.
- Дмитриев, В.А., "Народнохозяйственная эффективность электрификации железных дорог и примениния тепловозной тяги" (National economic effectiveness of railway electrification and application of diesel traction), Москва, Транспорт 1976.
- Дробинский В.А., Егунов П.М. "Как устроен и паботает тенловоз" (How the diesel locomotive works) 3rd ed. Moscow, Транспорт, 1980.
- Иванова В.Н. (ed.) "Конструкция и динамика тепловозов" (Construction and dynamics of the diesel locomotive). Москва, Транспорт, 1968 (textbook).
- Калинин, В.К. "Электровозы и электроноезда" (Electric locomotives and electric train sets) Москва, Транспорт, 1991 ISBN 978-5-277-01046-4
- Мирошниченко, Р.И., "Режимы работы электрифицированных участков" (Regimes of operation of electrified sections [of railways]), Москва, Транспорт, 1982.
- Перцовский, Л. М.; "Энргетическая эффективность электрической тяги" (Energy efficiency of electric traction), Железнодорожный транспорт (magazine), #12, 1974 p. 39+
- Плакс, А.В. & Пупынин, В. Н., "Электрические железные дороги" (Electric Railways), Москва "Транспорт" 1993.
- Сидоров Н.И., Сидорожа Н.Н. "Как устроен и работает эелктровоз" (How the electric locomotive works) Москва, Транспорт, 1988 (5th ed.) - 233 pp, ISBN 978-5-277-00191-2. 1980 (4th ed.).
- Хомич А.З. Тупицын О.И., Симсон А.Э. "Экономия топлива и теплотехническая модернизация тепловозов" (Fuel economy and the thermodynamic modernization of diesel locomotives) - Москва: Транспорт, 1975 - 264 pp.