Економія електроенергії електропоїздів, Стаття у журналі «Молодий ученый»
Рубрика: Технічні науки
Бібліографічний опис:
Спільне положення
Залізничний транспорт України на тягу поїздів та експлуатаційні потреби лише за 2015 рік витратив понад 60 млрд кВт·г електроенергії. Один десятивагонний електропоїзд за середньої швидкості 70-90 км/год витрачає приблизно 4 тис. кВт·г електроенергії. Це дуже великі цифри, тому необхідно внести низку змін, спрямованих на ефективні заходи, що скорочують енерговитрати.
Електроенергія в електропоїздах витрачається подолання сил. Ці сили поділяються на внутрішні та зовнішні. Внутрішні — сили взаємодії між окремими вагонами та локомотивом (головним вагоном), сили парні та рівні за величиною, що збігаються по лінії дії та протилежні у напрямку. Зовнішні — тяжіння землі (вага поїзда), реакції рейок, вплив середовища (повітря) тощо. буд. Як відомо, лише під впливом внутрішніх сил центр тяжкості поїзда неспроможна змінити свого становища, а переміщається він під впливом зовнішніх сил. До таких і відноситься сила тяги - сила, прикладена до коліс поїзда, що рухається, в напрямку руху і викликає його переміщення. [1]
Під час руху поїзда виникають сили, що перешкоджають його руху, — сили тертя, сили взаємодії між поїздом і шляхом, між поїздом і повітряним середовищем, а також сили опору руху поїзда на схилах. Сумарна цих сил спрямована проти напрямку руху поїзда і лише на крутих спусках збігається з ним. Опір різко зростає зі збільшенням швидкості. [2] Якщо у минулому столітті ця швидкість була 200 км/год, то зараз електропоїзди здатні розвинути швидкість понад 400 км/год. Наприклад, французький швидкіснийелектропоїзд TGV ще 2007 зумів розвинути швидкість 574,8 км/год. А отже, потрібно якими-небудь способами подолати ці сили.
Загальноприйняті способи економії електроенергії
Одним із найважливіших способів зменшення витрат є забезпечення хорошого технічного стану механічного та кузовного обладнання електропоїздів. Якими б сучасними технології не були, цей фактор завжди відіграватиме найважливішу роль. Великі втрати можуть відбуватися через неправильну посадку двигуна, неправильне з'єднання двигуна з тяговим приводом, торкання корпусу редуктора і т.д.
Також традиційним способом економії є рекуперативне гальмування. [3] Точніше сказати, при цьому методі відбувається не економія електроенергії, а повернення її частини назад у мережу. Під час руху поїзда із збільшенням швидкості зростає запас кінетичної енергії. А під час руху електропоїзда під ухил, з'являється потенційна енергія. На ділянках шляху, де доводиться застосовувати гальмування, щоб не перевищити встановлену швидкість, використовується тільки частина кінетичної та потенційної енергії, інша частина втрачається в гальмах. На поїздах з рекуперативним гальмуванням для гальмування використовують тягові двигуни як генератор. За рахунок цього «зайва» енергія переводиться в електричну та повертається до мережі. [4]
Ще одним способом економії є використання тягових двигунів, розрахованих на номінальну напругу 1500 В, а не як попередники на 375 В. Новий двигун обладнаний компенсаційною обмоткою, що дозволило підняти його потужність і використовувати в генераторному режимі роботи. Це означає, що в електропоїздах, що використовуються цей двигун, можлива реалізація не тільки послідовного та послідовно-паралельного з'єднання.двигунів, а й запровадження режиму рекуперативного гальмування з максимальної швидкості до 25–28 км/год. Все це дозволяє до 20% знизити в експлуатації витрати електроенергії.
Стів Джобс говорив: «Починайте з малого…» Тому не слід забувати, що досить велика частина електроенергії витрачається на необхідні потреби пасажирів, такі як освітлення та опалення. Знизити ці витрати можна шляхом заміни звичайних електричних ламп з пружним патроном на енергозберігаючі та установки електронних терморегуляторів відповідно. Розглянемо детальніше економію електроенергії за допомогою енергозберігаючих ламп.
Економія електроенергії здопомогою енергозберігаючих ламп
Щоб дізнатися, які лампи найкраще використовувати в електропоїздах, потрібно розглянути плюси кожних.
Компактна люмінесцентна лампочка складається зі скляної трубки, спіралеподібно або у-подібно зігнутої, або такої ж колби, як і лампи розжарювання, заповненої галогеном і парами ртуті. Між цоколем та трубкою розміщується стартер, який запускає роботу лампочки. Під дією невидимого ультрафіолетового випромінювання, що утворюється при розжарюванні парів ртуті, починає світитися люмінофор - речовина, яка покриває скляну поверхню зсередини.
На користь економічності цих лампочок говорить їхня потужність, яка в 4–5 разів менша, ніж у звичайної лампи розжарювання, тобто споживання електроенергії буде в 4–5 разів нижчою.
Мінусами даного виду ламп є погані показники вологостійкості та морозостійкості, висока чутливість до різких стрибків напруги, що призводить до їх миготіння, а також тривалий час розігріву.
Другим видом ламп, що відносяться до енергозберігаючих, є світлодіодні лампи.
Світлодіодні лампискладаються з:
- Розсіювача
- Власне світлодіодів
- Плати, на яку вони (світлодіоди) кріпляться
- Радіатора, що охолоджує світлодіоди
- Драйвера
- Вентиляційних отворів, призначених для циркуляції повітря
- Цоколя
Мал. 1. Складові частини світлодіодних ламп
Плюсами даного виду ламп є:
– Наявність у кожного світлодіодного джерела світла стабілізованого джерела живлення, завдяки чому забезпечується світловий потік без мерехтінь та перепадів кольорів
– Можливість мати весь спектр кольорів
– Економічність порівняно з люмінесцентними лампами у 2–3 рази
– Відсутність шкідливих речовин, тобто безпечна експлуатація та, відповідно, легка утилізація
– Широкий температурний режим, що дуже зручно з нашим кліматом
До мінусів можна віднести такі показники, як:
– Погіршення ефективності при сильному перегріванні
– Спрямований світловий потік, тобто світлодіодна лампа світить спрямовано, внаслідок чого простір збоку та ззаду освітлюється недостатньо добре
Електропоїзди є одним із найбільших споживачів електричної енергії не тільки в нашій країні, а й у всьому світі, тому боротьба за її економію – одне з найважливіших завдань. Використання обох видів ламп дозволить суттєво заощадити електроенергію. Зниження витрат значно знизить необхідну потужність електричних станцій, які для вироблення електроенергії використовують енергоресурси природи, а вони не є нескінченними. Окрім екологічного чинника є і економічний, який особливо актуальний у наш час.
- Цукало П. В. Економія електроенергії на електрорухомому складі. - 629.423.072.2 004.18. -М.: Транспорт, 1983. - 174 с.
2. Калінін В. К. Електровози та електропоїзди. - М.: Транспорт, 1991.-480 с.
- Фамінський Г. В. Економія електроенергії в електропоїздах. - М.: Транспорт, 1970. - 88с.
- Яковлєв Д. В. Управління електровозом та його обслуговування. - М.: Транспорт, 1978. 297 с.