Рельсы, шпалы, провода

С исторической точки зрения электрификация железных дорог была неизбежна. По сравнению с паровозом или тепловозом электровоз при том же весе и размерах гораздо мощнее, а значит, он может перемещать поезда быстрее и на значительно большие расстояния. Кроме того, электрическая тяга имеет более высокий КПД, чем тепловозная и уж тем более паровая.

ЦИФРЫ
Средний показатель паровой тяги составляет 3–4%;
тепловозной – около 21%;
электрической – около 24%.

На электрифицированных железных дорогах тяговые электродвигатели локомотивов получают энергию от контактной сети, подключённой к тяговой подстанции. При этом железнодорожная магистраль одновременно выполняет ещё одну важную функцию – снабжает электричеством прилегающие районы.

Стоит отметить и такую полезную особенность электрифицированных путей: они не только потребляют электричество, но иногда и, наоборот, выдают электроэнергию в сеть. Происходит это при движении поезда на спусках и при торможении и называется рекуперацией, или рекуперативным торможением.

Первыми были русские

Привести транспорт в движение при помощи электричества впервые предложил русский академик Борис Якоби почти 180 лет назад. В 1839 году он построил лодку с электромагнитным двигателем, который выдавал мощность около 1 лошадиной силы и питался от батареи на гальванических элементах. На испытаниях на Неве лодка с 14 пассажирами смогла разогнаться против течения до скорости 4 км/ч.

На железной дороге электрическую тягу стали применять в конце XIX века. Импульс для использования электричества на этом виде транспорта придал успешный опыт русского военного инженера Фёдора Пироцкого. В 1875 году на участке Сестрорецкой железной дороги он запустил вагоны на электротяге. Причём сделал он это без привычных нам сегодня проводов: электричество на двигатель подавалось через рельсы, один из которых был прямым проводником, а другой – обратным.

Как это часто бывало в истории, почти одновременно мысль об очередном научном шаге пришла в головы нескольких инженеров: использовать электричество для ж/д транспорта в это же время предложил и немец Вернер Сименс. В 1879 году на Берлинской промышленной выставке основатель знаменитой фирмы показал миру свой вариант электрической железной дороги. Это была маленькая узкоколейка, предназначавшаяся для перемещения посетителей выставки. Поезд из нескольких открытых вагончиков приводился в движение электровозом с двумя моторами, которые получали постоянный ток напряжением 150 В от железной полосы, уложенной между рельсами.

Провода на железной дороге появились спустя два года, их появление было вызвано объективными причинами. Деревянные шпалы приводили к серьёзным потерям электроэнергии, передававшейся по рельсам. Сименс решил заменить их подвесным проводом – железной трубкой, подвешенной над ж/д полотном. Отдалённо эта система напоминала современные токоприёмники – в нижней части трубки был продольный прорез, куда вставлялся челночок, соединённый с проводом. Этот челночок прикреплялся к крыше локомотива и передавал ток электродвигателю. Обратным проводом служила такая же трубка, подвешенная рядом с первой.

Такая конструкция была жизнеспособной, но в самых ограниченных масштабах. Дальнейшее развитие магистрального железнодорожного электрического транспорта упиралось в невозможность передачи электроэнергии на дальние расстояния. И инженеры со всего мира принялись решать эту задачу. Сначала появился трамвай с подземным проводом, но такая схема электропитания была признана сложной в эксплуатации — желоб с проводом быстро загрязнялся. Затем, в конце 1884 года, в Канзас-Сити (США) была испытана система с медными воздушными проводами, из которых один был прямой, другой – обратный. Испытывались и компромиссные идеи. Так, в 1885 году бельгийский инженер Ван-Депуль запустил в Торонто (Канада) трамвай, питавшийся от одного воздушного провода, а обратным проводом служили рельсы. Здесь уже применялось усовершенствованное токоприёмное устройство – контакт с рабочим проводом осуществлялся с помощью металлического ролика, насаженного на штангу трамвая, который во время движения катился по проводу. Со временем такой вариант стал основным.

Бесконечная электрификация

На рубеже XIX–XX веков наряду с признанными лидерами технического прогресса – США и Германией – электрическая тяга получает быстрое развитие в Швейцарии, Франции, Англии, Италии и других европейских странах. Появляются первые двухпроводные воздушные контактные сети (роль третьего провода играли рельсы).

В нашей стране массовая электрификация железных дорог началась после Октябрьской революции как часть плана ГОЭЛРО. На начальном этапе электрифицировались сложные участки горных перевалов и окрестности крупных городов. После войны процесс ускорился. Когда самые сложные участки были электрифицированы, настала очередь крупнейших железнодорожных направлений.


В 1956 году был принят Генеральный план электрификации железных дорог, согласно которому ключевые магистральные направления подлежали переводу на электрическую тягу. К 1 января 1971 года протяжённость электрифицированных железнодорожных линий в России составила без малого 40 тысяч км, однако это было лишь 24% общей длины железнодорожной сети, поэтому работа в этом направлении продолжилась.

Одним из самых сложных этапов (который, к слову, продолжается до сих пор) стала электрификация железных дорог Сибири и Дальнего Востока. К 1994 году была полностью электрифицирована магистраль Москва – Хабаровск, однако на отдельных участках Дальневосточной железной дороги перевозки всё ещё обеспечивались тепловозной тягой. В конце 2002 года закончился поистине эпохальный этап – электрификация уникальной магистрали Транссиба.

Эта работа продолжается и сегодня: строятся новые магистрали, старые модернизируются. Среди самых заметных проектов последних лет – электрификация линий в порту Усть-Луга в Ленинградской области; комплексная реконструкция линии Карымская – Забайкальск в Забайкальском крае; комплексная реконструкция линий на Таманском полуострове в рамках строительства нового глубоководного порта Тамань; электрификация Московского центрального кольца (бывшего МК МЖД) со всеми станциями и передаточными ветвями, а также линии Адлер – «Роза Хутор», которая строилась специально для зимней Олимпиады 2014 года.

ФАКТ

По протяжённости электрифицированных линий, объёму перевозок, грузонапряжённости и темпам электрификации железных дорог Россия занимает в мире одну из лидирующих позиций. Электрифицированные магистрали Москва – Слюдянка (5467 км), Ленинград – Ленинакан (3378 км), Москва – Чоп (1765 км) являются крупнейшими на планете.