15 kV-os villamos vontatás

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
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 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.

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 mint ilyen rendkívül törékeny. Az ilyen törékeny, finom eszközök a törékenységük folytán nem alkalmasak arra, hogy mozdonyban használják. 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.

Ausztria[szerkesztés]

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]

Svájc[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]

Jegyzetek[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 

Források[szerkesztés]

További információk[szerkesztés]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]

Fordítás[szerkesztés]