ระบบส่งจ่ายไฟฟ้าในรถไฟฟ้า
ลักษณะของการใช้พลังงานไฟฟ้าของรถไฟ[แก้]
กระแสไฟฟ้าให้พลังงานฉุดรถไฟ ซึ่งอาจใช้หัวรถจักรไฟฟ้าเพื่อลากตู้ผู้โดยสารหรือตู้สัมภาระหรือเป็นรถไฟที่ประกอบด้วยตู้ที่มีเครื่องยนต์ไฟฟ้าหลายตู้ ที่ซึ่งแต่ละตู้โดยสารรับกระแสไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนด้วยตัวเองโดยไม่ต้องพึ่งหัวรถจักร พลังงานจะถูกสร้างขึ้นในโรงผลิตเพื่อการพาณิชย์ขนาดใหญ่ที่ประสิทธิภาพในการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงสามารถ optimize ได้ พลังงานไฟฟ้าจะถูกลำเลียงไปยังรถไฟตามสายส่งแล้วกระจายภายในเครือข่ายทางรถไฟไปให้รถไฟตามที่ต่างๆ โดยปกติจะมีระบบภายในในการจัดจำหน่ายการใช้พลังงานและการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่จัดการโดยการรถไฟเอง
พลังงานจะถูกถ่ายโอนไปยังรถไฟที่กำลังเคลื่อนที่โดยผ่านตัวนำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องตลอดเวลาหรือเกือบตลอดเวลา ในกรณีที่ใช้ระบบการจ่ายเหนือศีรษะ มักจะเป็นลวดเปลือยแขวนลอยอยู่ในเสาเรียกว่าสายส่งเหนือศีรษะ ตัวรถไฟมีเสายึดติดตั้งอยู่บนหลังคาซึ่งรองรับแถบตัวนำยึดติดกับหน้าสัมผัสด้วยสปริงรวมทั้งหมดเรียกว่าแหนบรับไฟ รายละเอียดหาอ่านได้ใน ระบบจ่ายไฟฟ้าเหนือหัว
เมื่อเทียบกับแรงฉุดดีเซล, ซึ่งเป็นระบบทางเลือกที่สำคัญ, การใช้พลังงานไฟฟ้าทำให้สามารถใช้น้ำมันเชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพแม้จะยอมรับว่ามีการสูญเสียระหว่างการส่งผ่าน; มันสามารถให้พลังการลากสูงกว่า, ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา, ควบคุมง่ายและยังหลีกเลี่ยงการปล่อยสารพิษในเขตเมืองอีกด้วย บางระบบพลังจากระบบเบรก (อังกฤษ: en:regenerative braking) สามารถนำกลับมาใช้ได้อีก
ส่วนข้อเสียของการใช้ไฟฟ้าก็คือการที่ต้องใช้เงินลงทุนสูงในการสร้างระบบการกระจายพลังงาน, การไร้ความสามารถที่จะให้บริการราคาถูกไปยังเส้นทางที่มีการเดินทางน้อย, และขาดความยืดหยุ่นในกรณีที่เกิดการหยุดชะงักในเส้นทาง ความแตกต่างกันของมาตรฐานการจัดระบบไฟฟ้าในพื้นที่ติดกันทำให้ลำบากในการให้บริการต่อเนื่อง สายไฟฟ้าเหนือศีรษะอยู่ในระดับต่ำ ทำให้การเดินรถแบบสองชั้นทำได้ยาก
การจัดหมวดหมู่[แก้]
ระบบการใช้พลังงานไฟฟ้าถูกจำแนกเป็นสามปัจจัยหลักดังนี้:
- แรงดันไฟฟ้า
- กระแส
- กระแสตรง (DC)
- กระแสสลับ (AC)
- ความถี่
- ระบบหน้าสัมผัส
- รางที่สาม
- เหนือศีรษะ
แรงดันไฟฟ้าที่ได้มาตรฐาน[แก้]
แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กันมากที่สุดมี 6 แรงดัน โดยได้รับการคัดเลือกสำหรับมาตรฐานยุโรปและต่างประเทศ แรงดันเหล่านี้เป็นอิสระจากระบบหน้าสัมผัสที่ใช้ ตัวอย่างเช่น 750 V DC อาจจะใช้กับรางที่สามหรือเหนือศีรษะ (รถรางปกติใช้เหนือศีรษะ)
มีหลายระบบแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ ที่ใช้สำหรับระบบรถไฟฟ้าทั่วโลกและ'รายการของระบบปัจจุบันสำหรับการลากรถไฟฟ้า' (อังกฤษ: en:list of current systems for electric rail traction) จะครอบคลุมทั้งแรงดันไฟฟ้าที่ได้มาตรฐานและไม่ได้มาตรฐาน
ช่วงของแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับอนุญาตมีการระบุไว้ในมาตรฐาน BS EN 50163[1] และ IEC 60850[2]. มาตรฐานเหล่านี้ได้คำนึงถึงจำนวนของรถไฟที่ใช้กระแสและระยะทางจากสถานีย่อย
| ระบบไฟฟ้า | แรงดันต่ำสุดไม่ถาวร | แรงดันต่ำสุดถาวร | แรงดันใช้งาน | แรงดันสูงสุดถาวร | แรงดันสูงสุดไม่ถาวร |
|---|---|---|---|---|---|
| 600 V ไฟฟ้ากระแสตรง | 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 | 17.5 kV | 19 kV | 25 kV | 27.5 kV | 29 kV |
กระแสตรง[แก้]
ระบบการใช้พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในช่วงต้นใช้แรงดันต่ำ มอเตอร์ไฟฟ้าบนรถไฟได้รับกระแสไฟฟ้าโดยตรงจากแหล่งจ่ายกลางและถูกควบคุมโดยใช้ความต้านทานเริ่มต้นที่ถูกต่อขนานแบบก้าวหน้าเมื่อรถไฟเพิ่มความเร็วและใช้รีเลย์ที่เชื่อมต่อการทำงานของมอเตอร์แบบอนุกรมหรือแบบขนาน
แรงดันที่พบมากที่สุดเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 600 V และ 750 V สำหรับรถรางและรถไฟฟ้าใต้ดิน, และ 1500 V, 650/750 V สำหรับรางที่สามสำหรับภาคใต้ในอดีตของสหราชอาณาจักร,และ 3 กิโลโวลต์สำหรับเหนือศีรษะ, แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่ามักจะใช้กับระบบรางทีสามหรือระบบรางที่สี่, ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 1 กิโลโวลต์ปกติจะจำกัดเฉพาะในการเดินสายไฟในระบบเหนือศีรษะสำหรับเหตุผลด้านความปลอดภัย. รถไฟชานเมืองสาย (S-Bahn) ในฮัมบูร์ก, เยอรมนีดำเนินงานโดยใช้รางที่สามที่แรงดัน 1200 V, ฝรั่งเศสสาย SNCF Culoz-Modane ในเทือกเขาแอลป์ใช้ 1,500 v ในรางที่สามจนกระทั่ง 1976 เมื่อโซ่ถูกติดตั้งและรางสามถูกรื้อออก. ในสหราชอาณาจักรทางตอนใต้ของกรุงลอนดอนใช้ 750 V กับรางที่สามถูกนำมาใช้ในขณะที่ 660 V ถูกนำมาใช้เพื่อให้การเดินรถระหว่างที่ทำงานอยู่บนเส้นที่ใช้ร่วมกันกับรถไฟใต้ดินลอนดอนซึ่งใช้ 630 V กับระบบรางที่สี่ แต่ด้วยที่รางที่สี่ (กลาง) ที่เชื่อมต่อกับรางวิ่งในพื้นที่ระหว่างการทำงาน. บางเส้นภายในลอนดอนยังคงการดำเนินงานที่ 660 โวลต์เนื่องจากการเชื่อมต่อกับเส้นที่ใช้ร่วมกันหรือด้วยเหตุผลเพื่อเป็นตำนาน ภายในลอนดอนสายใหม่ทั้งหมด (ใต้ดิน) เป็น 750 โวลต์
ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 converter แบบ rotary หรือวงจรเรียงกระแสแบบปรอทโค้งถูกนำมาใช้ในการแปลงไฟ AC เป็น DC ที่จำเป็นต้องใช้ที่สถานีป้อน วันนี้การแปลงดังกล่าวมักจะทำโดยเซมิคอนดักเตอร์วงจรเรียงกระแสหลังจากลดความดันลงจากแหล่งจ่ายสาธารณูปโภค
ระบบ DC ค่อนข้างง่าย แต่ต้องใช้สายหนาและระยะทางสั้นระหว่างสถานีป้อนเพราะใช้กระแสสูงมาก นอกจากนี้ยังมีการสูญเสียความต้านทานอย่างมีนัยสำคัญ สถานีป้อนจำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง ระยะห่างระหว่างสองสถานีป้อนที่ 750 V บนระบบรางที่สามประมาณ 2.5 กิโลเมตร (1.6 ไมล์) ระยะห่างระหว่างสองสถานีป้อนที่ 3 กิโลโวลต์เป็นเรื่องเกี่ยวกับ 7.5 กิโลเมตร (4.7 ไมล์)
ถ้าบนขบวนรถไฟมีอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นเช่นพัดลมและคอมเพรสเซอร์ ถ้าต้องใช้พลังงานจากมอเตอร์ที่เลี้ยงโดยตรงจากแหล่งจ่ายแรงฉุด สายเคเบิลที่เป็นสายส่งอาจจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเนื่องจากต้องเพิ่มขนาดของสายและแนวนกันความร้อน ทางเลือกคืออุปกรณ์เหล่านั้นสามารถขับเคลื่อนจากชุดมอเตอร์-เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งเป็นทางเลือกของการเปิดหลอดไฟ incandescent lights มิฉะนั้นจะต้องมีการเชื่อมต่อเป็นหลอดไฟกันเป็นแถวยาวเนื่องจากความดันที่ส่งให้มีขนาดสูงมาก (หลอดไฟที่ออกแบบมาเพื่อทำงานที่แรงดันไฟฟ้า (750V) จะทำงานโดยไม่มีประสิทธิภาพ) ตอนนี้ converter แบบ solid-state (SIVs) และไฟเรืองแสงสามารถถูกนำมาใช้งานได้ ทางเลือกคือ ไฟ DC สามารถแปลงเป็นไฟฟ้า AC ผ่านอินเวอร์เตอร์บนตู้รถไฟเพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์เสริมเหล่านั้น และด้วยการเปิดตัวของมอเตอร์แรงฉุด AC รถไฟทั้งขบวน (ตัวอย่างคือ ระบบขับเคลื่อนหลายตู้ ชั้น FP ของนิวซีแลนด์ ใช้ไฟ 1500 V DC จากสายส่งชานเมืองในเวลลิงตัน ซึ่งแปลงไฟกระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับบนตู้รถไฟสำหรับการใช้งานโดยฉุดมอเตอร์และอุปกรณ์เสริมบนตู้รถไฟ)
ระบบการจ่าย[แก้]
มี 3 ระบบคือ
- ระบบเหนือศีรษะ
- ระบบรางที่สาม
- ระบบรางที่สี่
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น