CZĘŚĆ 1. ZASILANIE TRAMWAJÓW
Tramwaje pasażerskie zostały wprowadzone do użytku na początku XIX wieku. Początkowo były one ciągnięte przez konie, a później przez parowozy. Pod koniec XIX wieku w Niemczech została uruchomiona pierwsza linia tramwajów elektrycznych.
Obecnie tramwaje elektryczne w dalszym ciągu są popularnym środkiem transportu zbiorowego w wielu krajach. W Polsce można nimi podróżować na przykład w takich miastach, jak: Warszawa, Gdańsk, Kraków, Łódź czy Wrocław, natomiast na świecie tramwaje kursują m.in. we: Francji, Anglii, Szwecji, Japonii czy Australii.
Trakcja tramwajowa a kolejowa
Tramwaje elektryczne zasilane są z sieci trakcyjnej. W Polsce płynie nią prąd stały o napięciu 600 V. Dla porównania, w kolejowej sieci trakcyjnej są to 3 kV. Inaczej niż w przypadku tej ostatniej, która stanowi w skali całego kraju system połączony, trakcje tramwajowe są rozproszone. Dzięki temu są od siebie niezależne.
Z tego powodu, pod względem konstrukcji bardziej różnią się one pomiędzy sobą niż segmenty kolejowej sieci trakcyjnej. Za to ich rozbudowa, przebudowa czy modernizacja są dzięki temu łatwiejsze do realizacji.
Wykorzystując ten fakt oraz środki pozyskiwane z Unii Europejskiej w ostatnich latach w większości polskich miast dokonano znaczących inwestycji. Fundusze z UE przeznaczano przeważnie na budowę od podstaw nowych linii tramwajowych i wymianę starego taboru na nowoczesne składy, w których udogodnienia dla pasażerów, takie jak na przykład klimatyzacja, dźwiękowe i wizualne systemy informacji i strefy niskopodłogowe, są standardem. Remontowano również infrastrukturę tramwajową.
BUDOWA SIECI TRAKCYJNEJ I KLASYFIKACJA SIECI JEZDNYCH
Sieć trakcyjna wraz z tramwajem tworzą obwód elektryczny. Urządzenia elektryczne znajdujące się na pokładzie tego pojazdu są odbiornikami prądu, który płynie przez nie z sieci jezdnej zasilanej z podstacji trakcyjnej do sieci powrotnej.
Sieć jezdna trakcji ma charakter napowietrzny, natomiast sieć powrotną tworzą szyny. Zamykają one obwód przez połączenie z podstacją trakcyjną.
Część napowietrzna sieci trakcyjnej jest zawieszona nad torami na wysokości zwykle 5,5 metra, mierząc od górnej krawędzi (główki) szyny. W szczególnych przypadkach może być ona niższa. Przykładowo, na terenie zajezdni albo jeśli trasa tramwaju przebiega pod mostem, tunelem czy inną tego typu budowlą, minimalna wysokość zawieszenia sieci jezdnej to 4,2 metra.
Wyróżnia się kilka rodzajów sieci jezdnych. Podstawowa klasyfikacja dzieli je na sieci płaskie i łańcuchowe. Te pierwsze składają się z samych przewodów jezdnych. Sieci płaskie stosuje się na przykład wówczas, gdy nie można zbudować wyższej sieci trakcyjnej. Z kolei w przypadku sieci łańcuchowych przewody jezdne podwieszane są do linii nośnej. Do przymocowania ich do niej używane są specjalne linki, tzw. wieszaki. Innym kryterium klasyfikacji sieci jezdnych jest sposób ich naprężania.
SIECI SKOMPENSOWANE I NIESKOMPENSOWANE
Naprężanie jest konieczne, ponieważ z powodu rozszerzalności cieplnej metali, pod wpływem skrajnych temperatur otoczenia, bardzo wysokich podczas upałów oraz bardzo niskich w czasie mrozów, przewody jezdne rozciągają się, co przy nadmiernym wydłużeniu powiększa ich zwis lub kurczą się, co z kolei przy nadmiernym ich ściągnięciu grozi ich zerwaniem. Pod tym względem sieci jezdne dzielone są na sieci: skompensowane łańcuchowe, półskompensowane oraz bez kompensacji (nieskompensowane).
W tych pierwszych naciąg przewodu jezdnego reguluje się samoczynnie, dzięki zamontowaniu na końcach odcinków sieci mechanizmów z ciężarami, które działają na zasadzie przekładni. W zależności od tego, czy przewody się skracają, czy wydłużają, naprężacze, odpowiednio, poluzowują je albo naciągają.
W sieciach nieskompensowanych, którymi mogą być zarówno sieci płaskie, jak i łańcuchowe, takich mechanizmów się nie stosuje. Trzeci typ, czyli sieci półskompensowane, są rozwiązaniem pośrednim. W ich przypadku naprężaniu stosownemu do aktualnie panujących warunków atmosferycznych podlegają tylko przewody jezdne.
Sieci bez kompensacji powinno się budować na odcinkach, po których tramwaj porusza się z małą prędkością (do 30 km/h). Tam, gdzie pojazd będzie przyspieszał, powinno się natomiast korzystać z sieci pół- i w pełni skompensowanych.
Przykład: Przewody jezdne w trakcjach tramwajowych i kolejowych
Rys. 1. Wymiary przewodów Djp100 i DjpS100: D = 12 mm, a = 8,7 mm, (a-b)/2 min = 1,25 mm, r = 0,38 mm, α = 51, β = 27 Minimalna przewodność elektryczna: 56,3 m/Ω·mm², moduł Younga: 120 kN/mm², minimalna wytrzymałość na rozciąganie: 375 N/mm² (DjpS), 355 N/mm² (Djp), minimalne wydłużenie przy zerwaniu: 3%, maksymalna rezystancja przewodu: 0,183 Ω/km, dopuszczalna tolerancja przekroju: ±2,5%, waga: 889 kg/km. Przewody spełniają normy: PN-E-90090 pt. Przewody jezdne z miedzi i miedzi modyfikowanej oraz PN-EN 50149 pt. Zastosowania kolejowe - Urządzenia stacjonarne - Trakcja elektryczna - Profilowane przewody jezdne z miedzi i jej stopów.
Rys. 2. Rozdzielnica typu RT-1 Rodzielnica typu RT-1 zbudowana jest z następujących prefabrykowanych części:
|
ODBIERAKI PRĄDU
Za pomocą tytułowych urządzeń tramwaje pobierają prąd elektryczny, który płynie przewodami jezdnymi. Odbieraki prądu, inaczej pantografy, są w związku z tym instalowane na dachach tych pojazdów. Ich cechami charakterystycznymi są: stosunkowo lekka konstrukcja oraz "pająkowaty" kształt.
Dzięki temu stały się one ich swoistym znakiem rozpoznawczym. Z drugiej jednak strony, specyfika miejsca zamocowania oraz konstrukcji sprawiają, że czasem pantografy się łamią. O takich sytuacjach bywa z reguły głośno w mediach, ponieważ ruch na danej trasie jest wówczas wstrzymywany na wiele godzin, a bywa że i dłużej, jeżeli w wyniku takiego incydentu uszkodzeniu ulegnie sieć trakcyjna.
W konstrukcji pantografów można wyróżnić dwa główne elementy. Pierwszym są ramiona z przegubami. Umożliwiają one zginanie odbieraków, tak żeby zawsze dosięgały one przewodów jezdnych, dostosowując się do zmiany wysokości zawieszenia napowietrznej części sieci trakcyjnej wzdłuż całej trasy tramwaju.
Odbierak prądu styka się z przewodami jezdnymi za pośrednictwem ślizgacza. By uniknąć różnych niekorzystnych zjawisk, które byłyby powodowane tarciem tego metalowego elementu o metalowe przewody jezdne (łuszczenie się, erozja i szybsze zużycie się powierzchni trących, pogarszanie się właściwości przewodzących styku w punkcie odbioru prądu trakcyjnego), stosuje się grafitowe nakładki.
ALTERNATYWNE METODY ZASILANIA TRAMWAJÓW
Jak można się domyślić na podstawie powyższego opisu, zbudowanie, a następnie utrzymanie w dobrym stanie infrastruktury zasilającej tramwaje jest złożonym oraz drogim przedsięwzięciem. Faktem, być może mniej ważnym z praktycznego punktu widzenia, ale mimo wszystko istotnym, szczególnie pod względem estetycznym, jest również niekorzystny wpływ, jaki wywiera ona na przestrzeń miejską. Nic zatem dziwnego, że poszukuje się alternatywnych metod zasilania tych pojazdów.
Pod uwagę brane są różne rozwiązania, na przykład: korzystanie z trzeciej szyny wbudowanej w jezdnię albo wyposażenie tramwaju w zasobnik energii, na przykład akumulator, który byłby doładowywany na przystankach lub w czasie jazdy na odcinkach, na których tramwaj byłby zasilany w tradycyjny sposób.
Pierwsze tramwaje hybrydowe zasilane z sieci trakcyjnej, jak i z akumulatorów, są już użytkowane. W razie ich upowszechnienia się należałoby się jednak liczyć z pewnymi ograniczeniami.
O ile w technologii akumulatorów nie nastąpiłby w międzyczasie jakiś nagły przełom, dzięki któremu znacząco wzrosłaby ich pojemności, dotyczyłyby one długości trasy, jaką tramwaj byłby w stanie przebyć bez podłączenia do napowietrznej sieci trakcyjnej. Ograniczona byłaby też prędkość, do jakiej mógłby się wówczas rozpędzić.
