На чем ездит метро

Контактный рельс в метро: как это устроено и какое там напряжение?

Опубликовано 12.04.2021 · Обновлено 03.11.2021

В большинстве метрополитенов мира для передачи электрической энергии от подстанции к подвижному составу применяется не привычная для железной дороги воздушная контактная сеть, а вполне жесткий контактный рельс, оправдывающий свое название в полной мере.

Назначение и устройство контактного рельса

Контактный рельс — это жесткий токоведущий элемент, предназначенный для передачи электроэнергии к токоприемнику подвижного состава, за счет скользящего контакта.

На фото оранжевым окрашен токоприемник, скользящий по контактному рельсу снизу

Под жестким токоведущим элементом как правило понимается дополнительный рельс, однако это может быть все что угодно, главное чтобы этот элемент имел гладкую поверхность для возможности скольжения по нему токоприемника, и был жестким для возможности его крепления без дополнительных удерживающих приспособлений. Кстати, варианты крепления тоже могут быть различны: как по бокам от основного пути, так и в середине пути. Помимо крепления есть разные варианты токосъема: когда скольжение токоприемника осуществляется сверху, снизу или сбоку.

Напряжение электрического тока в контактной сети метрополитенов России — 825 Вольт выпрямленного постоянного тока, рабочим напряжением для подвижного состава является диапазон от 750 до 925 Вольт

В метрополитенах России контактный рельс расположен по бокам от основного пути для токосъема снизу, он с жестко крепится к шпалам железнодорожного пути посредством специального кронштейна, на вершине которого устанавливается изолятор, непосредственно удерживающий его. Таким образом ось контактного рельса оказывается параллельной оси пути, и если говорить о цифрах: расстояние между этой осью и ближайшим рельсом составляет 690 мм, а высота нижней (токоведущей) стороны над головкой рельса пути составляет 160 мм. Эти показатели на протяжении всей длины остаются практически неизменными.

Схема крепления контактного рельса в метрополитенах России

Достоинства применения контактного рельса

Есть множество сценариев использования контактных рельс для питания подвижных составов, начиная от поездов метро и заканчивая городским трамваем. В каждом конкретном случае проявляются те или иные сложности, по этому о достоинствах и недостатках такого способа передачи электроэнергии мы будем говорить с позиции применения в отечественном метрополитене.

Главной сложностью перед применением в метро классической контактной сети, организация которой хорошо отработана на большой железной дороге, стала борьба буквально за каждый кубический сантиметр пространства в тоннеле. Здесь и проявилось главное достоинство контактного рельса — такая технология не требует много места и габариты тоннелей остаются минимальными, ведь он занимает свободное пространство, которое невозможно занять чем-то другим, и невозможно ликвидировать.

Контактный рельс в тоннеле метро в изоляционном кожухе

Так как такая технология электропередачи не предполагает, в отличие от провода, движущихся частей, а также состоит из значительно меньшего количества элементов, если опять же сравнивать с контактной сетью, а значит и общая надежность оборудования будет выше, соответственно обслуживание будет упрощено, а ремонт удешевлен. Сплошная выгода, и почему железнодорожники не перешли на контактный рельс?*

Следующий плюс вытекает из физических свойств материалов. В метро используются рельсы изготовленные из низкоуглеродистой стали, и хоть ее положительные электрические качества заметно отстают от таковых, как например у меди, но за счет большого сечения контактного рельса, доходящего до 6600 квадратных миллиметров, его электрическое сопротивление значительно ниже, чем в контактном проводе. Отсюда, в сумме, он обладает лучшими токопроводящими свойствами, а учитывая большую площадь пятна контакта с токоприемником, и также постоянство этого контакта, возникновение электрической дуги и искрения исключено, а значит подвижной состав будет получать стабильное электропитание.

Недостатки применения контактного рельса

Однако из достоинств вытекают и недостатки. Из-за того, что сталь в силу ферромагнитных свойств обладает выраженным скин-эффектом, она не пригодна для передачи переменного тока: из-за того, что движение заряженных частиц в переменном электрическом поле будет сгруппировано в поверхностном слое данного металла, полезное сечение проводника изменится в меньшую сторону, увеличивая и электрическое сопротивление.

В воздушной контактной сети все токоведущие части расположены на значительной высоте и не представляют никакой угрозы для окружающих, а также сами остаются в «безопасности» от погодных явлений, таких как сильный снегопад. Электробезопасность диктует множество ограничений, связанных с контактным рельсом, в основном правила сводятся к необходимости обеспечить отсутствие людей вблизи токоведущего рельса под напряжением, ну и изоляцию рельса.

На станциях метро при падении пассажира на пути, предусмотрен свой алгоритм «возвращения» его обратно после снятия напряжения, для подъема на станцию через контактный рельс используют специальную лестницу. Также необходимо обеспечить 100% исключение нахождения в тоннеле людей во время движения поездов, и в российских метро для этого на всех станциях установлены специальные устройства мониторинга. В данном случае опасность заключается в токоприемниках, которые расположены по обе стороны подвижного состава. Наличие контактного рельса с одной стороны пути в тоннеле может дать забежавшему зацеперу ложное ощущение безопасности на противоположной стороне. Мало того, что движущиеся токоприемники сами по себе крайне опасные элементы конструкции, для встречи с ними в узком тоннеле, так они еще и под напряжением, если хоть один из них, на любой стороне вагона, касается контактного рельса.

Так выглядит лестница для захода с путей на станцию в метро. Лестница имеет складную конструкцию

В общем конечно есть метрополитены, в которых контактный рельс не изолирован от внешнего мира совсем никак, а электробезопасность обеспечивается исключительно организационными мерами, но в России он должен иметь изоляционный кожух (короб), а это значительно удорожает конструкцию.

Устройство контактного рельса

Контактный рельс закреплен непосредственно в фарфоровом изоляторе с полиэтиленовой прокладкой, который в свою очередь присоединяется к головке удерживающего кронштейна. Изолирующий короб крепится непосредственно на головку кронштейна. Таким образом уже на данном уровне контактный рельс остается полностью электрически изолированным проводником. Для подачи на него напряжения применяют прямое подключение провода от соответствующего энергетического фидера.

Место подключения контактного рельса к фидеру (обратите внимание, что контактный рельс на данном фото не имеет защитного короба)

Удерживающий кронштейн надежно крепиться к шпале, а его высота зависит от высоты путевых рельс. Между кронштейнами выдерживают расстояние до 5,5 метров, и это расстояние не зависит от длины рельсовых плетей (кстати длина одной плети 12,5 метров).

Теперь видится лишь одна проблема — стирание контактного башмака (который прижимается токоприемником к контактному рельсу) о частые стыки. Но бархатный путь придумали не только для людей, и для токоприемников контактные рельсы сваривают в единые плети длиной до 100 метров, с обязательным наличием температурных стыков для возможности бездеформационного расширения и сжатие плети от изменений температуры. На сварной стык обязательно приваривают несколько токопроводящих накладок, для уменьшения электрического сопротивления.

Башмак токоприемника мотор-вагона метро

Для плавного присоединения и отсоединения башмака токоприемника к контактному рельсу применяются концевые отводы. Их конструкция довольно проста, в конце отвода его высота относительно головки путевого рельса начинает повышаться, пока поверхность контактного рельса не становиться выше высоты касания башмака.

Источник

Предшественники «Москвы»: какими были первые поезда в метро

История развития столичного метрополитена — это хроника промышленных рекордов, технологического прогресса и непрерывной адаптации к новым вызовам. В день открытия метро в Москве пассажирам были доступны 13 станций. А сейчас столичная подземка — одна из крупнейших в мире. Это 275 станций с учетом станций Московского центрального кольца. За 85 лет на линии метро выходили поезда более десяти различных типов и модификаций.

За последние десять лет парк вагонов рос и обновлялся как никогда раньше. Четыре типа поездов запускали в 2010–2019 годах. Это последние модификации номерных поездов, а также поезда «Русич», «Ока» и «Москва». Столичное метро вошло в десятилетие с 12,6 процента новых поездов, а к 2020-му парк был обновлен на 57 процентов за счет покупки 2997 вагонов.

В конце марта на Некрасовской и Большой кольцевой линиях запустили еще 14 поездов нового поколения «Москва». Составы начали курсировать после открытия 27 марта станций «Юго-Восточная», «Окская», «Стахановская», «Нижегородская», «Авиамоторная» и «Лефортово». В инновационных поездах созданы комфортные условия для пассажиров: в них широкие дверные проемы, есть сквозной проход через все вагоны и увеличенные электронные табло с экранами высокого разрешения, а для обеззараживания воздуха установлены ультрафиолетовые лампы.

А mos.ru предлагает проследить, какой путь прошли поезда метро — от самых первых до инновационных поездов «Москва».

А и Б

Первые поезда Московского метрополитена собрали в 1934 году на Мытищинском машиностроительном заводе специально к открытию подземки. К началу регулярного движения город получил 58 вагонов серии А. В каждом из них были мягкие диваны с кожаной обивкой — всего 52 сидячих места. В общей сложности вагон вмещал около 260 человек.

Кстати, первые вагоны типов А и Б были песочно-желтыми — светлый верх и темно-красный, почти кирпичный низ. В процессе эксплуатации они были перекрашены в более привычные цвета: зеленый и синий.

До января 1936 года в метро работали четырехвагонные составы, ходившие с пятиминутным интервалом. Затем пустили шестивагонные поезда. Производство вагонов серии А прекратилось в 1937 году. В метро они ходили в общей сложности около 40 лет. Затем их изъяли из эксплуатации.

Сегодня в электродепо «Измайлово» есть состав из вагонов серии А. В 2015 году, к 80-летию столичного метро, их полностью восстановили.

Первые вагоны серии Б изготовили в 1937 году для линий, которые открывали в рамках второй очереди строительства метрополитена, — Покровского радиуса со станциями «Площадь Революции» и «Курская», а также Горьковского радиуса (участок нынешней Замоскворецкой линии) со станциями «Площадь Свердлова» («Театральная»), «Маяковская», «Белорусская», «Динамо», «Аэропорт» и «Сокол».

По сути, это были усовершенствованные вагоны серии А. Габаритные размеры, колесные пары, тяговые электродвигатели и мотор-компрессоры секций серий А и Б были одинаковыми, а остальное оборудование имело лишь небольшие различия.

При этом в вагонах типа Б была улучшена система вентиляции, что обеспечивало более равномерный обмен воздуха по всему салону. Вагоны этой серии эксплуатировали до 1976 года.

Г — Горьковский

Эти вагоны получили буквенное обозначение Г, потому что предназначались для эксплуатации на Горьковской линии. Первые шесть вагонов произвели в 1940 году, однако из-за войны серийное производство удалось наладить только спустя семь лет.

Вагоны серии Г были на восемь тонн легче по сравнению с вагонами типа А и Б. Главное их отличие — все они стали моторными и были оснащены новым электрооборудованием, а также электрическим торможением.

На момент разработки вагон серии Г был одним из самых современных вагонов метро в мире как по технико-эксплуатационным и динамико-скоростным показателям, так и по надежности работы.

В — военный

К концу Великой Отечественной войны, в 1945 году, в столичном метро насчитывалось всего 278 вагонов. В условиях растущего пассажиропотока и в связи с открытием новых станций в годы войны стала ощущаться нехватка подвижного состава.

Поэтому параллельно с организацией производства вагонов серии Г в 1945–1946 годах модернизировали немецкие электровагоны типов С1 и С2. Их доставили в Москву в 1945-м в количестве 120 штук из Берлинского метрополитена. Эти вагоны получили обозначение В — военный.

До модернизации двери в них автоматически только закрывались, а открывали их изнутри пассажиры. Сиденья в вагонах были обиты бордовым плюшем. Его сняли и сделали шнуры, которые затем использовали для ограждения эскалаторов во время ремонта.

Для пассажиров московского метро обивку сидений сделали кожаной. Вместо деревянной обшивки использовали линкруст — плотную бумагу с вытесненными на ней узорами.

Сперва иностранные вагоны курсировали на линии «Сокольники» — «Парк культуры». Затем часть из них перебросили на Калининскую (ныне — Филевскую) линию, предварительно утеплив пассажирские салоны (между станциями «Киевская» и «Фили» пути находятся на поверхности).

В начале 1960-х все вагоны серии В списали. Часть переделали в электровозы и путеизмерители для хозяйственных нужд.

Д и Е — по алфавиту

Опытную партию вагонов серии Д выпустили в 1949 году под обозначением М5 (метровагон пятого поколения). После усовершенствования эти вагоны получили обозначение УМ5. Серийно их производили с 1955 по 1963 год.

Название Д таким вагонам присвоили просто потому, что предшествовавшие серии — А, Б, В и Г — случайным образом повторили алфавитный порядок. Пассажирская эксплуатация новых вагонов началась в 1956 году. Они курсировали в метро до 1995-го.

Визуально они мало отличались от вагона серии Г: разве что уменьшилось количество сидячих мест, это позволило сделать карманы возле дверей для стоящих пассажиров. В то же время масса вагонов серии Д уменьшилась на семь тонн, за счет чего снизилось потребление электроэнергии. Также были различия в ходовой части, электрическом и механическом оборудовании.

Вагоны серии Д курсировали на Кировско-Фрунзенской (сейчас — Сокольническая), Арбатско-Покровской, Филевской и Калужско-Рижской линиях.

Вагоны серии Д выпускали до 1963 года, после чего Мытищинский машиностроительный завод стал производить вагоны типа Е. Общий парк подвижного состава в Московском метрополитене к тому времени вырос более чем в 3,5 раза по сравнению с 1945 годом и достиг 1078 вагонов.

Опытный состав серии Е выпустили в 1959–1960 годах — их было всего семь. Серийное производство велось с 1963 по 1969 год. Кстати, прокатиться в вагоне этой серии можно было вплоть до 2008-го.

У новых вагонов появились полосы гофрированного металла на корпусе: обшивка стала прочнее, аэродинамика улучшилась. Впервые в вагонах расширили дверные проемы, что позволило ускорить посадку и высадку пассажиров. Из-за этого вагон потерял свою симметричность: дверные проемы сместились относительно центра кузова. Впервые использовали алюминиевые сплавы, из которых готовили двери и другие элементы кузова.

Вагоны серии Е значительно отличались от предшественников не только внешне, но и динамическими и ходовыми свойствами. Так, конструкционная скорость выросла до 90 километров в час. Это обеспечило более высокую пропускную способность линий метро.

Эти вагоны курсировали на Сокольнической, Замоскворецкой, Арбатско-Покровской, Филевской, Калужско-Рижской и Таганско-Краснопресненской линиях. Кроме московской подземки, вагоны серии Е ездили в Ленинграде, Киеве, Тбилиси и Баку.

Ем и Еж

Появившиеся в 1960-е в Ленинграде станции новой конструкции не позволяли эксплуатировать вагоны серии Е. Появилась задача разработать новый вагон с аналогичными параметрами. В результате дверные проемы в вагонах снова стали симметричными за счет изменения посадочных мест, а также ликвидации сидений возле кабины машиниста. В отделке новых вагонов вместо линкруста использовали новый материал — слоистый пластик.

Вагоны серий Ем и Еж были полностью совместимы с вагонами Е. Их часто можно было встретить в одном составе.

В московском метро прошедшие модернизацию вагоны Еж-3 до сих пор эксплуатируются на Таганско-Краснопресненской линии. По состоянию на начало апреля 2020 года на линии курсируют всего два таких состава. Еще четыре — в резерве. Скоро их все заменят поезда «Москва».

Номерные

Самая массовая серия вагонов не только в истории столичного метро, но и в мире — 81-717/714. Их часто называют номерными. Их и сегодня можно встретить в 18 метрополитенах по всему земному шару.

Первые номерные вагоны произвели в 1976 году, а в 1978-м их выпустили на линии метро. Усовершенствованная электрическая схема позволила снизить расход энергии на пять-шесть процентов. Изменились экстерьер и интерьер вагонов. Кстати, в салонах номерных вагонов впервые появилось люминесцентное освещение. А за счет того, что в промежуточных вагонах перестали размещать кабину машиниста, увеличилась их вместимость. В общей сложности провозная способность поезда выросла на 10 процентов.

Номерные вагоны выпускались с устройствами автоматического регулирования скорости и экстренной связи пассажиров с машинистом.

Сегодня в эксплуатируемом парке Московского метрополитена насчитывается более 2,3 тысячи таких вагонов. Они работали на всех линиях за исключением Арбатско-Покровской и Некрасовской. Сегодня они перевозят пассажиров Сокольнической, Замоскворецкой, Калужско-Рижской и Люблинско-Дмитровской линий.

«Яуза»

Первый состав из вагонов типа 81-720/81-721 («Яуза») собрали в 1990–1991 годах. Они курсировали с 1998 по 2019 год на Люблинско-Дмитровской и Каховской линиях.

Главное их отличие от всех предыдущих моделей — новая система управления тяговым приводом. Она позволяет поезду плавно набирать и сбрасывать скорость.

На второй модификации «Яузы» впервые в отечественном серийном метровагоностроении установили асинхронный тяговый двигатель. Такой электропривод используется на всех более современных поездах метро.

Максимальная конструктивная скорость выросла до 100 километров в час. Вместимость вагонов увеличилась на 30–40 человек за счет уменьшения числа сидячих мест и образования вместительных торцевых площадок. Впервые были сделаны сиденья, повторяющие изгиб спины человека.

Также вагоны «Яуза» оборудовали микропроцессорной системой автоматического управления и технической диагностики, электропневматической системой управления тормозами, новыми системами пожаротушения и пожарной сигнализации, экстренной связи и радиооповещения пассажиров. На случай эвакуации пассажиров предусмотрели аварийный трап.

Из салонов «Яузы» исчезли хорошо знакомые пассажирам форточки и воздуховоды: их заменила принудительная система вентиляции с малошумными агрегатами.

«Русич»

Серийное производство «Русичей» (тип 81-740/81-741) велось с 2003 по 2013 год. В столичной подземке насчитывается 724 таких вагона: они курсируют на Арбатско-Покровской, Кольцевой и Бутовской линиях.

Стояла задача сделать подвижной состав для работы на наземных линиях. Разработка и постройка первого опытного состава из двух вагонов заняли рекордные для того времени полтора года. За технологическую основу были взяты узлы вагонов «Яуза», но сочлененную конструкцию кузова применили впервые. Такая конструкция позволяет проходить повороты без снижения скорости.

Дизайн салона кардинально переработали. В окнах установили двойные ударопрочные стеклопакеты с тонированными стеклами. Сделали антивандальные диваны с мягкими вставками, многослойный пол, а двустворчатые двери впервые стали прислонно-сдвижными, что позволило обеспечить их герметичное прилегание к корпусу вагона.

Эти меры позволили значительно снизить уровень шума в салоне при движении.

Еще одно новшество — в пассажирском салоне установили систему отопления, а затем и кондиционеры. Позже были разработаны аналогичные вагоны и для подземных линий с увеличенным количеством дверей.

«Ока»

Поезда из вагонов серии 81-760/761 («Ока») выпускались с 2010 по 2016 год. Состав презентовали в день открытия станции «Марьина Роща» 19 июня 2010 года. Но массово серия «Ока» начала эксплуатироваться в подземке только в 2012-м.

Сейчас в столице насчитывается 1312 таких вагонов. Они ходят по Серпуховско-Тимирязевской, Калининской, Солнцевской и Большой кольцевой линиям.

В салонах установлены кондиционеры, в головных вагонах предусмотрено место для размещения одной инвалидной коляски или коляски для детей. Стены, потолок и пол облицованы легкомоющимися материалами, удовлетворяющими требованиям пожарной безопасности и санитарно-гигиеническим нормам.

Впервые именно в этой модели сделали сквозной проход между вагонами.

«Москва»

В апреле 2017 года в метро начали курсировать отечественные поезда нового поколения — «Москва» (серии 81-765/766/767). Поезда «Москва» надежны, комфортны и более вместительны, чем их предшественники.

Поезда «Москва» сегодня занимают второе место по распространенности в столичной подземке — они составляют более 20 процентов, уступая лишь номерным. Чаще всего их можно встретить на платформах станций Таганско-Краснопресненской линии — здесь ходит около 80 таких составов, а также на Сокольнической, Филевской, Калужско-Рижской, Солнцевской, Некрасовской и Большой кольцевой линиях.

В поездах есть сквозной проход через все вагоны. Они удобны для маломобильных пассажиров: в них более широкие дверные проемы, а в головных вагонах предусмотрены специальные места для инвалидных колясок. Кроме того, в вагонах можно заряжать смартфоны и планшеты с помощью USB-портов, а сенсорные мониторы на стенах помогают найти нужные станции, проложить маршрут и рассчитать время в пути.

В прошлом году в метро появились поезда «Москва» новой модификации («Москва-2019») с системой электродинамического торможения. Она обеспечивает плавное снижение скорости поезда вплоть до его полной остановки.

В обновленных вагонах над дверями появились увеличенные электронные табло с экранами высокого разрешения. На них проще увидеть названия станций. В составах установлены новые поручни в форме шестиугольника. Они расположены на потолке вагона, рядом с дверями. Такие поручни не занимают много места и удобны для тех, кто стоит у дверей и готовится к выходу.

Источник