Электрификация железных дорог в Советском Союзе.

Электровоз производства СССР 1933 г. (спроектирован в США фирмой GE) — «Сурамский Совет», выпущен 14-й агрегат.

Хотя бывший Советский Союз поздно (и медленно) начал электрификацию железных дорог в 1926 году, в конечном итоге он стал мировым лидером в электрификации с точки зрения объема движения под проводами. За последние 30 лет Советский Союз перевез примерно столько же железнодорожных грузов, сколько все остальные страны мира вместе взятые, и в конечном итоге более 60% из них приходилось на электровозы. Электрификация была экономически эффективной из-за очень высокой плотности движения, и иногда прогнозировалось, что она принесет не менее 10% окупаемости инвестиций в электрификацию (для замены дизельной тяги). К 1990 году электрификация составляла примерно половину 3 кВ постоянного тока и половину 25 кВ переменного тока 50 Гц и 70%. железнодорожных пассажиро-километров пришлось на электрические железные дороги.

Прогресс электрификации

Год	1940	1945	1950	1955	1960	1965	1970	1975	1980	1988	1991
Электрифицировано в постоянном токе, мм (мегаметров)	1.8	2.0	-	5.3	12.4	17.0	21.4	24.0	26.0	27.3
Электрифицировано на переменном токе 25 кВ, мм (мегаметров)	0	0	-	0.1	1.4	8.0	12.5	14.8	17.7	25.5
Всего электрифицировано, млн (мегаметров)	1.8	2.0	3.0	5.4	13.8	24.9	33.9	38.9	43.7	52.9	54.3
% железнодорожной сети	1.8	2.0	3.0	4.5	11.0	19.0	25.0	28.1	30.8	36.1
% железнодорожных перевозок (в тонно -км)	2.0	2.4	3.2	8.4	21.8	39.4	48.7	51.6	54.6	63.1

ВЛ80 ^Т Электровоз, буксирующий грузовой поезд

Сравнение с США и другими странами

По сравнению с США, Советский Союз начал электрификацию очень медленно, но позже значительно превзошел США. Электрификация в США достигла своего максимума в 5000 км в конце 1930-х годов. как раз тогда, когда в СССР только начиналась электрификация.

Примерно через 20 лет после распада Советского Союза в 1991 году Китай стал новым мировым лидером в электрификации железных дорог: к 2013 году было электрифицировано 48 000 км и продолжает расти.

Мегаметры (тысячи километров) электрифицированных линий ( ок . 1987 г.)

Страна	СССР	Япония	Западная Германия	Франция
Мм трассы электрифицированной	51.7	14	12	11
Всего млн. ж/д маршрута	144	28	28	34
Процент маршрута электрифицирован	35.9%	50.0%	42.8%	32.3%
Мм, постоянный ток (DC)	27.3	8	0.8	6
Мм, Переменный ток (AC) (50 Гц)	24.4	6	11.2 ( 16 + 2 ⁄ 3 Гц)	5

История

1920-е: Ленин поддерживает электрификацию железных дорог.

Замена паровой тяги (на линиях с высокой проходимостью) на электрификацию оказалась экономически эффективной. и это послужило толчком к первой электрификации в 1930-х годах. Национальный план электрификации 1920 года ГОЭЛРО —ГОЭЛРО (на русском языке) включала электрификацию железных дорог и была решительно поддержана Лениным , лидером Советской революции . Ленин написал письмо подразумевая, что, если электрификация железных дорог невозможна в настоящее время, может ли она стать неосуществимой через 5–10 лет. И действительно, электрификация железных дорог действительно началась несколько лет спустя, но Ленин не дожил до этого.

участок протяженностью 19 км от Баку , электрифицированный на напряжение 1200 В постоянного тока. В 1926 году для пригородных автомобильных поездов был открыт В 1929 году был открыт участок длиной 18 км, электрифицированный на напряжение 1500 В, от Москвы до Мытищ. Будущая электрификация 1930-х годов будет более существенной и в основном будет обеспечивать напряжение 3000 В постоянного тока (3 кВ).

1930-е годы

Некоторая новая электрификация на 1,5 кВ все еще продолжалась, но в 1930-х годах более чем в три раза больше электрификации использовалось на 3 кВ. Электрификация магистральной железной дороги на 3 кВ. В Советском Союзе началось в 1932 году с открытия участка постоянного тока напряжением 3000 В в Грузии на перевале Сурами между столицей Тбилиси и Черным морем . Уклон (наклон) был крутым: 2,9%. Первоначальный парк из восьми электровозов был импортирован из США и произведен компанией General Electric (GE). Советы получили от GE строительные чертежи, позволяющие им строить локомотивы той же конструкции. Первый электровоз, построенный в СССР, был собственной разработкой, завершенной в ноябре 1932 года. Позже в том же месяце был построен второй локомотив, копия локомотива GE. Поначалу было изготовлено гораздо больше копий американской разработки, чем советской. Спустя два года локомотивы советской конструкции больше не производились.

Пятилетние планы электрификации 1930-х годов не оправдались. К октябрю 1933 года первый пятилетний план предусматривал довести электрификацию СССР до 456 км против фактически достигнутых 347 км. Будущие пятилетние планы оказались еще более невыполненными. По 2-й пятилетке (до 1937 г.) было запланировано 5062 км против фактического 1632 км. В третьей пятилетке (до 1942 г.) это было 3472 против фактического 1950 г., но начало Второй мировой войны в середине 1941 г. способствовало этому дефициту.

Вторая мировая война

К 1941 году в СССР было электрифицировано всего 1865 маршруто-километров. Это значительно отстает от США, где электрифицировано почти 5000 километров. Однако, поскольку железнодорожная сеть СССР была намного короче, чем в США, процент электрифицированных километров советских железных дорог был больше, чем в США. Во время Второй мировой войны западная часть Советского Союза (включая части России ) была оккупирована нацистской Германией . Демонтировано около 600 км электрификации незадолго до вторжения, но после того, как немцы были окончательно изгнаны, часть демонтированной электрификации была восстановлена. После войны наивысшим приоритетом было восстановление разрушений, вызванных войной, поэтому крупная электрификация железных дорог была отложена примерно на 10 лет.

Пост-был

В 1946 году СССР заказал у General Electric 20 электровозов . та самая американская корпорация, которая поставляла локомотивы для первой советской электрификации. Из-за холодной войны их не удалось доставить в СССР, поэтому они были проданы в другие страны. Компания Milwaukee Road и некоторые другие железнодорожные компании в США получили 12 машин, которые были преобразованы в стандартную колею. Их прозвали «Маленькие Джо» («Джо», имея в виду Иосифа Сталина , советского премьер-министра ).

В середине 1950-х годов в СССР был реализован двусторонний подход к замене паровозов . Они электрифицируют линии с высокой плотностью движения и постепенно переведут остальные на дизельное топливо . Результатом стало медленное, но устойчивое внедрение как электрической, так и дизельной тяги, которое продолжалось примерно до 1975 года, когда их последние паровозы были списаны. В США пар погас примерно в 1960 году. На 15 лет раньше, чем для СССР.

После того, как дизелизация и электрификация полностью заменили пар, они начали переводить дизельные линии на электрические, но темпы электрификации замедлились. К 1990 году более 60% железнодорожных грузов перевозилось электрической тягой. Это составило около 30% грузов, перевезенных всеми железными дорогами мира (всеми типами локомотивов). и около 80% железнодорожных грузоперевозок в США (где на железнодорожные перевозки приходится почти 40% модальной доли ). междугородних грузовых тонно-миль. СССР перевозил больше железнодорожных грузов, чем все остальные страны мира вместе взятые, и большая часть их перевозилась по электрифицированным железным дорогам.

Электрификация в отдельных (бывших) советских республиках

Эстония

Электрифицированные линии в Эстонии в 2016 году

Эстонские железные дороги используют для пригородных перевозок железнодорожные линии постоянного тока напряжением 3000 В общей протяженностью 132,5 км. Это железнодорожные линии:

• Таллинн – Пяэскюла – электрифицирован в 1924 году на напряжение 1200 В постоянного тока и является первой электрифицированной железнодорожной линией в странах Балтии.
• Таллинн – Кейла – Линия электрифицирована в 1958 году на напряжение 3000 В постоянного тока .
• Кейла – Палдиски – электрифицирован в 1958–1962 гг.
• Клоога - Клоогаранна - электрифицирован в 1960 году.
• Таллинн – Кехра – электрифицирован в 1973 году.
• Кехра – Аэгвийду – электрифицирован в 1978 году.
• Кейла – Турба – Линия электрифицирована между участками Кейла – Васалемма в 1965 году и между участками Васалемма – Рийзипере в 1981 году.
• Электрифицированная часть Риисипере – Турба была открыта в декабре 2019 года.

Железную дорогу Таллинн-Тарту планируется электрифицировать к 2024 году, а электрификацию остальной сети планируется завершить к 2028 году.

Эстонские железные дороги планируют повысить напряжение на пригородных железных дорогах с 3000 В постоянного тока до 25 000 В переменного тока в период с 2024 по 2028 год.

Кыргызстан

В Кыргызстане нет электрифицированных железных дорог.

Латвия

Электрифицированные линии в Латвии в 2016 году

Латвийская железнодорожная сеть имеет 257 километров электрифицированных линий постоянного тока напряжением 3 кВ на четырех линиях, сосредоточенных вокруг Риги . В LDz имеются следующие электрифицированные железнодорожные линии:

• Железная дорога Торнякалнс – Тукумс II – Линия электрифицирована в 1950 году на участке Рига – Дубулты. Затем через год контактную сеть продлили до Кемери, а в 1966 году до Тукумса, завершив электрификацию всей железнодорожной линии.
• Железная дорога Рига-Елгава - электрифицирована в 1972 году.
• Железная дорога Земитани-Скулте - в 1957 году завершилась электрификация от Риги до станции Мангали , затем в 1971 году продлена до станции Звейниекциемс , а затем в 1991 году были завершены дополнительные работы до станции Скулте .
• Железная дорога Рига – Даугавпилс – В 1959 году электрифицирован участок Рига – Огре . В 1961 году тяговую сеть продлили до станции Парогре , а в 1968 году — до станции Юмправа , и их электрификация завершилась до станции Айзкраукле .

На 2015–2020 годы запланирован график электрификации следующих железнодорожных линий:

• Айзкраукле - Крустпилс
• Крустпилс – Резекне
• Крустпилс - Даугавпилс
• Крестовый замок - Елгава
• Елгава – Тукумс 2
• Тукумс 2 – Вентспилс

Проект не был реализован по графику, и в марте 2020 года было принято решение ограничить его по финансовым причинам.

К 2040 году планируется электрификация всей железнодорожной сети страны с переходом на напряжение переменного тока 25 кВ .

Литва

29 декабря 1975 года введена в эксплуатацию тяговая сеть Вильнюсско-Каунасской железной дороги , а в 1979 году электрифицирована линия Новое Вильно – Каунас и Лентварис – Траке.

Молдова/Приднестровье

Молдова является одной из трех европейских стран, где нет электрифицированной железнодорожной линии.

Россия

После распада Советского Союза в 1991 году железнодорожное сообщение в России резко сократилось. и новые крупные проекты электрификации не были реализованы, но работа над некоторыми незавершенными проектами продолжалась. Линия до Мурманска была построена в 2005 году. Электрификация последнего участка Транссибирской магистрали от Хабаровска до Владивостока завершилась в 2002 году. К 2008 году тонно-километры, перевозимые электропоездами в России, увеличились примерно до 85% железнодорожных грузоперевозок.

Таджикистан

В Таджикистане нет электрифицированной железнодорожной линии.

Туркменистан

В настоящее время в Туркменистане нет электрифицированной железнодорожной линии. Планируется электрифицировать линию Туркменабат – Туркменбаши.

Украина

Летом 2021 года началась электрификация железнодорожной линии Ковель — Изов, которую планировалось завершить 1 июня следующего года. Работы были остановлены 24 февраля из-за российского вторжения . В марте возобновились работы по электрификации, которые завершились 15 июня.

К 2024 году украинские железные дороги планировали электрифицировать 500 километров железнодорожных линий.

Энергоэффективность

По сравнению с дизелями

Отчасти из-за неэффективной выработки электроэнергии в СССР (тепловой КПД всего 20,8% в 1950 г. против 36,2% в 1975 г.) в 1950 г. дизельная тяга была примерно вдвое энергоэффективнее электрической. (в пересчете на тонно-км груза нетто на кг «условного топлива» ). Но поскольку эффективность производства электроэнергии (и, следовательно, электрической тяги) улучшились, примерно к 1965 году электрические железные дороги стали более эффективными, чем дизельные. После середины 1970-х годов электрика потребляла примерно на 25% меньше топлива на тонну-км. Однако дизели в основном использовались на однопутных линиях с изрядной интенсивностью движения. где дизельные поезда тратят энергию на торможение до остановки, чтобы проехать мимо встречных поездов. Таким образом, более низкий расход топлива электрооборудования может быть частично обусловлен лучшими условиями эксплуатации на электрифицированных линиях (например, двойным путем), а не внутренней энергоэффективностью . Тем не менее стоимость солярки выросла примерно в 1,5 раза. больше (на единицу содержания тепловой энергии), чем топливо, используемое на электростанциях (которые производят электроэнергию), что делает электрические железные дороги еще более энергоэффективными.

Помимо повышения эффективности электростанций, произошло увеличение эффективности (между 1950 и 1973 годами) использования этой электроэнергии на железных дорогах при снижении энергоемкости с 218 до 124 кВтч /10 000 брутто-тонно-км (как пассажирских, так и грузовых поездов). или падение на 43%. Поскольку энергоемкость является обратной величиной энергоэффективности, она падает по мере повышения эффективности. Но большая часть этого 43-процентного снижения энергоемкости также пошла на пользу дизельной тяге. Перевод подшипников ступиц с подшипников скольжения на роликовые , увеличение массы поезда, перевод однопутных линий на двухпутные (или частично двухпутные) и ликвидация устаревших двухосных грузовых вагонов повысили энергоэффективность всех видов тяги: электрической, дизельной и паровой. Однако сохранялось снижение энергоемкости на 12–15%, что принесло пользу только электротяге (а не дизелю). Это произошло за счет усовершенствований локомотивов, более широкого применения рекуперативного торможения (которое в 1989 г. перерабатывало 2,65% электроэнергии, используемой на тягу, ) дистанционное управление подстанциями, улучшение управления локомотивом локомотивной бригадой, совершенствование автоматизации. Таким образом, общий КПД электрической тяги по сравнению с дизельной в период с 1950 по середину 1970-х годов в Советском Союзе увеличился более чем вдвое . Но после 1974 года (по 1980 год) не произошло никакого улучшения энергоемкости (ватч/тонно-км), отчасти из-за увеличения скорости пассажирских и грузовых поездов.

Постоянный ток против переменного тока

В 1973 году (согласно таблице ниже) тяга постоянного тока с напряжением 3000 вольт теряла примерно в 3 раза больше энергии (в процентном отношении) в контактной сети, чем переменный ток с напряжением 25000 вольт. Парадоксально, но оказалось, что локомотивы постоянного тока в целом несколько более эффективны, чем локомотивы переменного тока. «Вспомогательные электродвигатели» в основном используются для электрических машин с воздушным охлаждением, таких как тяговые двигатели . Электровозы концентрируют электрооборудование высокой мощности в относительно небольшом пространстве и поэтому требуют значительного охлаждения. Согласно таблице ниже, для этого используется значительное количество энергии (11–17%), но при работе на номинальной мощности используется только 2–4%. Тот факт, что двигатели охлаждения все время работают на полной скорости (и мощности), делает их потребляемую мощность постоянной, поэтому, когда двигатели локомотива работают на малой мощности (намного ниже номинального режима), процент этой мощности, используемый для охлаждающих вентиляторов , становится гораздо выше. В результате в реальных условиях эксплуатации процент энергии, расходуемой на охлаждение, в несколько раз превышает «номинальный». Согласно таблице ниже, локомотивы переменного тока использовали для этой цели примерно на 50% больше энергии, поскольку помимо охлаждения двигателей нагнетатели должны охлаждать трансформатор , выпрямители и сглаживающий реактор (индукторы), которые в локомотивах постоянного тока в основном отсутствуют. Трехфазный переменный ток для этих двигателей вентиляторов подается от вращающегося фазового преобразователя , который преобразует одну фазу (от контактной сети через главный трансформатор) в трехфазную (и это также требует энергии). Предлагается уменьшить скорость вентилятора, когда требуется меньшее охлаждение.

% потерянной (и использованной) электроэнергии

Тип тока	округ Колумбия	переменного тока
Цепная линия	8.0	2.5
Подстанции	4.0	2.0
Встроенный выпрямитель	0	4.4
Вспомогательные электродвигатели	11.0	17.0
Тяговые двигатели и редукторы	77.0	74.1
Общий	100	100

Эффективность тягового двигателя и редукторов

Хотя из приведенной выше таблицы видно, что около 75% электроэнергии, подаваемой на железнодорожную подстанцию, действительно доходит до электротяговых двигателей локомотива, остается вопрос, сколько энергии теряется в тяговом двигателе и простой зубчатой ​​передаче (всего две зубчатые колеса). Некоторые в СССР считали, что это около 10% (эффективность 90%). Но вопреки этому утверждалось, что фактические потери были значительно выше, поскольку средняя мощность, используемая локомотивом во время движения, составляла лишь примерно 20% от номинальной мощности с более низким КПД на более низких уровнях мощности. Однако изучение российских книг на эту тему показывает, что сторонники эффективности в 90%, возможно, не так уж далеки от истины.

При расчете средней эффективности за период времени необходимо взять среднее значение эффективности, взвешенное по произведению потребляемой мощности и времени (этого сегмента потребляемой мощности): $\eta _{mean}={\frac {\textstyle \sum _{i}p_{i}t_{i}\eta _{i}}{\textstyle \sum _{i}p_{i}t_{i}}}$ где $p_{i}$ это входная мощность и $\eta _{i}$ это эффективность во времени $t_{i}$ Если эффективность низкая при очень низкой мощности, то эта низкая эффективность имеет низкий вес из-за низкой мощности (и, таким образом, малого количества потребляемой энергии). И наоборот, высокий КПД (предположительно при высокой мощности) имеет больший вес и, следовательно, имеет большее значение. Это может привести к более высокой средней эффективности, чем можно было бы получить, просто усредняя эффективность с течением времени. Еще одно соображение заключается в том, что кривые эффективности (которые отображают эффективность в зависимости от тока) имеют тенденцию быстро падать как при низком, так и при очень высоком токе для эффективности тягового двигателя, а также при низкой мощности для эффективности передачи), поэтому это не линейная зависимость. Расследования для тепловозов показывают, что нижние ступени (кроме отметки 0, которая означает «двигатель выключен») контроллера (и особенно отметка 1 - самая низкая мощность) используются гораздо реже, чем более высокие ступени. При очень больших токах резистивные потери велики, поскольку они пропорциональны квадрату тока. Хотя локомотив может превысить номинальный ток, если он станет слишком высоким, колеса начнут скользить. Таким образом, остается без ответа вопрос: как часто и на какой срок превышается номинальный ток? Инструкция по запуску поезда с остановки предложите превысить силу тока, при которой колеса обычно начинают скользить, но чтобы избежать такого проскальзывания, посыпьте рельсы песком (либо автоматически, либо нажав кнопку «песок», когда колеса начинают скользить).

Проверка графика КПД редуктора тягового двигателя показывает КПД 98% при номинальной мощности, но КПД только 94% при 30% номинальной мощности. Чтобы получить КПД двигателя и шестерен (соединенных последовательно), необходимо умножить два КПД. Если взвешенный КПД тягового двигателя составляет 90%, то 90% х 94% = 85% (очень грубая оценка), что ненамного ниже того, что оценили упомянутые выше 90% сторонники. Если по таблице 75% мощности подстанции доходит до двигателей локомотивов, то 75% х 85 = 64% (приблизительно) мощности подстанции (из энергосистемы СССР) доходит до колес локомотивов в виде механических энергия, чтобы тянуть поезда. При этом не учитывается мощность, используемая для «хозяйства» (отопление, освещение и т. д.) в пассажирских поездах. Это во всем диапазоне условий эксплуатации в начале 1970-х годов. Существует ряд способов значительно улучшить этот показатель в 64%, и он не учитывает экономию за счет регенерации (использование тяговых двигателей в качестве генераторов для возврата мощности в контактную сеть для питания других поездов).

Экономика

В 1991 году (последний год существования Советского Союза ) стоимость электрификации одного километра составляла 340–470 000 рублей. и требовалось до 10 тонн меди. Таким образом, электрифицировать было дорого. Оправдана ли экономия за счет электрификации? По сравнению с неэффективными паровозами, легко обосновать необходимость электрификации. Но как электрификация экономически соотносится с тепловозами, которые начали внедряться в СССР в середине 1930-х годов и были значительно дешевле паровой тяги? Позже были даже написаны целые книги на тему сравнения экономичности электрической и дизельной тяги.

Электрификация требует высоких постоянных затрат, но приводит к экономии эксплуатационных расходов на перевезенную тонну-км. Чем больше тонно-км, тем больше эта экономия, так что более высокий трафик приведет к экономии, которая более чем покроет постоянные затраты. Крутые подъемы также благоприятствуют электрификации, отчасти потому, что рекуперативное торможение может восстановить часть энергии при спуске по склону. Использование приведенной ниже формулы для сравнения дизельного топлива с электрическим на двухпутной линии с управляющим градиентом от 0,9 до 1,1% и плотностью около 20 миллионов т-км/км (или выше) приводит к снижению затрат на электричество с предполагаемой требуемой рентабельностью 10%. по капитальным вложениям. Согласно этой методике при более низкой интенсивности движения дизельная тяга будет более экономичной.

Формула окупаемости инвестиций

Предполагается, что решение об электрификации должно быть основано на возврате инвестиций, и приводятся примеры, в которых электрификация предлагается только в том случае, если инвестиции в электрификацию не только окупятся за счет более низких эксплуатационных расходов, но, кроме того, дадут процентную прибыль от инвестиций. Пример процентной доходности инвестиций составляет 10%. и 8%. При сравнении двух (или более) альтернатив (таких как электрификация или дизельизация железнодорожной линии) рассчитывается общая годовая стоимость, используя определенную процентную доходность капитала, а затем выбирается альтернатива с наименьшими затратами. Формула общих годовых затрат: Э _прi =Э _i +Е _н К _i где индекс i — i-я альтернатива (все остальные буквы, кроме i, в русском алфавите ), Э _i — годовая стоимость альтернативы i (включая амортизацию капитала), Е _н — процентная ставка, а К _i — стоимость (цена) капитальных вложений для альтернативы i. Но ни в одной из ссылок, цитируемых здесь (и в других местах), Е _н не называется процентной ставкой. Вместо этого они описывают это как обратное количество лет, необходимое для того, чтобы чистые выгоды от инвестиций окупились, причем чистые выгоды рассчитываются за вычетом амортизационных «затрат» инвестиций. Кроме того, в разных книгах для этой формулы иногда используются разные буквы.

Затраты на топливо/энергию

В начале 1970-х годов стоимость обеспечения механической энергией для движения поездов (затраты на эксплуатацию локомотивов) составляла 40–43% общих эксплуатационных затрат железных дорог. Сюда входят затраты на топливо/электроэнергию, эксплуатацию/обслуживание локомотивов (включая заработную плату бригад), содержание электроэнергетической системы (для электрифицированных линий) и амортизацию. Из затрат на обеспечение этой механической энергии (затраты на эксплуатацию локомотива) затраты на топливо и электроэнергию составляли 40–45%. Таким образом, затраты на топливо/энергию являются очень важными компонентами затрат, а электрическая тяга обычно потребляет меньше энергии (см. #Энергоэффективность ).

Можно построить график стоимости топлива в год как функцию транспортного потока (в нетто -тоннах в год в одном направлении) для различных предположений (основные сорта, модель локомотива, однопутный или двухпутный, и цены на топливо/энергию), что приводит к появлению большого количества таких построенных кривых. При ценах на электроэнергию начала 1970-х годов в 1,3 копейки / кВтч и 70 руб / тонну на дизельное топливо эти кривые (или таблицы на их основе) показывают, что затраты на топливо/энергию примерно в 1,5–2 раза выше для дизельного двигателя, чем для электрического. Точное соотношение, конечно, зависит от различных предположений и в крайних случаях низких цен на дизтопливо (45 руб. / т ) и высокой стоимости электроэнергии (1,5 коп./ кВтч ) затраты на дизельное топливо железнодорожного движения ниже затрат на электроэнергию. Все эти кривые показывают, что разница в стоимости энергии (дизельной и электрической) увеличивается с ростом транспортного потока. Вышеупомянутые кривые можно аппроксимировать кубическими функциями транспортного потока (в нетто -тоннах в год), причем коэффициенты являются линейными функциями цен на топливо/электроэнергию. В математике такие коэффициенты обычно изображаются как константы, но здесь они также являются математическими функциями. Такое использование математических формул облегчает компьютеризированную оценку альтернатив.

Нетопливные/энергетические затраты

В каком-то смысле это составляющие стоимости механической энергии, доставленной к колесам локомотива, но они не являются ни жидким топливом, ни электричеством. Хотя электрическая тяга обычно экономит затраты на топливо/энергию, а как насчет других сравнений затрат? Из затрат на эксплуатацию локомотивов затраты на содержание и ремонт электровозов составили около 6% по сравнению с 11% у тепловозов. Помимо более низких затрат на техническое обслуживание/ремонт, утверждается, что затраты на рабочую силу (бригаду) при эксплуатации электровозов немного ниже для электровозов. Затраты на смазку меньше у электрооборудования (у них нет дизельных двигателей, которые нужно заливать смазочным маслом).

Стоимостным преимуществам электрической тяги противостоят финансовые недостатки электрификации: в первую очередь затраты на контактную сеть и подстанции (включая затраты на техническое обслуживание). Получается, что примерно половина годовых затрат приходится на амортизацию, чтобы окупить первоначальную стоимость установки, а другая половина — на техническое обслуживание. Важным фактором было использование железнодорожной электроэнергетической системы в Советском Союзе для энергоснабжения жилых домов, ферм и нежелезнодорожной промышленности, которая в начале 1970-х годов составляла около 65% электроэнергии, используемой поездами. Таким образом, разделение затрат на электрификацию с внешними потребителями электроэнергии снижает стоимость электрификации железных дорог, что приводит к снижению ежегодных затрат на электрификацию на 15–30%. Утверждается, что такое разделение затрат значительно несправедливо отдает предпочтение внешним потребителям электроэнергии в ущерб железной дороге. Однако (в начале 1970-х годов) утверждалось, что ежегодные затраты на электрификацию железных дорог (включая техническое обслуживание) составляли лишь от трети до половины выгоды от экономии затрат на топливо, что благоприятствовало электрической тяге (если пренебречь процентной стоимостью капитала и трафик довольно высокий).

Исторические затраты на эксплуатацию локомотива: электрический или дизельный

В следующей таблице показаны эти затраты как в 1960, так и в 1974 году в рублях за 100 000 тонно-км брутто-перевозки грузов. Эти затраты включают капитальные затраты за счет использования амортизационных отчислений (в условиях отсутствия инфляции).

Стоимость эксплуатации локомотива, руб/10 ⁵ тонно-км брутто

Год	1960		1974
Тип Локомотив	Электрический	Дизель	Электрический	Дизель
Общие эксплуатационные расходы	35.13	35.34	35.1	48.8
Включая:
Ремонт и обслуживание локомотивов	1.27	3.39	1.4	3.72
Электричество или топливо	15.42	12.91	15.18	21.18
Заработная плата локомотивных бригад	4.69	5.84	4.33	6.25
Накладные расходы и прочее	4.09	7.16	4.51	9.44
Амортизация	9.99	6.57	9.68	8.12

Обратите внимание, что «амортизация» электрической тяги включает расходы на техническое обслуживание и амортизацию контактной сети и электрических подстанций. Для обоих видов тяги учтена амортизация ремонтных мастерских. По дизельной тяге происходит износ топливозаправочных мощностей. Более высокий износ тепловоза с лихвой компенсируется износом контактной сети и подстанций в случае электрической тяги.

В 1960 году стоимость электроэнергии и дизеля была примерно одинаковой, но в 1974 году, после значительного повышения цен на дизельное топливо из-за нефтяного кризиса 1973 года , стоимость электрической тяги стала ниже. Обратите внимание, что к амортизации не добавляются проценты.

Сравнение общей годовой стоимости

По расчетам Дмитриева Даже линия с низкой плотностью движения и пропускной способностью 5 млн ткм/км (в обе стороны) окупит затраты на электрификацию, если процентная ставка равна нулю (Е _н =0). (без возврата инвестиций). По мере увеличения плотности движения соотношение ежегодных расходов на дизельное топливо и электроэнергию (включая амортизацию) увеличивается. В крайнем случае (плотность движения 60 миллионов тонно-км/км и 1,1% классификация) эксплуатационные затраты на дизельное топливо (включая амортизацию) на 75% выше, чем на электрическое. Таким образом, электрификация линий с высокой плотностью движения действительно выгодна.

Соотношение годовых эксплуатационных расходов: дизель/электрик. Включает амортизацию. Правящий рейтинг 0,9%.

Количество дорожек	Одиночный трек			Двойной путь
Плотность в миллионах тонно-км/км (сумма обоих направлений)	5	10	15	20	40	60
Соотношение эксплуатационных расходов: дизель/электро, в %	104	119	128	131	149	155

Электрические системы

Напряжение и ток

Электропоезд ЭР2

Первоначально СССР начинал с напряжения 1500 В постоянного тока (позже в 1960-х годах было преобразовано в 3000 В). в начале 1930-х годов для электрификации магистральной линии было выбрано напряжение 3000 В постоянного тока. Даже тогда стало понятно, что это напряжение 3 кВ было слишком низким для контактной сети, но слишком высоким, чтобы быть оптимальным для тяговых двигателей. Решением проблемы было использование переменного тока 25 кВ для контактной сети и наличие бортовых трансформаторов для понижения напряжения 25 кВ до гораздо более низкого напряжения, после чего оно было выпрямлено для обеспечения более низкого напряжения постоянного тока. Но только в конце 1950-х годов электрификация переменного тока стала значительной. Другое предложение заключалось в использовании напряжения постоянного тока 6 кВ. и уменьшить высокое напряжение постоянного тока с помощью силовой электроники, прежде чем оно будет подано на тяговые двигатели. Был изготовлен только один экспериментальный поезд на напряжение 6 кВ, который работал только в 1970-х годах, но был снят с производства из-за низкого качества электрооборудования. В последние годы существования Советского Союза велись дебаты о том, следует ли преобразовать систему постоянного тока 3000 В в стандартную систему 25 кВ или в систему постоянного тока 12 кВ. Утверждалось, что напряжение 12 кВ постоянного тока имеет те же технические и экономические преимущества, что и напряжение переменного тока 25 кВ, но при этом стоит дешевле и обеспечивает сбалансированную нагрузку на национальную энергосистему переменного тока (нет проблем с реактивной мощностью, с которыми приходится иметь дело). Оппоненты отмечали, что такой шаг приведет к созданию системы электрификации третьего стандарта в СССР. Одним из предложений по использованию 12 кВ было создание нового локомотива, который мог бы работать как с проводами 3 кВ, так и с проводами 12 кВ. Он преобразует 12 кВ в 3 кВ с помощью силовой электроники , а затем использует 3 кВ (полученные напрямую, если находится под проводом 3 кВ) для питания асинхронных двигателей, а также использует силовую электронику для их управления.

Локомотив постоянного тока ВЛ10

Примеры электровозов

3 кВ постоянного тока

• 2ЭС10
• ЧС2
• ЧС7
• ВЛ10
• ВЛ11

25 кВ переменного тока

• ЧС4
• ЧС8
• ЭП200
• ВЛ60
• ВЛ80
• ВЛ85
• Е5к

Двойное напряжение

• ЭП10
• ЭП20
• ВЛ82М

См. также

• Elektrichka
• Электрификация Санкт-Петербургского отделения железной дороги
• История железнодорожного транспорта в России
• Железнодорожный транспорт в Советском Союзе
• Трамваи Путиловского завода.

Библиография (на английском языке)

Вествуд Дж.Н. Глава «Транспорт» в книге «Экономическое преобразование Советского Союза, 1913-1945» под ред. Дэвис, Р.В. и др., Cambridge University Press, 1994.

Библиография (на русском языке)

• Винокуров В.А., Попов Д.А. "Электрические машины железно-доровного транспорта" (Electrical machinery of railroad transportation), Москва, Транспорт, 1986, . ISBN   5-88998-425-X , 520 стр.
• Дмитриев, В. А.; "Народнохозяйственная эффективность электрификации железных дорог и примениния тепловозной тяги" (National economic effectiveness of railway electrification and application of diesel traction), Москва, "Транспорт" 1976.
• Захарченко Д.Д., Ротанов Н.А. "Тяговые электрические машины" (Traction electrical machinery) Москва, Транспорт, 1991, ISBN   5-277-01514-0 . - 343 с.
• Ж/Д Транс.=Железнодорожный транспорт (Zheleznodorozhnyi transport = Railway transportation) (a magazine)
• Исаев, И. П.; Фрайфельд, А. В.; "Беседы об электрической железной дороге" (Discussions about the electric railway) Москва, "Транспорт", 1989.
• Калинин, В.К. "Электровозы и электроноезда" (Electric locomotives and electric train sets) Москва, Транспорт, 1991. ISBN   978-5-277-01046-4 , ISBN   5-277-01046-7
• Курбасов А.С., Седов, В.И., Сорин, Л.Н. "Проектипование тягожых электро-двигателей" (Design of traction electric motors) Москва, транспорт, 1987.
• Мирошниченко, Р.И., "Режимы работы электрифицированных участков" (Regimes of operation of electrified sections [of railways]), Москва, Транспорт, 1982.
• Новочеркасский электровозостроительный завод (Novocherkass electric locomotive factory) "Электровоз БЛ60^к Руководство по эксплутации" (Electric locomotive VL60 ^к , Operating handbook), Москва, Транспорт, 1976.*
• Перцовский, Л. М.; "Энргетическая эффективность электрической тяги" (Energy efficiency of electric traction), Железнодорожный транспорт (magazine), #12, 1974 p. 39+
• Плакс, А. В. & Пупынин, В. Н., "Электрические железные дороги" (Electric Railways), Москва "Транспорт" 1993.
• Раков, В. А., "Локомотивы отечественных железных дорог 1845-1955" (Locomotives of our country's railways) Москва "Транспорт" 1995.
• Сидоров Н.И., Сидорожа Н.Н. "Как устроен и работает эелктровоз" (How the electric locomotive works) Москва, Транспорт, 1988 (5th ed.) - 233 pp, Как устроен и работает электровоз at Google Books ISBN   978-5-458-48205-9 . 1980 (4-е изд.).
• Хомич А.З. Тупицын О.И., Симсон А.Э. "Экономия топлива и теплотехническая модернизация тепловозов" (Fuel economy and the thermodynamic modernization of diesel locomotives) - Москва: Транспорт, 1975 - 264 pp.
• Цукадо П.В., "Экономия электроэнергии на электро-подвижном составе" (Economy of electric energy for electric rolling stock), Москва, Транспорт, 1983 - 174 pp.