Тайны метро: почему для движения поездов необходим третий рельс
МОСКВА, 30 сен — РИА Новости, Ольга Коленцова. Туалеты и фонтанчики — мало кто знает, что они присутствуют в секретных местах московского метро. Оно выстроено таким образом, чтобы в нем можно было бы некоторое время продержаться в случае опасности, нависшей над городом. Но в мирное время метро служит средством передвижения для огромного числа пассажиров. От машин и автобусов метро отличается четкой организацией движения. Даже за десятисекундное опоздание или опережение машиниста могут лишить премии, поэтому распорядок прибытия-отбытия соблюдается очень четко.
Такое жесткое соблюдение графика обеспечивается высокой степенью автоматизации подземного транспорта. Машинист управляет поездом самостоятельно, но превысить скорость он не может. А если он не снизит скорость перед запрещающим сигналом (например, когда поезд подъедет слишком близко к следующему), то система исправит эту ошибку и произойдет торможение.
Движение поезда осуществляется при помощи двигателя, преобразующего электрический ток в движение. Ток — движение положительно заряженных частиц, которые направляются от плюса к минусу, в противовес электронам, которые стараются покинуть отрицательно заряженную область. А перемещение отрицательного заряда является тем же самым, что и движение положительного заряда в противоположном направлении.
Следовательно, чтобы появился ток, нужны два полюса — положительный и отрицательный. На торце платформы (слева по движению поезда) располагается третий рельс, находящийся под напряжением 825 вольт, его называют контактным. Он изготавливается из мягкой стали и крепится при помощи фарфоровых изоляторов к кронштейнам (металлическим опорам). Электричество «снимается» с контактного рельса при помощи двух токоприемников, расположенных на разных сторонах вагона. Кронштейны обычно устанавливаются на расстоянии 4,5-5,4 метра друг от друга. По форме они напоминают квадратные скобки. Так вот этот рельс является плюсом, а обычные рельсы — минусом. Именно на контактный рельс подается постоянный ток с тяговой подстанции. С парных рельс идет отводящий ток кабель.
«Исторически так сложилось, что городской электротранспорт работал на постоянном токе, так как в XIX и начале XX века такую систему уже возможно было создать, в отличие от схемы на переменном токе. Ранее электродвигатели подвижного состава работали только на нем. Двигатели такого типа называются синхронными. Для переменного тока потребовались бы более широкие туннели и очень тяжелое электрооборудование. Кроме того, электродвигатели постоянного тока проще адаптировать для тяги поездов. Однако эти двигатели тоже имеют недостатки, например сравнительно малую допустимую частоту вращения. Это ограничивает силу тяги — в частности, на высоких скоростях», — поясняет Константин Черкасский, директор народного музея истории Московского метрополитена.
Предел тяги можно сравнить с ограничением числа оборотов на одной и той же передаче в автомобиле. Допустим, машина на третьей передаче допускает значение количества оборотов двигателя в минуту не более 2500. Но если она сможет разогнаться до 4000 оборотов в минуту, то будет ехать быстрее на той же передаче. Асинхронные двигатели (они работают на переменном токе) позволяют повысить частоту вращения и максимально допустимую скорость состава без уменьшения тяги, а также улучшить характеристики замедления и ускорения.
Принцип работы двигателя основан на магнетизме. Если мы возьмем постоянный магнит и попробуем вращать его рядом с медным диском, то увидим, как последний тоже вращается. Магнит возбуждает в диске индукционные токи, которые порождают магнитное поле, в свою очередь, дальше взаимодействующее с полем магнита. Данная физика воплощена в асинхронном двигателе. Его основными деталями являются статор и ротор, между которыми имеется воздушный зазор. Они также оборудованы обмоткой возбуждения и магнитопроводом.
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.
М 33 факта о московском метро, которых вы наверняка не знали
Вы точно не знаете, что на метро есть скидка 10% для избранных.
Метро — место, окутанное тайнами, историями и слухами. Мы собрали 33 самых интересных факта о столичной подземке.
Каждый месяц Смарт Карта даёт уникальный кэшбэк вдобавок к стандартному на всё – 1%. И сейчас это заправки, метро, автобусы и другой общественный транспорт.
1. Метро в Москве могло появиться в 19 веке
Метрополитен в Москве мог появится еще при царе — первые проекты относятся к 1890 году. Строительству помешало духовенство, заявив, что «человек, созданный по образу и подобию божьему, может унизить себя, спустившись в преисподнюю».
2. Раньше ездили по картонным талонам
В 1935 году в метро проходили по специальным картонным талонам, действующим всего 35 минут, а проезд стоил 50 копеек. В 1959 появились турникеты, а в 1960, в связи с денежной реформой, проезд стал стоить 5 копеек. В 1992 талоны заменили на пластиковые жетоны, а в ноябре того же года на железные, которые действовали до февраля 1999.
Теперь в Москве только бесконтактные карты, а вышедшие из употребления московские жетоны используют в других городах — Екатеринбурге, Нижнем Новгороде.
3. Что делать, если упали на рельсы
Если оказались на путях, ложитесь в специальный лоток между рельсами — здесь поезд не заденет. Не пытайтесь вернуться на платформу, рискуете наступить на контактный рельс, по которому проходят 850 вольт.
4. В метро бывали потопы
В 1984 году воды Царицынского пруда прорвались в один из тоннелей на участке «Каширская» — «Орехово». Восстановление заняло два месяца. Здесь же происходили крупные прорывы в 2001 и 2003 годах.
5. Забыли вещи, где искать?
Забытые вещи ищите на станции «Котельники». В восточном вестибюле находится склад, куда собирают утерянные вещи. Он работает ежедневно с 8:00 до 20:00. Вещи хранятся в течение шести месяцев.
Возможно, ваше имущество находится там, если его до этого никто не присвоил. При получении потерянной вещи предъявите документ, удостоверяющий личность.
6. Запомните знак экстренного торможения
Если рядом с вами кто-то упал на рельсы и нет времени бежать и просить помощи, встаньте рядом с краем платформы и делайте круговые движения рукой.
Можно взять сумку, шапку, любой яркий предмет — все, что привлечет внимание водителя. Он знает, что это знак экстренного торможения.
7. Московское метро любят снимать в кино
Столичная подземка довольно часто мелькает в кино. Вспомнить хотя бы фильм «Путевой обходчик», действие которого развивается в тоннелях рядом со станцией «Достоевская». А еще вы должны помнить безумную погоню на станции Арбатская в «Обители зла 5».
Самыми популярными среди кинематографистов ветками оказались «Арбатского-Покровская», «Сокольническая» и «Кольцевая», а самыми привлекательными — станции «Площадь революции» и «Маяковская».
8. В метро нет урн
До начала 90-х в метро были урны. Позже их убрали в качестве меры по защите от терроризма.
9. В Москве есть «Римская» станция
В Москве есть станция метро «Римская», а вот в Риме «Московской» нет. Зато в Милане можно найти станцию «Mosсova». Такое название она получила в память о миланских солдатах, участвовавших в Бородинской битве. Естественно, на стороне Наполеона.
10. В метро есть грузовые поезда
Днём в метро можно встретить грузовые поезда. Они возят из одного депо в другое электромоторы и запасные колеса. Грузовые поезда — это обычные составы. С вагонов снимают крышу, чтобы сверху помещать туда крупные грузы.
11. Чем пахнет в метро
Вам нравится этот особенный запах метро? Так пахнет тягучее тёмное вещество под названием креозот, который делают из нефтепродуктов. Им обрабатывают деревянные шпалы, тем самым предотвращая гниение.
12. Метро собирались уничтожить
Во время войны, в октябре 1941 года, власти были готовы уничтожить метрополитен. Было поручено разработать план по его полной ликвидации — подземку собирались затопить. Потом приказ отменили.
13. Откуда ветер в метро
Ветер и сквозняки в метро не только от вентиляции, но и от того, что поезда «двигают» воздух по тоннелям, как поршни.
14. Как поезда оказываются в метро
Поезда для московского метро делают в Мытищах на заводе «Метровагонмаш». Готовые вагоны цепляют к тепловозу и везут сначала по Ярославской железной дороге до станции «Северянин». Оттуда по окружной до пересечения с веткой Рижского направления и дальше до станции «Подмосковная». Отсюда есть ветка в депо «Сокол».
15. Какая самая длинная станция
«Воробьёвы горы» — самая длинная станция московского метрополитена. Длина платформы составляет 284 метра. Чтобы пройти ее от начала до конца, придётся потратить 4 минуты.
16. Какую станцию постоянно переименовывали
Больше всех переименовывали станцию «Александровский Сад». Она называлась и «Коминтерн», и «Имени Коминтерна», и «Улица Коминтерна». С 1946 по 1990 год носила название «Калининская», а в 1990 году на несколько дней ее переименовали в «Воздвиженку».
17. В столичном метро была лаборатория
В 1940 году на станции «Динамо» в ночное время работала физическая лаборатория. Космическое излучение, создававшее помехи в лабораториях на земле, не проникало на 40-метровую глубину станции. Благодаря проведённым физиками Г. Н. Флёровым и К. А. Петржак экспериментам, было открыто спонтанное деление ядер урана.
18. А вы видели в подземке доисторических животных?
В московской подземке можно встретить доисторических животных, навечно вмурованных в мрамор. Аммониты и наутилусы, морские ежи и брюхоногие моллюски — всю эту живность можно найти в любое время на тридцати станциях. В поисках вам поможет сайт Палеометро.
19. На «Таганской» есть бункер
К станции «Таганская» примыкает подземный бункер, построенный в 1956 году. Бункер, он же «Объект ГО-42», построили на случай ядерного удара, и действовал он в качестве запасного командного пункта дальней авиации вплоть до 1995 года. После был рассекречен и превращён в музей.
20. Что такое эффект «Выхино»
Станция «Выхино» самая загруженная станция московского метрополитена, благодаря чему появился так называемый «Эффект Выхино». Он заключается в том, что поезда на станции в час пик заполняются настолько, что на следующих станциях, вплоть до пересадки на Кольцевую линию, поместиться в вагоны другим пассажирам невозможно.
21. Не забудьте потереть собаке нос
22. Какая самая тихая станция
Самая тихая станция московского метрополитена — «Пражская». Так вышло благодаря особому виду керамической плитки, которой облицованы путевые стены станции. Плитка содержит многочисленные воздушные поры, поглощающие звук.
23. Какая самая глубокая станция
«Парк Победы» — самая глубокая станция в Москве — 84 м до поверхности. Но в мире есть станции и глубже: например, киевская «Арсенальная» — 105,5 метров.
24. Где установлен памятник сочувствия животным
В вестибюле станции «Менделеевская» в 2007 году установили памятник «Сочувствие», посвященный гуманному отношению к бездомным животным.
25. Собаки тоже пользуются метро
В столичной подземке проживают около 500 собак. Они здесь греются зимой и попрошайничают. Одни трутся в вестибюлях станции, другие ездят на поездах. Никто не знает, как животные ориентируются в системе линий и пересадках, но, говорят, многие псы живут на одной станции, а «на работу» ездят на другие.
26. Как мы ходим по именам героев
После сноса Храма Христа Спасителя, который построили в честь победы в войне 1812 года, плиты с именами героев войны использовались в качестве ступеней в московском метро.
27. Где искать «партизанскую» любовь
На станции «Партизанская» есть скульптура партизанки. Если влюбленные хотят долгих взаимоотношений, им рекомендуют встречаться у ее правой ноги.
28. Как голос влияет на направление движения состава
Станции в поездах объявляет то мужской, то женский голос. Пол объявления зависит от направления движения. Мужской голос объявляет станции при движении к центру города, а женский — от центра.
29. Кольцевая линия появилась благодаря кружке кофе
Кольцевая линия появилась почти случайно. Сталин слушал доклад и пил кофе. Планировалось обойтись без разгрузочной линии, используя радиальные ветки и пересадочные станции. Тогда Сталин поставил стакан прямо на план, на котором остался круглый кофейный след. «Это ваш главный недостаток, его и постройте» — сказал вождь, и вскоре линия, нарисованная коричневым цветом, в напоминание об этой истории, была внесена в проект.
30. В метро есть часы, которые показывают радиоактивный фон
Часы в конце платформы станции «Каширская» кроме указания времени суток и времени отправления последнего поезда отображают значение радиоактивного фона на станции.
31. Как определить глубину метро
Если на станции Московского метрополитена нет эскалатора — значит, глубина её залегания менее 10 м, если эскалатор есть только на выход — до 15 м.
32. Есть ли в метро машинист-афроамериканец?
Ходят слухи, что в Москве есть машинист-афроамериканец. Например, есть история про эфиопа Ильма Мидексса Тебеко, который приехал в Москву учиться на летчика, но после обучения не смог вернуться на родину из-за государственного переворота. Теперь он управляет электропоездом на Замоскворецкой линии. Другая версия, что парень всю жизнь прожил в Москве и наполовину русский.
33. В метро есть сопровождение для пожилых и беременных
В метро есть бесплатное сопровождение для пожилых, группы школьников, мам с детьми, многодетных семей и даже беременных с багажом. Чтобы вас встретили в точное время, нужно подать заявку здесь.
Суперфакт: в метро можно ездить со скидкой в 10%
Весь апрель катайтесь в метро и возвращайте 10% с каждой поездки. Это работает и с другим общественным транспортом, а также на заправках. Все возвращается в рублях на ту же карту, с которой платили.
Для этого надо обзавестись Смарт Картой, которая каждый месяц дает повышенный кэшбэк 10% на разные категории.
Например, в феврале можно было вернуть деньги в ресторанах и барах, а в марте в такси и за покупку цветов. Смотрите сами — «Единый» на сорок поездок обойдется в 1440 рублей. Оплачиваешь картой и получаешь 144 рублей кэшбэком.
Помимо этого есть базовый кэшбэк в 1% за все — просто платите картой каждый день и получайте деньги с каждой покупки. Плюс можете рассчитывать на 7,5% годовых на остаток на счете, бесплатное пополнение с карт других банков в приложении и снятие наличных без комиссии до 5000 рублей в любом банкомате.
Кроме того, если расплачиваться картой на 30 000 рублей в месяц, то кэшбэк вырастет до 1,5%, а снятие наличных без комиссии — до 50 000 рублей.
Как получить Смарт Карту и ездить на метро с кэшбэком
Чтобы заказать карту, надо скачать приложение банка «Открытие». Клиентом банка быть не обязательно — заявку на карту можно оставить как до, так и после регистрации в приложении.
В отделение банка идти не надо, карту вручит курьер, после чего ее остается активировать в приложении и пользоваться! Карту доставляют бесплатно в 34 городах России в течение нескольких дней.
Скачай приложение и закажи Смарт Карту!
В общем, попробуйте Смарт Карту — заправлять любимую машину и скрываться от пробок в метро с 10% кэшбэком будет еще приятнее. Счастливого пути.
Всё самое интересное мы публикуем в Фейсбуке. Лайкните нам