Тепловоз с электрической передачей постоянного тока

Целью изготовления «Пересвета» было конструирование новейших магистральных тепловозов грузового типа, которые бы отвечали текущим эксплуатационным требованиям железных дорог и чьи параметры соответствовали бы аналогам наиболее известных мировых поставщиков и производителей. Данная модель тепловоза призвана заменить магистральные тепловозы старого образца — 2ТЭ10М и 2ТЭ116.

Значимые даты

• 06. 2005 г. – успешно собран первый образец тепловоза.
• 08. 2005 г. – была проведена презентация модели 2ТЭ25К «Пересвет», которую приурочили ко Дню железнодорожника.
• В 2006 г.– запущено серийное производство на базе БМЗ.
• 04. 2007 г. – завершилось тестирование тепловоза в Коломне, для которого были приглашены специалисты из ВНИИАС и ВНИИЖГ, а также испытания в Щербинке (экспериментальное кольцо) и в Белореченске (испытательный полигон).
• 08. 2007 г. – завершила деятельность приемочная комиссия, предоставившая разрешение на изготовление серии, состоящей из 20 тепловозов.
• В конце 2007 г. – были введены в работу первые образцы на Северной ж/д.
• 10. 2008 г. – «Пересвет», модификация 2ТЭ25К-0003, транспортировал груженный углем состав общей массой 5200 т; место отправления -Инта, пункт прибытия — Печора.
• 01. 2011 г. – тепловозы используются на базе курского депо, изготовление данной серии больше не финансируется.
• 12. 2014 г. – успешно завершена разработка тепловоза 2ТЭ25КМ -модернизированной копи тепловоза 2ТЭ116У, который до этого изготавливался и поставлялся украинским Лугансктепловозом.
• 12. 2014 г. – изготовлена модель 2ТЭ25КМ-001.
• 02. 2015 г. – изготовлена модель 2ТЭ25КМ-002.

Постоянный или переменный?

Существует два принципиальных подхода к передаче электроэнергии — использование переменного или постоянного тока. Не вдаваясь в подробности, отметим, что для небольших расстояний гораздо эффективнее использовать переменный ток. Но при передаче электроэнергии на расстояния свыше 300 км практичность использования переменного тока уже не так очевидна.

Связано это в первую очередь с волновыми характеристиками передаваемой электромагнитной волны. Для частоты 50 Гц длина волны составляет примерно 6000 км. Оказывается, что в зависимости от протяженности ЛЭП существуют физические ограничения на передаваемую мощность. Максимум мощности можно передать при длинах ЛЭП порядка 3000 км, что составляет половину длины передаваемой волны. К слову, этот же объем мощности передают по ЛЭП протяженностью в 10 раз меньше. При прочих размерах линий объем мощности может достигать всего лишь половины от данного значения.

В 1968 году в СССР был осуществлен уникальный и пока единственный в мире эксперимент по передаче мощности на расстояние 2858 км. Была собрана искусственно схема передачи, включающая в себя участки Волгоград-Москва-Куйбышев (ныне Самара)-Челябинск-Свердловск (ныне Екатеринбург) на напряжении 500 кВ. Опытным путем были подтверждены теоретические исследования длинных линий.

Из рекордсменов по протяженности можно выделить проложенную в Китае ЛЭП в 2200 км от восточной провинции Хами до города Чженчжоу (столица провинции Хэнань). Стоит отметить, что полный ее ввод в эксплуатацию намечен на 2014 год.

Также не стоит забывать о напряжении линий. Со школы нам знаком закон Джоуля-Ленца P = I? R, который постулирует, что потери электрической энергии зависят от значения электрического тока в проводе и от материала, из которого он изготовлен. Мощность, передаваемая по линиям электропередачи, есть произведение тока на напряжение. Чем выше напряжение, тем меньше ток в проводе и тем самым меньше уровень потерь электроэнергии при передаче. Отсюда следствие: если мы хотим передавать электроэнергию на большие расстояния, необходимо выбирать как можно большее напряжение.

При использовании переменного тока в протяженных ЛЭП возникает ряд технологических проблем. Главная проблема связана с реактивными параметрами линий электропередачи. Емкостное и индуктивное сопротивление проводов оказывают существенное влияние на потери напряжения и мощности при передаче, возникает необходимость поддержания уровня напряжения на должном уровне и компенсации реактивной составляющей, что достаточно ощутимо увеличивает стоимость прокладки километра провода. Высокое напряжение заставляет использовать большее количество гирлянд изоляции, а также накладывает ограничение на сечение провода. Все вместе увеличивает суммарный вес всей конструкции и влечет за собой необходимость использовать более устойчивые и сложные по своей конструкции опоры ЛЭП.

Этих проблем можно избежать, используя линии постоянного тока. Провода, используемые в линиях постоянного тока, дешевле и дольше служат при эксплуатации в связи с отсутствием частичных разрядов в изоляции. Реактивные параметры электропередачи не оказывают существенного влияния на потери. По линиям постоянного тока наиболее эффективно передавать мощность от генераторов, так как возможен выбор оптимальной скорости вращения ротора генератора, что повышает КПД его использования. Минусами использования линий постоянного тока является высокая стоимость выпрямителей, инверторов и различных фильтров для компенсации неизбежно появляющихся высших гармоник при преобразовании переменного тока в постоянный.

Но чем выше длина линии электропередачи, тем эффективнее использовать линии постоянного тока. Существует некоторая критическая длина ЛЭП, которая позволяет оценить целесообразность использования постоянного тока при прочих равных условиях. По данным американских исследователей для кабельных линий эффект ощутим при длинах более 80 км, но величина эта все время уменьшается при развитии технологий и удешевлении необходимых комплектующих.

Самая длинная линия постоянного тока в мире опять же расположена в Китае. Соединяет она ГЭС Сянцзяба (Xiangjiaba Dam) с Шанхаем. Ее длина составляет почти 2000 км при напряжении 800 кВ. Достаточно много линий постоянного тока находится в Европе. В России можно выделить отдельно вставку постоянного тока Выборг, соединяющую Россию и Финляндию, и высоковольтную линию постоянного тока Волгоград-Донбасс протяженностью почти 500 км и напряжением 400 кВ.