Пантограф (или « пан » или « панто ») — это устройство, устанавливаемое на крыше электропоезда , трамвая или электробуса [ 1] для сбора электроэнергии посредством контакта с воздушной линией . Термин происходит от сходства некоторых стилей с механическими пантографами , используемыми для копирования рукописей и рисунков.
Пантограф — это распространенный тип токосъемника ; обычно используется одинарный или двойной провод, при этом обратный ток проходит по рельсам . Другие типы токосъемников включают в себя носовой токосъемник и троллейный столб .
Пантограф с малофрикционной сменной графитовой контактной полосой или « башмаком » для минимизации бокового напряжения на контактном проводе впервые появился в конце 19 века. Ранние версии включают в себя коллектор-буксу , изобретенный в 1889 году Вальтером Райхелем, главным инженером Siemens & Halske в Германии, [2] [3] и плоский скользящий пантограф, впервые использованный в 1895 году на железной дороге Балтимора и Огайо [4]
Известный ромбовидный роликовый пантограф был изобретен и запатентован Джоном Кью. Брауном из компании Key System Shops для пригородных поездов, курсировавших между Сан-Франциско и участком Ист-Бэй в районе залива Сан-Франциско в Калифорнии . [5] [6] [7] [8] Они видны на фотографиях первого дня обслуживания, 26 октября 1903 года. [9] В течение многих десятилетий после этого та же ромбовидная форма использовалась в электрических железнодорожных системах по всему миру, а некоторыми используется и сегодня.
Пантограф представлял собой усовершенствованную версию простого троллейбусного столба , который доминировал до того времени, прежде всего потому, что пантограф позволял электрорельсовому транспортному средству двигаться с гораздо более высокой скоростью, не теряя контакта с контактными линиями, например, из-за отсоединения проводов от троллейбусного столба.
Несмотря на это, токосъёмник с контактных столбов успешно использовался на скорости до 140 км/ч (90 миль/ч) на подвижном составе Electroliner на железной дороге Чикагского Северного побережья и Милуоки , также известной как линия Северного побережья.
Наиболее распространенным типом пантографа сегодня является так называемый полупантограф (иногда Z-образный), который эволюционировал, чтобы обеспечить более компактную и отзывчивую конструкцию с одним плечом на высоких скоростях, поскольку поезда стали быстрее. Луи Фейвели изобрел этот тип пантографа в 1955 году . [10] Полупантограф можно увидеть в использовании на всем, от очень быстрых поездов (таких как TGV ) до низкоскоростных городских трамвайных систем. Конструкция работает с одинаковой эффективностью в любом направлении движения, как продемонстрировали швейцарские и австрийские железные дороги, чьи новейшие высокопроизводительные локомотивы, Re 460 и Taurus , работают с ними, установленными в противоположном направлении. В Европе геометрия и форма пантографов определены CENELEC , Европейским комитетом по электротехнической стандартизации. [11]
Система электропередачи для современных электрических рельсовых систем состоит из верхнего, несущего вес провода (известного как контактная линия ), на котором подвешен контактный провод. Пантограф подпружинен и толкает контактный башмак вверх к нижней стороне контактного провода, чтобы вытянуть ток, необходимый для движения поезда. Стальные рельсы путей действуют как электрический возврат . Когда поезд движется, контактный башмак скользит вдоль провода и может создавать стоячие волны в проводах, которые разрывают контакт и ухудшают токосъем. Это означает, что в некоторых системах соседние пантографы не допускаются.
Пантографы являются преемником технологии троллейбусных столбов , которые широко использовались в ранних трамвайных системах. Троллейбусные столбы все еще используются троллейбусами , чья свобода передвижения и потребность в двухпроводной цепи делают пантографы непрактичными, и некоторыми трамвайными сетями, такими как трамвайная система Торонто , которые имеют частые повороты, достаточно крутые, чтобы требовать дополнительной свободы передвижения в их токосъеме для обеспечения непрерывного контакта. Однако многие из этих сетей, включая Торонто, проходят модернизацию для обеспечения работы пантографа.
Пантографы с контактными проводами в настоящее время являются доминирующей формой токосъёма для современных электропоездов, поскольку, хотя они и более хрупкие, чем система третьего рельса , они позволяют использовать более высокие напряжения.
Пантографы обычно работают от сжатого воздуха из тормозной системы транспортного средства, либо для подъема устройства и удержания его против проводника, либо, когда для осуществления выдвижения используются пружины, для его опускания. В качестве меры предосторожности против потери давления во втором случае рычаг удерживается в нижнем положении защелкой. Для высоковольтных систем тот же источник воздуха используется для «выдувания» электрической дуги , когда используются выключатели, установленные на крыше . [12] [13]
.JPG/1280px-Pantograph_on_the_Bradford_Forster_Square_train_at_Menston_railway_station_(30th_December_2014).JPG)
.jpg/1280px-Winwick_Junction_(2322641904).jpg)
Пантографы могут иметь как одинарную, так и двойную стрелу. Пантографы с двойной стрелой обычно тяжелее, требуют больше мощности для подъема и опускания, но также могут быть более отказоустойчивыми.
На железных дорогах бывшего СССР наиболее широко использовались токоприемники с двумя плечами («из двух ромбов»), но с конца 1990-х годов на российских железных дорогах появились и одноплечевые токоприемники. Некоторые трамваи используют двухплечевые токоприемники, среди них российские КТМ-5, КТМ-8, ЛВС-86 и многие другие трамваи российского производства, а также некоторые трамваи Euro-PCC в Бельгии. Американские трамваи используют либо контактные столбы , либо одноплечевые токоприемники.
Большинство систем скоростного транспорта работают на третьем рельсе , но некоторые используют пантографы, особенно те, которые предполагают обширную надземную работу. Большинство гибридных линий метро-трамвая или «до-метро», маршруты которых включают пути на городских улицах или в других общедоступных зонах, таких как (ранее) линия 51 Амстердамского метрополитена , зеленая линия MBTA , RTA Rapid Transit в Кливленде, метро Франкфурта-на-Майне и муниципальное метро Сан-Франциско , используют контактный провод, поскольку стандартный третий рельс будет препятствовать уличному движению и представлять слишком большой риск поражения электрическим током.
Среди различных исключений есть несколько трамвайных систем, например, в Бордо , Анже , Реймсе и Дубае , которые используют фирменную подземную систему, разработанную Alstom , называемую APS , которая подает питание только на те участки пути, которые полностью покрыты трамваем. Эта система была первоначально разработана для использования в историческом центре Бордо, поскольку система воздушных проводов вызвала бы визуальное вторжение. Похожие системы, которые избегают воздушных линий, были разработаны Bombardier , AnsaldoBreda , CAF и другими. Они могут состоять из физической инфраструктуры на уровне земли или использовать энергию, хранящуюся в аккумуляторных батареях, для поездок на короткие расстояния без воздушных проводов.
Иногда в качестве альтернативы третьим рельсам используются надземные пантографы, поскольку третьи рельсы могут покрываться льдом при определенных зимних погодных условиях. Синяя линия MBTA использует питание от пантографа на всем участке своего маршрута, который проходит по поверхности, переключаясь на питание от третьего рельса перед входом в подземную часть своего маршрута. Все системы метрополитена Сиднея , Мадрида , Барселоны , Порту , Шанхая , Гонконга , Сеула , Кобе , Фукуоки , Сендая , Джайпура , Ченнаи , Мумбаи и Дели используют надземную проводку и пантографы (а также некоторые линии метрополитена в Пекине , Чунцине , Нойде , Хайдарабаде , Джакарте , Токио , Осаке , Нагое , Сингапуре , Саппоро , Будапеште и Мехико ). Пантографы также использовались на линиях скоростного транспорта компании Nord-Sud в Париже, пока другая операционная компания того времени, Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris , не выкупила компанию и не заменила всю контактную проводку стандартной системой третьего рельса, используемой на других линиях.
Многочисленные железнодорожные линии используют как третий рельс, так и контактный сбор электроэнергии на разных участках своих маршрутов, как правило, по историческим причинам. К ним относятся линия North London и линии West London компании London Overground , линия Northern City компании Great Northern , три из пяти линий сети метро Rotterdam , линия New Haven компании Metro-North Railroad и желтая линия Chicago Transit Authority . В этом последнем случае контактный участок был остатком высокоскоростного маршрута Skokie Valley компании Chicago North Shore and Milwaukee Railroad [14] и был единственной линией во всей системе метрополитена Чикаго, которая использовала токосъемник на любой длине. Таким образом, для линии требовались вагоны с токосъемниками, а также башмаками третьего рельса, и поскольку контактный слой был очень небольшой частью системы, только несколько вагонов были оборудованы таким образом. Переключение произошло на переезде в Ист-Прери, на месте бывшей станции Кроуфорд-Ист-Прери . Здесь поезда, направляющиеся в Демпстер-Скоки, поднимали свои пантографы, в то время как поезда, направляющиеся в Говард, опускали свои, делая это на скорости в обоих случаях. В 2005 году из-за стоимости и уникальных потребностей в обслуживании того, что представляло собой лишь очень небольшую часть системы, контактная система была демонтирована и заменена тем же третьим рельсом, который использовался во всей остальной системе, что позволило всем вагонам Чикаго работать на линии. Все пантографы были демонтированы с вагонов, оборудованных Скоки.
До 2010 года линия метро 1 Осло перешла с третьего рельса на воздушную линию электропередачи на станции Frøen. Из-за большого количества железнодорожных переездов было сочтено сложным установить третий рельс на оставшейся части однопутной старой линии . [15] После 2010 года третьи рельсы использовались, несмотря на железнодорожные переезды. Третьи рельсы имеют зазоры, но есть два контактных башмака.
В некоторых системах, использующих трехфазное питание , локомотивы и силовые вагоны имеют два пантографа с третьей фазой цепи, обеспечиваемой ходовыми рельсами. В 1901 году экспериментальная высокоскоростная установка, еще одна конструкция Вальтера Райхеля из Siemens & Halske, использовала три вертикально установленных воздушных провода с коллекторами, установленными на горизонтально вытянутых пантографах. [16] [17]
На линиях, где открытые вагоны загружаются сверху, контактная линия может быть смещена, чтобы обеспечить это; тогда пантографы устанавливаются под углом к вертикали. [18]
Контакт между пантографом и воздушной линией обычно обеспечивается с помощью блока графита . Этот материал проводит электричество, работая как смазка . Поскольку графит хрупкий, во время работы могут отламываться куски. Плохие пантографы могут зацепить воздушный провод и разорвать его, поэтому существует двустороннее влияние, при котором плохие провода могут повредить пантограф, а плохие пантографы могут повредить провода. Чтобы предотвратить это, можно использовать станцию мониторинга пантографа . При длительно высоких скоростях, свыше 300 км/ч (190 миль/ч), трение может привести к тому, что контактная полоса станет красной, что, в свою очередь, может вызвать чрезмерное искрение и в конечном итоге выход из строя. [19]
В Великобритании пантографы ( Brecknell Willis и Stone Faiveley ) транспортных средств поднимаются давлением воздуха, а графитовые контактные «углероды» создают воздушную галерею в головке пантографа, которая выпускает воздух, если графитовая полоса потеряна, активируя автоматическое устройство опускания и опуская пантограф для предотвращения повреждения. Более новые электрические тяговые единицы могут использовать более сложные методы, которые обнаруживают нарушения, вызванные искрением в точке контакта, когда графитовые полосы повреждены. На электропоезде не всегда есть два пантографа , но в случаях, когда они есть, другой может быть использован, если один поврежден; примером такой ситуации может быть Pendolino класса 390. Задний пантограф по отношению к направлению движения часто используется, чтобы избежать повреждения обоих пантографов в случае запутывания: если использовался передний пантограф, мусор от запутывания может повредить задний пантограф, сделав оба пантографа и транспортное средство неработоспособными.
Автоматическое устройство сбрасывания (ADD) — это предохранительное устройство, которое автоматически опускает пантограф на электропоездах для предотвращения несчастных случаев в случае возникновения препятствий или чрезвычайных ситуаций. [20] [21] Оно также известно как устройство сбрасывания пантографа . [22] Автоматическое устройство сбрасывания обязательно для поездов с эксплуатационной скоростью 160 км/ч и выше. [ необходима цитата ] В противном случае машинисты поезда могут свободно устанавливать эти устройства. Повреждения, которые приводят к падению пантографа, могут включать головку полосы, головку пантографа и другие части. ADD в основном использует пневматическую систему для обнаружения повреждения. Например, сломанная контактная полоса вызовет падение давления в воздушной трубке внутри.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )