за счет чего едет поезд в 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.
Не подавай руку упавшему на рельсы. Чего не знают пассажиры метро
С точки зрения работников метро, которые не понаслышке знают о его «повышенной опасности», мы, пассажиры, ежедневно совершаем массу глупостей с риском для жизни. К ним относятся и такие поступки, которые нам самим кажутся очень благородными.
Почему на самом деле нельзя держать двери
Например, придержать двери поезда, чтобы влезли опоздавшие – что это как не помощь и взаимовыручка? Часто люди в вагоне начинают раздвигать двери в несколько рук, чтобы противостоять автоматическому закрытию.
На самом деле, помимо травм, это грозит срывом графика движения и серьезными задержками поездов.
Бывший машинист московского метро Макс Рублев, он же известный блогер Метроэльф, поясняет в своей книге «Не прислоняться», что именно по вине вот таких «услужливых» и медлительных пассажиров в основном происходят задержки. Если отправление поезда выбивается из графика больше чем на 10 секунд, возникает цепная реакция и тормозится вся линия.
Так кому в итоге помогли? Опаздывающие опоздают еще больше – вместе со всеми остальными.
Почему нельзя протягивать руку помощи упавшему на пути
Или вот вопрос на засыпку: если не дай бог человек при вас упадет с края платформы, вы подадите ему руку, чтобы втащить обратно?
Инстинкт конечно велит броситься на помощь. Но правильный ответ: нет. Подав бедолаге руку, вы сделаете только хуже. Недаром в метро объявляют на эскалаторах, что при падении на рельсы нельзя выбираться на платформу самостоятельно.
Дело в том, что прямо под платформой находится официально самый опасный объект в метро – контактный рельс в 825 вольт, приводящий поезда в движение.
Он накрыт защитным коробом и с платформы смотрится как «ступенька», словно специально для того, чтобы упавший человек мог забраться обратно наверх.
Но несмотря на защиту, прикасаться и тем более опираться на рельс – это прямая угроза жизни! Пластиковый кожух может попросту не выдержать вес человека. В худшем случае летальный заряд получит не только упавший, но и тот, кто протянул руку помощи.
А учитывая, что упавший на пути может быть пьян, болен, травмирован и панически напуган, риск возрастает в разы.
Почему опасный контактный рельс расположен именно под платформой
Почему же в таком случае контактный рельс чаще всего прокладывают именно под платформой, а не напротив, у дальней стены? Да потому что так как раз меньше шансов, что упавший человек заденет его по инерции. Он ведь не рухнет отвесно вниз. А был бы рельс напротив – было бы проще до него «долететь».
Когда на путях ведутся работы, контактный рельс обесточивают и ставят блокировку случайной подачи напряжения.
Почему нужно лечь головой навстречу поезду
Так что самой лучшей помощью упавшему на рельсы (если он способен встать и быстро двигаться) было бы уверенно направить его действия в верном русле, не давая впасть в панику.
Если поезд только ушел и другого пока нет – бежать к месту остановки головного вагона, где полосатая рейка. Там есть трап для работников метро, по которому можно безопасно подняться на платформу.
Диспетчер в любом случае увидит через камеры, что случилось ЧП. Работники станции быстро эвакуируют пассажира.
Если поезд приближается, остается только лечь в углубление между рельсами, предварительно сбросив объемные вещи (сумку, рюкзак).
Подземка на автопилоте: как работают новые поезда в метро
Фото: m24.ru/Евгения Смолянская
По Кольцевой линии столичного метро начал курсировать первый поезд на автопилоте. В ближайшее время по кольцу запустят еще два таких состава. Каким образом устроен автопилот, какие функции он выполняет и зачем там нужен машинист – читайте в материале m24.ru.
Поездом управляет компьютер
Внешне поезд на автопилоте ничем не отличается от всех других составов, стоящих в электродепо «Красная Пресня». Перед выходом на линию машинист традиционно занимает свое рабочие место в кабине. Однако дальше разница принципиальная.
В кабине машиниста установлена система Автономного автоматизированного ведения поезда. Это значит, что двигаться от станции к станции состав может и без человека, который им управляет. Систему разработали в НИИ Приборостроения имени Тихомирова.
Испытания состава в столичной подземке начались еще 15 мая прошлого года. За это время систему успели «обкатать» и исправить все замечания, полученные от специалистов. В итоге, автоматика научилась соблюдать скоростной режим, не отклоняясь от графика, что очень важно для Московского метрополитена.
В столичном метрополитене система берет основное управление поездом на себя. Компьютер способен самостоятельно остановить поезд с точностью до трех сантиметров, при этом движение продолжается только после команды машиниста.
Машинист может взять на себя полный контроль поезда на случай чрезвычайной ситуации, а также открывать и закрывать двери для высадки и посадки пассажиров. Автоматическая же система позволяет контролировать, чтобы двери для пассажиров открывались, только когда поезд подошел к платформе.
«Москва в цифрах»: В метро запустят поезда с автопилотом
Если машинист по какой-то причине не остановит состав на нужной станции, то программа это сделает сама. Также разрабатывается технология, которая позволит диспетчеру дистанционно остановить поезд в экстренных ситуациях.
Преимущество этой системы в том, считает заместитель главного конструктора ОАО НИИ Приборостроения имени Тихомирова Андрей Щелухин, что она повышает безопасность движения поездов.
«Система не позволяет открыть двери с неправильной стороны и препятствует проезду станций. Она позволяет в автоматическом режиме отправить поезд на перегон и привести его на следующую станцию. При этом отрабатывает все ограничения скорости, режимы, соблюдает время хода по перегону», – отметил он.
Вскоре в подземке будет ходить три таких поезда. Система автоматического ведения поездов метро будет программироваться отдельно под каждую линию, так как все ветки отличаются и режимами вождения, и поездами, и светофорами.
А нужен ли машинист
Во многих метрополитенах мира такие поезда ходят вообще без машинистов. И несмотря на то, что состав столичной подземки тоже может двигаться без машиниста, человек в кабине все же присутствует, поэтому людей в метро новинка шокировать не должна. Многие эксперты говорят, что в системе автопилота существует психологическая проблема.
Пассажиры побаиваются поездов, в которых вообще нет машинистов. Например, в Нюрнберге люди стали доверять полностью автоматическим поездам только через несколько лет успешной эксплуатации.
В России такую систему пока ввести не позволяет и нормативная база. По словам председателя союза пассажиров России Кирилла Янкова, сейчас по нормативам нельзя запустить поезд без машиниста. Кроме того, система должна быть как следует разработана. И дело не только в автопилоте, везде должны быть установлены камеры видеонаблюдения.
Янков отмечает, что машинист перед отправлением поезда смотрит в зеркало заднего вида, чтобы не тронуться, если кто-то остался зажатым в дверях. Также, чтобы поезда ходили без машинистов, на каждой двери вагона нужно установить датчик. Если дверь не закрылась до конца, поезд не должен трогаться. Система должна распознать, что кто-то застрял. Машинист пока этого делает быстрее. Он посмотрит и приоткроет дверь на 10 сантиметров. А способен ли автопилот на такие действия – пока непонятно.
«Я уверен, что когда это все будет отработано, нас ждут целые линии, где поезда будут ходить на автопилоте, а в будущем всю систему метро могут перевести на автопилот», – пояснил Янков.
О том, что пока без человека в кабине поезда не обойтись, говорят и разработчики, и сами машинисты. Так, машинист первого класса электродепо «Красная пресня» Виктор Мосолов отметил, что автопилот следит за показаниями светофоров, за системой АБС, подающей сигналы на движение, может остановить состав в перегоне и сам отправить его.
«От этого легче стало. Но все равно ее контролируешь, все-таки машина есть машина, а человек есть человек», – подчеркнул он.
Кстати, ранее глава департамента транспорта и развития дорожно-транспортной инфраструктуры Максим Ликсутов сообщал, что в московском метрополитене не будут курсировать поезда без машинистов.
В столичном метро появился первый поезд на автопилоте
По его словам, такая система позволяет пускать не более 20 пар поездов в час, а в московском метро в час пик ходят до 39 пар поездов в час. Ликсутов также считает, что управление любой транспортной системой, в которой присутствует человеческий фактор, безопаснее и эффективнее.
Поезда на автопилоте в России и мире
По словам председателя союза пассажиров России Кирилла Янкова, за границей поезда на автопилоте появились давно. Он отметил, что за рубежом уже почти 30 лет некоторые метрополитены работают вообще без машинистов. Первое такое метро появилось во Франции в 1989 году. На сегодняшний день, поезда на автопилоте работают на некоторых линиях метро в Великобритании, США, Японии, Германии, Испании, Бразилии, Японии, Малайзии и других странах.
Кстати, в мире существует несколько уровней автоматизации поездов. Они отличаются той ролью, которую выполняет персонал поезда.
Класс 4 позволяет поездам ездить вообще без машинистов, при этом сотрудники метрополитена могут находиться в поезде для обслуживания пассажиров. В составе даже не предусмотрена кабина машиниста, поэтому пассажиры первого вагона могут наблюдать через лобовое стекло и тоннель, и бегущие под колесами рельсы.
Такие поезда ходят, например, в Копенгагене, в Нюрнберге, Милане, Париже и Лондоне. Но одним из лучших считается дубайский беспилотный метрополитен. Там также нет машиниста – две линии метро, протянувшиеся по основной заселенной территории, полностью автоматизированы.
Класс 3 требует присутствия в кабине водителя только для открытия и закрытия дверей, а также на случай чрезвычайных происшествий. К нему относится линия 11 метро Барселоны и пекинский метрополитен, а также метро в Сингапуре.
Класс 2 требует, чтобы машинист находился в кабине, чтобы следить за препятствиями на пути. Такая система работает в метро Мадрида, линиях 5-9 сеульского метро.
В России такая система тоже внедрена. Поезда на автопилоте ходят на одной линии Санкт-Петербургского метро и в Казани. Система автоведения, используемая на этих линиях, имеет собственное название «Движение».
Кроме того, такая система внедрена на Российских железных дорогах.
Что происходит в метро ночью?
Вадим Калугин, машинист 1-го класса.
Московское метро – одно из самых красивых в мире. Старые станции, украшенные мрамором и лепниной, легко спутать с каким-нибудь императорским дворцом. Но москвичи любят метро не только за красоту: это самый надежный и безопасный способ передвижения по городу. Утром и вечером, когда автобусы и автомобили стоят в пробках, миллионы пассажиров спокойно едут по своим делам под землей.
Как часто ходят поезда в метро?
Сергей Ведяшкин/Агентство Москва
Московским метро пользуется, в среднем, 8,5 миллионов пассажиров в сутки. В часы пик, утром и вечером поезда ходят с интервалов в 90 секунд. Днем же поезда ходят примерно раз в 3 минуты. Правда, есть одна линия, где поезда ходят чуть реже: это участок от Александровского сада до Международной. Но им обычно пользуются мало людей.
Кстати, днем в метро можно увидеть не только пассажирские поезда, но и служебные. Они замедляют ход на станции, но двери не открывают и в вагоны войти нельзя. Чаще всего так перегоняют поезда в другое депо, например, для ремонта или покраски. А еще бывают поезда-путеизмерители. Например, на Арбатско-Покровской и Филевской линиях ходит диагностический поезд «Синергия». Он оценивает состояние путей, тоннелей и оборудования.
До какого времени работает метро в Москве?
Кирилл Зыков/Агентство Москва
Большинство станций метро открыты с 5:30 утра до часу ночи, некоторые станции вроде «Сокола» и «Аэропорта» открываются уже в 5:20. А последние поезда отправляются с конечных станций всех линий в 1:03 ночи. Так что фактически метро перевозит поздних пассажиров до двух часов ночи.
Почему часы на платформе показывают, когда поезд уехал?
Андрей Никеричев/Агентство Москва
Если вы были в московском метро, то наверняка обратили внимание на огромные электронные часы, которые висят над въездом в тоннель. На них указано московское время и когда уехал поезд. Многие всю жизнь гадают, зачем это знать? Но ответ простой. Эти часы – не для пассажиров, а для машинистов. Называются они интервалометром.
«Вообще, все поезда следуют строго по графику, но в часы пик, когда этот график может немного сбиваться, отправление поезда определяется по этим часам, – рассказывает машинист 2-го класса Антон Хлынин. – Когда поезд уезжает, часы обнуляются».
А вот табло, которое показывает время, оставшееся ДО прибытия поезда, в Москве есть лишь на нескольких линиях, да и то появились они недавно.
Почему поезда останавливаются в тоннеле?
Кирилл Зыков/Агентство Москва
Утром и вечером, когда в метро много пассажиров, поезда могут стоять в тоннеле, ожидая своей очереди. «Одновременно на линии бывает по два десятка поездов, и если у впереди идущего состава сбился график отправления, то стоять будут все составы позади», – объясняет Вадим Калугин, машинист 1-го класса.
Машинисты всегда готовы к экстренным ситуациям, говорит он. Например, нередко опаздывающие пассажиры решают в последний момент зайти в вагон при закрывающихся дверях, и машинисту приходится снова их открывать, задерживая состав.
А что происходит в метро ночью?
Андрей Никеричев/Агентство Москва
Пока поезда стоят, на линиях работают специалисты по ремонту. Они проверяют составы, осматривают пути. В это же время станции моют и убирают. А в пять утра возвращаются машинисты и снова готовятся перевозить пассажиров примерно до половины седьмого утра, пока не заступит новая смена.
Сколько зарабатывают машинисты в метро?
Сергей Киселев/Агентство Москва
Чтобы водить электропоезд, нужно иметь железную выдержку и способность быстро реагировать в экстремальных условиях. Поэтому и зарплата машиниста гораздо выше, чем средняя по Москве. Пока будущий машинист учится, он шесть с половиной месяцев получает стипендию 30,000 рублей. Дальше 3 месяца проходит стажировку с опытным наставником, а в конце обучения будущий машинист получает должность помощника. «Правда, многие обучение так и не заканчивают – остаются самые упорные», – говорит Вадим Калугин.
В дальнейшем все зависит только от самого кандидата: если он продолжает непрерывно повышать квалификацию и сдавать экзамены, то затем становится машинистом без класса, потом получает 3 класс, потом 2, потом 1. Высший класс – машинист-инструктор. Все экзамены на квалификацию сложные, но они влияют на зарплату. Например, машинист 3 класса получает около 80 тысяч рублей, а машинист 1 класса – до 120 тысяч.