Электричество помогло создать невероятно мощные и быстрые локомотивы без едкого выхлопа. В первой половине двадцатого века именно они помогли нарастить грузо- и пассажироперевозки, с которыми не справлялись архаичные паровозы. Сейчас электрические локомотивы заняли свою нишу, органично разделив обязанности и железнодорожные ветки с тепловозами. Для тех, кто знает о локомотивах чуть больше, чем ничего, мы и подготовили этот пост. В нем мы расскажем про самые первые электрические локомотивы XIX века, зарождении электрифицированных дорог в СССР и Японии.
Первые электропоезда
В XIX веке изобретатели пытались найти новые сферы применения электричества. В 1837 году шотландец Роберт Дэвидсон создал модель электрической рельсовой повозки, а в 1842 году представил первый электролокомотив Galvani на гальванических элементах. Galvani протестировали в Шотландии на отрезке пути Глазго-Эдинбург, где он с грузом в 6 тонн проехал более двух километров со скоростью 6 км/ч. Из-за малой мощности и дороговизны (обслуживать батареи стоило вчетверо дороже, чем жечь уголь) Дэвидсон прекратил совершенствование своего изобретения.
В 1851 году на дороге между американским Вашингтоном и Бладенсбургом профессор Смитсоновского института Чарльз Пейдж запустил свой электросостав, развивший скорость 30 км/ч.
Рисунок — вот и всё, что дошло до наших дней от электровагона Чарльза Пейджа. Источник: Wikimedia
В течение нескольких десятилетий изобретатели предлагали свои идеи по совершенствованию электротранспорта. Майкл Фарадей разработал электрогенератор, позволявший постоянно вырабатывать большой ток (в отличие от маломощных и дорогих гальванических элементов). В результате в 1879 году на Берлинской выставке Вернер фон Сименс построил кольцевую трехсотметровую железную дорогу, по которой двигался пассажирский состав из электровоза и трех тележек с лавками, получающий постоянный ток в 150 В от третьего рельса. Электричество вырабатывалось паровой динамо-машиной, установленной в павильоне неподалеку. Двигатель электровоза развивал 2,2 кВт (3 л.с.) мощности и достигал скорости 13 км/ч. За время работы выставки в течение четырех месяцев состав перевез 86 тысяч пассажиров, каждый из которых платил за билет 20 пфеннигов, уходивших на благотворительность. Берлинскую выставку и электропоезд Сименса можно считать первым примером коммерческой перевозки электрическим железнодорожным транспортом.
Появление тяговитых электропоездов проложило железнодорожные пути туда, куда паровозам с их дымом и паром вход был заказан – под землю. В 1890 году в Лондоне открылась подземная железнодорожная линия, длиной 5,6 км, а 16 электровозов с мощностью 36,7 кВт поставили Mather & Platt и Siemens Bros. Это был лондонский метрополитен.
В 1895 году на американском железнодорожном маршруте Балтимор-Огайо появился электрифицированный участок длиной 11 км, часть которого в черте города пролегала под землей. Впрочем, дальше электрификация железных дорог в США продвигалась неторопливо.
Первая российская электрическая железная дорога начала строиться между Санкт-Петербургом и Красной Горкой в 1913 году, но начавшаяся Первая мировая остановила проект — построенный отрезок до петербургской Стрельны теперь отдан под трамвайное движение (маршрут №36). После революции по плану электрификации страны началось активное строительство железных дорог для электровозов, первая из которых была проложена в 1926 от Баку до Сабунчи. Затем электропоезда начали появляться на дорогах, идущих из Москвы.
Собственного производства электровозов в СССР в то время еще не существовало, поэтому в 1932 году 8 локомотивов для новых дорог были закуплены у General Electric, причем только два из них поставлялись с электродвигателями, а для оставшихся шести предполагалось использовать двигатели отечественного производства.
СИ — один из первых импортных электровозов в СССР. Источник: Wikimedia
Две полностью оснащенных модели получили название С10, а шесть заготовок и изготовленные позже по лицензии электровозы, для которых заводом «Динамо» были построены двигатели на 340 кВт, необычно именовались СС — Сурамский советский, по имени Сурамского перевала, для которого они изначально и закупались. Модифицированные электровозы семейства С окончательно вывели из эксплуатации только в 1979 году.
Формально, СС не был советским электровозом, ведь за основу была взята импортная модель. Так что первым отечественным электровозом нужно считать ВЛ19 1932 года, который был действительно спроектирован в СССР.
ВЛ19, первый электровоз советской разработки. Источник: Wikimedia
Электровозам здесь не место
Удивительно, но мощные и эффективные локомотивы для электрифицированных железных дорог прижились не везде. Из-за необходимости затратного строительства инфраструктуры, электровозная тяга стала популярна в небольших странах, магистральных ветках и в местах со сложным рельефом. А вот история электровозов в США несколько драматична.
Соединенные Штаты были первой страной, начавшей электрификацию железных дорог. В самом начале XX века на электрическую тягу переходило восточное побережье страны — электрифицировать махом все главные ветки было фантастически дорого, поэтому электровозам отдали пассажирские перевозки между соседними штатами. Но с популяризацией дизельных двигателей и изобретением тепловоза электровозы начали понемногу сдавать. Тепловозы работают на любом пути без проводов и тяговых подстанций, а при нечастых поездках дизель выходил дешевле электричества. Если электрификация СССР породила избыток электроэнергии благодаря строительству ГЭС, то в Америке электричество добывалось в основном сжиганием угля.
Красавец А (GE-750) ушел с американских железных дорог в начале 1980-х. Кстати, изначально электровоз проектировался для СССР, но из-за Холодной войны к нам так и не попал. Источник: Wikimedia / Drew Jacksich
Вторая мировая ненадолго повлияла на предпочтения железнодорожников — бензин и дизель, ставшие топливом для военной техники, отправлялись на нужды армии, поэтому электровозы вновь стали более выгодным типом локомотивов. Электрификация железных дорог продолжилась до начала 1950-х годов, а точнее, до послевоенного экономического подъема. Самолеты, активное строительство асфальтовых трасс и автомобилизация страны затормозили не только электрификацию, но и развитие железнодорожного транспорта в принципе. К XXI веку от 409 тысяч километров путей осталось всего 220 тысяч, причем на 80% из них нет пассажирского сообщения. Реальность сурова: самолеты и грузовые автомобили выходят быстрее и дешевле.
Сейчас в США электрифицированные железные дороги встречаются только на пригородном сообщении и нескольких ветках между восточными штатами, а по оставшимся, еще не демонтированным путям передвигаются дизельные тепловозы.
Особый японский путь
В Японии железные дороги стали главным видом пассажирского транспорта, буквально впитавшись в национальную ДНК. Ни в одной другой стране мира поезда не перевозят такое количество пассажиров, как в Японии. Если в России железные дороги перевозят порядка 1,15 млрд пассажиров в год (без учета метро), то в Японии при втрое меньшей протяженности сети — более 9 млрд. И это при населении страны в 122 миллиона человек! А в огромном Китае (1,386 млрд жителей) и Индии (1,339 млрд человек) поезда перевозят 3 млрд и 8,26 млрд пассажиров в год соответственно.
Железные дороги Японии уникальны уже тем, что в стране используются сразу четыре вида колеи, причем самая массовая из них — узкая Капская колея шириной 1067 мм (22300 км, 13200 км электрифицировано). Европейская колея (1435 мм) насчитывает 3978 км пути, редкая Шотландская колея (1372 мм) — 96 км и наконец 48 км узкой колеи (762 мм). Для сравнения, ширина колеи в России равна 1520 мм.
Участок пути на Сахалине, где Капская колея перетекает в Российскую. Источник: Wikimedia
Первая железнодорожная ветка открылась в Японии в 1872 году, с этого момента в стране строились пути Капской колеи. Сейчас нет однозначного мнения, почему Япония взяла узкую колею за основу своих дорог. Считается, что это была воля скрупулезного чиновника, который отдал предпочтение Капской колее только из-за дешевизны ее прокладки и экономичности соответствующих поездов. Впоследствии эта особенность превратилась в проблему для развития высокоскоростного железнодорожного транспорта, что и породило появление альтернативной европейской колейности.
Первый успешный опыт Японии с Европейской колеей состоялся в 1934 году, когда между городами Далянь и Чанчунь в Южной Манчжурии был пущен состав «Азия-Экспресс», развивавший огромную по тем временам скорость 130 км/ч. Благодаря широкой колее Азия-Экспресс имел просторные комфортабельные вагоны с кондиционированием и обзорной площадкой.
Локомотив того самого Asia-Express теперь можно увидеть в железнодорожном музее Шэньяна. Источник: Wikimedia / Arnie97
Незадолго до войны власти Японии, увидев экономические перспективы Европейской колеи, готовились к реализации проекта железнодорожного тоннеля до Корейского полуострова, но в 1943 году от идеи пришлось отказаться, как и от «Азия-Экспресса».
После войны Япония продолжила расширять существующую сеть узкоколейных дорог, однако Европейская колея не была забыта. Экономический рост требовал строительства высокоскоростных веток, но существующие линии с Капской колеей не были приспособлены для передвижения со скоростью быстрее 110 км/ч. Так родился проект Shinkansen, сутью которого было строительство новых линий для скоростных пассажирских поездов, связывающих крупнейшие города всей страны. В его основу легла Европейская колея.
Открытие Shinkansen дало начало скоростным пассажирским перевозкам в Японии. На фото состав Shinkansen серии 0. Источник: KYODO
В 1964 году Shinkansen был официально запущен, первый отрезок пути связал Осаку и Токио. Электропоезд Shinkansen серии 0 работал на переменном токе 25 кВ, 60 Гц, имел мощность 15877 кВт и разгонялся до 210 км/ч. С тех пор маршрутная сеть Shinkansen растянулась от самого юга страны до северного острова Хоккайдо — те самые 3989 км, упомянутые ранее. Современные электропоезда Shinkansen в целях безопасности путешествуют на скоростях до 260 км/ч.
Удивительно, но в пику рекордному числу пассажирских перевозок, на японские железные дороги приходится исчезающе малая доля грузов — около 1% от перевозок по всей стране. Что, впрочем, не повлияло на развитие индустрии электровозостроения. Несколько крупных японских компаний, включая Toshiba, производят очень интересные и экономичные электровозы, большая часть которых идет на экспорт. Например, промышленные железные дороги ЮАР работают на электровозах Toshiba, также они поставляются в Китай, Индию, Турцию и Новую Зеландию.
Вклад Toshiba
В 1926 году свет увидел первый электровоз Shibaura. Это была аккумуляторная модель AB10, изготовленная по заказу Арсенала армии Японии. Перед Shibaura стояла задача разработать локомотив, не дающий искр. Хранилище боеприпасов или химическая фабрика — не лучшие места, где можно искрить пантографами или трубой топки. В 1931 году AB10 переделали для широкого применения, заменив батареи на пантографы для питания от контактной сети, и дали индекс EB10.
Кстати, японские железные дороги вновь вернулись к идее аккумуляторного локомотива в XXI веке. Toshiba создала первый японский гибрид тепловоза и электровоза на литий-ионных аккумуляторах Type HD300. Гибрид отвечает требованиям экономии и экологичности: во время работы Type HD300 оперирует дизельным двигателем, также подзаряжающим батареи. Но в черте города или при маневрировании гибрид переключается на автономное электрическое питание, что полностью исключает дизельный выхлоп. Правда, мощность Type HD300 очень скромная — всего 500 кВт.
Type HD300 — первый японский гибридный электро/тепловоз. Не очень тяговитый, но универсальный и экологичный. Источник: Toshiba
Зато у Class EH800, самого мощного японского электровоза, она составляет 4000 кВт.
Type EH800 производства Toshiba является самым мощным японским электровозом на сегодняшний день — 4000 кВт чистой мощности. Источник: Toshiba
Toshiba не просто собирает электровозы, но и постоянно работает над инновациями. Сейчас в локомотивах компании применяются герметизированные синхронные двигатели с постоянными магнитами, которые отличаются тишиной и высоким ресурсом из-за защиты от пыли и грязи, которые неминуемо оседают внутри негерметизированных охлаждаемых воздухом двигателях. По результатам российских исследований, такие двигатели экономичны и эффективны.
Синхронный электродвигатель на постоянных магнитах производства Toshiba делает электропоезда тихими, долговечными и экономичными. Источник: Toshiba
Самый-самый...
- Какой же локомотив самый мощный в мире? Среди односекционных моделей таковым считается китайский HXD3B, весящий 150 тонн и выдающий 9600 кВт. А вот среди многосекционных электровозов пьедестал заслуженно занимает российский 4ЭС5К, состоящий из четырех секций. Его 13120 кВт мощности формально превзошел только 3ЭС10С (13200 кВт), который, однако, нельзя считать единым изделием.
Российский 4ЭС5К — самый мощный электровоз, представляющий собой единое изделие. Источник: Wikimedia / Xenotron
- Самым быстрым поездом на сегодняшний день является японский L0 Series на магнитной подушке (MagLev), в 2015 году разогнавшийся до 603 км/ч. Но если говорить о традиционных рельсовых поездах, рекорд держит пассажирский французский TGV V150 — 574 км/ч.
Японский L0 Series — самый быстрый поезд в мире. Источник: Wikimedia / Maryland GovPics
- Среди составов с электровозом самым длинным оказался пассажирский поезд, следовавший по Бельгии в рамках благотворительной поездки — 1733 м. А вот самым длинным составом в принципе оказался канадский контейнеровоз с дизельными локомотивами. Его длина составила невероятные 4,2 км.
Частичка самого длинного состава в мире – от первого тепловоза до последнего вагона состав тянется на 4,2 км
Автор: Toshiba
