الطاقة الموزعة

في النقل بالسكك الحديدية ، يُعدّ توزيع الطاقة ( DP ) مصطلحًا عامًا يشير إلى التوزيع المادي - في نقاط وسيطة على طول القطار - لمجموعات منفصلة من قاطرات الدفع. قد تكون هذه "المجموعات" وحدات منفردة أو قطارات متعددة، ^{[ 1 ]} ويتم التحكم بها عن بُعد من القاطرة الأمامية . تتيح هذه الممارسة وضع القاطرات في أي مكان على طول القطار عندما يكون التشغيل القياسي متعدد الوحدات (MU) مستحيلاً أو غير عملي. يمكن تحقيق توزيع الطاقة لاسلكيًا (اتصال الترددات اللاسلكية) أو سلكيًا (توصيل القطار). تستخدم الأنظمة السلكية التي توفرها حاليًا شركات مختلفة الكابلات الموجودة مسبقًا في القطار المجهز بمكابح هوائية يتم التحكم فيها إلكترونيًا (ECP).

منذ ستينيات القرن الماضي، هيمنت شركة واحدة، هي شركة هاريس كونترولز (التي كانت تُعرف سابقًا باسم شركة هاريس - قسم التحكم والتركيب، ثم استحوذت عليها شركة جنرال إلكتريك - القسم المعروف الآن باسم قسم النقل التابع لشركة جنرال إلكتريك )، على تكنولوجيا توزيع الطاقة في السكك الحديدية. وقد قامت الشركة بتصنيع وتسويق نظام تحكم لاسلكي حاصل على براءة اختراع تحت الاسم التجاري لوكوترول ، وهو النظام اللاسلكي السائد لتوزيع الطاقة المستخدم في جميع أنحاء العالم اليوم. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

يعود أصل نظام Locotrol إلى بدايات تقنية SCADA للتحكم عن بُعد في خطوط الأنابيب وشبكات الكهرباء، ومن فكرة مبكرة لرئيس شركة Southern Railway ، دي دبليو بروسنان. كان النظام منتجًا لشركة North Electric Company ( غاليون، أوهايو ، الولايات المتحدة)، والتي استحوذت عليها لاحقًا شركة Radiation Inc. ( ملبورن، فلوريدا ، الولايات المتحدة)، ثم استحوذت عليها بدورها شركة Harris Corporation (التي يقع مقرها الرئيسي أيضًا في ملبورن). تم اختبار هذه التقنية الناشئة لأول مرة على خط سكة حديد Southern Railway عام 1963، وتم تركيب أولى أنظمة الإنتاج على نفس الخط عام 1965.

تتمثل الفائدة الأكبر للطاقة الموزعة -والسبب وراء تطوير المفهوم الأصلي- في تقليل قوى جرّ القاطرات ، مما يسمح بزيادة حجم القطارات بشكل كبير دون تجاوز قوة الجرّ، وذلك باستخدام قاطرات في منتصف القطار أو نهايته. ^{[ 5 ]} كما توجد فوائد محتملة في مناولة القطارات. فعلى مسار ذي تضاريس متموجة، يستطيع المشغل الماهر التحكم في نسب الطاقة الناتجة (بالإضافة إلى استخدام المكابح الديناميكية والهوائية) لتقليل ارتخاء وصلات الجرّ في جميع أنحاء القطار. ^{[ 6 ]}

يؤدي انخفاض قوى السحب على طول القطار إلى تقليل القوة الجانبية بين العجلة والسكك الحديدية على المنحنيات، مما يقلل من استهلاك الوقود والتآكل في مكونات نظام التشغيل المختلفة بالإضافة إلى تقليل احتمالية خروج القطار عن مساره.

ومن المزايا الأخرى سرعة تفعيل المكابح الهوائية . ففي القطارات التقليدية، حيث يتم التحكم في جميع أنظمة الكبح من مقدمة القطار، قد يستغرق الأمر عدة ثوانٍ حتى تنتقل تغييرات ضغط أنابيب المكابح التي يُجريها المشغل إلى جميع أنحاء القطار. أما في نظام التحكم الديناميكي المُتحكم به لاسلكيًا، فيتم ضبط المكابح في القاطرات البعيدة بشكل شبه متزامن مع الأمر الصادر من القاطرة الأمامية، مما يوفر استجابة أكثر اتساقًا للمكابح الهوائية في جميع أنحاء القطار.

تتمثل العيوب الرئيسية في الوقت التشغيلي اللازم، وتكوين المسار المطلوب، لإضافة وحدات قاطرات إضافية وإزالتها. أما العيوب الثانوية فتتمثل في التكاليف المرتبطة بتجهيز القاطرات بأجهزة التحكم الإضافية، واحتمالية فقدان إشارة القياس عن بُعد بشكل متقطع. يُعرف هذا الأخير باسم "انقطاع الاتصال"، ويتم التعامل معه من خلال تضمين برامج احتياطية.

يجب عدم الخلط بين الطاقة الموزعة وتشغيل الوحدات المتعددة، وهي ميزة موجودة عمومًا في جميع قاطرات الخطوط الرئيسية وبعض قاطرات المناورة، حيث تربط عدة قاطرات معًا مباشرةً عبر كابلات الوحدات المتعددة وخطوط التحكم في فرامل الهواء. صُمم تشغيل الوحدات المتعددة في أمريكا الشمالية بحيث يمكن ربط أي قاطرتين مجهزتين بهذه الميزة، بغض النظر عن عمرهما أو الشركة المصنعة، وتشغيلهما كقاطرة واحدة بواسطة مشغل واحد في كابينة الوحدة الرئيسية. ويتم ذلك عبر كابل وحدات متعددة ذي 27 سنًا وتوصيل ثلاثة خطوط هواء إضافية منفصلة عن أنبوب الفرامل (يُسمى أحيانًا "خط القطار"). أما الطاقة الموزعة فهي ترتيب منفصل تمامًا للتحكم في القاطرات المنفصلة فعليًا عن الوحدة (الوحدات) الرئيسية، وبالتالي يستحيل ربطها عبر الوحدات المتعددة.

تُسمى القاطرة الأولى في مقدمة القطار "الوحدة الرئيسية"، ويمكن وضع "الوحدات البعيدة" في مواقع منفصلة على طول القطار. ويمكن ربط كل وحدة بعيدة بنظام DP بوحدات أخرى في نفس الموقع لتكوين "مجموعة قطارات بعيدة" واحدة أو أكثر.

يُعدّ إعداد وربط وحدات التحكم الرئيسية والبعيدة في نظام DP عمليةً بسيطةً نسبيًا، كما يجب ضبط مكابح الهواء في الوحدات البعيدة بشكلٍ صحيح لضمان عمل النظام بكفاءة. يختار النظام تلقائيًا ترددًا متاحًا أثناء عملية الربط لضمان عدم تأثر قطارات DP الأخرى القريبة. في ساحات السكك الحديدية المزدحمة أو في المناطق الجبلية أو الوعرة، قد ينقطع الاتصال مؤقتًا.

طالما لم يتم استخدام فرامل الطوارئ أو فرامل الجزاء التي تقطع الاتصال، فسيعيد النظام الاتصال تلقائيًا، أو يمكن للمشغل محاولة إعادة الاتصال يدويًا. في السابق، كان فقدان الاتصال يؤدي إلى بقاء الوحدات البعيدة على وضع الخانق أو وضع الكبح الديناميكي الذي تم التحكم به آخر مرة. أما في الإصدارات الأحدث من النظام وتحديثات البرامج، فيتم عادةً خفض إعداد طاقة الوحدة البعيدة إلى المستوى  الرابع افتراضيًا في حالة فقدان الاتصال.

على الرغم من أن إشارات DP من الوحدات الرئيسية إلى الوحدات البعيدة (والعكس صحيح) تكون فورية اسميًا، إلا أنها في الواقع تستغرق بضع ثوانٍ على الأقل حتى تستجيب الوحدة البعيدة لإشارة من الوحدة الرئيسية وحتى يظهر التغيير في الحالة على شاشة DP في كابينة القاطرة الرئيسية.

في البداية، كان بالإمكان توفير الطاقة الموزعة في موقع وسيط واحد فقط داخل القطار. تطلبت هذه الأنظمة الرائدة (Locotrol 102-105 وLocotrol II) توصيل عربة ترحيل لاسلكية عبر كابلات توصيل قياسية متعددة الوحدات (MU) بالقاطرة (أو القاطرات) البعيدة لتوفير أوامر التحكم اللاسلكي وتسهيل إشارات التغذية الراجعة. لاحقًا، تطور نظام Locotrol II إلى النظام "العالمي" الذي يسمح بتركيب معدات التحكم اللاسلكي على القاطرات نفسها. مع هذا الخيار، أصبحت عربة الترحيل - التي يُشار إليها أحيانًا بوحدة التحكم عن بُعد (RCU) أو وحدة التحكم عن بُعد للقاطرة (LRC) - غير ضرورية.

كان نظام Locotrol III هو التطور التالي، وهو متوافق مع كلٍ من نظام فرامل القاطرات الإلكتروني EPIC من Knorr-Bremse / New York Air Brake CCB ونظام فرامل القاطرات الإلكتروني EPIC من Wabtec ، ويتيح إمكانية التحكم عن بُعد في مواقع متعددة. أما أحدث إصدار من هذا النظام فهو LEB (فرامل Locotrol الإلكترونية)، الذي يدمج تقنية GE Locotrol مع فرامل CCBII من KB/NYAB.

تُستخدم الطاقة الموزعة في الولايات المتحدة وكندا والصين وأستراليا والبرازيل وألمانيا وروسيا وجنوب إفريقيا . ^{[ 7 ]} كما أنها تُستخدم (أو كانت تُستخدم) في تشغيل القطارات الموحدة بشكل منتظم في الهند وموريتانيا والمكسيك، وكادت أن تدخل حيز التشغيل في إيران قبل الثورة وبعدها.

أصبح توزيع الطاقة في التكوين السلكي (باستخدام خط قطار ECP) ​​شائعًا بشكل متزايد في عمليات قطارات النقل الثقيل في أمريكا الشمالية وأستراليا.

يُستخدم مصطلح "القطار ذو القاطرتين" لوصف عملية تشغيل القطار حيث توجد قاطرة في كل طرف من أطرافه، وذلك لتسهيل تغيير الاتجاه في المحطة النهائية حيث يتعذر تدوير القاطرات حول القطار (أي تبديل القاطرات من طرف إلى آخر). لا يُستخدم هذا الترتيب تحديدًا لتشغيل القطارات الأطول أو الأثقل. ولا يُستخدم هذا النوع من التشغيل عادةً مع توزيع الطاقة، على الرغم من إمكانية استخدامه في بعض الحالات.

يجب عدم الخلط بين هذا الوصف ونظام الدفع والسحب ، الذي يشير تحديدًا إلى تصميم قطار (يرتبط عادةً بقطارات الركاب) حيث تقع قوة الدفع في أحد طرفي القطار فقط. في هذا التصميم الأخير، يمكن تشغيل القطار من الطرف غير المزود بقوة الدفع بواسطة مقصورة القيادة (كابينة القيادة ) الموجودة في ذلك الطرف.

في نظام الجر الموزع، لا توجد قاطرات، بل يتم توزيع الطاقة على طول القطار بواسطة محركات جر متعددة . وحدة القطار الكهربائي المتعددة مثال على هذا النظام. ^{[ 8 ]}

• قاطرة تعمل بالتحكم عن بعد