قوة المحطة الرئيسية

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

عربة قطار ركاب تابعة لهيئة النقل في منطقة بوسطن الكبرى (MBTA) مزودة بكابلات توصيل كهربائية قياسية أمريكية.

في النقل بالسكك الحديدية ، يُعرف نظام الطاقة الأمامية ( HEP )، أو ما يُسمى أيضًا بتزويد القطارات بالكهرباء ( ETS )، أو حتى باسم التوليد الأمامي ( HOG ) في الهند ، بأنه نظام توزيع الطاقة الكهربائية في قطار الركاب. يوفر مصدر الطاقة، وعادةً ما يكون قاطرة (أو عربة مولد) في مقدمة القطار، الكهرباء اللازمة للتدفئة والإضاءة والكهرباء وغيرها من احتياجات الخدمة. ويُشابه هذا النظام في النقل البحري الطاقة الكهربائية المستخدمة في الفنادق. وقد بشّرت المحاولة الناجحة التي قامت بها شركة سكك حديد لندن وبرايتون والساحل الجنوبي في أكتوبر 1881 لإضاءة عربات الركاب على خط لندن-برايتون [ 1 ] ببداية استخدام الكهرباء لإضاءة القطارات في العالم.

تاريخ

استُخدمت مصابيح الزيت لإضاءة القطارات عام 1842. [ 2 ] دفعت الاعتبارات الاقتصادية شركة سكك حديد لانكشاير ويوركشاير إلى استبدال إضاءة الزيت بإضاءة غاز الفحم عام 1870، إلا أن انفجار أسطوانة غاز على متن القطار دفعهم إلى التخلي عن التجربة. [ 2 ] استُخدمت إضاءة الزيت والغاز في أواخر عام 1870. أما الإضاءة الكهربائية، فقد استُخدمت في أكتوبر 1881 [ 1 ] [ 2 ] باستخدام اثني عشر مصباحًا متوهجًا من نوع سوان ذي خيوط كربونية، موصولة ببطارية معلقة أسفلها تتكون من 32 خلية قابلة لإعادة الشحن من نوع فاور ، تكفي لإضاءة القطار لمدة ست ساعات تقريبًا قبل إزالتها لإعادة شحنها. [ 1 ]

في عام 1881، نجحت شركة سكك حديد شمال بريطانيا في توليد الكهرباء باستخدام مولد كهربائي على قاطرة "بروذرهود" البخارية لتوفير الإضاءة الكهربائية في القطار، وهو مفهوم عُرف لاحقًا باسم " الطاقة الأمامية" . إلا أن ارتفاع استهلاك البخار أدى إلى التخلي عن هذا النظام. وفي عام 1883، شغّلت شركة سكك حديد لندن وبرايتون والساحل الجنوبي ثلاثة قطارات تعمل بالكهرباء المولدة على متنها باستخدام مولد كهربائي يُدار من أحد المحاور. وكان هذا المولد يشحن بطارية حمض الرصاص الموجودة في عربة الحارس، الذي كان يتولى تشغيل وصيانة المعدات. وقد نجح هذا النظام في توفير الإضاءة الكهربائية في القطار. [ 1 ]

في عام 1885، تم إدخال الإضاءة الكهربائية في قطارات فرانكفورت باستخدام مولد كهربائي من نوع موهرينغ وبطاريات. كان المولد يُدار بواسطة بكرات وأحزمة من المحور بسرعات تتراوح بين 29 و68 كم/ساعة ، وعند السرعات المنخفضة كان ينقطع التيار الكهربائي. [ 3 ]  

في عام 1887، قامت مولدات تعمل بالبخار في عربات الأمتعة [ 4 ] لقطاري فلوريدا سبيشال وشيكاغو ليميتد في الولايات المتحدة بتزويد جميع عربات القطار بالإضاءة الكهربائية عن طريق توصيلها بالأسلاك، وذلك لإدخال شكل آخر من أشكال الطاقة في مقدمة القطار. [ 5 ]

كانت إضاءة النفط والغاز توفر شدة إضاءة أعلى مقارنةً بالإضاءة الكهربائية، وكانت أكثر شيوعًا حتى سبتمبر 1913، عندما تسبب حادث على خط سكة حديد ميدلاند في أيسجيل في وفاة عدد كبير من الركاب. دفع هذا الحادث شركات السكك الحديدية إلى اعتماد الكهرباء لإضاءة القطارات. [ 1 ]

طوال الفترة المتبقية من عصر البخار وحتى بدايات عصر الديزل، كانت عربات الركاب تُدفأ ببخار مشبع منخفض الضغط يُزوده القاطرة، بينما كانت الكهرباء اللازمة لإضاءة العربات وتهويتها تُستمد من بطاريات تُشحن بواسطة مولدات تعمل على محاور كل عربة، أو من مجموعات مولدات كهربائية مثبتة أسفل هيكل العربة. وابتداءً من ثلاثينيات القرن العشرين، أصبح تكييف الهواء متاحًا في عربات السكك الحديدية، وكانت الطاقة اللازمة لتشغيله تُوفر بواسطة مآخذ طاقة ميكانيكية من المحور، أو محركات صغيرة مخصصة، أو غاز البروبان .

أدى فصل أنظمة الطاقة للإضاءة والتدفئة بالبخار وتكييف الهواء الذي يعمل بمحرك القطار إلى زيادة أعباء الصيانة وكثرة قطع الغيار. سيسمح نظام الطاقة المركزي بتوفير مصدر طاقة واحد لتشغيل جميع هذه الوظائف، وأكثر، لقطار كامل.

في عصر البخار، كانت جميع السيارات في فنلندا وروسيا مزودة بموقد يعمل بالحطب أو الفحم. كان يُنظر إلى هذا الحل على أنه يشكل خطراً للحريق في معظم دول أوروبا، باستثناء روسيا.

المملكة المتحدة

في الأصل، كانت القطارات التي تجرها قاطرة بخارية تُزود بالبخار من القاطرة نفسها لتدفئة العربات. [ 1 ] وعندما حلت قاطرات الديزل والكهرباء محل البخار، أصبح التدفئة بالبخار تتم بواسطة غلاية بخارية . وكانت هذه الغلاية تعمل بالزيت (في قاطرات الديزل) أو تُسخن بواسطة عنصر تسخين كهربائي (في القاطرات الكهربائية). إلا أن الغلايات البخارية التي تعمل بالزيت كانت غير موثوقة، إذ تسببت في أعطال أكثر في القاطرات من أي نظام أو مكون آخر فيها، بغض النظر عن نوعها، وكان هذا حافزًا رئيسيًا لاعتماد طريقة أكثر موثوقية لتدفئة العربات.

في ذلك الوقت، كانت الإضاءة تعمل بالبطاريات التي يتم شحنها بواسطة مولد كهربائي أسفل كل عربة عندما يكون القطار متحركًا، وكانت عربات البوفيه تستخدم الغاز المعبأ في أسطوانات للطهي وتسخين المياه . [ 1 ]

التدفئة الكهربائية للقطارات (ETH) والإمداد الكهربائي للقطارات (ETS)

زُوِّدت القاطرات التي تعمل بالديزل والكهرباء لاحقًا بنظام التدفئة الكهربائية للقطارات ( ETH )، الذي كان يزود العربات بالطاقة الكهربائية لتشغيل عناصر التسخين الكهربائية المثبتة بجانب نظام التسخين بالبخار، والذي استُخدم في القاطرات القديمة. وفي التصاميم اللاحقة للعربات، أُلغي نظام التسخين بالبخار، واستُخدم نظام التدفئة الكهربائية للقطارات (ETH) للتدفئة والإضاءة (بما في ذلك شحن بطاريات إضاءة القطار) والتهوية وتكييف الهواء والمراوح والمقابس ومعدات المطبخ في القطار. وبناءً على ذلك، أُعيد تسمية نظام التدفئة الكهربائية للقطارات (ETH) لاحقًا إلى نظام تزويد الطاقة الكهربائية للقطارات ( ETS ).

لكل عربة مؤشر خاص بها يحدد الحد الأقصى لاستهلاكها من الكهرباء. يجب ألا يتجاوز مجموع جميع المؤشرات مؤشر القاطرة. وحدة مؤشر ETH الواحدة تساوي 5  كيلوواط؛ قاطرة بمؤشر ETH 95 يمكنها تزويد  القطار بـ 475 كيلوواط من الطاقة الكهربائية.

أمريكا الشمالية

طُوِّر أول نظام متطور لمولدات المحاور على خط سكة حديد بوسطن وماين ، الذي خصص عددًا من قاطرات البخار وعربات الركاب لخدمة النقل اليومي في بوسطن . ونظرًا لانخفاض متوسط ​​السرعات وكثرة التوقفات التي تميز خدمة النقل اليومي، لم يكن إنتاج مولدات المحاور كافيًا لشحن البطاريات، مما أدى إلى شكاوى الركاب من أعطال في الإضاءة والتهوية. واستجابةً لذلك، قامت شركة السكك الحديدية بتركيب مولدات ذات سعة أعلى على القاطرات المخصصة لهذه القطارات، وربطتها بالعربات. وكانت العربات تستخدم البخار المنبعث من القاطرة للتدفئة.

استفادت بعض قطارات الديزل الانسيابية المبكرة من تصميمها ذي التكوين الثابت لتشغيل الإضاءة والتكييف والتدفئة بالكهرباء. ولأن هذه العربات لم تكن مصممة للدمج مع عربات الركاب الموجودة، لم يكن توافق هذه الأنظمة مصدر قلق. فعلى سبيل المثال، يحتوي قطار نبراسكا زفير على ثلاث مجموعات مولدات ديزل في العربة الأولى لتشغيل المعدات الموجودة على متنه.

عندما دخلت قاطرات الديزل الخدمة لنقل الركاب، زُوّدت بمولدات بخارية لتوفير البخار اللازم لتدفئة العربات. مع ذلك، استمر استخدام مولدات المحاور والبطاريات لسنوات عديدة. بدأ هذا الوضع بالتغير في أواخر الخمسينيات، عندما أزالت شركة سكك حديد شيكاغو والشمال الغربي مولدات البخار من قاطراتها من طراز EMD F7 و E8 المستخدمة في خدمة قطارات الركاب، واستبدلتها بمجموعات مولدات ديزل (انظر Peninsula 400 ). كان هذا تطورًا طبيعيًا، إذ كانت قطارات الركاب تتلقى بالفعل طاقة منخفضة الجهد والتيار من القاطرات لمساعدة مولدات المحاور في الحفاظ على شحن البطاريات.

بينما تم تحويل العديد من أساطيل قطارات الضواحي بسرعة إلى نظام الطاقة الكهربائية، استمرت قطارات المسافات الطويلة بالعمل بنظام التدفئة بالبخار والأنظمة الكهربائية التي تعمل بالبطاريات. تغير هذا الوضع تدريجياً بعد نقل خدمة قطارات الركاب بين المدن إلى شركتي أمتراك وفيا ريل ، مما أدى في النهاية إلى اعتماد نظام الطاقة الكهربائية بالكامل في الولايات المتحدة وكندا، وإيقاف العمل بالأنظمة القديمة.

بعد تأسيسها عام 1971، كانت أول قاطرة اشترتها شركة أمتراك هي قاطرة إلكترو-موتيف (EMD) SDP40F ، وهي نسخة معدلة من قاطرة الشحن SD40-2 واسعة الانتشار بقوة 3000 حصان، مزودة بهيكل عربة ركاب وقدرة على توليد البخار. سمحت قاطرة SDP40F باستخدام قوة دافعة حديثة بالتزامن مع عربات الركاب القديمة التي تعمل بالبخار والتي تم الحصول عليها من شركات السكك الحديدية السابقة، مما أتاح لشركة أمتراك الوقت الكافي لشراء عربات وقاطرات مصممة خصيصًا لهذا الغرض.

في عام ١٩٧٥، بدأت شركة أمتراك باستلام عربات أمفليت الكهربائية بالكامل ، التي كانت تجرها قاطرات جنرال إلكتريك (GE) من طراز P30CH و E60CH ، والتي أُضيفت إليها لاحقًا قاطرات EMD من طراز F40PH و AEM-7 ، وجميعها مُجهزة لتوفير الطاقة الكهربائية. أُعيد بناء خمس قاطرات من طراز E8 تابعة لأمتراك بمولدات طاقة كهربائية لهذا الغرض. إضافةً إلى ذلك، حُوّلت ١٥ عربة أمتعة إلى عربات مولدات طاقة كهربائية للسماح بجر عربات أمفليت بواسطة قاطرات أخرى غير مُجهزة بالطاقة الكهربائية (مثل قاطرات GG1 التي حلت محل قطارات مترولاينر الكهربائية غير الموثوقة ). بعد طرح أمفليت، تم تشغيل عربة سوبرلاينر (الكهربائية بالكامل) على خطوط السكك الحديدية الغربية لمسافات طويلة. لاحقًا، حوّلت أمتراك جزءًا من أسطولها المُدفأ بالبخار إلى التشغيل الكهربائي بالكامل باستخدام الطاقة الكهربائية، وأخرجت العربات المتبقية غير المُحوّلة من الخدمة بحلول منتصف الثمانينيات. [ ٦ ]

سيارة الطاقة الرئيسية

عربة مولد كهربائي تابعة لشركة السكك الحديدية الصينية من طراز KD 25K في محطة سكة حديد بكين .

عربة الطاقة الأمامية (وتُسمى أيضًا عربة المولد) هي عربة سكك حديدية تُزود مقدمة القطار بالطاقة الكهربائية. ونظرًا لأن معظم القاطرات الحديثة تُزود هذه العربات بالطاقة الكهربائية ، فإنها تُستخدم الآن في الغالب من قِبل خطوط السكك الحديدية التراثية التي تستخدم قاطرات قديمة، أو من قِبل متاحف السكك الحديدية التي تُنظم رحلات بمعداتها. [ 7 ] بدأت بعض عربات الطاقة الأمامية كأنواع أخرى من عربات السكك الحديدية، ثم أُعيد بناؤها بمولدات ديزل وخزانات وقود لتزويد عربات الركاب بالطاقة الكهربائية. [ 8 ] [ 9 ]

نقل الأمتعة المشتركة والنقل بالكهرباء
عربة مولدات كهربائية من طراز مارك 3 تابعة لشركة السكك الحديدية البريطانية ، تم تحويلها من عربة نوم لتوفير الطاقة الكهربائية لمشروع قطار النوم الدولي نايتستار (الذي تم إلغاؤه في النهاية).
عربة الطاقة التابعة للسكك الحديدية الهندية

على الرغم من أن السيارات التي تعمل بالديزل أكثر شيوعًا، إلا أن السيارات الكهربائية موجودة أيضًا وتستخدم لتوفير الطاقة للقطارات عند جرها بواسطة قاطرات بدون نظام الطاقة الكهربائية، أو عندما لا تكون متصلة بقاطرة.

محرك

يمكن تشغيل مولد الطاقة الكهرومائية إما بواسطة محرك منفصل مثبت في القاطرة أو عربة المولد، أو بواسطة المحرك الرئيسي للقاطرة .

محركات منفصلة

يتم تزويد الطاقة الكهرومائية عادةً بواسطة مولد كهربائي عبر وحدة ديزل مساعدة مستقلة عن محرك الدفع الرئيسي. تُركّب مجموعات المحرك/المولد هذه عادةً في حجرة في الجزء الخلفي من القاطرة. ويتشارك محرك الدفع الرئيسي ومولد الطاقة الكهرومائية في إمدادات الوقود.

كما يتم تصنيع مجموعات أصغر من المحركات/المولدات أسفل العربات لتوفير الكهرباء في القطارات القصيرة.

محرك القاطرة الرئيسي

في العديد من التطبيقات، يوفر المحرك الرئيسي للقاطرة كلاً من قوة الدفع والطاقة الأمامية. إذا كان مولد الطاقة الكهرومغناطيسية يعمل بواسطة المحرك، فيجب أن يعمل بسرعة ثابتة ( عدد دورات في الدقيقة ) للحفاظ على تردد التيار المتردد المطلوب 50  هرتز أو 60 هرتز . لن يحتاج المهندس إلى إبقاء ذراع التحكم في وضع التشغيل العالي، حيث تتحكم الإلكترونيات الموجودة على متن القاطرة في سرعة المحرك للحفاظ على التردد المحدد. [ 10 ] 

في الآونة الأخيرة، اعتمدت القاطرات استخدام العاكس الثابت، الذي يتم تشغيله بواسطة مولد الجر، مما يسمح للمحرك الرئيسي بالحصول على نطاق دوران أكبر في الدقيقة.

عند توليد الطاقة الكهرومغناطيسية من المحرك الرئيسي، يتم ذلك على حساب قوة الجر. فعلى سبيل المثال، يتم تخفيض قدرة قاطرتي جنرال إلكتريك P32 بقوة 3200 حصان (2.4 ميغاواط) و P40 بقوة 4000 حصان (3.0 ميغاواط) إلى 2900 و3650 حصان (2.16 و2.72 ميغاواط) على التوالي عند تزويدهما بالطاقة الكهرومغناطيسية. وكانت قاطرة فيربانكس-مورس P-12-42 من أوائل القاطرات المجهزة بالطاقة الكهرومغناطيسية التي تم تصميم محركها الرئيسي للعمل بسرعة ثابتة، مع تنظيم خرج مولد الجر فقط عن طريق تغيير جهد الإثارة.      

أُجريت إحدى أولى التجارب على الطاقة الكهربائية الهجينة التي تعمل بمحرك قاطرة EMD في عام 1969، على قاطرة EMD E9 رقم 33C التابعة لشركة Milwaukee Road ، والتي تم تحويلها لتصبح ذات محرك خلفي ثابت السرعة. [ 11 ]

التحميل الكهربائي

تُزوّد ​​شركة HEP الطاقة الكهربائية للإضاءة، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ، وعربة الطعام، والمطبخ، وشحن البطاريات. ويتراوح الحمل الكهربائي لكل  عربة من 20 كيلوواط للعربة العادية إلى أكثر من 150  كيلوواط لعربة القبة المزودة بمطبخ ومنطقة لتناول الطعام، مثل عربات Princess Tours Ultra Dome العاملة في ألاسكا . [ 12 ]

الجهد االكهربى

كابلات توصيل بين عربتين من عربات السكك الحديدية الصينية سعة 25 طنًا

أمريكا الشمالية

نظراً لأطوال القطارات ومتطلبات الطاقة العالية في أمريكا الشمالية ، يتم تزويد نظام الطاقة الكهرومغناطيسية (HEP) بتيار متردد ثلاثي الأطوار بجهد 480 فولت (المعيار في الولايات المتحدة)، أو 575 فولت، أو 600 فولت. وتُجهز كل عربة بمحولات لخفض الجهد. [ 12 ] يتطلب التطبيق النموذجي ستة أسلاك في كابلين بحجم 4/0 AWG. ويتم توفير مزيد من التكرار من خلال نظامي الطاقة الكهرومغناطيسية A وB باستخدام اثني عشر سلكاً وأربعة كابلات، يدعم كل منها تياراً يصل إلى 400 أمبير. [ 12 ]   

المملكة المتحدة

في المملكة المتحدة، يُزوَّد نظام ETS بجهد  يتراوح بين 800 و1000 فولت  تيار متردد/مستمر ثنائي القطب (400 أو 600  أمبير)، أو بجهد 1500  فولت تيار متردد ثنائي القطب (800  أمبير)، أو بجهد 415  فولت ثلاثي الأطوار في قطارات HST . في منطقة الجنوب سابقًا، كانت عربات Mk I مُجهزة بتيار مستمر 750 فولت، وهو ما يُعادل جهد الخط في شبكة السكة الثالثة. تُزوِّد قاطرات الفئة 73 وصلات ETS بهذا الجهد مباشرةً، بينما تحتوي قاطرات الديزل الكهربائية من الفئة 33 على مولد تسخين قطار منفصل يعمل بمحرك، يُزوِّد وصلات تسخين القطار بجهد 750 فولت تيار مستمر.

أيرلندا

في أيرلندا، يتم توفير الطاقة الكهرومائية وفقًا للمعيار الأوروبي/IEC 230/400 فولت 50  هرتز (أصلاً 220/380 فولت 50  هرتز). وهذا يتوافق مع نفس مواصفات أنظمة الطاقة المستخدمة في المباني السكنية والتجارية والصناعية في أيرلندا والاتحاد الأوروبي.

في قطارات كورك-دبلن من طراز CAF MK4، يتم توفير الطاقة بواسطة مولدين كهربائيين موجودين في عربة القيادة ، أما في قطارات Enterprise ذات الدفع والسحب، فيتم توفيرها بواسطة مولدات كهربائية في عربة خلفية مخصصة. وتستخدم قطارات الديزل متعددة الوحدات الأيرلندية، التي تشكل غالبية الأسطول، مولدات كهربائية صغيرة موجودة أسفل كل عربة.

تاريخيًا، كان يتم توفير الطاقة الكهربائية، وفي المركبات القديمة، التدفئة بالبخار، بواسطة عربات مولدات كهربائية ملحقة تحتوي على مولدات وغلايات بخارية . وكانت هذه العربات تُركّب عادةً في مؤخرة القطارات. في البداية، استخدمت قطارات إنتربرايز دبلن-بلفاست الطاقة الكهربائية من قاطرات GM 201 التي تعمل بالديزل والكهرباء ، ولكن نظرًا لمشاكل الموثوقية والتآكل المفرط لأنظمة القاطرات، أُضيفت عربات مولدات كهربائية (مأخوذة من قطارات السكك الحديدية الأيرلندية MK3 المتقاعدة ومُعدّلة للاستخدام بنظام الدفع والسحب). تم إلغاء نظام الطاقة الكهربائية عندما اشتعلت النيران في قاطرة من فئة IE 201 .

روسيا

تستخدم السيارات الروسية التدفئة الكهربائية إما  بجهد 3 كيلوفولت تيار مستمر على خطوط التيار المستمر أو  بجهد 3 كيلوفولت تيار متردد على خطوط التيار المتردد، ويتم توفير هذه الطاقة من المحول الرئيسي للقاطرة. أما السيارات الأحدث، فمعظمها من صنع شركات تصنيع في أوروبا الغربية، وهي مجهزة بشكل مشابه لسيارات السكك الحديدية الروسية.

أوروبا (سيارات RIC، باستثناء روسيا والمملكة المتحدة)

يجب أن تكون عربات السكك الحديدية ذات الإمداد المستمر (RIC) قابلة للتزويد بالجهد الكهربائي عند جميع الفولتيات الأربع التالية: 1000  فولت تيار متردد 16 ± 2/3  هرتز، و1500  فولت تيار متردد 50  هرتز، و1500  فولت تيار مستمر، و3000  فولت تيار مستمر. يُستخدم الجهد الأول في النمسا وألمانيا والنرويج والسويد وسويسرا، حيث يُستخدم نظام التغذية الكهربائية العلوية بجهد 15  كيلوفولت وتردد 16.7  هرتز . أما الجهد الثاني (1.5 كيلوفولت تيار متردد) فيُستخدم في الدول التي تستخدم نظام التغذية الكهربائية العلوية بتيار متردد 50 هرتز وجهد 25  كيلوفولت    (كرواتيا، الدنمارك، فنلندا، المجر، البرتغال، صربيا، المملكة المتحدة، وبعض الخطوط في فرنسا، إيطاليا، وروسيا). في كلتا الحالتين، يتم توفير الجهد المناسب بواسطة المحول الرئيسي للقاطرة أو مولد التيار المتردد في قاطرات الديزل. في الدول التي تستخدم التيار المستمر (إما 1.5 كيلوفولت أو 3 كيلوفولت)، يتم تزويد العربات بالجهد الذي يجمعه جامع التيار مباشرةً. (بلجيكا، بولندا، إسبانيا، وبعض الخطوط في روسيا وإيطاليا تستخدم 3 كيلوفولت، بينما تستخدم هولندا وبعض الخطوط في فرنسا 1.5 كيلوفولت؛ انظر معلومات أكثر تفصيلاً في مقالة قائمة أنظمة كهربة السكك الحديدية ). غالبًا ما تدعم العربات الحديثةأيضًا تيارًا مترددًا بجهد 50 هرتز وجهد 1000 فولت ، ويُستخدم هذا النوع أحيانًا في المستودعات ومواقف السيارات. 

كانت السيارات الأوروبية القديمة تستخدم الجهد العالي فقط للتدفئة، بينما كانت الإضاءة والمراوح وغيرها من مصادر الطاقة ذات التيار المنخفض (مثل مقابس الحلاقة في الحمامات) تُزوَّد بالطاقة من مولدات تعمل بواسطة محاور العجلات. حتى عربات السكك الحديدية الأقدم كانت تستخدم البخار الساخن للتدفئة، والذي كان يُزوَّد من قاطرة بخارية. في الفترة التي كانت تعمل فيها كل من القاطرات البخارية والكهربائية، زُوِّدت بعض قاطرات الديزل والكهرباء أيضًا بغلايات بخارية، كما كانت هناك عربات مولدات بخارية قيد الاستخدام، وبعض العربات زُوِّدت بغلايات تعمل بالفحم أو النفط. لاحقًا، استخدمت القاطرات البخارية المتبقية عربات مولدات كهربائية تعمل بالديزل، والتي تُستخدم أحيانًا في قطارات الركاب التي تجرها قاطرات ديزل مُعدَّلة لنقل البضائع بدون هذه الوظيفة.

اليوم، ومع التطورات في إلكترونيات الحالة الصلبة (الثايرستورات وIGBTs)، تحتوي معظم السيارات على وحدات تغذية طاقة تبديلية تقبل أي جهد RIC (من 1.0 إلى 3.0 كيلو  فولت تيار مستمر أو 16 ± 2/3 / 50 هرتز تيار متردد) ويمكنها توفير جميع الفولتيات المنخفضة المطلوبة. تختلف الفولتيات المنخفضة باختلاف الشركات المصنعة، ولكن القيم النموذجية هي: 

  • 5 فولت تيار مستمر لمنافذ USB  الخاصة بالركاب
  • 12 – 48  فولت تيار مستمر للإلكترونيات الموجودة على متن المركبة (يتم توفيرها من بطارية كيميائية عند تعطيل نظام الطاقة الكهروميكانيكية).
  • 24 – 110  فولت تيار مستمر لتغذية الصابورات الإلكترونية للمصابيح الفلورية ولمراوح التهوية (يتم توفيرها من بطارية كيميائية عند تعطيل HEP)
  • تيار متردد أحادي الطور 230  فولت لمقابس الركاب والثلاجات وما إلى ذلك (يتم تزويدها أحيانًا من بطارية كيميائية، كما هو مذكور أعلاه)
  • تيار متردد ثلاثي الأطوار 400  فولت لضاغط مكيف الهواء والتدفئة ومراوح التهوية (لم يعد مكيف الهواء يعمل حاليًا بالبطاريات الكيميائية بسبب استهلاك الطاقة).

كان يتم تزويد التدفئة الكهربائية عادةً من خط HEP عالي الجهد، ولكن الفولتيات غير العادية ليست شائعة في السوق والمعدات باهظة الثمن.

يحتوي سخان الجهد العالي القياسي المتوافق مع معيار RIC على ستة مقاومات يتم تبديلها وفقًا للجهد: ستة موصلات على التوالي (3  كيلو فولت تيار مستمر)، أو موصلان × ثلاثة موصلات على التوالي (1.5  كيلو فولت تيار متردد أو مستمر)، أو ثلاثة موصلات × اثنين موصلات على التوالي (1  كيلو فولت تيار متردد). يتم اختيار التكوين المناسب وتبديله تلقائيًا لأغراض السلامة. ولا يمكن للركاب سوى تشغيل منظم الحرارة .

الصين

عربة مولد كهربائي بقيمة 25 ألف دينار كويتي في قطار ركاب تابع لشركة السكك الحديدية الصينية

في الصين، يتم توفير الطاقة الكهرومائية عالية الطاقة (HEP) في شكلين.

في جميع عربات 25A/G المصنعة قبل عام 2005، وعربات 22/25B المُعاد بناؤها والمُكيّفة، ومعظم عربات 25K، ومعظم عربات 25T المصنعة من قبل شركة BSP، يتم تزويد نظام الطاقة الكهرومائية (HEP) بتيار متردد ثلاثي الأطوار 380 فولت بواسطة عربات مولدات (كانت مصنفة في الأصل كعربات TZ، ثم أعيد تصنيفها إلى KD)، وعدد قليل من قاطرات الديزل DF11G، وعدد محدود جدًا من قاطرات SS9 الكهربائية المُعدّلة. كما تُزوّد ​​العربات المزودة بمجموعات مولدات ديزل (عربات RZ/RW/CA22/23/25B المصنعة في المصنع، وبعض عربات YZ/YW22/23/25B المُعاد بناؤها، ومعظم عربات 24 المصنعة في ألمانيا، وعدد محدود جدًا من عربات 25G/K/T للاستخدامات الخاصة) نفسها بالطاقة بهذه الطريقة. من الممكن توجيه التيار الكهربائي المتردد من عربة مزودة بمجموعة مولدات ديزل إلى عربة HEP عادية مجاورة، على الرغم من أن كلتا العربتين لا تستطيعان تشغيل نظام التكييف أو التدفئة بكامل طاقتهما في هذه الحالة. يمكن لهذه العربات التي تعمل بالديزل أن تعمل أيضاً بالطاقة الكهرومائية من مصادر أخرى، دون الحاجة إلى استخدام وقودها الخاص. ورغم اعتبارها غير فعالة وقديمة، ويرجع ذلك أساساً إلى أن عربة المولد "تهدر" طاقة الجر والعمالة والوقود (عند تشغيلها على خطوط مكهربة)، إلا أن العربات الجديدة التي تعمل بالطاقة الكهرومائية المترددة لا تزال قيد الإنتاج، إلى جانب عربات/مجموعات المولدات الجديدة، والتي تُستخدم في الغالب في المناطق غير المكهربة، نظراً لأن الغالبية العظمى من قاطرات السكك الحديدية الصينية القادرة على توفير الطاقة الكهرومائية هي قاطرات كهربائية.

في معظم عربات القطارات الحديثة من طراز 25G و25/19T، يتم تزويدها بالطاقة بجهد 600 فولت تيار مستمر بواسطة قاطرات كهربائية مثل SS7C وSS7D وSS7E و SS8 و SS9 و HXD1D و HXD3C و HXD3D ، وبعض قاطرات الديزل DF11G (أرقام 0041 و0042 و0047 و0048 و0053-0056 و0101-0218). كما يتم تزويد عدد قليل من عربات المولدات الخاصة (QZ-KD25T) المخصصة للاستخدام على خط سكة حديد تشينغهاي-التبت الجبلي بالطاقة بجهد 600 فولت تيار مستمر. ومع دخول محركات وعربات جديدة تعمل بالتيار المستمر الخدمة بسرعة، بالإضافة إلى تقادم المعدات القديمة التي تعمل بالتيار المتردد وإخراجها من الخدمة، أصبح نظام الطاقة الكهرومائية بالتيار المستمر هو الشكل الأكثر شيوعًا لتزويد السكك الحديدية الصينية بالطاقة.

عدد محدود للغاية من السيارات، معظمها من طراز 25T، يمكنها العمل على كلا شكلي الطاقة الكهروإجهادية.

البدائل

محطة كولبيرت ، ليمريك، أيرلندا عام 2006، مزودة بمجموعتي مولدات طاقة كهربائية مزدوجة.
عربة مطعم سويسرية مزودة ببانتوغراف مرتفع لتوفير الطاقة للمطبخ.

على الرغم من أن معظم القطارات التي تجرها قاطرات تستمد طاقتها مباشرة من القاطرة، إلا أن هناك أمثلة (خاصة في أوروبا القارية ) حيث يمكن لعربات المطاعم أن تستمد طاقتها مباشرة من الأسلاك العلوية أثناء توقف القطار وعدم توصيلها بمصدر الطاقة الرئيسي. على سبيل المثال، كانت عربات المطاعم الألمانية WRmz 135 (1969) وWRbumz 139 (1975) وARmz 211 (1971) جميعها مزودة بأجهزة تجميع التيار (البانتوغراف ).

تحتوي بعض عربات الطعام/التموين الفنلندية على مجموعة مولدات ديزل مدمجة يتم استخدامها حتى عندما يكون مصدر الطاقة من القاطرة متاحًا.

عندما بدأت ولاية كونيتيكت خدمة خط شور لاين إيست ، كانت تستخدم في كثير من الأحيان عربات ركاب جديدة مزودة بمحركات ديزل قديمة لنقل البضائع، والتي لم تكن قادرة على توفير الطاقة الكهربائية، لذا تم تزويد بعض عربات الركاب بمولدات كهربائية. ومع اقتناء قاطرات مزودة بهذه المولدات، تم إزالة هذه المولدات لاحقًا.

عندما يتطلب الأمر جر قطار ركاب بواسطة قاطرة لا تحتوي على مصدر طاقة كهربائية (أو تحتوي على مصدر طاقة كهربائية غير متوافق)، يمكن استخدام عربة مولد منفصلة [ 13 ] ، كما هو الحال في قطار أمتراك كاسكيدز أو مقطورة عربة القيادة CAF Mark 4 التابعة لشركة إيرنرود إيرين (مع محركين/مجموعات مولدات من طراز MAN 2846 LE 202 (320 كيلوواط) / Letag (330 كيلو فولت أمبير)، تم تجميعها بواسطة شركة جيسان). تستخدم شركة كيوي ريل (نيوزيلندا) عربات أمتعة-مولد من فئة AG لخدمات ركاب ترانز سينيك ؛ بينما يستخدم قطار ترانز مترو على خط وايرارابا عربات ركاب من فئة SWG مع تعديل جزء من داخلها لاستيعاب مولد. استخدم قطار سيرك رينغلينغ براذرز وبارنوم وبيلي عربة طاقة واحدة على الأقل مصممة خصيصًا لتزويد عربات الركاب بالطاقة الكهربائية لتجنب الاعتماد على قاطرات السكك الحديدية المضيفة في جر القطار.  

في المملكة المتحدة والسويد، تحتوي القطارات فائقة السرعة IC125 و X2000 على  ناقل طاقة ثلاثي الأطوار بتردد 50 هرتز.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 JFL (1914). إضاءة القطارات بالكهرباء . لندن ويورك: بن جونسون وشركاه . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مارس 2013 .
  2. 1 2 3 جاك سيمونز؛ إيه كيه بي إيفانز؛ جون في. غوف (2003). أثر السكك الحديدية على المجتمع في بريطانيا: مقالات تكريمًا لجاك سيمونز . دار نشر أشغيت المحدودة. ص 49–. ISBN  978-0-7546-0949-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مارس 2013 .
  3. ↑ مجلة ساينتفك أمريكان . شركة مون. 4 يوليو 1885. ص 7. 
  4. ↑ ستيوارت، تشارلز دبليو تي (مايو 1919). "بعض النقاط في تاريخ إضاءة السيارات" . مهندس كهرباء السكك الحديدية . 10 (5): 158. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أغسطس 2014 .
  5. ↑ وايت، جون هـ. (1985) [1978]. عربة ركاب السكك الحديدية الأمريكية . بالتيمور، ماريلاند: مطبعة جامعة جونز هوبكنز . ISBN 978-0-8018-2743-3.
  6. ↑ جونسون، بوب (1 مايو 2006). "قوة مقدمة القطار" . أساسيات السكك الحديدية . تم الاسترجاع في 9 نوفمبر 2014 .
  7. ↑ "موقع سكة ​​حديد نيفادا الجنوبية الإلكتروني يصف عربة الطاقة الأمامية الخاصة بهم" . مؤرشف من الأصل في 4 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 6 ديسمبر 2021 .
  8. ↑ "وصف سكة حديد وادي كياهوغا ذات المناظر الخلابة لتاريخ عربتها وتحويلها" . مؤرشف من الأصل في 2 أكتوبر 2012.
  9. ↑ "قائمة معدات متحف سكة حديد قلب ديكسي مع وصف موجز لعربة الطاقة الكهربائية الخاصة بهم" . مؤرشف من الأصل في 24 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه في 6 ديسمبر 2021 .
  10. ↑ "قوة مقدمة القطار - مجلة القطارات" . شركة كالمباخ للنشر. 1 مايو 2006. تم الاطلاع عليه في 9 نوفمبر 2014 .
  11. ↑ "قاطرات ركاب طريق ميلووكي" .
  12. 1 2 3 "تكوينات خطوط قطارات HEP في أمريكا الشمالية" . سكك حديد الشمال الغربي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2011 .
  13. ↑ " عربة مولدات كهربائية مُعدّلة من طراز Mk.1 BG" . فيل تروتر. 19 مارس 2007. تاريخ الاطلاع: 29 يناير 2011. خلال ثمانينيات القرن الماضي، وفي ظلّ انخفاض توافر عربات الطاقة لقطارات HST، استُخدمت عربة مولدات كهربائية مُعدّلة من طراز Mk.1 BG لتوفير الطاقة ثلاثية الأطوار لقطارات HST حتى يتسنى جرّها بواسطة قاطرات. تظهر العربة ADB975325 (التي أُعيد ترقيمها لاحقًا إلى 6310) في محطة بريستول تمبل ميدز في 4 أكتوبر 1980.