Электрический богатырь

Когда речь заходит о первых опытах создания локомотивов, использующих электрическую энергию, специалисты в области электротяги всегда сначала вспоминают электровоз Вернера фон Сименса, показанный в 1879 году на Берлинской промышленной выставке.

При всём уважении к компании Siemens, с которой Россия сотрудничает уже более полутора века, надо сказать следующее. Электровоз – детище общего научно-технического прогресса, идея его создания не может принадлежать одному человеку, такое изобретение всегда интернационально. И Россия внесла свой заметный вклад в разработку этой идеи. Достаточно вспомнить, что первый электродвигатель с вращательным движением якоря создал физик Борис Якоби в 1834 году, он успешно применил его на транспорте, в том числе и для движения электрической рельсовой тележки. Эксперименты инженера и изобретателя Фёдора Пироцкого в 1875 году в Санкт-Петербурге на участке Сестрорецкой железной дороги уже тогда позволили решить все практические проблемы передачи энергии по рельсам от электрической станции к вагону. И только через несколько лет после опытов Пироцкого на Берлинской промышленной выставке фирмой «Сименс и Гальске» был продемонстрирован поезд с маленьким электровозом мощностью 2,2 кВт, который катал три вагонетки с посетителями. Скорость была не больше 7 км/ч, питание постоянным током напряжением 150 В подавалось по третьему рельсу.

Впервые участок электрической железной дороги промышленного назначения длиной примерно 2 км был запущен в 1879 году на текстильной фабрике во французском городе Брейле. В Великобритании первой линией, электрифицированной на постоянном токе напряжением 500 В, стала подземная пассажирская City & South London Railway длиной 5,6 км, открытая в 1890 году. Первый участок магистральной железной дороги на электрической тяге в США длиной 11 км был открыт в 1895 году между Балтимором и Огайо с напряжением в контактной сети 675 В постоянного тока. Электровозы для неё поставлялись компанией General Electric. В 1903 году поезд с моторным вагоном Siemens уже достиг скорости 210 км/ч в районе Берлина на участке между Мариенфельде и Цоссеном.

Электрическая тяга оказалась настолько эффективной, что к 1900 году она получает широкое распространение во многих странах, где появляются электровозы, первые электропоезда и трамваи. К числу преимуществ электротяги надо отнести отсутствие ограничений по мощности источника энергии. Питание локомотивов от электростанций, способных работать на любых видах топлива, делают электротягу очень экономичной. Кроме того, на тяговом подвижном составе электрифицированных железных дорог происходит однократное, без дополнительных потерь, преобразование электрической энергии в механическую.

Очень важно, что Россия конца XIX – начала XX века была в самой гуще событий в этой новейшей области техники. Наши учёные и инженеры рассматривали и изучали варианты строительства электрифицированных линий, предлагали опытные образцы подвижного состава.

На втором Всероссийском электротехническом съезде в 1902 году были заслушаны доклады Григория Дубелира «Электрическая тяга на железных дорогах и шоссейных путях» и Павла Войноровского «Электрическая тяга больших скоростей». Уже на этом съезде была принята резолюция о технико-экономической целесообразности применения электрической тяги на железных дорогах России. В 1912 году в России был издан первый учебник «Курс электрической тяги», написанный профессором Петербургского технологического института Александром Вульфом.

С 1904 года на Кавказе велись изыскания и расчёты энергетического потенциала горных рек для электрификации Закавказской железной дороги. К 1913 году были готовы проекты строительства электростанций на реках Риони и Бамбак-Чае. Были произведены изыскания для электрификации Перевальной дороги через Главный Кавказский хребет, а также берегового участка Черноморской железной дороги и горного участка Армавир-Туапсинской дороги.

Электрификацию пригородных участков предполагалось начать с Петербургского узла. В 1913 году было принято решение об электрификации участка Петербург – Ораниенбаум на постоянном токе 1200 В по проекту, разработанному ещё в 1890 году. Были построены две электростанции в Екатерингофе и Ораниенбауме. В 1916 году первый участок электрической линии Северо-Западных железных дорог был подготовлен для эксплуатации. Однако воплощению всех этих планов помешала сначала Первая мировая, потом революция и последовавшая за ней Гражданская война, которые поставили экономику страны на грань катастрофы.

Но вопреки этой казавшейся многим безысходной ситуации ряд крупных энергетиков, инженеров и деятелей науки объединили свои усилия для возрождения страны на базе опережающего развития энергетики. Вне зависимости от своих политических убеждений и взаимоотношений с новой властью более 200 учёных и специалистов из различных отраслей народного хозяйства вошли в состав комиссии ГОЭЛРО по разработке Государственного плана электрификации России, работу которой возглавил Глеб Кржижановский. Разработка плана началась в феврале 1920 года. Темы электрификации железнодорожного транспорта в плане ГОЭЛРО были разработаны под руководством Ивана Александрова и Генриха Графтио.

Совет народных комиссаров принял декрет «Об электрификации РСФСР», в котором были установлены конкретные сроки выполнения программы, и в декабре 1921 года IX Всероссийский съезд Советов утвердил декрет СНК, после чего план ГОЭЛРО приобрёл силу закона. По тем временам в условиях разрухи, голода, эпидемий этот план казался просто фантастическим, и в реальность его не верили не только за рубежом, но и многие специалисты в России. Однако благодаря жёсткой государственной централизации управления программа восстановления разрушенного энергетического хозяйства страны оказалась выполненной уже в 1926 году. А к 1935 году советская энергетика вышла на уровень мировых стандартов и заняла третье, после США и Германии, место в мире, что обеспечило необходимые резервы энергоресурсов.



Впервые электрическая тяга на железных дорогах Советского Союза была введена в пригородном пассажирском движении в 1926 году в Баку. А вот внедрению магистральных электровозов в нашей стране предшествовал один любопытный эпизод.

Речь идёт о серии электровозов ГЭТ для подъездных и внутризаводских путей. Первые 7 электровозов были построены в 1926 и 1927 годах заводом «Динамо», входившим в Государственный электротехнический трест «ГЭТ», и Мытищинским вагоностроительным заводом. Таких электровозов до конца 30-х годов было выпущено более 80 единиц. Под них была электрифицирована ветка в Москве от Электролампового завода до станции Черкизово длиной около 4 км под напряжение постоянного тока 550 В. Они продержались здесь до конца 90-х, но их можно было встретить и в других городах. Более того, в трамвайном предприятии Нижнего Новгорода такой локомотив работал ещё совсем недавно, в 2014 году. Таким образом, маленькие и довольно симпатичные двухосные электровозы стали первыми образцами нашего серийного производства.

Конечно, с запуском производства магистральных электровозов дела обстояли значительно сложнее, хотя такая необходимость уже была. Самым сложным участком железных дорог СССР был Сурамский перевал в Закавказье. На пути экспортной нефти здесь лежали кривые малых радиусов, крутые подъёмы. Уже были опробованы и паровозы сложной сочленённой конструкции, и кратная тяга. Именно этот участок было решено первым в СССР переводить на электрическую тягу.

Решение, которое было принято, оказалось очень взвешенным и дальновидным. НКПС заказал поставку партии шестиосных локомотивов двум компаниям, успехи которых в области электрификации были наиболее впечатляющими – итальянской Tecnomasio Italiano-Brown-Boweri было заказано семь электровозов и ещё восемь – американской General Electric. При этом из американских машин только две поступили в полном комплекте, а шесть остальных шли без тяговых двигателей в расчёте на размещение их лицензионного производства на заводе «Динамо». Регулярная эксплуатация электровозов серии С – Сурамский – началась в 1932 году. Параллельно с этим на заводе «Динамо» и Коломенском заводе шла подготовка к производству электрооборудования и механической части электровозов серии Сс – Сурамский советский, – схожих по конструкции с GE. К тому времени, когда в 1933–1934 годах в депо Хашури стали поступать машины производства ITBB серии Си – Сурамский итальянский, – там уже работали отечественные электровозы, построенные, как теперь бы сказали, по программе импортозамещения. А применение электровозов на Сурамском перевале позволило поднять скорость на самом тяжёлом подъёме с 12–15 км/ч до 30–35 км/ч и заменить 17 электровозами 42 паровоза серии Э.

Опыт создания лицензионных машин сурамского типа позволил нашим предприятиям к 1934 году освоить производство собственного шестиосного электровоза с меньшей осевой нагрузкой, сниженной с 22 до 19 тонн на ось, что соответствовало допустимой для всей остальной железнодорожной сети СССР. Электровоз официально считается первым советским, его назвали ВЛ19, что означает «Владимир Ленин», он стал родоначальником знаменитой серии. Заложенные в него технические решения, пройдя долгий путь усовершенствований и модернизаций, определили развитие электротяги на постоянном токе напряжением 3 кВ практически до конца ХХ века.



Новым важным этапом в истории электрификации стало открытие первого участка на однофазном переменном токе. В середине 60-х годов прошлого века уже были очевидны преимущества системы тяги на переменном токе промышленной частоты. Меньше расход меди в контактной сети, больше расстояние между подстанциями, выше тяговые свойства электровозов. Для опытной эксплуатации была выбрана 137-километровая линия Ожерелье – Павелец Московско-Курско-Донбасской железной дороги. Новочеркасский электровозостроительный завод построил два электровоза переменного тока серии НО – Новочеркасский однофазный. Они были созданы на базе экипажной части и тяговых электродвигателей электровозов ВЛ22м, но имели кузова более современной конструкции. Преобразование тока осуществлялось ртутными выпрямителями – игнитронами. НЭВЗ построил 12 таких электровозов, прибывших в депо Ожерелье. Первая поездка на переменном токе состоялась 29 декабря 1955 года, а регулярная эксплуатация началась с 1956 года. Успехи этой работы открыли перспективу широкого использования переменного тока напряжением 25 кВ на самых грузонапряжённых участках, а такая линия, как Абакан – Тайшет, уже проектировалась сразу под этот род тока.

В последнее десятилетие наша страна возвращает утраченные позиции лидера локомотивостроения. Это стало возможным благодаря широкому применению асинхронного тягового привода, в разработке которого использованы современные зарубежные технологии. Завод «Уральские локомотивы», сотрудничающий с концерном Siemens, уже выпустил более сотни двухсекционных восьмиосных грузовых электровозов серии «Гранит» постоянного тока с асинхронным тяговым приводом. Этот гигант весом 200 тонн развивает скорость до 120 км/ч и считается одним из мощнейших в мире электровозов постоянного тока. А самый мощный в мире четырёхсекционный электровоз 4ЭС5К семейства «Ермак» изготовлен на Новочеркасском электровозостроительном заводе с использованием технологий компании Alstom. Мощность этого локомотива 13 120 кВт, что позволяет по самому сложному профилю вести состав весом до 7100 тонн. Такому российскому богатырю уже просто нет равных.

Артур Берзин