Sähköveturi

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Ruotsalaisen rautatieyhtiö SJ:n omistama Rc6-sarjan sähköveturi numero 1378 Älvsjön asemalla Tukholmassa

Sähköveturi on veturi, joka saa käyttöenergiansa virroittimella rautatien yläpuolella olevasta ajolangasta tai raiteiden vieressä tai välissä sijaitsevasta virtakiskosta. Ajolangasta tai virtakiskosta saatu sähkövirta muutetaan veturin sähkömoottorissa liike-energiaksi, joka siirretään voimansiirtolaitteiden eli yleensä ajomoottorikäyttölaitteen kautta veturin pyöriin.

Suomessa käytetyt sähköveturimallit ovat neuvostovalmisteinen Sr1 ja sveitsiläisvalmisteinen Sr2. VR Group ilmoitti 20.12.2013 tekevänsä historiansa suurimman investoinnin (yli 300 milj. euroa) tilaamalla saksalaiselta Siemensiltä 80 uuden tyyppistä Vectron-tuoteperheen sähköveturia. Veturit otetaan käyttöön vuosien 2017-2026 välillä ja ne tulevat korvaamaan Sr1-veturit.

Historiaa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Forssan sähköradan vanhempi veturi lasikaapissa kirjaston pihassa

Sähkövetureita otettiin lukuisten kokeilujen jälkeen laajamittaiseen käyttöön 1910–20-luvuilta alkaen erityisesti Sveitsissä ja Ruotsissa sekä jossain määrin myös mm. Saksassa, Pohjois-Italiassa ja Yhdysvalloissa. Erityisesti Sveitsin sekä Ruotsin rataverkkoa sähköistettiin voimakkaasti jo ennen vuotta 1950, mutta useimmissa muissa Euroopan maissa suurin osa sähköistyksestä on rakennettu vasta 1950-luvulta alkaen.

Nykyään merkittävä osa Euroopan rataverkosta on sähköistetty. Toisaalta Yhdysvalloissa on purettu pois melkein kaikki, aiemmin yleensä alueellisia tarpeita palvelleet sähköistysjärjestelmät niin, että pääradoista sähköistys on aktiivisesti käytössä enää Washingtonin-New Yorkin-Bostonin pääradalla (ns. Northeast Corridor -rata). Tämän lisäksi sähkövetoa käytetään joidenkin Yhdysvaltojen kaupunkien lähiliikenteessä.

Tekniikkaa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Perusperiaatteita[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sähköveturin perusperiaatteet ovat pysyneet monin paikoin muuttumattomana. Vaihtovirtakäyttöisissä vetureissa ajojohdon jännite on tavallisimmin 15 kV 16,7 Hz tai 25 kV 50 Hz. Suomessa on käytössä yksivaiheinen 25 kV 50 Hz -järjestelmä. Perinteisessä vaihtovirtaveturissa ajojohdon jännite muutetaan päämuuntajassa ajomoottoreille sopivaksi jännitteeksi. Muuntajan toisiokäämissä on lukuisia ulosottoja eri jännitteille, joista ns. käämikytkimellä voidaan valita eri jännitteitä ajomoottoreille ja siten säätää portaittain veturin tehoa. Ajomoottoreina käytetään yleisvirtamoottoreita. Yleisvirtamoottorit toimivat epäedullisesti 50 Hz taajudella, josta syystä järjestelmiin piti valita alhainen taajuus.

Tasavirtasähköistysjärjestelmässä jännitteet ovat tavallisesti 1500 tai 3000 V. Muuntajaa ei voida käyttää, joten perinteisessä tasavirtaveturissa veturin tehon säätämiseksi käytettiin samassa veturissa useita tasavirtamoottoreita, joita voitiin kytkeä eri tavoin sarjaan ja rinnan, jolloin saatiin karkea tehonsäätöporrastus. Tämän lisäksi tarvittiin liikkeellelähtöön hienompi porrastus, joka toteutettiin kytkemällä erisuuruisia etuvastuksia sarjaan moottoreiden kanssa.

Harvinainen ratkaisu on kolmivaiheveturit, joissa ajomoottoreina käytettiin teknisesti edullisia oikosulkumoottoreita. Vakavana puutteena oli kuitenkin hankalan ajojohdinrakenteen lisäksi veturin nopeudensäädön vaikeus, parhaimmillaankin veturissa oli vain neljä eri ajonopeutta, tavarajunavetureissa kaksi. Kolmivaiheinen jännitteensyöttö tapahtui kahden ajojohtimen ja kiskon välityksellä. Veturissa oli kaksi rinnakkaista virroitinta katolla. Ratkaisu on käytössä enää eräillä vuoristohammasradoilla. Eräässä erikoisessa varhaisessa toteutuksessa kolmivaihekäytön vaatimat kaksi erillistä ajojohdinta oli vältetty asentamalla veturiin kolmivaihevirtaa tuottava sähkömekaaninen pyörivä muuttaja, jota käytti tavanomainen yksivaiheinen ajojohdosta saatu 50 Hz vaihtojännite.

Tehoelektroniikkaa ja tietokoneohjausta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

1950-60 -luvulta alkaen on alussa lähinnä vaihtovirtavetureihin sovellettu tehoelektroniikkaa, aluksi muuntajan jälkeiseen tasasuuntaukseen (diodiveturit) ja sittemmin myös tyristoreilla tehtävään tehonsäätöön (tyristoriveturit). Vastaava tasavirtakäyttöön soveltuva säätölaite on tyristorikatkoja.

Tehoelektroniikan kehitys on mahdollistanut lähinnä 1990-luvulta alkaen siirtymisen miltei huoltovapaisiin mutta pienikokoisiin ja tehokkaisiin kolmivaiheajomoottoreihin, joita syötetään tehoelektroniikalla toteutetulla taajuusmuuttajilla, joissa puolestaan käytetään joko öljy- tai vesijäähdytteisiä GTO-tyristoreita tai IGBT-transistoreita.

Samaan aikaan veturin ohjaustoiminnoissa on otettu käyttöön tietokoneistetut järjestelmät, joissa saattaa olla useiden, kukin omaa osa-aluettaan (ohjauskäskyt, jarrujärjestelmät, tehonsäätö ja diagnostiikka yms. ) ohjaavien tietokoneiden verkko.

Kaikki nykyisin valmistettavat sähköveturit sähköistysjärjestelmästä ja jännitteestä riippumatta perustuvat taajuusmuuttajiin ja kolmivaihemoottoreihin, mutta eri maiden rautateillä on vielä runsaasti käytössä kyseisen maan sähköistysjärjestelmän mukaisia vanhoja perinteisiä tasa- ja vaihtovirtavetureita.

Tehoelektroniikan käyttö kolmivaiheisten oikosulkumoottorien ohjaukseen on mahdollistanut myös valmistuskustannuksiltaan edulliset monivirtaveturit. Taajuusmuuttajakäytön kannalta on lähes yhdentekevää, mikä on ajojohdon jännite ja taajuus ja onko virta vaihto- vai tasavirtaa. Tarvittavat järjestelyt kutakin virtatyyppiä varten ovat yksinkertaisia ja varsin huokeita veturin hintaan nähden. Niinpä Euroopassa on käytössä vetureita, jotka voivat käyttää kaikkia neljää yleistä sähköistysjärjestelmää, 25 kV 50 Hz, 15 kV 16,7 Hz, 3000 V DC ja 1500 V DC, tai haluttua suppeampaa yhdistelmää niistä.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta sähköveturi.