소비에트 연방의 철도 전기화

Railway electrification in the Soviet Union
1933년 USSR에서 제작된 전기 기관차(GE가 미국 설계)—"수람스키 소비에트", 14번째 유닛

구소련은 1930년대에 철도 전기화를 통해 늦게(그리고 느리게) 출발했지만, 결국 전선 아래 교통량 면에서 세계 전기화 선도국이 되었다. 지난 30년 동안 소련은 세계의 다른 모든 나라들을 합친 것만큼 많은 철도 화물을 운송했고 결국 60% 이상이 전기 기관차에 의한 것이었다. 전기화는 트래픽 밀도가 매우 높기 때문에 비용 효율적이었으며, 때로는 (디젤 트랙션을 대체하기 위해) 최소한 10%의 전기화 투자 수익을 낼 것으로 예상되었다. 1990년까지, 전기화는 약 3 kV DC, 절반 25 kV AC 50 Hz였으며, 철도 승객 km의 70%[1]는 전기 철도였다.

전기화 진행률[1][2]
연도 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1988 1991
DC, Mmm(메가메트리)에서 전기화됨 1.8 2.0 - 5.3 12.4 17.0 21.4 24.0 26.0 27.3
25kv AC, Mm(메가메트리스)에서 전기화 0 0 - 0.1 1.4 8.0 12.5 14.8 17.7 25.5
총 전기화 Mmm(메가메트리) 1.8 2.0 3.0 5.4 13.8 24.9 33.9 38.9 43.7 52.9 54.3
철도 네트워크의 비율 1.8 2.0 3.0 4.5 11.0 19.0 25.0 28.1 30.8 36.1
철도 화물 비율(톤-km 단위) 2.0 2.4 3.2 8.4 21.8 39.4 48.7 51.6 54.6 63.1
VL80T 화물열차를 운반하는 전기 기관차

미국 등과의 비교

미국에 비해 소련은 전기화에서 매우 느린 출발을 하였으나 나중에는 미국을 크게 앞질렀다. 미국의 전기화는 1930년대[3] 후반 구소련에서 전기화가 막 시작되던 시기에 최대 5,000km에 달했다.

1991년 소련이 멸망한 지 약 20년이 지난 후, 중국은 2013년까지 48Km가 전기화되면서 철도 전기화의 새로운 세계 리더가 되었고, 계속 성장하고 있다.[4]

메가미터 (수천 킬로미터) 전기화 (c. 1987)[5]
나라 USSR 일본. 서독 프랑스.
전기화된 경로의 mm 51.7 14 12 11
철도 노선 총 MM 144 28 28 34
전기화된 경로의 백분율 35.9% 50.0% 42.8% 32.3%
Mm, 직류(DC) 27.3 8 0.8 6
Mmm, 교류(AC)(50Hz) 24.4 6 11.2 (16+2⁄3 Hz) 5

역사

1920년대: 레닌은 철도 전기화를 지원한다.

증기 견인(교통량이 많은 회선)을 전기화로 대체하는 것은 비용 효율적이었으며[6] 이것이 1930년대 최초의 전기 통신의 원동력이었다. 1920년 국가 전기화 계획인 GOELRO——ORKOVORKOV [7](러시아어)는 철도 전기화를 포함하였고 소련 혁명의 지도자 레닌의 강력한 지지를 받았다. 레닌은 만약 현재 철도 전기화가 실현 가능하지 않다면, 앞으로 5-10년 후에는 불가능할 수도 있다는 내용의[8] 편지를 썼다. 그리고 사실, 철도 전기화는 몇 년 후에 시작되었지만 레닌은 그 일이 일어나는 것을 보고 살지 못했다.

1926년 1200VDC에서 전기화된 바키에서 19km 떨어진 구간이 통근용 자동차 열차를 위해 개통되었다.[9] 1929년에 1500V에서 미티스키까지 18km 구간이 개통되었다. 1930년대의 미래 전화는 더 실질적이고 대부분 3000VDC(3kV)가 될 것이다.

1930년대

1.5 kV의 새로운 전기화는 여전히 계속되었지만 1930년대에는 3 kV의 3배에 달하는 전기화가 사용되었다.[10] 소비에트 연방의 3kV.에서의 간선 철도 전기화는 1932년 수도 트빌리시와 흑해 사이의 수라미 고개에 그루지야에서 3,000 V DC 구간이 개통되면서 시작되었다.[11] 등급(경사)은 2.9%로 가파르다. 8대의 전기 기관차의 원래 선단은 미국에서 수입되어 제너럴 일렉트릭(GE)에 의해 만들어졌다. 소련은 GE로부터 동일한 설계에 따라 기관차를 건설할 수 있는 건설 도면을 얻었다. 구소련에 건설된 최초의 전기 기관차는 1932년 11월에 완성된 토착 설계였다. 같은 달 말 GE 기관차의 사본인 두 번째 기관차가 완성됐다. 처음에는 소련 디자인보다 미국 디자인의 복사본이 더 많이 만들어졌다. 그 후 2년이 지나도록 소련 디자인의 기관차는 더 이상 만들어지지 않았다.

1930년대 전기화에 대한 5개년 계획은 모두 부족했다. 1933년 10월까지, 최초의 5개년 계획은 구소련의 전기화가 실제로 달성된 347 km 대비 456 km에 도달하도록 요구했다.[12] 향후 5개년 계획은 더욱 미흡했다. 제2차 5개년 계획(1937년)의 경우, 5062km에서 실제 1632km로 계획되었다. 제3차 5개년 계획(thru 1942)에서 그것은 실제적인 3472 대 1950이었지만 1941년 중반에 제2차 세계대전이 시작된 것이 이러한 부족의 원인이 되었다.

, 제2차 세계 대전

1941년까지 소련은 단지 1,865개의 경로-킬로미터를 전기화했다.[13] 이것은 거의 5,000킬로미터에 달하는 전기를 가진 미국에 뒤쳐진 것이었다.[14] 그러나 구소련 철도망이 미국보다 훨씬 짧았기 때문에 소련 철도 킬로미터의 전기화 비율은 미국보다 더 컸다. 제2차 세계 대전 중 소련 서부 지역(러시아 일부 포함)은 나치 독일의 침략을 받았다. 약 600km의 전기화는 침공 직전에[15] 해체되었지만 독일군이 마침내 쫓겨난 후 일부 해체된 전기화는 다시 설치되었다. 전쟁 후, 전쟁으로 인한 파괴를 재건하는 것이 최우선이었기 때문에, 주요 철도 전기화는 10년 정도 더 연기되었다.

전후

1946년 구소련은 소련 최초의 전기화를 위해 기관차를 공급했던 것과 같은 [16]미국 법인 제너럴 일렉트릭에 20대의 전기 기관차를 주문했다. 냉전 때문에 구소련에 인도되지 못해 다른 곳에서 팔렸다. 밀워키 로드를 비롯한 미국의 일부 철도회사들이 12개를 획득해 표준궤로 전환했다. 그들은 "리틀 조스"라는 별명으로 불렸다; "조"는 소련의 수상인 조셉 스탈린을 가리킨다.

1950년대 중반, 구소련은 증기 기관차를 대체하기 위해 두 갈래 접근법을 시작했다. 그들은 고밀도 교통량을 가진 회선을 전기화하고 다른 회선들을 디젤로 서서히 전환시킬 것이다. 그 결과는 그들의 마지막 증기 기관차가 은퇴한 1975년까지 지속된 전기 및 디젤 트랙션에 대한 느리지만 꾸준한 도입이었다.[17] 미국에서는 구소련보다 15년 빠른 1960년경에 증기가 방출되었다.[18]

일단 디젤화와 전기화가 증기를 완전히 대체하자 그들은 디젤 라인을 전기로 전환하기 시작했지만, 전기화의 속도는 느려졌다. 1990년까지, 철도 화물의 60% 이상이 전기 견인으로 운송되었다.[19][20] 이는 전 세계 모든 철도(모든 종류의 기관차)[21]가 운송하는 화물의 약 30%와 미국 철도 화물의 약 80%(철도 화물이 거의 40%를 점유하고 있는 곳)에 해당한다.[22] 시외 화물 톤수의 소련은 세계의 다른 모든 나라들을 합친 것보다 더 많은 철도 화물을 운송하고 있었고, 이 중 대부분은 전기화된 철도로 가고 있었다.

포스트 소비에트 시대

1991년 소련이 붕괴된 후 러시아의 철도 교통은 급격히[23] 감소했고 새로운 주요 전기화 사업은 수행되지 않았지만 일부 미완성 프로젝트에 대한 작업은 계속되었다. 무르만스크행 노선은 2005년에 완공되었다.[24][25] 하바롭스크에서 블라디보스토크로 가는 시베리아 횡단 철도의 마지막 구간의 전기화는 2002년에 완성되었다.[26] 2008년까지 러시아에서 전기 열차에 의해 운반되는 톤-킬로미터를 철도 화물의 약 85%로 증가시켰다.[19]

에너지 효율

다이젤과 비교해서

부분적으로는 USSR의 비효율적인 전기 발생(1950년 열효율 20.8% 대 1975년 36.2%에 불과)으로 인해 1950년 디젤 트랙션이 전기[27] 트랙션보다 약 2배 정도 에너지 효율이 높았다('표준연료' kg당 순톤-km 화물량 기준).[28] 그러나 발전 효율(따라서 전기 견인)이 향상되면서 1965년경에는 디젤보다 전기 철도가 더 효율적이 되었다. 1970년대 중반 이후 전기 장치는 톤-km당 연료 사용량을 약 25% 줄였다. 그러나 디젤 열차가 반대편 열차에 의해 통과하기 위해 정지하기 위해 에너지 제동을 낭비하는 교통량이 상당히 많은 단일 선로에서는 주로 다이젤이 사용되었다. 따라서 전기 장치의 연료 소비 감소는 부분적으로 내재된 에너지 효율보다는 전기화된 라인(예: 이중 추적)의 더 나은 작동 조건 때문에 발생할 수 있다. 그럼에도 불구하고 디젤 연료의 비용은 (전기를 발생시킨) 발전소에서 사용되는 연료보다 (열 에너지 함량 단위당) 1.5배 정도[31] 더 높았기 때문에 전기 철도는 훨씬 더 에너지 비용 효율이 높았다.

발전소의 효율 증가 외에도, 에너지 집약도가 218에서 124 kwh/1만 tm/1만 twh로 감소하거나(여객 및 화물 열차 모두) 43% 감소하면서 이 전기의 철도 이용 효율이 증가했다.[32] 에너지 강도는 에너지 효율의 역효과이기 때문에 효율이 올라갈수록 떨어진다. 그러나 이 43%의 에너지 강도의 감소는 디젤 견인에도 도움이 되었다. 휠 베어링을 플레인에서 롤러로 변환, 열차 중량의 증가,[33] 단일 선로를 더블 트랙(또는 부분적으로 더블 트랙)으로 변환, 노후한 2축 화물차의 제거는 전기, 디젤, 증기 등 모든 트랙션의 에너지 효율을 높였다.[32] 그러나 전기 견인(디젤이 아닌)에만 혜택을 주는 에너지 강도가 12~15% 감소하는 것으로 나타났다. 이는 기관차의 개선, 회생 제동(1989년에 트랙션에 사용되는 전기 에너지의 2.65%를 재활용한 것)[34]의 보다 광범위한 사용, 변전소의 원격 제어, 기관차의 승무원에 의한 기관차의 보다 나은 취급, 자동화의 개선 등에 기인했다. 따라서 소련에서 1950년대와 1970년대 중반 사이에 디젤에 비해 전체적인 전기 견인 효율은 두 배 이상 증가했다. 그러나 1974년(through 1980년) 이후에는 여객 및 화물열차의 속도가 증가함에 따라 부분적으로 에너지 강도(wh/tonne-km)가 개선되지 않았다.[35]


DC 대 AC

1973년(아래 표에 따라) 3,000볼트에서 DC 트랙션이 25,000볼트에서 AC보다 약 3배 많은 에너지(백분율)를 잃었다. 역설적으로 DC 기관차가 AC 기관차보다 전체적으로 다소 효율적이라는 것이 밝혀졌다. '보조전기자동차'는 주로 트랙션 모터 등 냉방 전기기계에 사용된다. 전기 기관차는 고출력 전기기계를 비교적 좁은 공간에 집중시켜 많은 냉각을 필요로 한다.[36] 아래 표에 따르면 이를 위해 상당한 양의 에너지(11~17%)가 사용되지만 명목 전력으로 작동할 때는 2~4%만 사용된다.[37] 냉각 모터가 항상 최고 속도(및 전력)로 작동한다는 사실은 전력 소비를 일정하게 만들어, 기관차 모터가 저출력(명목상의 정체에 훨씬 못 미치는)으로 작동하고 있을 때 냉각 블로어에 사용되는 이 전력의 비율은 훨씬 높아진다. 그 결과 실제 작동 조건에서 냉각에 사용되는 에너지의 퍼센트가 "명목"보다 몇 배 더 높다. 아래 표에 따르면, AC 기관차는 모터를 냉각하는 것 외에도, 블로어는 주로 DC 기관차에 없는 변압기, 정류기 및 스무딩 원자로(인덕터)를 냉각해야 하기 때문에 이러한 목적을 위해 약 50%의 에너지를 더 사용했다.[38] 이러한 블로워 모터의 3상 AC 전원은 단상(주변압기를 통한 Catwene에서 3상)으로 변환하는 회전 위상 변환기에서 공급된다. 냉각이 덜 필요할 때 송풍기 속도를 줄이는 것이 제안되었다.[39]

% 전기 에너지 손실(및 사용)[40]
전류 유형 DC AC
카트리니얼 8.0 2.5
변전소 4.0 2.0
온보드 정류기 0 4.4
보조 전동기 11.0 17.0
트랙션 모터 및 기어 77.0 74.1
합계 100 100

트랙션 모터 및 기어 효율성

위 표는 레일 변전소에 공급되는 전기 에너지의 약 75%가 실제로 기관차의 전기 견인 모터에 도달한다는 것을 보여주지만, 트랙션 모터와 단순 기어 트랜스미션(단 2개의 기어 휠)에서 얼마나 많은 에너지가 손실되는지에 대한 의문은 남는다. 구소련 내에서는 10% 정도(90% 효율)라고 생각하는 사람도 있었다.[41] 그러나 이에 반하여, '움직임'할 때 기관차가 사용하는 평균 동력은 명목전력의 약 20%에 불과하고, 낮은 전력 수준에서 효율이 낮기 때문에 실제 손실량은 이보다 현저히 높다는 주장이 제기되었다. 그러나 이 주제에 대한 러시아 서적을 확인해 보면 90%의 효율을 추구하는 지지층이 크게 벗어나지 않을 수 있다는 것을 알 수 있다.[42]

When calculating average efficiency over a period of time, one needs to take an average of efficiencies weighted by the product of power input and time (of that segment of power input): Textstyle \sum _{나는}p_{나는}t_{나는}}}}이 p나는{\displaystyle p_{나는}}는 전력은 입력과 η 나는{\displaystyle \eta_{나는}}은 효율성에서 시간 t나는{\displaystyle t_{나는}}[43]만약의 효율성은 낮은에서 매우 낮은 전력을 사용하면, 이 낮은 효율 낮은 가중치 때문에 낮은 전력(과 낮은 금액의 앙.ergy 따라서 소비된다. 반대로, 높은 효율성(대개 높은 전력에서)은 높은 가중치를 가지기 때문에 더 많은 가치가 있다. 이것은 시간 경과에 따른 효율을 평균하여 얻을 수 있는 것보다 더 높은 평균 효율을 의미한다. 또 다른 고려사항은 효율 곡선(효율 대 전류 플롯)이 트랙션 모터 효율을 위해 저전류와 매우 높은 전류 모두에서 빠르게 감소하는 경향이 있고, 기어 효율을 위해 저전력으로 감소하는 경향이 있기 때문에 선형 관계가 아니라는 것이다. 디젤 기관차에 대한 조사에 따르면 제어기의 하부 노치("모터가 꺼진" 노치 0번 노치 제외) (특히 노치 1번 - 최저 동력)는 상위 노치보다 훨씬 덜 사용된다. 매우 높은 전류에서는 전류의 제곱에 비례하기 때문에 저항성 손실이 크다. 기관차가 공칭 전류를 초과할 수 있지만 너무 높게 흐르면 바퀴가 미끄러지기 시작한다.[45] 그렇다면 답하지 않은 질문은 명목상의 전류가 얼마나 자주 초과되고 얼마나 오랫동안 초과되는가 입니다. 정지 상태에서 열차를 출발시키는 지침은 바퀴가 미끄러지기 시작하는 전류를 초과하지만 레일 위에 모래를 놓음으로써(자동으로 또는 바퀴가 미끄러지기 시작할 때와 마찬가지로 "모래" 버튼을 눌러) 그러한 미끄러짐을 방지하는 것을 제안한다.

트랙션 모터 기어 효율 그래프를 점검하면 공칭 전력에서는 98%의 효율이 나타나지만 공칭 전력의 30%에서는 94%의 효율만 나타난다. 모터와 기어의 효율을 얻으려면(직렬로 연결) 두 효율을 곱해야 한다. 가중치 견인 모터 효율이 90%일 경우 90% x 94% = 85%(매우 대략적인 추정치)로 위에서 언급한 90% 서포터즈 추정치보다 크게 낮지 않다. 표에 따라 변전소에 대한 출력의 75%가 기관차 모터에 도달하면, (구소련의 전력 그리드에서) 변전소에 대한 출력의 75% x 85% = 64%(거의)가 기관차의 바퀴에 도달하여 열차를 당기는 기계적 에너지의 형태로 도달한다. 이는 여객열차의 "가정 유지"(난방, 조명 등)에 사용되는 전력을 무시한다. 이는 1970년대 초 전체 운용 조건의 범위를 넘어선 것이다. 이 64% 수치를 크게 개선할 수 있는 여러 가지 방법이 있으며, 재생(트랙션 모터를 발전기로 사용하여 다른 열차에 동력을 공급하기 위해 역추진 모터를 발전기로 사용)으로 인한 절감액을 고려하지 못하고 있다.

경제학

1991년(소련 말년) 1km의 전기화 비용은 340~47만 루블이었고[48] 구리 10톤까지 필요했다. 그래서 전기를 만드는 것은 비용이 많이 들었다. 전기화로 인한 비용 절감 효과만큼 가치가 있는가? 비효율적인 증기 기관차와 비교했을 때, 전기화의 경우를 만드는 것은 쉽다.[49] 그러나 1930년대 중반부터 구소련에 도입되기 시작했으며 증기 견인보다 비용이 현저히 적게 든 다이엘 기관차와 전기화는 경제적으로 어떻게 비교되는가?[50] 나중에는 전기와 디젤의[51] 트랙션의 경제를 비교하는 주제에 관한 책도 통째로 나왔다.

전기화는 고정비용이 높지만 톤당 운영비 절감을 초래한다. 톤-km가 많을수록 이러한 절감 효과는 더 커지므로 트래픽이 많을수록 고정 비용보다 더 많은 절감 효과를 얻을 수 있다. 가파른 등급은 또한 전기화를 선호하는데, 부분적으로는 회생 제동이 등급 하강을 할 때 에너지를 회수할 수 있기 때문이다. 아래 공식을 사용하여 지배구배 0.9~1.1%의 복선전철과 약 2,000만 t-km/km(이상)의 밀도를 비교하면 자본투자에 필요한 10%의 수익률로 전기 비용이 절감된다.[52] 낮은 교통량의 경우, 디젤 트랙션이 이 방법론에 따라 더 경제적일 것이다.

투자수익률계산식

전기화에 대한 결정은 투자수익률에 기초해야 하며, 전기화에 대한 투자가 더 낮은 운영비뿐만 아니라 투자수익률도 더 높은 경우에 한해 제안된 전기화를 예로 들 수 있다. 예를 들어 투자 수익률은 10%[53]와 8%이다.[54] 두 가지(또는 그 이상의) 대안(철도선의 전기화 또는 디젤화 등)을 비교할 때 자본에 대한 특정 이자수익률을 사용하여 연간 총 비용을 계산한 다음 최소 비용 대안을 선택한다. 총 연간 비용의 공식은 다음과 같다: эпрi=эi+е+екнi[55], 첨자 i가 대안인 경우(러시아 알파벳에 있는 것을 제외한 다른 모든 글자는 эi), е은 대안 i의 연간 비용(자본 상각 포함), е은н 이자율, к은i 대안 i에 대한 자본 투자의 가치(가격)이다. 그러나 여기와 그 밖의 다른 곳에서 인용된 참고자료들 중 어느 것도 еDEX를н 이자율이라고 부르지 않다. 대신에 그들은 투자자산의 순이익이 투자자산의 상각 "비용"을 상각하는 순이익으로 계산되는 경우 투자자산의 순이익이 투자자산에서 차감되도록 하는 데 필요한 연수의 역행위로 기술한다. 또한, 다른 책들은 때때로 이 공식에 다른 글자를 사용한다.

연료/전력비

1970년대 초, 열차 이동을 위한 기계 에너지 제공 비용(기전 운영비)은 철도 총 운영비의 40~43%에 달했다.[56] 여기에는 연료/전력비, 기관차 운행/유지비(승무원 임금 포함), 전력계통 유지비(전기화선용), 감가상각비가 포함된다. 이 기계적 에너지 제공 비용(기전력 운용 비용) 중 연료와 전력 비용은 40~45%에 달했다. 따라서 연료/전력 비용은 매우 중요한 비용 요소이며, 전기 트랙션은 일반적으로 에너지를 덜 사용한다(#에너지 효율 참조).

연간 연료비를 다양한 가정(지배적 등급, 기관차 모델, 단선 또는 복선 트랙,[57] 연료/전력 가격의)에 대한 교통 흐름 함수(한 방향의 순 톤/연간)로 표시할 수 있으며, 이로 인해 많은 수의 그러한 표시된 곡선이 발생할 수 있다.[58] 1970년대 초 디젤 연료의 에너지 가격은 1.3 kopecks/kwh이고 70 루블/tonne이며, 이러한 곡선(또는 그에 기초한 표)은 전기와 마찬가지로 디젤 작동의 연료/전력 비용이 매우 1.5배에서 2배 더 높다는 것을 보여준다.[59] 물론 정확한 비율은 다양한 가정에 따라 달라지며, 디젤 연료 가격이 낮은(45루블/톤)과 높은 전기 비용(1.5kopeck/kwh)의 극단적인 경우에는 철도 이동의 디젤 연료 비용이 전기 비용보다 낮다.[60] 이 모든 곡선은 교통 흐름에 따라 (경유 대 전기의) 에너지 비용의 차이를 보여준다. 하나는 연료/전력 가격의 선형 함수인 계수를 사용하여 (순톤/연간) 트래픽 흐름의 입방 함수에 의해 위에서 언급한 곡선을 근사하게 할 수 있다. 수학에서 그러한 계수는 보통 상수로 나타나지만, 여기에도 수학적[61] 함수들이 있다. 그러한 수학적 공식의 사용은 대안의 컴퓨터화된 평가를 용이하게 한다.

비연료/전력비

어떤 의미에서 이것들은 기관차의 바퀴에 전달되는 기계 에너지 비용의 구성요소들이지만 액체 연료도 아니고 전기도 아니다. 전기 견인은 보통 연료/전력 비용을 절약하지만, 다른 비용 비교는 어떠한가? 기관차 운용 비용 중 전기 기관차의 유지 보수비는 디젤 기관차의 11%에 비해 약 6%에 달했다.[56] 유지/수리 비용 절감 외에도 전기 기관차 운용에 드는 인건비(나사)가 전기의 경우 조금 낮다는 주장이 있다. 전기 장치의 경우 윤활 비용이 덜 든다(윤활유를 채울 디젤 엔진이 없다).[62]

전기 트랙션의 비용 이점에 대항하는 것은 전기화의 비용 단점이다: 주로 수전기와 변전소 비용(유지관리 비용 포함)이다. 연간 비용의 약 절반은 설치 원가를 갚기 위한 감가상각비, 나머지 절반은 유지보수를 위한 것으로 나타났다.[63] 중요한 요인은 1970년대 초반에 기차가 사용하는 전기 에너지의 약 65%를 차지했던 주거, 농장, 비철도 산업에 공공 전력을 공급하기 위해 소비에트 연방의 철도 전력 시스템을 사용하는 것이었다. 따라서 외부 전기 소비자와 전기화 비용을 분담하면 철도 전기화 비용이 감소하여 연간 전기화 비용이 15~30% 절감된다. 이 비용 분담이 철도를 희생시키면서 외부 전력 이용자에게 상당히 부당하게 유리하게 작용했다는 주장이다.[64] 그러나 (70년대 초) 철도 전기화의 연간 비용(유지보수 포함)은 연료비 절감의 편익의 1/3에서 1/2에 불과하여 전기 트랙션을 선호한다고 주장하였다(자본의 이자 비용이 무시되고 교통량이 상당히 높은 경우).

기관차 운용의 과거 비용: 전기 vs. 디젤

다음 표는 1960년과 1974년 양쪽에 대한 이러한 비용을 화물 총 적재량 100,000톤 당 러블 단위로 보여준다. 이러한 원가에는 (비인플레이션 환경에서) 감가상각비 사용에 의한 자본원가가 포함된다.

기관차 운영비, 러블스/10tne-km5[65] 총액
연도 1960 1974
타입 기관차 전기 디젤 전기 디젤
총운영비 35.13 35.34 35.1 48.8
포함:
기관차 수리 및 유지관리 1.27 3.39 1.4 3.72
전기 또는 연료 15.42 12.91 15.18 21.18
기관사 임금 4.69 5.84 4.33 6.25
오버헤드 등 4.09 7.16 4.51 9.44
감가상각 9.99 6.57 9.68 8.12

전기 트랙션에 대한 "감가상각"에는 수전기와 변전소의 유지보수 및 감가상각비가 포함된다. 두 가지 유형의 트랙션에는 수리점의 감가상각이 포함된다. 디젤 트랙션의 경우 연료 공급 설비의 감가상각이 있다. 디젤 기관차의 감가상각이 더 높은 것은 전기 견인 사례에 대한 감가상각과 변전소의 감가상각보다 더 많은 것이다.

1960년 전기와 디젤은 원가가 거의 같았지만, 1973년 석유 파동으로 인해 디젤 연료 가격이 크게 오른 후 1974년 전기 견인은 원가가 낮아졌다. 감가상각에는 이자율이 추가되지 않는다는 점에 유의하십시오.

연간 총비용비교

Dmytriev의[66] 계산에 따르면 500만 t-km/km(양방향 모두)의 낮은 교통밀도선이라도 금리가 0(HERGн = 0)[67]일 경우(투자수익 없음) 전기화 비용을 갚는다. 교통밀도가 높아질수록 연간 전기요금(감가상각비 포함) 대비 경유비 비율이 높아진다. 극단적인 경우(교통밀도 6000만t/km, 지배등급 1.1%)의 경우 디젤 운영비(감가상각비 포함)가 전기보다 75% 높다. 그러므로 고밀도 트래픽으로 회선을 전기화하는 것은 정말로 이득이다.

연간 운영비 비율: 디젤/전기
트랙 수 싱글 트랙 더블 트랙
백만 톤-km/km 밀도(양방향 합) 5 10 15 20 40 60
운영비 비율: 디젤/전기, % 104 119 128 131 149 155

전기 시스템

전압 및 전류

ER2 전기 복수 장치

구소련은 1930년대 초 1500V DC(60년대 3000V로 변환된 later)[69]에서 시작했으며, 간선 전기화를 위해 3000V DC를 선택했다. 그 당시에도 이 3kV 전압은 Catellie에 비해 너무 낮지만 트랙션 모터에 최적화하기에는 너무 높다는 사실이 밝혀졌다. 이 문제에 대한 해결책은 카타레니얼에 25 kV AC를 사용하고 선내 변압기를 제공하여 25 kV를 훨씬 낮은 전압으로 내리도록 한 후, 낮은 전압 DC를 제공하도록 수정한 것이었다. 그러나 AC 전기화는 1950년대 후반이 되어서야 의미가 깊어졌다.[70] 또 다른 제안은 6kV dc\[71][72]를 사용하고 견인 모터에 적용하기 전에 전력 전자 장치로 고전압 DC를 줄이는 것이었다. 6kV를 이용한 실험열차는 1대만 만들어졌고 1970년대에야 운행했지만 전기장비의 품질이 낮아 단종됐다.[73] 소련 말기에는 3000 V DC 시스템을 표준 25 kV 시스템으로 변환해야 하는지 아니면 12 kV DC 시스템으로 변환해야 하는지에 대한 논의가 진행 중이었다.[74] 12 kV DC는 25 kV AC와 동일한 기술적, 경제적 이점을 갖는 동시에 비용이 적게 들고 국가의 AC 전력 그리드에 균형 잡힌 부하를 가졌다고 주장되었다(처리할 무효 전력 문제는 없다). 반대론자들은 이 같은 조치가 구소련에 제3의 표준 전기화 시스템을 만들 것이라고 지적했다. 12kV를 사용하는 제안 중 하나는 3kV와 12kV 와이어 모두에서 작동할 수 있는 새로운 기관차를 만드는 것이었다. 동력 전자장치를 이용해 12kV를 3KV로 변환한 뒤 3kV(3kV 와이어 이하일 경우 직접 인식)를 동력 유도 모터로 구동한다.[72]

VL10 DC 기관차

전기 기관차의 예

(러시아어로) 34개의 소련 전기 기관차에 34개의 기사가 실린 사이트

직류 3kV

25kV AC

이중 전압

참고 항목

메모들

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  42. ^ 디젤 효율에 관한 책( (чp. 10)은 "이동 중" 시간에는 다른 열차가 지나가도록 정차하는 데 소요된 시간뿐만 아니라 해안으로 이동하는 데 소요된 시간도 포함되어 있음을 나타낸다. 디젤 화물 기관차는 달리기를 하는 동안 약 3분의 1의 시간을 해안으로 가거나 멈추는 데 보냈다(소련의 철도들은 에너지를 절약하기 위해 많은 해안을 했다). 동일한 통계가 전기 기관차에 대해 유지된다면, 동력 이용률은 20%에서 약 30%로 증가할 것이다. 트랙션 모터가 1/3의 시간 동안 차단될 것이기 때문이다. 그리고 "기관차가 동력을 공급하는 동안, 기관차의 동력 중 몇 퍼센트가 있는지"라는 질문이 있어야 하기 때문에 이번에는 계산되어서는 안 된다.g 활용". 효율성은 여러 가지 요인에 따라 달라진다. ио и о р рур о p. 101은 명목 전류의 75% 이하에서 최대치에 도달하는 효율을 나타낸다. 저속 운전의 경우, 공칭 전류의 약 40%에서 발생하는 최대 효율을 나타낸다. 그는 효율성의 범위는 90~95%이지만 곡선은 매우 낮음(공칭의 10%) 또는 매우 높은 전류(공칭의 125%)에서 80% 미만을 나타낸다고 말한다. 효율성은 또한 자기장 약화의 양에 따라 달라진다. (но у у у у р р р ур о 페이지 54, 그림 11). 하위 분야가 더 효율적이다.
  43. ^ 열적 효율성을 찾는 것이라면, 전력이란 대개 출력 전력(기계적 또는 전기적)을 의미한다. 이 경우 oneчч의 페이지 7의 방정식에서와 같이 출력 전력에 의해 가중된 효율성의 가중 고조파 평균을 취하여야 한다.
  44. ^ ич 페이지 10–12
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  51. ^ 그러한 책 중 하나는 ирр is이며 p.118 하단에 이 주제에 대한 보고서를 발표한 여러 기관이 나열되어 있다.
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