Trolejbus to rodzaj pojazdu komunikacji publicznej, zasilany na prąd elektryczny. Aby mógł on sprawnie funkcjonować, niezbędna jest specjalistyczna infrastruktura w postaci sieci trakcyjnej, która dostarcza prąd o napięciu 600 V. To jedno z najbardziej ekologicznych rozwiązań, jeśli chodzi o środki transportu publicznego, jednak stosowane tylko w trzech polskich miastach: Lublinie, Gdyni i Tychach.
W niniejszym artykule wyjaśnimy, jak zbudowany jest trolejbus oraz jakie są jego zasady zasilania. Szczególną uwagę zwrócimy na układ i działanie sieci trakcyjnej. Zapraszamy do lektury!
Jak zbudowany jest trolejbus?
Aby zrozumieć specyfikę działania sieci trolejbusowej, warto mieć najpierw świadomość, jak zbudowany jest sam pojazd zasilany na prąd. Wizualnie przypomina on zwykły autobus z silnikiem spalinowym, jednak zasada jego działania jest zupełnie inna. Trolejbus wyposażony jest w specjalistyczną aparaturę, która jest niezbędna do pobierania i przetwarzania prądu elektrycznego. Oto najistotniejsze komponenty:
- silnik elektryczny – jego działanie bazuje na zjawiskach elektromagnetycznych – pole elektryczne stojana silnika napędza wirnik, generując ruch obrotowy.
- falownik – bierze udział w procesie przekształcania prądu stałego, pochodzącego z trakcji, na prąd zmienny, służący do napędzenia pojazdu. Falowniki stosowane są wyłącznie w pojazdach nowej generacji. Do zmiany napięcia służy natomiast przetwornica.
- oporniki rozruchowe – pełnią dwie kluczowe funkcje: obniżają napięcie podczas rozruchu pojazdu i wytracają energię hamowania w formie ciepła.
- odbierak prądu – najbardziej charakterystyczna część trolejbusu zwana powszechnie szelkami. Konstrukcja odbieraka obejmuje obrotową podstawę, drążek i głowicę, która jest wyposażona w ruchomy element odbierający prąd. Odpowiedni docisk odbieraka do przewodów sieci trakcyjnej gwarantuje prawidłowy przepływ prądu. Bezpośrednio odpowiada za to głowica odbieraka, która wyposażona jest w doskonale przewodzącą prąd grafitową wkładkę.
Ogólne zasady działania trolejbusu
Jak już zostało wspomniane, zasady działania trolejbusu opierają się na wykorzystaniu prądu elektrycznego do generowania pola magnetycznego w silniku, co przekształca się w ruch obrotowy wirnika. Ten ruch jest źródłem napędu pojazdu. Jak ten proces przebiega? Poniżej przedstawiamy ogólne zasady działania trolejbusu:
- dostarczenie energii elektrycznej – odbieraki elektryczne pobierają energię o wartości 600V z przewodów elektrycznych zawieszonych nad ulicą.
- wytworzenie pola elektromagnetycznego – prąd elektryczny płynący przez stojan silnika powoduje powstanie pola magnetycznego. Oddziałuje ono na wirnik, co generuje ruch obrotowy.
- napęd trolejbusu – ruch obrotowy wirnika jest źródłem napędu trolejbusu. Poprzez układ mechaniczny, napęd jest przekazywany na koła pojazdu.
- ruch – koła trolejbusu wykorzystują tarcie, generowane w punkcie styku z nawierzchnią jezdni, co umożliwia pojazdowi poruszanie się.
Jak działa sieć trolejbusowa?
Prąd elektryczny jest wytwarzany w elektrowniach i przesyłany do obszaru, w którym działa sieć trolejbusowa. W podstacjach trolejbusowych prąd o wysokim napięciu jest przetwarzany i dostosowywany do możliwości pojazdu. Transformatory obniżają napięcie do 600 V, natomiast prostowniki przekształcają prąd zmienny na stały. Następnie energia przepływa przez elementy zabezpieczające podstacji, bo ostatecznie trafić do sieci trakcyjnej.
Sieć trakcyjna jest zawieszona na konstrukcji nośnej i zasilana przy pomocy dwóch przewodów: dodatniego i ujemnego, które biegną równolegle. Istnieją trzy różne rodzaje podwieszenia: półelastyczne, elastyczne i sztywne – stosuje się je w zależności od warunków atmosferycznych. Sieć trakcyjna może skręcać i przecinać się z inną siecią. Służą do tego zwrotnice trakcyjne i tzw. krzyżówki, czyli elementy, które umożliwiają trolejbusowi swobodne skręcanie i minimalizują ryzyko wystąpienia zwarcia.
Trzy rodzaje podwieszenia
Sieć trakcyjna składa się z konstrukcji nośnej, podwieszenia oraz torów jazdy. Oprócz tego, że słupy konstrukcyjne utrzymują przewody trakcji na odpowiedniej wysokości nad jezdnią, to powinny być one jeszcze odpowiednio naprężone. Wpływ na to mogą mieć warunki atmosferyczne – przewody mogą wydłużać się i skracać pod wpływem temperatury. Jakie są zależności?
- podwieszenie sztywne – nie ma żadnych elementów między podwieszeniem a przewodem jezdnym, które umożliwiłyby dostosowanie długości przewodu do warunków pogodowych. Konieczne są w tym przypadku ręczne prace, wykonywane przez fachowców, przed przyjściem pierwszych mrozów.
- podwieszenie półskomensowane (półelastyczne) – z założenia samoistnie dostosowuje się do panujących temperatur.
- podwieszenie skomensowane (elastyczne) – nie znajduje zastosowania w sieci trolejbusowej. Sprawdza się za to w sieci tramwajowej.
Alternatywne źródło zasilania w trolejbusach
Starsze modele trolejbusów były w pełni uzależnione od energii z sieci trakcyjnej. Stało się to uciążliwe z uwagi na możliwość unieruchomienia pojazdu w przypadku nagłej przerwy w zasilaniu lub zerwania trakcji. Zaczęto szukać alternatywnego, dodatkowego źródła zasilania, które rozwiązałoby ten problem. Pojawiły się następujące propozycje:
- agregaty spalinowe spełniające rolę prądnicy
- akumulatory o dużej pojemności energetycznej
- zasobniki superkondensatorowe lub baterie
Wiodącym rozwiązaniem okazały się baterie. Przykładowo, miasto Lublin od 2013 roku jest w posiadaniu trolejbusów marki Ursus, a od 2014 Solaris, które są wyposażone w dodatkowy napęd w postaci baterii akumulatorów. Od tamtej pory miasto na bieżąco zaopatruje się w nowe pojazdy hybrydowe, które mogą pokonywać kilkukilometrowe odcinki bez korzystania z trakcji trolejbusowej. Świadczy to o tym, że rozwiązanie się sprawdza.