Это преобразователь питания пассажирского вагона дальнего следования. В современном вагоне электричество нужно почти для всего, начиная от 5 Вольт в розетках USB, 220 В в розетках для пассажиров в каждом купе и на микроволновке у проводника, 110 В для системы управления. И ещё не считая таких мелочей, как насосы, водонагреватели, кондиционеры, обеззараживатели и моторы дверей.
Без питания вагон не живёт. Вообще. Даже если сломать вагонный аккумулятор, ваш вагон сможет пользоваться аккумулятором соседнего — это есть в протоколе энергообмена (с точки зрения второго проводника, к нему подключится ещё один потребитель).
И при этом всём даже на самые современные вагоны продолжают ставить угольные котлы.
Как устроен вагон
Чтобы разобраться в том, почему нужен угольный котел, давайте сначала разберёмся, какие вообще основные подсистемы есть у вагона. Вот самый простой случай:
Вагон может цепляться к тепловозу, электровозу или ещё какому-нибудь изобретению сумрачного русского гения. Про дизельные электрички мы уже рассказывали. Есть три варианта передать электричество вагону.
По высоковольтной трассе напряжением 3000 Вольт, вот такой:
По «аварийному» каналу для питания от аккумулятора соседнего вагона 110 Вольт примерно вот через такие коммуникации:
И ещё механическим путём. То есть вращая его колёса. Это настолько элегантное решение, насколько вообще возможно при обеспечении универсальности. Выглядит это вот так:
Это генератор, работающий от вращения колёсной пары. Он связан карданом с одной из колёсных пар, и благодаря вращению пары вращается и вал, генератор вырабатывает электричество.
Что-то тянет за собой вагон, колёса у него крутятся, и часть усилия передаётся на генератор вагона. Генератор представляет собой стандартную схему — «перевёрнутый» электродвигатель.
Кардан можно вручную отсоединить. Это нужно на случай, если что-то заклинит в генераторе и он будет работать как тормоз. В этом случае срабатывает предохранительная муфта и генератор начинает вращаться вхолостую. Отсоединение кардана — это аварийный случай по механическим повреждениям. В случае более высокоуровневых поломок срабатывает предохранитель и генератор начинает вращаться вхолостую.
Различия между автономными вагонами и вагонами с трассой
Вагон с таким генератором, очевидно, катится чуть хуже (с большим усилием), чем вагон без генератора. Потому что на работу этого самого генератора тратится механическая энергия. С точки зрения того, что этот вагон тянет, автономная модель более «шершавая», чем без генерации. Это означает большие потери, например, топлива. Что вполне логично.
С другой стороны, автономные вагоны универсальны и могут входить в состав любого поезда. У них есть полная обратная совместимость с даже паровозами (теми самыми, которые на пару, которые стоят в виде экспонатов на вокзалах) — если прицепить их к такому, получится подвижная паровая электростанция.
Все вагоны оснащены высоковольтной магистралью (для отопления). Не на всех она используется для питания собственных нужд вагона — тогда ставят генератор. Причина в том, что современные вагоны делают с беззазорной сцепкой и герметичным межвагонным переходом, а старая сцепка «гармошкой» (через которую «прорезинивались» некоторые зайцы, причём не всегда выживая в процессе) геометрически несовместима с новыми стандартами. Беззазорная сцепка и герметичный межвагонный переход — это разные поколения вагонов. В итоге мы имеем два стандарта, и всё идёт к тому, что герметичная сцепка будет побеждать.
Естественно, какой вагон выбрать и заказать, решает перевозчик.
Аккумулятор
По очевидным причинам на стоянках и до скорости 35 км/ч от генератора энергия не поступает. Поэтому нужен аккумулятор.
Аккумулятор монтируется во взрывозащищённом боксе (если что-то пойдёт не так, стенка бокса отстрелится и взрывная волна пойдёт наружу от поезда, что быстро и относительно безопасно её погасит). Вот такой же отсек на двухэтажном вагоне:
Напряжение бортовой сети вагона — 110 Вольт. Аккумуляторы ставятся и кислотные, и щелочные — заказчик по региону эксплуатации выбирает разные батареи.
Срок более-менее нормальной эксплуатации аккумулятора — 5–7 лет в хороших условиях. На практике случаются ситуации глубокого разряда без возможности восстановления батареи — например, когда вагон оставили в поле на морозе и некоторое время не трогали. Батарея уходит в критический разряд, и всё.
ПСН
Ещё один ящик под одноэтажным вагоном — ПСН (преобразователь собственных нужд).
Это устройство, которое управляет всеми источниками энергии вагона на входе и раздаёт всем устройствам вагона нужный ток на их входы. В том числе вот на эти розетки:
Проводники, кстати, рассказывают, что особо продуманные граждане уже возят с собой полуторакиловаттные чайники. И ничего, сеть выдерживает. Но это экстрим уже, потому что допустимая мощность розеток в купе — 100 Вт. Больше — это грубое нарушение условий эксплуатации.
Напряжение 110 Вольт вагонной сети гуляет в пределах от 100 до 144 Вольт, и это нормальная ситуация. Раньше у проводника был вольтметр и на нём было видно реальное напряжение. Сейчас стрелочный вольтметр спрятан под панель с сенсорным экраном, а на экране видно данные мониторинга на картинке с разбиением по подсистемам: лучше смотреть на десятки показателей, но раньше ориентировались на опыт и вольтметр.
Все бортовые приборы (включая кулер для воды, который вместо титана в современных вагонах) рассчитаны на этот диапазон напряжений.
ПСН также управляет зарядом батареи. Одна из важнейших частей электроники вагона — организация правильного режима подзарядки (в частности, в аккумуляторном боксе есть датчик и в зависимости от температуры выбирается режим).
Так зачем котёл?
Вагоны в России рассчитаны на диапазон от –50 до +50 градусов. Именно такие производит для заказчика Тверской вагоностроительный завод (все фотографии в посте из цехов). Чтобы эксплуатировать вагон в условиях –50 градусов, нужна система отопления. А она требует очень много энергии. Если есть высоковольтная трасса и на ней есть напряжение, водонагреватель работает от электричества.
Если же поезд двигается по неэлектрифицированному участку железной дороги и при этом нет мощного генератора где-то в составе поезда (когда они есть — это специальные случаи), то нужно где-то брать дополнительную энергию на обогрев.
Её получают химическим образом — просто сжигая дрова и уголь.
А вот так загружают ТВЭЛы:
На самом деле это, конечно, теплоэлектронагреватели, которые монтируются в основание котла.
В двухэтажных вагонах котла и титана нет, равно как и водяного отопления. Только электрика. В двухэтажных вагонах везде централизованное снабжение: нет 3000 Вольт, вагон может работать только на критичные системы на 110 Вольтах от соседнего. Но их пускают только по маршрутам, где полная электрификация пути, поэтому проблем нет.
Вот и всё. Да, мы сейчас говорили про пассажирский вагон дальнего следования. В метровагонах и вагонах электричек может устанавливаться другая система отопления — с раздельным водным контуром и электрокалориферами или вообще без водного контура.
