Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Nem csak villanyszerelőknek

Jeles évfordulók, jeles események az elektrotechnika történetében

Megy a gőzös, jön a villamos II.

2010. július 8. | Chiovini György |  4402 | |

Az alábbi tartalom archív, 11 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

(A cikksorozat első részéhez kattintson ide) Kandó Kálmán Olaszországban A nagyszabású munka a Ganznak üzleti szempontból veszteséges lett. Emiatt Kandó tiltakozása ellenére a cég letett arról, hogy továbbra is fenn tartsa ezt az üzletágat. Az olasz...

(A cikksorozat első részéhez kattintson ide)

Kandó Kálmán Olaszországban
A nagyszabású munka a Ganznak üzleti szempontból veszteséges lett. Emiatt Kandó tiltakozása ellenére a cég letett arról, hogy továbbra is fenn tartsa ezt az üzletágat.
Az olasz vasút számításai viszont azt mutatták, hogy a nagy forgalmú, hegyi vasútvonalak villamosítása gazdaságos. Így további vonalak villamosítása mellett döntöttek. Az oda szükséges villamos mozdonyok gyártását pedig már Olaszországban akarták megvalósítani. A rendszer alkalmazásával járó jogokat megvásárolták a Ganztól. Olaszországban, Vado Ligureben amerikai tőkével egy új gyárat építettek a Kandó-rendszerű villamos mozdonyok gyártására. Ennek vezetésével és a mozdonyok tervezésével Kandó Kálmánt bízták meg. Mire 1907-ben a gyár felépült, családjával és magyar munkatársaival együtt odaköltözött.

Olaszországban a földrajzi viszonyok következtében sok a hegyi jellegű vasútvonal. Ezeken kellett elsősorban a gőzvontatásról a gazdaságosabb villamos vontatásra áttérni. E vasútvonalakra tervezte meg első olasz típusként Kandó Kálmán az E550 sorozatjelzésű, öttengelyes, jellegzetes hegyi mozdonyt (fotó1). A mozdonynak elsőként a Genovából északra, Torino és Milano felé vezető, igen nehéz lejtviszonyú, nagyon forgalmas Giovi-vonalon kellett bizonyítania. Teljes mértékben megfelelt a várakozásoknak. 1908-tól kezdve összesen 186 darabot gyártottak belőle. A mozdony tömege gyakorlatilag azonos volt a Valtellina-vonalra gyártott RA360-asokéival, de ugyancsak két aszinkron motorja együttesen már 1500 kW-ot teljesített.

Kitört az I. Világháború, Olaszország és az Osztrák-Magyar Monarchia hadviselő felek lettek. Kandó Kálmánnak haza kellett jönnie. Az idők folyamán közel 700 Kandó-rendszerű villamosmozdony készült a gyárban. Kandó Kálmánt az olaszok elismerték, magas kitüntetésben részesítették, de az általa létre hozott vasút-villamosítási rendszert a világ mégis „sistema italiana” néven ismerte meg. A Vado Ligure-i Societa Italiana Westinghouse gyár több tulajdonos váltást követően ma a kanadai Bombardier Transportation tulajdonában van, és ma is nagyon korszerű villamos mozdonyokat gyárt.
Kandó Kálmán nagyszerű művet alkotott, a világ első valódi vasút-villamosítási rendszerét neki köszönhetjük. Ez az akkori műszaki lehetőségek között csúcstechnikának számított. Egyetlen eleme nem állta ki az idők próbáját: a kettős felsővezeték. Ez gátjává vált a feszültség és jármű sebesség növelésének. Ezt természetesen maga Kandó is felismerte, és ki is alakította a nem kevésbé szellemes megoldását. Ez azonban már egy külön történet.

Rendszerek versenye
A vasút-villamosítás nehézségét az adja, hogy több elvárásnak is meg kell felelnie. A villamos mozdonyok vontató járművek. A jó vontató jármű képes a tömege, illetve a kerék és sín közötti tapadási tényező által korlátozott vonóerő kifejtésére. A beépített villamos motornak tehát álló helyzetben nagy nyomatékot kell tudnia kifejteni. A jó vontató jármű továbbá minél nagyobb sebesség tartományban képes a beépített névleges teljesítményt a vonóhorgon leadni. A villamos mozdonyok táplálása a pálya felett kifeszített felsővezetékről történik. A vasútüzem jellegzetessége miatt csak egyetlen vezetékből álló, egypólusú megoldás jöhet számításba. A veszteségcsökkentés érdekében minél nagyobb a felsővezetékre kapcsolt feszültség, annál jobb.

A vasút-villamosítás egy lehetőség, melynek előnye a kisebb üzemköltség, hátránya a nagy beruházás igény. Az a jó villamosítási rendszer, amely nem igényel költséges átalakítókat, alállomásokat.
Történetileg a vasút-villamosítás a városi és hasonló, kis távolságú közlekedés kezdeti megoldásainak nyomdokán indult el. Ekkor az elektrotechnikában még erős volt az egyenáramot előnyben részesítők tábora. Az egyenáramú soros villamos motorok nagyon jól megfelelnek a vontató járművel szemben támasztott követelményeknek: nagy indítási nyomaték, teljesítménytartó jelleg, jó szabályozhatóság. Ismeretes, hogy a városi villamosoknál hosszú ideig ez a motortípus általánosan alkalmazásra került. A nagyvasúti alkalmazás azonban komoly hátrányokkal is jár: 3000 Voltnál nagyobb felsővezeték-feszültség nem alkalmazható, a pálya mellett egymáshoz kis távolságra egyenirányítós alállomásokat kell telepíteni.

Kézenfekvőnek látszott már a kezdeteknél, hogy a soros villamos motor váltakozóáramú kivitele előnyösebb lenne a vasutak számára. Ez a motortípus is rendelkezik a soros motorok kedvező tulajdonságaival: nagy indítási nyomaték, teljesítménytartó jelleg, jó szabályozhatóság. A nagy problémát a váltakozó feszültségből eredő kommutátor szikrázás okozza. Végül is kompromisszumos megoldás született. A svájci és német szakemberek szívós fejlesztéssel alkalmassá tették a váltakozóáramú soros motort vasúti mozdonyokba való beépítésre, de csak csökkentett, 16 ⅔ Hz frekvenciára. Az alpesi országok villamosított vonalaihoz jelentős méretű, külön ellátó rendszert (erőművek, távvezetékek) építettek ki.

Amikor létre hozták az első háromfázisú aszinkron motorokat, nagy reményeket fűztek vasúti alkalmazásukhoz is. Ennek minden alapja megvolt, különösen egyszerű szerkezetük és a visszatápláló fékezés lehetősége volt vonzó. Egyetlen, de annál súlyosabb problémát a felsővezeték jelentett. A háromfázisú rendszerhez szükséges kettős felsővezeték idegen a vasútüzemtől. Ezzel magyarázható, hogy a legtöbb cég, legtöbb vasút nem látott esélyt a háromfázisú rendszerben.
Technikatörténetileg annál érdekesebb, hogy a magyar Kandó Kálmán létrehozott egy, a gyakorlatban jól bevált háromfázisú vasút-villamosítási rendszert. Igaz, hogy nem Magyarországon, hanem Olaszország, északi, alpesi tájain. Rendszere egészen 1976-ig használatban volt, és kifogástalanul megfelelt az elvárásoknak. De az is az igazsághoz tartozik, hogy végül átadta helyét egy másik rendszernek. Feltehető a kérdés, hogyan ítéli meg az utókor Kandó Kálmán „sistema italiana”-ját. Az teljesen egyértelmű, hogy Kandó az adott kor feltételei mellett, az adott igényeknek jól megfelelő megoldást választott. De a műszaki fejlődés nem áll meg. A tervező mérnök eszköztára folyamatosan megújul. Egyes elemek kiesnek, újak jelennek meg.

Ha a két másik, az egyenáramú és a csökkentett frekvenciájú váltakozóáramú, földrajzilag elterjedtebb rendszert nézzük, azok is eljutottak egy olyan pontig, hogy át kellett adni helyüket a jobbnak. De ez nem volt látványos, mert nem a felsővezeték alapszerkezetét érintette. Ma már vasutat sehol nem villamosítanak egyenáramú rendszerrel. A csökkentett frekvenciájú villamos motorok gyártása is megszűnt, éppen a Kandó által mindig alkalmazott aszinkron motorok váltják le őket.

Kandó-mozdonyok Magyarországon
Olaszországból történő kényszerű hazatérése kapcsán megismerkedhetett a hazai helyzettel. Óriási változást hozott a világháború befejeződése, a békeszerződés. Magyarország, a magyar vasút teljesen új helyzetbe került. A Trianonban meghúzott határokon belül szinte csak sík- vagy dombvidéki jellegű vasútvonalak találhatók. A hazai bányákból el lehetett látni szénnel a gőzmozdonyokat. Az olaszországi viszonyok – sok hegyi vasútvonal, kevés szén – nyilvánvalóan jobban kedveztek villamos mozdonyok alkalmazásának. Kandó azonban felismerte, hogy azért van kellő indok a vasút-villamosításra.

Ez lényegében az a jelentős hatásfok különbség, ami a szén erőművi, illetve mozdonykazánban történő eltüzelése között mutatkozik. Ráadásul a gőzmozdonyok kazánjait akkor is gőznyomás alatt kell tartani, ha vonattovábbításra várnak. Összességében a vasúti gőzvontatás csak 5-10 százalékban hasznosítja a szénben lévő energiát. Ugyanakkor az erőművek jó kihasználása is nagyon fontos. Ezért Kandó egy olyan rendszert kívánt megvalósítani, amelyben a vasút villamosenergia-szükségletét nem különcélú, vasúti erőművek termelik, hanem a vasút egy nagyobb, országos villamos energia rendszer része. Más megfogalmazásban: a vasút-villamosítás is 50 Hz-es rendszerben valósul meg. Ez lett az új Kandó-rendszer első számú alapelve.

A külföldi tapasztalatok ismeretében azzal tisztában volt, hogy vasútüzemi célra a váltakozóáramú soros villamos motor csak csökkentett frekvenciára készíthető. Nem tartotta megfelelőnek az egyenáramú rendszert sem, nem látta megoldásnak az 50 Hz-es áram egyenirányítását a pálya melletti alállomásokon. Továbbra is ragaszkodott viszont az aszinkronmotor alkalmazásához. A probléma megoldását alapvetően az a körülmény befolyásolta, hogy ekkor már fel kellett adni a kettős felsővezeték alkalmazását: az egypólusú felsővezeték egyfázisú feszültségét a mozdonyon kell a motorokat tápláló többfázisú feszültséggé átalakítani. Ennek megvalósítására megalkotott egy különleges villamos gépet, a szinkronfázisváltót.

Kandó Kálmán elképzelése támogatásra talált régi munkatársánál, Verebély Lászlónál, aki a MÁV Vonatvillamosítási Osztályát vezette. Az Első Energia Világkonferencián, 1924-ben Kandó és Verebély ismertették dunántúli villamosítási tervüket: egy országos erőmű, 100 kV feszültségű távvezeték és a Budapest–Hegyeshalom vasútvonal villamosítása 16 kV feszültséggel. Ez felkeltette az angol pénzügyi körök érdeklődését, akik tőkével léptek be a terv megvalósításába. Döntés született, hogy Kandó rendszerét egy rövidebb szakaszon a gyakorlatban is próbálják ki. Erre a célra villamosították a Budapest-Rákosrendező–Dunakeszi vonalat. Legyártottak egy öttengelyes, tehervonati jellegű próbamozdonyt (foto2). A két hajtómotor egyenként 590 kW-os teljesítményét rudazatos hajtással vitte át a tengelyekre.

Látva a próbaüzem megfelelő eredményeit a Bethlen-kormány elfogadott egy jelentős beruházási programot. Ez tartalmazta egy erőmű felépítését Bánhidán, 100 kV-os távvezeték építését, és az akkor legjelentősebb Budapest–Hegyeshalom vasútvonal villamosítását négy 100/16 kV-os alállomással. Vontatójárműként többcélú és tehervonati mozdonyok beszerzése szerepelt még a programban. A beruházást részben angol hitelből fedezték. Az angol fél kikötötte, hogy részt kér a mozdonyok gyártásában.
A V40 és V60 sorozatjelzésű, 1620 kW teljesítményű mozdonyok tervei 1930-ra elkészültek (fotó3). Ezeken a mozdonyokon is a – próbamozdonyon már alaposan kikísérletezett elvet – a szinkronfázisváltós rendszert alkalmazták. Ez rendszerint röviden csak fázisváltónak nevezett sajátos villamos forgógép szinkronmotor, szinkrongenerátor és transzformátor egyben (fotó4).

A Kandó-féle fázisváltó állórészén két egymással csak induktív kapcsolatban levő tekercselés van elhelyezve. Az egyfázisú primer tekercselést a 16 kV-os felsővezetéki feszültség táplálja. A szekunder tekercselésben indukált kb. 1 kV feszültség a hajtómotor táplálására szolgál. Üzembe helyezése úgy történik, hogy a forgórészt egy indító motor gyorsítja fel – néhány perc alatt – a szinkron fordulatszámra. A szinkronizálást követően a hajtást az állórész végzi, az indító motor lekapcsolódik. Ezt követi a forgórész felgerjesztése egy, a forgórészre szerelt gerjesztőgép útján. A forgórész mágneses mezeje a megcsapolásoktól függően 3-, 4- vagy 6-fázisú feszültséget indukál a szekunder tekercselésben. A túlmelegedés ellen az állórész olajjal, a forgórész vízzel hűtött. A kétségtelenül bonyolult berendezés az alapos próbaüzem, majd a nullszéria tapasztalatainak felhasználása és a gondos gyártás következében a vasútüzemben megbízhatóan működött.

Adott frekvenciájú váltakozóárammal táplált aszinkronmotor névleges fordulatszáma attól függ, hogy milyen a tekercselése. 50 Hz és egy póluspár esetén ez az érték 3000 fordulat/perc. Vasúti vontatójárműbe beépített aszinkronmotornál különböző fordulatszám, különböző sebesség megvalósításához olyan tekercselést kell készíteni, hogy a póluspárok száma menetközben változtatható legyen. Ezt alkalmazta Kandó Kálmán is a V40-es mozdonyoknál. Négy szinkronfordulatszám négy névleges sebességet határoz meg: 25, 50, 75 és 100 km/h. A rudazatos tengelyhajtás miatt a motor, illetve a tengely fordulatszáma azonos. A mozdony meghajtott tengelyeinek átmérője (1660 mm) és pl. 100 km/h sebesség 333 fordulat/perc értéket ad ki.
A mozdonyba egyetlen, igen különleges kialakítású hajtómotort építettek be. Annak érdekében, hogy a négy szinkron fordulatszámot meg lehessen valósítani pólusátkapcsolással, 72-pólusú tekercseléssel rendelkezett. A nagyobb fordulatszámokhoz a póluspárok számát csökkentették, de még a fázisszám is változott: 83 ford./perc 72 pólus és 3-fázis, 167 ford./perc 36 pólus és 3-fázis, 250 ford./perc 24 pólus és 6-fázis, 333 ford./perc 18 pólus és 4-fázis. Az átkapcsolásokat sűrített levegővel működtetett kontaktorok végezték, aszerint, hogy a mozdonyvezető melyik sebesség- (fordulatszám-) fokozatot állította be egy vezérkapcsolón.

A motor finom indítását és gyorsítását folyadék-ellenállásból és szabályzóból álló szerkezet végezte. A motor áramkörébe iktatott ellenállást elektrolitba – szódaoldatba – merülő elektródák közötti ellenállás képezte. Az ellenállás a folyadékszint növelésével vagy csökkentésével fokozatmentesen volt változtatható. Ez a megoldás azzal a furcsa jelenséggel járt, hogy a forró szódaoldat párolgása miatt a villamos mozdony gyorsítás közben gőzt bocsátott ki.
Kandó Kálmán tragédiája, hogy nem érhette meg a mű teljes megvalósulását. Váratlan nehézség merült fel, mert az angol English Electric cég visszamondta a villamos motorok gyártását. Több hónapos huzavona kezdődött, és valószínűleg ez okozta Kandó egészségének megromlását. Még az első villamosított szakasz üzembe helyezése előtt, 1931. január 13-án szívinfarktusban elhunyt. Szintén kiváló képességű munkatársai azonban sikeresen megoldották a teljesen újszerű, és nagy nemzetközi visszhangot kiváltó feladat befejezését. 1932-ben, amikor a MÁV átvette a V40.001 villamos mozdonyt, a MÁV és a Ganz vezérigazgatója koszorút helyezett el Kandó Kálmán sírján.

Az elkövetkező években a V40-es mozdonyokból 29, a V60-asokból 3 darab készült. A V40-es, 100 km/h sebességű mozdonyok a gyakorlatban mind gyors- és személyvonatok, mind tehervonatok továbbítására alkalmasnak bizonyultak. A 68 km/h sebességű, tehervonatok vontatására szánt V60-as mozdonyok forgalomba állításárára nagyobb számban így nem került sor. A mozdonyok járműszerkezeti részét a MÁVAG, a villamos berendezését részben a Ganz Villamossági Rt, részben az angol Metropolitan Vickers Co. Ltd. gyártotta.

A siker rendszerint csapatmunka
Az 1920-as években a V50-es sorozatú próbamozdonnyal végzett kísérletek bebizonyították, hogy a Kandó-féle szinkronfázisváltó alkalmas villamos mozdonyokba való beépítésre. A Budapest–Hegyeshalom vasútvonalra tervezett mozdonyokba azonban egy nagyobb teljesítményű kivitel került. Amikor az első négy mozdony „nyúzópróbáit” végezték, Kandó Kálmán már nem élt. Így a szükségessé váló szerkezeti módosításokat már ugyancsak neves kortársa Bláthy Ottó végezte.

Nagyobb nehézséget okozott a mozdonyok rudazatos tengelyhajtása. Kandó még Vago Ligure-ben tervezett egy gyorsvonati mozdonyt is. Ez is rudazatos meghajtású volt, és 100 km/h végsebességre készült. Erre alapozva Kandó a későbbiekben is rudazatos hajtással kívánta a mozdonyait ellátni. Nagy, összetett műszaki feladatoknál mindig vannak kritikus részek. A V40-es villamos mozdonyok rudazatos hajtása ennek bizonyult. Egy mozdony esetében van néhány körülmény, mely különösen nagy kihívást jelent. A meghajtó rudazatnak lehetővé kell tenni, hogy a rugókon nyugvó alváz és a tengelyek egymáshoz képest, függőleges irányban elmozdulhassanak. Az ívben való haladáshoz a tengelyeknek oldalirányú elmozdulására is szükség van. A rudazatnak ezt is biztosítani kell. A sínen haladó acélkerék nagy dinamikus igénybevételnek van kitéve. Ugyanakkor egy vasúti vontatójárműnél alapvető elvárás, hogy a lehető legkevesebb karbantartás mellett a lehető legtöbb hasznos kilométert teljesítse.

 

A V40-es sorozatú mozdonyok üzemében hamarosan súlyos problémák jelentkeztek. A rudazatos hajtóművekben repedések keletkeztek. A megoldást kigondolni egyszerű, megvalósítani annál nehezebb volt. A repedések megelőzésére a hajtásrendszer összes részegységét nagyon pontosan kellett megmunkálni, összeszerelni és beállítani. A MÁV Északi Járműjavító Üzemében, ahol a villamos mozdonyok javítása történt, a szakemberek kialakítottak egy megelőző vizsgálati és karbantartási rendszert. Ez olyan jól sikerült, hogy a mozdonyok az 1967-ben bekögvetkezett forgalomból való kivonásukig mozdonyonként mintegy három millió kilométert teljesítettek.

A kivonás döntő oka egyébként az volt, hogy a MÁV az újabb vasútvonalak villamosításánál már az addigra európai szabvánnyá vált 25 kV felsővezeték feszültséget alkalmazta. A Kandó-mozdonyok viszont 16 kV-osak voltak. A szinkronfázisváltó átalakítása 25 kV-ra már nem lett volna gazdaságos.

A pályaudvarokon már nem találkozunk a gőzt pipáló Kandó-mozdonyokkal. Ám a V40.016 és a V60.003 mozdonyokat a múlt technikatörténeti emlékei irányt érdeklődők számára megőrizték. A budapesti Magyar Vasúttörténeti Parkban láthatók (fotó5).


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem