Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Nem csak villanyszerelőknek

Megy a gőzös, jön a villamos

Jeles évfordulók, jeles események az elektrotechnika történetében

2010. június 18. | Chiovini György |  4593 | |

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

Megy a gőzös, jön a villamos

A villamosság XIX. századi, mai mértékkel mérve is szédítő terjedése alól a közlekedés sem volt kivétel. Vetélytársnak a gőzgép számított. Nyilván ott tudta a villamos vontatás az első sikereket elérni, ahol a gőzüzem komoly nehézségekkel, kényelmetlenségekkel járt: ez pedig a városi közlekedés területe. A távolsági vasúti közlekedésben a gőzmozdony helyzete sokkal erősebb volt. A fejlesztés és gyártás mind teljesítményben, mind sebességben követte az igényeket. Azokban az országokban azonban, ahol a szenet importálni kellett, komoly érvek szóltak a vasutak villamosítása mellett. Az Alpokban ráadásul adott volt a lehetőség villamos energiát vízierőművekből nyerni. Természetes az, hogy a vasút-villamosítás terén az alpesi országok jártak élen.

A vasút-villamosításhoz meg kellett oldani egyebek mellett a villamos energia gazdaságos továbbítását nagyobb távolságra is. E téren döntő fordulat volt a transzformátor megalkotása 1885-ben. Ez mellékesen az egyenáramú energiaátvitel híveinek vereségét is jelentette. A transzformátor létrehozása óriási lökést adott a váltakozó áramú technika fejlődésének. Galileo Ferraris és Nikola Tesla nyomán, akik a háromfázisú rendszer elvi alapjait lerakták, egy Németországban dolgozó orosz emigráns szakember, Michael Dolivo-Dobrowolski 1889-ben megtervezte és megépítette az első háromfázisú aszinkronmotort. Ez a motortípus egyszerű felépítése, nagy üzembiztonsága, és kedvező ára miatt ma is a leginkább használatos villamosmotor. A kalickás forgórészű változat kitűnik még minimális karbantartási igényével is. A vasúti vontatás szempontjából külön előny, hogy az aszinkronmotor a szinkron fordulatszám felett féküzemben működik, és áram visszatermelésre képes. Ez kitűnő lehetőség a lejtőn lefelé haladó jármű sebességtartó fékezésére. Éppen emiatt már kezdettől fogva számos fogaskerekű vasúton alkalmazták ezt a biztonságos és egyben gazdaságos fékezési módot.

Nehézséget jelent viszont a jármű meghajtó motorként alkalmazott aszinkronmotor amiatt, hogy tartósan csak a szinkron fordulatszám közelében járhat. Más szóval a menetsebesség is az ennek megfelelő, többé-kevésbé állandó érték. Távolsági közlekedésben ez nem különösebb hátrány, hiszen az utazó sebességre való felgyorsulást követően a vonat így egyenletes sebességgel haladhat. A városi közlekedésben azonban egészen más a gyorsítások és az egyenletes sebességgel haladás aránya. E téren kétségtelen előnyben vannak a széles fordulatszám-tartományban tartósan működtethető soros motorok. Ez magyarázza, hogy a városi villamosvasutak soros motorokat, és pedig egyenáramú soros motorokat alkalmaztak.

Kandó-mozdonyok Olaszországban és Svájcban

Kandó Kálmán 1869-ben született. Bizonyára nagy hatással volt pályaválasztására az, hogy 14 éves korában édesapjával megtekintették a Bécsben rendezett villamossági kiállítást. Itt volt látható a nagy feltűnést keltő újdonságok között a Ganz gőzgép meghajtású generátora. A Budapesti Műszaki Egyetemen szerzett diplomát, 1892-ben. Első munkahelye Franciaországban volt, ahol Kandó az akkor teljesen újnak számító aszinkronmotorok tervezését végezte.
Ez idő tájt a Ganz komoly erőfeszítéseket tett, hogy a viharos gyorsasággal fejlődő elektrotechnikai iparág egyik vezető cégévé váljon, illetve maradjon. A Ganz kezdetektől a váltakozó áramú rendszerben bízott. Ennek jegyében készítették el a váltakozó áramú energiaellátás kulcsberendezését, a transzformátort. Képesek voltak a rendszerhez szükséges áramtermelők, a villamos generátorok előállítására is. Egyik vezető szakemberük, Zipernovszky Károly távozott a cégtől, a Műegyetem tanszékvezetője lett. Helyére Kandót szemelték ki, aki addigra a motortervezésben elismert szakember lett. 1894-ben lépett be a céghez, és első feladata itt is a villamos motor tervezése volt.

A szénimport csökkentése végett az olasz állam is sürgette a vasút-villamosítást. Ennek hatására az egyik vasúttársaság tervbe vette a Valtellina-vonal villamosítását. Ez a vonal Milanótól északra található, teljes hossza 106 km. Jellegzetes alpesi vasútvonal, meredek emelkedőkkel, számos alagúttal. A vasúttársaság döntése az volt, hogy a vonalat háromfázisú váltakozó áramú rendszerben kell villamosítani. A német AEG céghez fordultak, ahol e technika úttörője, Dolivo-Dobrowolski is dolgozott. A németek azonban maguk helyett a magyar Ganzt, illetve Kandó Kálmánt javasolták. A tárgyalások az olasz féllel 1897 végén kezdődtek meg, és 1899 tavaszán szerződéskötéssel fejeződtek be. A Ganz és Kandó Kálmán rendkívüli feladatra vállalkoztak. Ilyen jellegű és méretű vasút-villamosítás ezt megelőzően Európában, de még Amerikában sem történt. Valóban Kandó rendkívüli tehetségére volt szükség ahhoz, hogy az egész rendszert megtervezze, gyártását megszervezze, majd a kivitelezést is irányítsa. Elképzelése szerint a villamos energia előállítása és a vasútvonalhoz eljuttatása 20 000 V-os feszültséggel történik, amelyet a vonal mellett telepített alállomások, transzformátorok csökkentenek le 3000 V-ra. A járműveken erőátviteli transzformátorra nincsen szükség, mert a hajtómotorok is 3000 V-osak. A háromfázisú rendszert úgy alakította ki, hogy a kettős felsővezeték mellett a harmadik fázist a sínek képezik, melyeket az illesztéseknél réz vezetékek kapcsolnak össze. A pálya felett elhelyezkedő réz vezetékek távolságát 0,8 méterben határozta meg. Mindez azt a koncepciót szolgálta, hogy a járművek meghajtására az akkor ilyen teljesítményszinten egyedül megvalósítható, háromfázisú aszinkronmotort lehessen alkalmazni. A Kandó által tervezett villamos motorok aztán az üzemi körülmények között is kiválóan vizsgáztak, nagy forgatónyomatékot, illetve nagy vonóerőt nyújtva a vontató járműben. A hegyi vasútvonalon a visszatápláló fékező üzemmód külön gazdasági előnyt is jelentett.

A szerződéskötést követően megkezdődött a munka. Olaszországban, a helyszínen megépítették a Valtellina-völgyön végigfolyó – végül a Comói-tóba ömlő – Adda folyóra épített vízierőművet. Itt három Francis-rendszerű, egyenként 1150 kW-os Ganz-turbina működött, a hozzá kapcsolódó szinkrongenerátorral közös tengelyen. A generátorok 20 000 V-os, 15 Hz-es, háromfázisú feszültséget szolgáltattak. A pálya mentén kilenc, egyenként 300 kVA-es alállomás létesült.
A szerződésben a személyforgalom lebonyolítására tíz motorkocsi és két tehervonati mozdony szállítását vállalták. Érdekesen oldották meg a berendezések gyakorlati próbáját, vizsgálatát. Óbudán volt egy erőmű, amely éppen 15 Hz-es áramot termelt. Itt építettek egy kis próbapályát, a vágány felett 3000 V-os felsővezetékkel. A tervezett járművek forgóvázának megfelelő konstrukciót készítettek, ellátták a szükséges kapcsoló és kiegészítő berendezésekkel, valamint áramszedővel. Ez, mint kísérleti jármű, lehetővé tette a tervek és számítások ellenőrzését, pontosítását. Így véglegesítették a leszállítandó járművek kiviteli terveit.

A négytengelyes, RA300/320 sorozatjelzésű motorkocsik két forgóvázon futottak, a forgóvázba tengelyenként beépített 184 kW-os villamos motorokkal. A kapcsolás két sebességfokozatot – 32 km/h és 64 km/h – tett lehetővé. Ez a végsebesség a szűk ívekkel tarkított hegyi pályán teljesen elegendő volt. Indításra és a sebességi fokozatok közötti átmenetre a padló alatt forgóvázanként elhelyezett folyadék-ellenállás szolgált.

A négytengelyes, RA340 sorozatjelzésű tehervonati mozdonyok is két forgóvázzal rendelkeztek, tengelyenként egy 165 kW-os motorral; mindegyikhez kapcsolódott egy folyadék-ellenállás. A mozdonyokat 29 km/h névleges sebességre tervezték. Az egyik, eredetileg RA341, majd később E430.001 jelzésű mozdony a milánói Leonardo da Vinci Nemzeti Természettudományi és Műszaki Múzeumban megtekinthető.

A villamos üzem átadása két részletben, 1902. szeptember és október hónapokban történt. Minden jól működöt, hiba csak azokban a vetületekben jelentkezett, amelyeket csak a helyszínen lehetett ténylegesen kipróbálni. Ez az alagutakban lévő felsővezeték volt. Itt a felsővezetéket – mely a nyílt pályától eltérően nem 6 méter, hanem az alagút méretének megfelelően 4,8 méter magasságban húzódott – sűrűn elhelyezett kereszttartókhoz rögzítették. A felfüggesztés így nem volt elég rugalmas. Ahányszor az áramszedő egy-egy rögzítési ponthoz ért, ütésszerű hatás érte, amitől az 50-60 km/h-s sebességnél lengésbe jött. Az áramszedők törtek, illetve a törött áramszedő leszakította a felsővezetéket. A megoldást nehezítette, hogy a dolog jellege miatt a közvetlen megfigyelés nem volt lehetséges. Kandó egyik áldozatkész munkatársa Tóth László vállalta, hogy a motorkocsiról megfigyeli a folyamat lezajlását. Így emlékezett erre: „A megfigyelésnek egy módja volt: végigfeküdni a motorkocsi tetőjáró-deszkáján, kellő kötözés mellett és teljes sebességgel végigutazni az összes alagúton.” Ő volt az is, aki a megoldásra rájött, és azt meg is valósította. Így született meg a rugalmas hosszlánc, a vasúti felsővezeték máig használatos optimális kivitele. Lényege az, hogy a munkavezeték a felette kifeszített poligon alakú tartósodronyon függ. A munkavezeték függesztési pontjai a tartósodrony rögzítési pontjainak felezőtávolságában vannak. Így a nagy sebességgel sikló áramszedő nem találkozik a merev rögzítési pontokkal, nem éri káros igénybevétel.

A Valtellina-vonalon szerzett kedvező üzemi tapasztalatok nyomán a vasúttársaság újabb mozdonyokat rendelt a Ganztól. Ezek már egy újabb szerkesztési elképzelés szerint készültek. Kandó eltért a korábban alkalmazott, tengelyenként beépített motoroktól. Annak érdekében, hogy a motor teljesítményét – emiatt méretét – növelni lehessen, a motor a járműszekrénybe került. A meghajtás a gőzmozdonyokhoz hasonlóan rudazatos hajtóművel történt. A méretkorlát megszűnése lehetőséget adott arra, hogy az RA340 sorozatú mozdonyok 4x165 = 660 kW teljesítményét most két villamosmotorral érjék el. Az 1905-ben gyártott, három RA360 sorozatjelzésű, két motoros mozdony teljesítménye 600 kW. A villamosmotorok pólusszám-váltásával elérhető két sebesség fokozat: 35, illetve 71 km/h.

Hamarosan érdekes fordulatot vettek az események. Svájc központi fekvése indokolttá tette, hogy az észak-déli személy- és teherforgalom számára vasútvonalakat építsenek. A magas fekvésű alpesi hágók azonban olyan akadályt jelentettek, hogy a jó megoldás csak alagutak építése lehetett. 1906-ban elkészült – akkor a világ leghosszabb alagútjaként – a 20 km hosszúságú Simplon-alagút. Ide már nem gőz, hanem villamos vontatást terveztek. Ekkor már több éve villamos üzem volt a svájci Burgdorf és Thun közötti, 40 km hosszú vasútvonalon. Ez a villamos üzem 3 évvel megelőzte a Valtellina-vonal villamosítását. Itt is háromfázisú rendszert, azonban csak 750 V-os feszültséget alkalmaztak. A vonalra gyártott villamos mozdony teljesítménye is csak 220 kW volt. Nyilván az olaszországi tapasztalatok ismeretében a Simplon-alagutat nem ezzel, hanem a Kandó Kálmán által választotthoz nagyon közeli paraméterekkel, 3300 V-os és 16,66 Hz-es, háromfázisú rendszerrel villamosították. Alkalmas svájci gyártású vontatójármű 1906-ban azonban nem állt rendelkezésre. Így az olasz vasúttársaságtól bérbe vették a Ganz által a Valtellina-vonalra gyártott, RA360 sorozatjelzésű mozdonyokat. Ezek bonyolították le az új alagútban a forgalmat 1908-ig, amikor üzembe kerültek a svájci Brown-Boveri által gyártott, de a magyar mozdonyokhoz nagyon hasonlító mozdonyok. Ez a kevéssé ismert tény jól mutatja a magyar elektrotechnikai ipar fejlettségét a századforduló táján.

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. 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-asok tömegével, 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.

Villamos vontatás


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

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem