An Induction Device for Tapping Power from the Railway Contact Network System for Platform Lighting Systems
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-1-42-51Keywords:
energy saving, power supply, lighting, electrified AC railway transport, induction method, traction current, supporting wireAbstract
The article describes an energy-saving device developed for supplying power to the platform lighting systems of electrified railway transport. The device taps the required electrical energy in an inductive (contactless) manner from the current flowing through the contact system support wire. The device consists of a sealed tubular housing containing a laminated ferromagnetic cylindrical core with an electrical winding connected to the platform lighting system. The support wire passes through the core inner cavity. An analysis model of a traction power supply system of one single-track section with dual power supply and a single electric locomotive running in this section was developed. The calculations were carried out under the assumption of sine-wave alternating magnetic fields, voltages, and currents using the COMSOL MULTIPHYSICS package. The calculation results have shown that with a current of 140 A through the supporting wire, five such devices connected in series provide power supply to the platform's 220 V lighting system consisting of 10 LED luminaires, each with a power of 100 W. To verify the obtained results, additional modeling was performed using the ELCUT software package. It is shown that at high values of current through the supporting wire, it is necessary to take into account the nonlinear properties of the ferromagnetic core in view of their influence on the waveform of the voltage induced in the winding of the developed device.
References
1. Kurs A. et al. Wireless Power Transfer Via Strongly Coupled Magnetic Resonances. – Science, 2007, vol. 317 (5834), pp. 83–86.
2. Аполлонский С.М. Проблемы электромагнитной совместимости в электроэнергетической железнодорожной системе. – Транспортные системы и технологии, 2015, № 2, с. 110–126.
3. Кадомская К.П. и др. Электромагнитная совместимость каналов передачи электроэнергии с биосферой. – Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика, 2011, № 1, с. 9–28.
4. Пат. RU 2844668 C1. Несущий трос контактной сети железной дороги / К.К. Ким, И.М. Карпова, 2025.
5. Евразийский патент № 049777. Токопроводящая струна для крепления контактного провода на несущем тросе контактной подвески / К.К. Ким, И.М. Карпова, П.К. Рыбин, 2025.
6. Гринченко В.С., Чунихин К.В. Экранирование однородного переменного магнитного поля электропроводящим кольцом. – Теоретична електротехніка та електрофізика, 2015, № 2, с. 31–34.
7. Кудряшов Е.В. Механические расчеты контактных подвесок на основе статических конечноэлементных моделей. – Известия Петербургского университета путей сообщения, 2010, № 3 (24), c. 258–269.
8. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1986, 488 c.
9. Терлецкий С.Г., Мамаев А.Р. Этапы имитационного моделирования системы тягового электроснабжения. – Научные достижения и открытия 2020. Сб. статей XIII Международного научно-исследовательского конкурса, Пенза: Изд-во Наука и Просвещение, 2020, c. 46–51.
10. Шаманов В.И., Трофимов Ю.А. Параметры рельсовых линий в задачах электромагнитной совместимости. – Современные технологии. Системный анализ. Моделирование, 2015, № 4 (48), с. 196–203.
11. Шаманов В.И. Расчеты помех от тягового тока в неоднородных рельсовых линиях. – Автоматика на транспорте, 2020, т. 6, № 3, с. 241–267.
12. Смолин П.И., Ребров И.А. Исследование модели растекания тока по рельсовым нитям на безбалластном пути в системе тягового электроснабжения. – I Межд. научная конф. «Железная дорога: путь в будущее», 2022, с. 176–182.
13. Аполлонский С.М., Куклев Ю.В., Фролов В.Я. Электрические аппараты управления и автоматики. СПб.: Лань, 2021, 256 с.
14. Ким К.К. и др. Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника. СПб.: ПИТЕР, 2006, 367 с.
15. Дубицкий С.Д. Инженерное моделирование квазистатического электромагнитного поля в программе ELCUT для задач электроники. – Силовая электроника, 2017, № 6, с. 64–68.
---
Исследования выполнялись в рамках научного проекта № 24-29-00159 в рамках гранта, предоставленного Российским Научным Фондом на 2024 – 2025 гг. по результатам конкурса 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
#
1. Kurs A. et al. Wireless Power Transfer Via Strongly Coupled Magnetic Resonances. – Science, 2007, vol. 317 (5834), pp. 83–86.
2. Apollonskiy S.M. Transportnye sistemy i tekhnologii – in Russ. (Transport Systems and Technologies), 2015, No. 2, pp. 110–126.
3. Kadomskaya K.P. et al. Trudy Kol’skogo nauchnogo tsentra RAN. Energetika – in Russ. (Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Energy Industry), 2011, No. 1, pp. 9–28.
4. Pat. RU 2844668 C1. Nesushchiy tros kontaktnoy seti zheleznoy dorogi (Supporting Cable of the Railway Contact Network) / K.K. Kim, I.M. Karpova, 2025.
5. Eurasian Patent No. 049777. Tokoprovodyashchaya struna dlya krepleniya kontaktnogo provoda na nesushchem trose kontaktnoy podveski (A Conductive String for Attaching the Contact Wire to the Supporting Cable of the Contact Suspension) / K.K. Kim, I.M. Karpova, P.K. Rybin, 2025.
6. Grinchenko V.S., Chunihin K.V. Teoretichna elektrotekhnіka ta elektrofіzika – in Ukranian (Theoretical Electrical Engineering and Electrophysics), 2015, No. 2, pp. 31–34.
7. Kudryashov E.V. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobshcheniya – in Russ. (Proceedings of the St. Petersburg University of Railway Communications), 2010, No. 3 (24), c. 258–269.
8. Kalantarov P.L., Tseytlin L.A. Raschet induktivnostey (Cal-culation of Inductors). L.: Energoizdat. Leningradskoe otdelenie, 1986, 488 c.
9. Terletskiy S.G., Mamaev A.R. Nauchnye dostizheniya i otkrytiya 2020. Sb. statey XIII Mezhdunarodnogo nauchno-issledovatel’skogo konkursa (Scientific Achievements and Discoveries 2020. Collection of Articles of the XIII International Scientific Research Competition), Penza: Izd-vo Nauka i Prosveshchenie, 2020, c. 46–51.
10. Shamanov V.I., Trofimov Yu.A. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovanie – in Russ. (Modern Technologies. System Analysis. Simulation), 2015, No. 4 (48), pp. 196–203.
11. Shamanov V.I. Avtomatika na transporte – in Russ. (Avtomatika na transporte), 2020, vol. 6, No. 3, pp. 241–267.
12. Smolin P.I., Rebrov I.A. I Mezhd. nauchnaya konf. «Zheleznaya doroga: put’ v budushchee» – in Russ. (I Int. Scientific Conf. "Railway: The Way to the Future"), 2022, pp. 176–182.
13. Apollonskiy S.M., Kuklev Yu.V., Frolov V.Ya. Elektricheskie apparaty upravleniya i avtomatiki (Electrical Control and Automation Devices). SPb.: Lan’, 2021, 256 p.
14. Kim K.K. et al. Metrologiya, standartizatsiya, sertifikatsiya i elektroizmeritel’naya tekhnika (Metrology, Standardization, Certifi-cation and Electrical Measuring Equipment). SPb.: PITER, 2006, 367 p.
15. Dubitskiy S.D. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Electronics), 2017, No. 6, pp. 64–68
---
The research was carried out within the framework of scientific project No. 24-29-00159 under a grant provided by the Russian Science Foundation for 2024–2025 based on the results of the 2023 competition “Conducting fundamental scientific research and exploratory scientific research by small individual scientific teams.”
