Станция Белгород расписание поездов. Железнодорожный транспорт
ступает на преобразователь. От преобразователей в контактную сеть идетпостоянныйтокпринапряжении3,3 кВ.
На подстанциях переменного тока для питания тяговых и нетяговых потребителей используют трехфазные двух- и трехобмоточные (или однофазные) понижающие трансформаторы.
По конструктивному исполнению подстанции бывают стационарные и передвижные . Последние применяют для замены отдельных преобразователей, выводимых в длительный ремонт, или целиком стационарной подстанции в случае выхода ее из строя.
По способу управления подстанции делят на: автотелеуправляемые , когда контроль и регулирование их работы осуществляются специальной аппаратурой телеуправления с диспетчерского пункта; автоматические , когда на подстанции нет дежурного персонала, но управляет ею оператор дистанционно с пункта, расположенного вблизи подстанции: полуавтоматические , когда имеется частичная режимная автоматика, а на подстанции находится дежурный персонал, выполняющий операции по переключению оборудования вручную или дистанционно с пульта управления.
В настоящий период времени на сети дорог применяется автоматизированная система управления тягового электроснабжения с применением ЭВМ (АСУЭ).
Напряжение контактной сети. Согласно ПТЭ у ровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава должен быть не менее 21 кВприпеременномтоке, 2,7 кВприпостоянномтокеинеболее29 кВ припеременномтокеи4 кВприпостоянномтоке. НаотдельныхучасткахсразрешенияМПСРоссиидопускаетсяуровеньнапряжениянеменее19 кВприпеременномтокеи2,4 кВприпостоянномтоке.
НоминальноенапряжениепеременноготоканаустройствахСЦБ должно быть 110, 220 или 380 В. Отклонения от указанных величин номинального напряжения допускаются в сторону уменьшения не более 10 %, а в сторону увеличения - не более 5 %.
15.3. Тяговая сеть
Тяговая сеть состоит из контактной и рельсовой сетей, питающих и отсасывающих линий.
Контактная сеть. На магистральных железных дорогах электроэнергию к токоприемникам электровозов и электропоездов подводят по воздушной контактной сети. Контактная сеть представляет собой совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанцийктокоприемникамэлектроподвижногосостава. Косновнымэлементам контактной сети относятся несущие, контактные и усиливающие провода, детали крепления этих проводов и изоляторы, поддерживающие устройства и опоры. Контактная сеть устроена таким образом, что обеспечивает бесперебойный токосъем локомотивами принаибольшихскоростяхдвижениявлюбыхатмосферныхусловиях. Она должна быть долговечной и простой в конструктивном исполнении. В связи с тем, что контактная сеть не имеет резерва, к ее устройствам предъявляют высокие требования по надежности. Надежность контактной сети обеспечивается высокой механической прочностью ее конструктивных элементов, износостойкостью контактногопровода, разделением(секционированием) наотдельныенесвязанные участки на перегонах и станциях (группы путей и т.д.).
Наиболее распространены медные фасонные (МФ) контактные провода из твердотянутой электролитической меди сечением 85, 100 и 150 мм2 . Их заменяют через 6-7 лет и более. Износ контактных проводов снижает сухая графитовая смазка полозов токоприемников, применение угольных полозов и износостойких мед- но-кадмиевых и медно-магниевых контактных проводов.
Несущиетросыбиметаллическиеимеютсечениедо95 мм2 , медные- до 120 мм2 . С помощью изоляторов их подвешивают к консолям, укрепленнымнаопорах, иликжесткимигибкимпоперечинам, перекрывающимжелезнодорожныепути.Струныизсталемеднойпроволокивыполненытак, чтоонинемешаютподъемуконтактногопроводатокоприемниками. Фиксаторы делают легкими и подвижными, чтобы при прохождении токоприемника не возникали удары. Опоры применяют металлические(до15 миболее) ижелезобетонные(до15,6 м).
Расстояниеотосикрайнегопутидовнутреннегокраяопорконтактнойсетинаперегонахистанцияхдолжнобытьнеменее3100 мм. Опоры в выемках должны устанавливаться вне пределов кюветов.
В особо сильно снегозаносимых выемках (кроме скальных) и на выходах из них (на длине 100 м) расстояние от оси крайнего
пути до внутреннего края опор контактной сети должно быть не менее 5700 мм. Перечень таких мест определяется начальником железной дороги.
На существующих линиях до их реконструкции, а также в особо трудных условиях на вновь электрифицируемых линиях расстояние от оси пути до внутреннего края опор допускается не менее 2450 мм - на станциях, 2750 мм - на перегонах.
Всеуказанныеразмерыустановленыдляпрямыхучастковпути. На кривыхучасткахэтирасстояниядолжныувеличиватьсявсоответствии сгабаритнымуширением, установленнымдляопорконтактнойсети.
Контактнуюсетьвыполняютввидевоздушныхподвесок. Придвижении локомотива токоприемник не должен отрываться от контактногопровода, иначенарушаетсятокосъемивозможенпережогпровода. Надежнаяработаконтактнойсетивзначительноймерезависитот стрел провеса провода и нажатия токоприемника на провод.
Нажелезныхдорогахпоездадвижутсясбольшимискоростями, поэтомупровесыконтактногопроводадолжныбытьминимальными.
Виды контактных подвесок. На железных дорогах применяют в основномцепныеконтактныеподвески: одинарные, двойныеиодинарные с рессорными тросами (рис. 15.2).
По способу натяжения проводов различают некомпенсиро-
ванные, полукомпенсированные и компенсированные цепные под-
вески. В цепных подвесках (рис. 15.3) контактный провод в пролетах между опорами подвешен не свободно, как в простых (трамвайных) контактных подвесках, а на часто расположен-
Рис. 15.2. Цепныеконтактныеподвески- одинарная(а ), двойная(б ) иодинарная с рессорными тросами (в ):
1 - контактный провод; 2 - струна; 3 - несущий трос; 4 - вспомогательный провод; 5 - рессорный трос
ныхструнах, прикрепленных |
|
к несущему тросу. Благода- |
|
ря этому требуется меньше |
|
опор, чем в простых подвес- |
|
ках, расстояние между ними |
|
достигает 70-75 м. Для воз- |
|
можностирегулированияна- |
|
Рис. 15.3. Цепная подвеска: |
тяжения проводов контакт- |
1 - опора; 2 - тяга; 3 - консоль; 4 - |
нуюсетьделятнамеханичес- |
изолятор; 5 - несущийтрос; 6 - контакт- |
ки независимые друг от дру- |
ный провод; 7 - струны; 8 - фиксатор; |
га участки. На концах этих |
9 - изолятор |
участков, называемыханкер- |
ными, проводазакрепляют(анкеруют) наопорныхустройствах. Для уменьшениястрелпровесаприсезонномизменениитемпературыоба концаконтактного провода(иногдаинесущего троса) оттягиваютк анкерным опорам ичерез систему блоков и изоляторов кним подвешивают грузовые компенсаторы (рис. 15.4). Наибольшая длина участковмеждуанкернымиопорамиустанавливаетсясучетомдопустимого натяжения изношенного контактного провода и на прямых участках пути достигает 800 м и более.
В некомпенсированной цепной подвеске провода жестко закрепля-
ют на анкерных опорах. Натяжение в них и стрела их провеса меняются в зависимости от температуры, ветровой нагрузки и гололеда.
В полукомпенсированной цепной подвеске с помощью грузовых компенсаторовавтоматическиподдерживается натяжениеконтактного провода при изменении метеорологических условий, а несущий трос жестко закреплен на опорах. При такой подвеске расстояние между опорами обычно равно 60-70 м. Применение рессорного троса в полукомпенсированной подвеске позволяет обеспечить надежный токосъем при скоростях движения до 120 км/ч.
Прикомпенсированнойподвеске вконтактномпроводеинесущем тросе автоматически поддерживается практически постоянное натяжение. Компенсированнаяподвескаобеспечиваетнормальныйтокосъем при скоростях движения до 160 км/ч и выше.
В целях более равномерного износа пластин токоприемника контактныйпроводнапрямыхучасткахрасполагаютзигзагообразно, смещая его на 300 мм у каждой опоры в ту или другую сторону от оси
Рис. 15.4. Схема анкеровки контактного провода (а ) и общий вид анкеровки компенсированной цепной подвески (б ):
1 - опора; 2 - натяжнойтрос; 3 - грузыкомпенсатора; 4 - ограничитель; 5 - неподвижный блок; 6 - подвижной блок; 7 - несущий трос; 8 - контактный провод
пути. В кривых участках пути зигзаг не должен превышать 400 мм. Чем больше радиус кривой, тем меньше зигзаг контактного провода.
Высотаподвескиконтактногопроводанадуровнемверхаголовки рельса должна быть на перегонах и станциях не ниже 5750 мм, а на переездахнениже6000 мм. Висключительных случаяхнасуществующихлинияхэторасстояниевпределахискусственныхсооружений, расположенныхнапутяхстанций, накоторыхнепредусматриваетсястоянка подвижного состава, а также на перегонах с разрешения МПС Россииможетбытьуменьшенодо5675 ммприэлектрификациилинии напеременном токеидо5550 мм- напостоянном токе. Высотаподвески контактного провода не должна превышать 6800 мм.устанавливают
показана штрихпунктирной линией)
две переходные опоры 2 , обра-
зующие переходный пролет. В
этом пролете создается воздушный промежуток между контактными подвесками соседних анкерных участков.
При такой конструкции изолирующего сопряжения токоприемниквпереходномпролетенавоздушномпромежуткевначалевпролетеl 0 идетпоодномурабочемуконтактномупроводу, затемвпролете l п - по двум, соединяя электрически на это время соседние анкерные участки контактной сети, и далее переходит на другой рабочий провод (в пролете l 0 ). На одной из переходных опор сопряжения с воздушным промежутком устанавливают продольный секционный разъединитель 3 (с ручным или моторным приводом) длясоединенияилиразъединениясекцийконтактнойсети. Так, станционную контактную сеть соединяют с контактной сетью перегона, когда возникает необходимость подать в нее питание при повреждении станционной питающей линии (фидера), или отключают контактную сеть станции, если повреждена контактная сеть на перегоне и необходимо снять напряжение на участке, не прекращая движения по станционным путям.
При питании отдельных участков от разных фаз переменного тока применяют сопряжение анкерных участков с нейтральной вставкой (рис. 15.6). Конструктивно оно состоит из двух воздушных промежутков, расположенных последовательно. Нейтральную вставку 1 проектируют так, чтобы при любых сочетаниях поднятых токоприемников электровозов и электропоездов исключалась возможность одновременного замыкания обоих воздушных промежутков, т.е. соединения различных секций контактной сети.
Дляразделенияконтактнойсетистанцийнаэлектрическинезависимыеучасткиприменяютсекционныеизоляторы. Электрическоесо-
Рис. 15.6. Схемысопряженияанкерныхучастковснейтральнойвставкойприэлектрической (а ) и моторвагонной (б ) тяге для одного пути двухпутного участка линии переменного тока
единение или разъединение отдельных секций контактной подвески, а также фидеров тяговых подстанций с участками контактной сети осуществляют продольными секционными разъединителями 2.
Стыкование участков переменного и постоянного тока. Сты-
кование таких участков осуществляют на наших железных дорогах одним из двух способов. Первый способ - это секционирование контактной сети станции стыкования с переключением отдельных секций на питание от фидеров постоянного или переменного тока, второй - применение электроподвижного состава двойного питания, т.е. на электровозе происходит переключение с постоянного тока на переменный и наоборот.
Контактная сеть станций стыкования имеет группы изолирован-
ныхсекций: постоянноготока, переменноготокаипереключаемые. В
переключаемые секции подается электроэнергия через так называемые пункты группировки. Контактную сеть с одного рода тока на другой переключают специальными переключателями с моторными приводами, устанавливаемыминапунктахгруппировки. Ккаждому пункту подведены две питающие линии переменного тока и две - постоянного от тяговой подстанции постоянно-переменного тока. Фидеры соответствующего рода тока этой подстанции подключают также к контактной сети горловин станции стыкования и прилегающих перегонов.
Для исключения возможности подачи на отдельные секции контактнойсетитока, несоответствующегонаходящемусятамподвиж-
номусоставу, атакжевыездаЭПСнасекцииконтактнойсетисдругой системой тока переключатели блокируют друг с другом и с устройствами централизованного управления стрелками и сигналами станциистыкования. Управлениепереключателямивключаютведи- нуюсистемумаршрутно-релейнойцентрализацииуправлениястрел- камиисигналамистанции. Дежурныйпопосту, собираякакой-либо маршрут, одновременно с установкой стрелок и сигналов в требуемое положение производит соответствующие переключения в контактной сети.
Маршрутная централизация на станциях стыкования имеет систему счета заезда и выезда электроподвижного состава на участки пути переключаемых секций контактной сети, что предотвращает попадание его под напряжение другого рода тока. Для защиты оборудования устройств электроснабжения и электроподвижного состава постоянного тока при попадании на них в результате каких-либо нарушений напряжения переменного тока имеется специальная аппаратура. На ЭПС постоянного тока, имеющем заезды на станции стыкования, круглый год должны быть включены грозовые разрядники.
Электровозы двойного питания ВЛ82 и ВЛ82м эксплуатируются пока не на всей сети железных дорог России. Целесообразность применения электровозов двойного питания или станций стыкований определяется технико-экономическими расчетами.
Снятиенапряжениясконтактнойсети. Напряжениесконтактнойсети снимают, отключаясоответствующиеразъединители. Всепереключения, за исключением переключений разъединителей депо и экипировочных устройствнастанционныхпутях, гдеосматриваюткрышевоеоборудованиеЭПС, производятпоприказуэнергодиспетчера. Тольковаварийных случаях при отказе всех видов связи разъединители отключают без приказаэнергодиспетчера, носпоследующимегоуведомлением.
Работник, производящий переключение разъединителей с дистанционным или ручным управлением, получив приказ энергодиспетчера, повторяет его. Энергодиспетчер, убедившись, что приказ принятправильно, утверждаетего, указываетвремяисообщаетсвою фамилию. Работник, который переключает разъединитель, обязан:
– проверить исправность заземления пульта дистанционного управления;
– убедиться в наличии питания цепей управления и в исправности сигнальных ламп;
– проверить соответствие номера разъединителя и его исходного положения названным в приказе.
После переключения по загоранию сигнальной лампы необходимо убедиться в том, что переключение состоялось, и уведомить об этом энергодиспетчера.
Припереключенииразъединителейсручнымприводомсоответствие номера разъединителя указанному в приказе устанавливают по надписи на приборе. До переключения осматривают разъединитель и заземление привода, чтобы убедиться в их исправности и соответствии исходногоположенияразъединителяназванномувприказе. Убедившись
в правильности переключения (поположению контактовразъединителя), закрываютзамокприводаиуведомляютэнергодиспетчера.
Переключаютразъединителиэлектромонтерыконтактнойсети, имеющиеквалификационнуюгруппуненижеII,илиработникидругихслужб, прошедшие специальный инструктаж и испытания в комиссии района контактной сети по практическому знанию основных требований Правилтехникибезопасностиприпереключении. Прителеуправленииэнергодиспетчерпереключаетвсеустройствасощитауправления.
Разъединители контактной сети в депо и на других путях осмотра и экипировки ЭПС переключают работники депо. Порядок переключений устанавливает начальник отделения дороги.
Контактная сеть для скоростного движения. Питание контакт-
ной сети переменного тока от тяговых подстанций на Российских и ряде зарубежных железных дорог предусматривается от трехфазных трансформаторов. При этом одна фаза присоединяется к рельсовой цепи иконтурузаземления подстанции, адведругие фазыприсоединяютсякконтактнойподвескеслеваисправаотподстанции. Между этимифазамирасполагаетсянейтральнаявставка- участокконтактной подвески, отделенный от каждой из фаз воздушным изолирующимсопряжением. Нейтральнаявставка- беспотенциальный участок, и электроподвижной состав проходит ее по инерции.
По условиям эксплуатации железных дорог переменного тока недопустимо прохождение нейтральной вставки и изолирующих сопряжений электроподвижным составом при включенной токовой нагрузке. Несоблюдение этих условий приводит к воз-
никновению открытой электрической дуги на изолирующих сопряжениях и короткому замыканию между фазами тягового трансформатора, пережогу контактной подвески открытой дугой и в конечном счете к падению ее на рельсы. Поэтому длина нейтральной вставки должна быть больше, чем расстояние между крайними токоприемниками ЭПС при любом сочетании включенных токоприемников. Такое исполнение контактной сети является вынужденной мерой, но принято на многих железных дорогах мира.
В последнее время в ряде стран организовано движение поездов со скоростью200-300 км/ч. Сточкизренияведенияскоростныхпоездов, существование нейтральных вставок приводит к тому, что машинист черезкаждые13-18 минследованияпоездавынужденотключатьичерез 1-2 мин вновь включать выключатели ЭПС. Недостатки такого способасоединенияконтактнойсетидостаточноочевидны.
Рассмотрим описание одного из вариантов решения проблемы, в котором не требуется отключать ЭПС при переходе с одной питающей фазы на другую (рис. 15.7). Контактная подвеска 1 , питающаяся от фазы А, и контактная подвеска 2 , питающаяся от фазы В подстанции, соединяются между собой через автотрансформатор 3 и параллельноподключенныйкнемуконтактныйпроводвысокогосопротивления 4 . Провод присоединяется отпайками 5 к обмотке автотрансформатора. Число отпаек определяется допустимым уровнем напряжениянатокоприемникеэлектровоза. Посколькуконтактныйпровод высокого сопротивления и параллельно подключенный к нему авто-
трансформатор включены междуфазамиАиВ, напряжениемеждуконцамиэтогопро-
вода равно 27500 В. |
|
При движении ЭПС сле- |
|
ва направо до места под- |
|
ключения автотрансформа- |
|
тора на него подается на- |
|
пряжение от фазы А по кон- |
|
тактной подвеске и фазы С |
|
Рис. 15.7. Соединение контактной сети |
по рельсовой сети 6 , т.е. пи- |
без нейтральной вставки |
тание осуществляется ли- |
Контактная сеть
представляет собой комплекс устройств для передачи электроэнергии от тяговых подстанций к ЭПС через токоприемники. Она является частью тяговой сети и для рельсового электрифицированного транспорта обычно служит ее фазой (при переменном токе) или полюсом (при постоянном токе); другой фазой (или полюсом) служит рельсовая сеть. Контактная сеть может быть выполнена с контактным рельсом или с контактной подвеской.
В контактной сети с контактной подвеской основными являются следующие элементы: провода – контактный провод, несущий трос, усиливающий провод и пр.; опоры; поддерживающие и фиксирующие устройства; гибкие и жесткие поперечины (консоли, фиксаторы); изоляторы и арматура различного назначения.
Контактную сеть с контактной подвеской классифицируют по видам электрифицированного транспорта, для которого она предназначена, – ж.-д. магистрального, городского (трамвая, троллейбуса), карьерного, рудничного подземного рельсового транспорта и др.; по роду тока и номинальному напряжению питающегося от сети ЭПС; по размещению контактной подвески относительно оси рельсового пути – для центрального токосъема (на магистральном ж.-д. транспорте) или бокового (на путях промышленного транспорта); по типам контактной подвески – с простой, цепной или специальной; по особенностям выполнения анкеровки контактного провода и несущего троса, сопряжений анкерных участков и др.
Контактная сеть предназначена для работы на открытом воздухе и поэтому подвержена воздействию климатических факторов, к которым относятся: температура окружающей среды, влажность и давление воздуха, ветер, дождь, иней и гололед, солнечная радиация, содержание в воздухе различных загрязнений. К этому необходимо добавить тепловые процессы, возникающие при протекании тягового тока по элементам сети, механическое воздействие на них со стороны токоприемников, электрокоррозионные процессы, многочисленные циклические механические нагрузки, износ и др. Все устройства контактной сети должны быть способны противостоять действию перечисленных факторов и обеспечивать высокое качество токосъема в любых условиях эксплуатации.
В отличие от других устройств электроснабжения, контактная сеть не имеет резерва, поэтому к ней по надежности предъявляют повышенные требования, с учетом которых осуществляются ее проектирование, строительство и монтаж, техническое обслуживание и ремонт.
Проектирование контактной сети
При проектировании контактной сети (КС) выбирают число и марку проводов, исходя из результатов расчетов системы тягового электроснабжения, а также тяговых расчетов; определяют тип контактной подвески в соответствии с максимальными скоростями движения ЭПС и другими условиями токосъема; находят длины пролета (гл. обр. по условиям обеспечения ее ветроустойчивости, а при высоких скоростях движения – и заданного уровня неравномерности эластичности); выбирают длину анкерных участков, типы опор и поддерживающих устройств для перегонов и станций; разрабатывают конструкции КС в искусственных сооружениях; размещают опоры и составляют планы контактной сети на станциях и перегонах с согласованием зигзагов проводов и учетом выполнения воздушных стрелок и элементов секционирования контактной сети (изолирующих сопряжений анкерных участков и нейтральных вставок, секционных изоляторов и разъединителей).
Основные размеры (геометрические показатели), характеризующие размещение контактной сети относительно других устройств, – высота Н подвешивания контактного провода над уровнем верха головки рельса; расстояние А от частей, находящихся под напряжением, до заземленных частей сооружений и подвижного состава; расстояние Г от оси крайнего пути до внутреннего края опор, находящегося на уровне головок рельсов, – регламентированы и в значительной мере определяют конструктивное выполнение элементов контактной сети (рис. 8.9).
Совершенствование конструкций контактной сети направлено на повышение ее надежности при снижении стоимости строительства и эксплуатации. Железобетонные опоры и фундаменты металлических опор выполняют с защитой от электрокоррозионного воздействия на их арматуру блуждающих токов. Увеличение срока службы контактных проводов достигается, как правило, применением на токоприемниках вставок с высокими антифрикционными свойствами (угольных, в т. ч. металлосодержащих; металлокерамических и др.), выбором рациональной конструкции токоприемников, а также оптимизацией режимов токосъема.
Для повышения надежности контактной сети осуществляют плавку гололеда, в т.ч. без перерыва движения поездов; применяют ветроустойчивые контактные подвески и т. д. Оперативности выполнения работ на контактной сети способствует применение телеуправления для дистанционного переключения секционных разъединителей.
Анкеровка проводов
Анкеровка проводов – прикрепление проводов контактной подвески через включенные в них изоляторы и арматуру к анкерной опоре с передачей на нее их натяжения. Анкеровка проводов бывает некомпенсированная (жесткая) или компенсированная (рис. 8.16) через компенсатор, изменяющий длину провода в случае изменения его температуры при сохранении заданного натяжения.
В середине анкерного участка контактной подвески выполняется средняя анкеровка (рис. 8.17), которая препятствует нежелательным продольным перемещениям в сторону одной из анкеровок и позволяет ограничить зону повреждения контактной подвески при обрыве одного из ее проводов. Трос средней анкеровки прикрепляют к контактному проводу и несущему тросу соответствующей арматурой.
Компенсация натяжения проводов
Компенсация натяжения проводов (автоматическое регулирование) контактной сети при изменении их длины в результате температурных воздействий осуществляется компенсаторами различных конструкций -блочно-грузовыми, с барабанами различного диаметра, гидравлическими, газогидравлическими, пружинными и др.
Наиболее простым является блочно-грузовой компенсатор, состоящий из груза и нескольких блоков (полиспаста), через которые груз присоединяют к анкеруемому проводу. Наибольшее распространение получил трех-блочный компенсатор (рис. 8.18), в котором неподвижный блок закреплен на опоре, а два подвижных вложены в петли, образуемые тросом, несущим груз и закрепленным другим концом в ручье неподвижного блока. Анкеруемый провод через изоляторы прикреплен к подвижному блоку. В этом случае вес груза составляет 1/4 номинального натяжения (обеспечивается передаточное отношение 1:4), но перемещение груза вдвое больше, чем у двух-6лочного компенсатора (с одним подвижным блоком).
компенсаторах с барабанами разного диаметра (рис. 8.19) на барабан малого диаметра наматываются тросы, связанные с анкеру емыми проводами, а на барабан большего диаметра – трос, связанный с гирляндой грузов. Тормозное устройство служит для предотвращения повреждений контактной подвески при обрыве провода.
При особых условиях эксплуатации, особенно при ограниченных габаритах в искусственных сооружениях, незначительных перепадах температуры нагрева проводов и т. д., применяют компенсаторы и других типов для проводов контактной подвески, фиксирующих тросов и жестких поперечин.
Фиксатор контактного провода
Фиксатор контактного провода – устройство для фиксации положения контактного провода в горизонтальной плоскости относительно оси токоприемников. На криволинейных участках, где уровни головок рельсов различны и ось токоприемника не совпадает с осью пути, применяют несочлененные и сочлененные фиксаторы.Несочлененный фиксатор имеет один стержень, оттягивающий контактный провод от оси токоприемника к опоре (растянутый фиксатор) или от опоры (сжатый фиксатор) на размер зигзага. На электрифицированных ж. д. несочлененные фиксаторы применяют очень редко (в анкеруемых ветвях контактной подвески, на некоторых воздушных стрелках), т. к. образующаяся при этих фиксаторах «жесткая точка» на контактном проводе ухудшает токосъем.
Сочлененный фиксатор состоит из трех элементов: основного стержня, стойки и дополнительного стержня, на конце которого крепится фиксирующий зажим контактного провода (рис. 8.20). Вес основного стержня не передается на контактный провод, и он воспринимает только часть веса дополнительного стержня с фиксирующим зажимом. Стержни имеют форму, обеспечивающую надежный проход токоприемников при отжатии ими контактного провода. Для скоростных и высокоскоростных линий применяют облегченные дополнительные стержни, например, выполненные из алюминиевых сплавов. При двойном контактном проводе на стойке устанавливают два дополнительных стержня. На внешней стороне кривых малых радиусов монтируют гибкие фиксаторы в виде обычного дополнительного стержня, который через трос и изолятор крепят к кронштейну, стойке или непосредственно к опоре. На гибких и жестких поперечинах с фиксирующими тросами обычно используют полосовые фиксаторы (по аналогии с дополнительным стержнем), закрепленные шарнирно зажимами с ушком, установленным на фиксирующем тросе. На жестких поперечинах можно также крепить фиксаторы на специальных стойках.
Анкерный участок
Анкерный участок – участок контактной подвески, границами которого являются анкерные опоры. Деление контактной сети на анкерные участки необходимо для включения в провода устройств, поддерживающих натяжение проводов при изменении их температуры и осуществления продольного секционирования контактной сети. Это деление уменьшает зону повреждения в случае обрыва проводов контактной подвески, облегчает монтаж, техн. обслуживание и ремонт контактной сети. Длина анкерного участка ограничивается допустимыми отклонениями от задаваемого компенсаторами номинального значения натяжения проводов контактной подвески.
Отклонения вызваны изменениями положения струн, фиксаторов и консолей. Например, при скоростях движения до 160 км/ч максимальная длина анкерного участка при двусторонней компенсации на прямых участках не превышает 1600 м, а при скоростях 200 км/ч допускается не более 1400 м. В кривых длина анкерных участков уменьшается тем больше, чем больше протяженность кривой и меньше ее радиус. Для перехода с одного анкерного участка на следующий выполняют неизолирующие и изолирующие сопряжения.
Сопряжение анкерных участков
Сопряжение анкерных участков – функциональное объединение двух смежных анкерных участков контактной подвески, обеспечивающее удовлетворительный переход токоприемников ЭПС с одного из них на другой без нарушения режима токосъема благодаря соответствующему размещению в одних и тех же (переходных) пролетах контактной сети конца одного анкерного участка и начала другого. Различают сопряжения неизолирующие (без электрического секционирования контактной сети) и изолирующие (с секционированием).
Неизолирующие сопряжения выполняют во всех случаях, когда требуется включить в провода контактной подвески компенсаторы. При этом достигается механическая независимость анкерных участков. Такие сопряжения монтируют в трех (рис. 8.21,а) и реже в двух пролетах. На высокоскоростных магистралях сопряжения иногда выполняют в 4-5 пролетах из-за более высоких требований к качеству токосъема. На неизолирующих сопряжениях имеются продольные электрические соединители, площадь сечения которых должна быть эквивалентна площади сечения проводов контактной сети.
Изолирующие сопряжения применяют при необходимости секционирования контактной сети, когда, кроме механической, нужно обеспечить и электрическую независимость сопрягаемых участков. Такие сопряжения устраивают с нейтральными вставками (участками контактной подвески, на которых нормально напряжение отсутствует) и без них. В последнем случае обычно применяют трех-или четырехпролетные сопряжения, располагая контактные провода сопрягаемых участков в среднем пролете (пролетах) на расстоянии 550 мм один от другого (рис. 8.21,6). При этом образуется воздушный промежуток, который совместно с изоляторами, включенными в приподнятые контактные подвески у переходных опор, обеспечивает электрическую независимость анкерных участков. Переход полоза токоприемника с контактного провода одного анкерного участка на другой происходит так же, как и при неизолирующем сопряжении. Однако, когда токоприемник находится в среднем пролете, электрическая независимость анкерных участков нарушается. Если такое нарушение недопустимо, применяют нейтральные вставки разной длины. Ее выбирают такой, чтобы при нескольких поднятых токоприемниках одного поезда было исключено одновременное перекрытие обоих воздушных промежутков, что привело бы к замыканию проводов, питающихся от разных фаз и находящихся под различными напряжениями. Сопряжение с нейтральной вставкой во избежание пережога контактного провода ЭПС проходит на выбеге, для чего за 50 м до начала вставки устанавливают сигнальный знак «Отключить ток», а после конца вставки при электровозной тяге через 50 м и при моторвагонной тяге через 200 м – знак «Включить ток» (рис. 8.21,в). На участках со скоростным движением необходимы автоматические средства отключения тока на ЭПС. Чтобы можно было вывести поезд при его вынужденной остановке под нейтральной вставкой, предусмотрены секционные разъединители для временной подачи напряжения на нейтральную вставку со стороны направления движения поезда.
Секционирование контактной сети
Секционирование контактной сети – разделение контактной сети на отдельные участки (секции), электрически разъединенные изолирующими сопряжениями анкерных участков или секционными изоляторами. Изоляция может быть нарушена во время прохода токоприемника ЭПС по границе раздела секций; если такое замыкание недопустимо (при питании смежных секций от различных фаз или принадлежности их к различным системам тягового электроснабжения), между секциями размещают нейтральные вставки. В условиях эксплуатации электрическое соединение отдельных секций осуществляют, включая секционные разъединители, установленные в соответствующих местах. Секционирование необходимо также для надежной работы устройств электроснабжения в целом, оперативного технического обслуживания и ремонта контактной сети с отключением напряжения. Схема секционирования предусматривает такое взаимное расположение секций, при котором отключение одной из них в наименьшей степени влияет на организацию движения поездов.Секционирование контактной сети бывает продольным и поперечным. При продольном секционировании осуществляют разделение контактной сети каждого главного пути вдоль электрифицированной линии у всех тяговых подстанций и постов секционирования. В отдельные продольные секции выделяют контактную сеть перегонов, подстанций, разъездов и обгонных пунктов. На крупных станциях, имеющих несколько электрифицированных парков или групп путей, контактная сеть каждого парка или групп путей образует самостоятельные продольные секции. На очень крупных станциях иногда выделяют в отдельные секции контактную сеть одной или обеих горловин. Секционируют также контактную сеть в протяженных тоннелях и на некоторых мостах с ездой понизу. При поперечном секционировании осуществляют разделение контактной сети каждого из главных путей на всем протяжении электрифицированной линии. На станциях, имеющих значительное путевое развитие, применяют дополнительное поперечное секционирование. Число поперечных секций определяется числом и назначением отдельных путей, а в ряде случаев и режимами трогания ЭПС, когда необходимо использовать площадь сечения контактных подвесок соседних путей.
Секционирование с обязательным заземлением отключенной секции контактной сети предусматривают для путей, на которых могут находиться люди на крышах вагонов или локомотивов, либо путей, вблизи которых работают подъемно-транспортные механизмы (погрузочно-разгрузочные, экипировочные пути и др.). Для обеспечения большей безопасности работающих в этих местах соответствующие секции контактной сети соединяют с другими секциями секционными разъединителями с заземляющими ножами; эти ножи заземляют отключаемые секции при отключении разъединителей.
На рис. 8.22 приведен пример схемы питания и секционирования станции, расположенной на двухпутном участке линии, электрифицированной на переменном токе. На схеме показаны семь секций – четыре на перегонах и три на станции (одна из них с обязательным заземлением при ее отключении). Контактная сеть путей левого перегона и станции получает питание от одной фазы энергосистемы, а путей правого перегона – от другой. Соответственно выполнено секционирование с помощью изолирующих сопряжений и нейтральных вставок. На участках, где требуется плавка гололеда, на нейтральной вставке устанавливают два секционных разъединителя с моторными приводами. Если плавка гололеда не предусмотрена, достаточно одного секционного разъединителя с ручным приводом.
Для секционирования контактной сети главных и боковых сетей на станциях применяют секционные изоляторы. В некоторых случаях секционные изоляторы используют для образования на контактной сети переменного тока нейтральных вставок, которые ЭПС проходит, не потребляя тока, а также на путях, где длина съездов недостаточна для размещения изолирующих сопряжений.
Соединение и разъединение различных секций контактной сети, а также соединение с питающими линиями осуществляют с помощью секционных разъединителей. На линиях переменного тока, как правило, применяют разъединители горизонтально-поворотного типа, на линиях постоянного тока – вертикально-рубящего. Управляют разъединителем дистанционно с пультов, установленных в дежурном пункте района контактной сети, в помещениях дежурных по станциям и в других местах. Наиболее ответственные и часто переключаемые разъединители установлены в сети диспетчерского телеуправления.
Различают разъединители продольные (для соединения и разъединения продольных секций контактной сети), поперечные (для соединения и разъединения ее поперечных секций), фидерные и др. Их обозначают буквами русского алфавита (например, продольные -А, Б, В, Г; поперечные – П; фидерные – Ф) и цифрами, соответствующими номерам путей и секций контактной сети (например, П23).
Для обеспечения безопасности проведения работ на отключенной секции контактной сети или вблизи нее (в депо, на путях экипировки и осмотра крышевого оборудования ЭПС, на путях погрузки и разгрузки вагонов и др.) устанавливают разъединители с одним заземляющим ножом.
Воздушная стрелка
Воздушная стрелка – образована пересечением двух контактных подвесок над стрелочным переводом; предназначена для обеспечения плавного и надежного прохода токоприемника с контактного провода одного пути на контактный провод другого. Пересечение проводов осуществляется наложением одного провода (как правило, примыкающего пути) на другой (рис. 8.23). Для подъема обоих проводов при подходе токоприемника к воздушной стрелке на нижнем проводе укреплена ограничительная металлическая труба длиной 1-1,5 м. Верхний провод располагают между трубкой и нижним проводом. Пересечение контактных проводов над одиночным стрелочным переводом осуществляют со смещением каждого провода к центру от осей путей на 360-400 мм и располагают там, где расстояние между внутренними гранями головок соединительных рельсов крестовины составляет 730-800 мм. На перекрестных стрелочных переводах и при т. н. глухих пересечениях провода перекрещиваются над центром стрелочного перевода или пересечения. Воздушные стрелки выполняют, как правило, фиксированными. Для этого на опорах устанавливают фиксаторы, удерживающие контактные провода в заданном положении. На станционных путях (кроме главных) стрелки могут быть выполнены нефиксированными, если провода над стрелочным переводом располагаются в положении, заданном регулировкой зигзагов у промежуточных опор. Струны контактной подвески, находящиеся вблизи стрелок, должны быть двойными. Электрический контакт между контактными подвесками, образующими воздушную стрелку, обеспечивает электрический соединитель, установленный на расстоянии 2-2,5 м от места пересечения со стороны остряка. Для повышения надежности применяют конструкции стрелок с дополнительными перекрестными связями между проводами обеих контактных подвесок и скользящие поддерживающие двойные струны.
Опоры контактной сети
Опоры контактной сети – конструкции для закрепления поддерживающих и фиксирующих устройств контактной сети, воспринимающие нагрузку от ее проводов и других элементов. В зависимости от вида поддерживающего устройства опоры разделяют на консольные (однопутного и двухпутного исполнения); стойки жестких поперечин (одиночные или спаренные); опоры гибких поперечин; фидерные (с кронштейнами только для питающих и отсасывающих проводов). Опоры, на которых отсутствуют поддерживающие, но имеются фиксирующие устройства, называются фиксирующими. Консольные опоры разделяют на промежуточные – для крепления одной контактной подвески; переходные, устанавливаемые на сопряжениях анкерных участков,- для крепления двух контактных проводов; анкерные, воспринимающие усилие от анкеровки проводов. Как правило, опоры выполняют одновременно несколько функций. Например, опора гибкой поперечины может быть анкерной, на стойках жесткой поперечины могут быть подвешены консоли. К стойкам опор можно закрепить кронштейны для усиливающих и других проводов.
Опоры изготавливают железобетонными, металлическими (стальными) и деревянными. На отечественных ж. д. применяют в основном опоры из предварительно напряженного железобетона (рис. 8.24), конические центрифугированные, стандартной длины 10,8; 13,6; 16,6 м. Металлические опоры устанавливают в тех случаях, когда по несущей способности или по размерам невозможно использовать железобетонные (например, в гибких поперечинах), а также на линиях с высокоскоростным движением, где предъявляются повышенные требования к надежности опорных конструкций. Деревянные опоры применяют только как временные.
Для участков постоянного тока железобетонные опоры изготавливают с дополнительной стержневой арматурой, расположенной в фундаментной части опор и предназначенной для уменьшения повреждений арматуры опор электрокоррозией, вызываемой блуждающими токами. В зависимости от способа установки железобетонные опоры и стойки жестких поперечин бывают раздельные и нераздельные, устанавливаемые непосредственно в грунт. Требуемая устойчивость нераздельных опор в грунте обеспечивается верхним лежнем или опорной плитой. В большинстве случаев применяют нераздельные опоры; раздельные используют при недостаточной устойчивости нераздельных, а также при наличии грунтовых вод, затрудняющих установку нераздельных опор. В анкерных железобетонных опорах применяют оттяжки, которые устанавливают вдоль пути под углом 45° и крепят к железобетонным анкерам. Железобетонные фундаменты в надземной части имеют стакан глубиной 1,2 м, в который устанавливают опоры и затем заделывают пазухи стакана цементным раствором. Для заглубления фундаментов и опор в грунт используют преимущественно способ вибропогружения.
Металлические опоры гибких поперечин изготавливают обычно четырехгранной пирамидальной формы, их стандартная длина 15 и 20 м. Продольные вертикальные стойки из углового проката соединяют треугольной решеткой, выполненной также из уголка. В районах, отличающихся повышенной атмосферной коррозией, металлические консольные опоры длиной 9,6 и 11 м закрепляют в грунте на железобетонных фундаментах. Консольные опоры устанавливают на призматических трехлучевых фундаментах, опоры гибких поперечин – либо на раздельных железобетонных блоках, либо на свайных фундаментах с ростверками. Основание металлических опор соединяют с фундаментами анкерными болтами. Для закрепления опор в скальных грунтах, пучинистых грунтах районов вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания, в слабых и заболоченных грунтах и т. п. применяют фундаменты специальных конструкций.
Консоль
Консоль – поддерживающее устройство, закрепленное на опоре, состоящее из кронштейна и тяги. В зависимости от числа перекрываемых путей консоль может быть одно-, двух- и реже многопутной. Для исключения механической связи между контактными подвесками различных путей и повышения надежности чаще используют однопутные консоли. Применяют неизолированные, или заземленные консоли, при которых изоляторы находятся между несущим тросом и кронштейном, а также в стержне фиксатора, и изолированные консоли с изоляторами, размещенными в кронштейнах и тягах. Неизолированные консоли (рис. 8.25) по форме могут быть изогнутыми, наклонными и горизонтальными. Для опор, установленных с увеличенным габаритом, применяют консоли с подкосами. На сопряжениях анкерных участков при монтаже на одной опоре двух консолей используют специальную траверсу. Горизонтальные консоли применяют в тех случаях, когда высота опор достаточна для закрепления наклонной тяги.
При изолированных консолях (рис. 8.26) возможно проводить работы на несущем тросе вблизи них без отключения напряжения. Отсутствие изоляторов на неизолированных консолях обеспечивает большую стабильность положения несущего троса при различных механических воздействиях, что благоприятно сказывается на процессе токосъема. Кронштейны и тяги консолей крепят на опорах с помощью пят, допускающих их поворот вдоль оси пути на 90° в обе стороны относительно нормального положения.
Гибкая поперечина
Гибкая поперечина – поддерживающее устройство для подвешивания и фиксации проводов контактной сети, расположенных над несколькими путями. Гибкая поперечина представляет собой систему тросов, натянутых между опорами поперек электрифицированных путей (рис. 8.27). Поперечные несущие тросы воспринимают все вертикальные нагрузки от проводов цепных подвесок, самой поперечины и других проводов. Стрела провеса этих тросов должна быть не менее Vio длины пролета между опорами: это уменьшает влияние температуры на высоту крепления контактных подвесок. Для повышения надежности поперечин используют не менее двух поперечных несущих тросов.
Фиксирующие тросы воспринимают горизонтальные нагрузки (верхний – от несущих тросов цепных подвесок и других проводов, нижний – от контактных проводов). Электрическая изоляция тросов от опор позволяет обслуживать контактную сеть без отключения напряжения. Все тросы для регулирования их длины закрепляют на опорах с помощью стальных штанг с резьбой; в некоторых странах с этой целью применяют специальные демпферы, преимущественно для крепления контактной подвески на станциях.
Токосъем
Токосъем – процесс передачи электрической энергии от контактного провода или контактного рельса к электрооборудованию движущегося или неподвижного ЭПС через токоприемник, обеспечивающий скользящий (на магистральном, промышленном и большей части городского электротранспорта) или катящийся (на некоторых видах ЭПС городского электротранспорта) электрический контакт. Нарушение контакта при токосъеме приводит к возникновению бесконтактной электродуговой эрозии, следствием чего является интенсивный износ контактного провода и контактных вставок токоприемника. При перегрузке точек контакта током в режиме движения возникают контактная электровзрывная эрозия (искрение) и повышенный износ контактирующих элементов. Длительная перегрузка контакта рабочим током или током КЗ при стоянке ЭПС может привести к пережогу контактного провода. Во всех этих случаях необходимо ограничивать нижний предел контактного нажатия для заданных условий эксплуатации. Чрезмерное контактное нажатие, в т.ч. в результате аэродинамического воздействия на токоприемник, повышение динамической составляющей и вызванное ими увеличение вертикального отжатия провода, особенно у фиксаторов, на воздушных стрелках, в местах сопряжения анкерных участков и в зоне искусственных сооружений, может снизить надежность контактной сети и токоприемников, а также увеличить интенсивность изнашивания провода и контактных вставок. Следовательно, верхний предел контактного нажатия также необходимо нормировать. Оптимизацию режимов токосъема обеспечивают скоординированные требования к устройствам контактной сети и токоприемникам, что гарантирует высокую надежность их эксплуатации при минимальных приведенных расходах.
Качество токосъема может определяться разными показателями (числом и продолжительностью нарушений механического контакта на расчетном участке пути, степенью стабильности контактного нажатия, близкой к оптимальному значению, интенсивностью изнашивания контактных элементов и др.), которые в значительной мере зависят от конструктивного выполнения взаимодействующих систем – контактной сети и токоприемников, их статических, динамических, аэродинамических, демпфирующих и других характеристик. Несмотря на то, что процесс токосъема зависит от большого числа случайных факторов, результаты исследований и опыт эксплуатации позволяют выявить основополагающие принципы создания систем токосъема с требуемыми свойствами.
Жесткая поперечина
Жесткая поперечина – служит для подвешивания проводов контактной сети, расположенных над несколькими (2-8) путями. Жесткая поперечина выполняется в виде блочной металлической конструкции (ригеля), установленной на двух опорах (рис. 8.28). Такие поперечины используют также для разрекрываемого пролета. Ригель со стойками соединен шарнирно или жестко с помощью подкосов, позволяющих разгрузить его в середине пролета и уменьшить расход стали. При размещении на ригеле осветительных приборов на нем выполняют настил с перилами; предусматривают лестницу для подъема на опоры обслуживающего персонала. Устанавливают жесткие поперечины гл. обр. на станциях и раздельных пунктах.
Изоляторы
Изоляторы – устройства для изоляции проводов контактной сети, находящихся под напряжением. Различают изоляторы по направлению приложения нагрузок и месту установки – подвесные, натяжные, фиксаторные и консольные; по конструкции – тарельчатые и стержневые; по материалу – стеклянные, фарфоровые и полимерные; к изоляторам относят также изолирующие элементы
Подвесные изоляторы – фарфоровые и стеклянные тарельчатые – обычно соединяют в гирлянды по 2 на линиях постоянного тока и по 3-5 (в зависимости от загрязнения воздуха) на линиях переменного тока. Натяжные изоляторы устанавливают в анкеровках проводов, в несущих тросах над секционными изоляторами, в фиксирующих тросах гибких и жестких поперечин. Фиксаторные изоляторы (рис. 8.29 и 8.30) отличаются от всех других наличием внутренней резьбы в отверстии металлической шапки для закрепления трубы. На линиях переменного тока применяют обычно стержневые изоляторы, а постоянного – и тарельчатые. В последнем случае в основной стержень сочлененного фиксатора включают еще один тарельчатый изолятор с серьгой. Консольные фарфоровые стержневые изоляторы (рис. 8.31) устанавливают в подкосах и тягах изолированных консолей. Эти изоляторы должны иметь повышенную механическую прочность, т. к. работают на изгиб. В секционных разъединителях и роговых разрядниках применяют обычно фарфоровые стержневые, реже тарельчатые изоляторы. В секционных изоляторах на линиях постоянного тока используют полимерные изолирующие элементы в виде прямоугольных брусков из пресс-материала, а на линиях переменного тока -в виде цилиндрических стеклопластиковых стержней, на которые надеты электрозащитные чехлы из фторопластовых труб. Разработаны полимерные стержневые изоляторы с сердечниками из стеклопластика и ребрами из кремнийорганического эластомера. Их применяют в качестве подвесных, секционирующих и фиксаторных; они перспективны для установки в подкосах и тягах изолированных консолей, в тросах гибких поперечин и т. п. В зонах промышленного загрязнения воздуха и в некоторых искусственных сооружениях проводится периодическая очистка (обмывка) фарфоровых изоляторов с помощью специальных передвижных средств.
Контактная подвеска
Контактная подвеска – одна из ос новных частей контактной сети, представляет собой систему проводов, взаимное расположение которых, способ механического соединения, материал и сечение обеспечивают необходимое качество токосъема. Конструкция контактной подвески (КП) определяется экономической целесообразностью, эксплуатационными условиями (максимальной скоростью движения ЭПС, наибольшей силой тока, снимаемого токоприемниками), климатическими условиями. Необходимость обеспечения надежного токосъема при возрастающих скоростях движения и мощности ЭПС определила тенденции изменения конструкций подвесок: сначала простые, затем одинарные с простыми струнами и более сложные – рессорные одинарные, двойные и специальные, в которых для обеспечения требуемого эффекта, гл. обр. выравнивания вертикальной эластичности (или жесткости) подвески в пролете, используются пространственно-вантовые системы с дополнительным тросом или другие.
При скоростях движения до 50 км/ч удовлетворительное качество токосъема обеспечивает простая контактная подвеска, состоящая только из контактного провода, подвешенного к опорам А и В контактной сети (рис. 8.10,а) или поперечным тросам.
Качество токосъема во многом определяется стрелой провеса провода, зависящей от результирующей нагрузки на провод, которая складывается из собственного веса провода (при гололеде вместе со льдом) и ветровой нагрузки, а также от длины пролета и натяжения провода. На качество токосъема большое влияние оказывает угол а (чем он меньше, тем хуже качество токосъема), значительно изменяется контактное нажатие, появляются ударные нагрузки в опорной зоне, происходит усиленный износ контактного провода и токосъемных вставок токоприемника. Несколько улучшить токосъем в опорной зоне можно, применив подвешивание провода в двух точках (рис. 8.10,6), что при определенных условиях обеспечивает надежный токосъем при скоростях движения до 80 км/ч. Заметно улучшить токосъем при простой подвеске можно, только существенно уменьшив длину пролетов с целью снижения стрелы провеса, что в большинстве случаев неэкономично, либо применив специальные провода со значительным натяжением. В связи с этим применяют цепные подвески (рис. 8.11), в которых контактный провод подвешен к несущему тросу с помощью струн. Подвеска, состоящая из несущего троса и контактного провода, называется одинарной; при наличии вспомогательного провода между несущим тросом и контактным проводом – двойной. В цепной подвеске несущий трос и вспомогательный провод участвуют в передаче тягового тока, поэтому они соединены с контактным проводом электрическими соединителями либо токопроводящими струнами.
Основной механической характеристикой контактной подвески принято считать эластичность – отношение высоты подъема контактного провода к приложенной к нему и направленной вертикально вверх силе. Качество токосъема зависит от характера изменения эластичности в пролете: чем она стабильнее, тем лучше токосъем. В простых и обычных цепных подвесках эластичность в середине пролета выше, чем у опор. Выравнивание эластичности в пролете одинарной подвески достигается установкой рессорных тросов длиной 12-20 м, на которых крепят вертикальные струны, а также рациональным расположением обычных струн в средней части пролета. Более постоянной эластичностью обладают двойные подвески, но они дороже и сложнее. Для получения высокого показателя равномерности распределения эластичности в пролете используют различные способы ее повышения в зоне опорного узла (установка пружинных амортизаторов и упругих стержней, торсионный эффект от скручивания троса и др.). В любом случае при разработке подвесок необходимо учитывать их диссипативные характеристики, т. е. устойчивость к воздействию внешних механических нагрузок.
Контактная подвеска является колебательной системой, поэтому при взаимодействии с токоприемниками может находиться в состоянии резонанса, вызванного совпадением или кратностью частот ее собственных колебаний и вынужденных колебаний, определяемых скоростью проследования токоприемника по пролету с заданной длиной. При возникновении резонансных явлений возможно заметное ухудшение токосъема. Предельной для токосъема является скорость распространения механических волн вдоль подвески. В случае превышения этой скорости токоприемнику приходится взаимодействовать как бы с жесткой, недеформируемой системой. В зависимости от нормируемых удельных натяжений проводов подвески такая скорость может составлять 320-340 км/ч.
Простые и цепные подвески состоят из отдельных анкерных участков. Закрепления подвески “на концах анкерных участков могут быть жесткими или компенсированными. На магистральных ж. д. применяют в основном компенсированные и полукомпенсированные подвески. В полукомпенсированных подвесках компенсаторы имеются только в контактном проводе, в компенсированных – еще и в несущем тросе. При этом в случае изменения температуры проводов (вследствие прохождения по ним токов, изменения температуры окружающей среды) стрелы провеса несущего троса, а следовательно, и вертикальное положение контактных проводов остаются неизменными. В зависимости от характера изменения эластичности подвесок в пролете стрелу провеса контактного провода принимают в диапазоне от 0 до 70 мм. Вертикальную регулировку полукомпенсированных подвесок осуществляют так, чтобы оптимальная стрела провеса контактного провода соответствовала среднегодовой (для данного района) температуре окружающего воздуха.
Конструктивную высоту подвески – расстояние между несущим тросом и контактным проводом в точках подвеса – выбирают исходя из технико-экономических соображений, а именно – с учетом высоты опор, соблюдения действующих вертикальных габаритов приближения строений, изоляционных расстояний, особенно в зоне искусственных сооружений и др.; кроме того, должен быть обеспечен минимальный наклон струн при экстремальных значениях температуры окружающего воздуха, когда могут возникнуть заметные продольные перемещения контактного провода относительно несущего троса. Для компенсированных подвесок это возможно, если несущий трос и контактный провод выполнены из различных материалов.
Для увеличения срока службы контактных вставок токоприемников контактный провод располагают в плане с зигзагом. Возможны различные варианты подвески несущего троса: в тех же вертикальных плоскостях, что и контактный провод (вертикальная подвеска), по оси пути (полукосая подвеска), с зигзагами, противоположными зигзагам контактного провода (косая подвеска). Вертикальная подвеска обладает меньшей ветроустойчивостью, косая – наибольшей, но она наиболее сложна при монтаже и обслуживании. На прямых участках пути в основном применяется полукосая подвеска, на криволинейных – вертикальная. На участках с особенно сильными ветровыми нагрузками широко используют ромбовидную подвеску, в которой два контактных провода, подвешенных к общему несущему тросу, располагаются у опор с противоположными зигзагами. В средних частях пролетов провода притянуты один к другому жесткими планками. В некоторых подвесках поперечная устойчивость обеспечивается применением двух несущих тросов, образующих в горизонтальной плоскости своего рода вантовую систему.
За рубежом в основном применяют цепные одинарные подвески, в т. ч. на скоростных участках – с рессорными проводами, простыми разнесенными опорными струнами, а также с несущими тросами и контактными проводами, имеющими повышенные натяжения.
Контактный провод
Контактный провод – наиболее ответственный элемент контактной подвески, непосредственно осуществляющий контакт с токоприемниками ЭПС в процессе токосъема. Как правило, используют один или два контактных провода. Два провода обычно применяют при съеме токов более 1000 А. На отечественных ж. д. применяют контактные провода с площадью сечения 75, 100, 120, реже 150 мм2; за рубежом – от 65 до 194 мм2. Форма сечения провода претерпевала некоторые изменения; в нач. 20 в. профиль сечения приобрел форму с двумя продольными пазами в верхней части – головке, служащими для закрепления на проводе арматуры контактной сети. В отечественной практике размеры головки (рис. 8.12) одинаковы для различных площадей сечения; в других странах размеры головки зависят от площади сечения. В России контактный провод маркируют буквами и цифрами, указывающими материал, профиль и площадь сечения в мм2 (например, МФ-150 – медный фасонный, площадь сечения 150 мм2).
Широкое распространение в последние годы получили низколегированные медные провода с присадками серебра, олова, которые повышают износо- и термостойкость провода. Лучшие показатели по износостойкости (в 2-2,5 раза выше, чем у медного провода) имеют бронзовые медно-кадмиевые провода, однако они дороже медных, а их электрическое сопротивление выше. Целесообразность применения того или иного провода определяется технико-экономическим расчетом с учетом конкретных условий эксплуатации, в частности при решении вопросов обеспечения токосъема на высокоскоростных магистралях. Определенный интерес представляет биметаллический провод (рис. 8.13), подвешиваемый в основном на приемо-отправочных путях станций, а также комбинированный сталеалюминиевый провод (контактная часть – стальная, рис. 8.14).
В процессе эксплуатации происходит изнашивание контактных проводов при токосъеме. Различают электрическую и механическую составляющие износа. Для предотвращения обрыва проводов из-за возрастания растягивающих напряжений нормируется максимальное значение износа (например, для провода с площадью сечения 100 мм допускаемый износ составляет 35 мм2); по мере увеличения износа провода периодически уменьшают его натяжение.
При эксплуатации разрыв контактного провода может произойти в результате термического воздействия электрического тока (дуги) в зоне взаимодействия с другим устройством, т. е. в результате пережога провода. Наиболее часто пережоги контактного провода происходят в следующих случаях: над токоприемниками неподвижного ЭПС вследствие КЗ в его высоковольтных цепях; при подъеме или опускании токоприемника из-за протекания тока нагрузки или КЗ через электрическую дугу; при увеличении контактного сопротивления между проводом и контактными вставками токоприемника; наличии гололеда; замыкании полозом токоприемника раз-нопотеициальных ветвей изолирующего сопряжения анкерных участков и др.
Основными мерами предотвращения пережогов провода являются: повышение чувствительности и быстродействия защиты от токов КЗ; применение на ЭПС блокировки, препятствующей подъему токоприемника под нагрузкой и принудительно отключающей ее при опускании; оборудование изолирующих сопряжений анкерных участков защитными устройствами, способствующими гашению дуги в зоне возможного ее возникновения; своевременные меры, предотвращающие гололедные отложения на проводах, и др.
Несущий трос
Несущий трос – провод цепной подвески, прикрепленный к поддерживающим устройствам контактной сети. К несущему тросу с помощью струн подвешивается контактный провод – непосредственно или через вспомогательный трос.
На отечественных ж. д. на главных путях линий, электрифицированных на постоянном токе, в качестве несущего троса применяют в основном медный провод с площадью сечения 120 мм2, а на боковых путях станций -сталемедный (70 и 95 мм2). За рубежом на линиях переменного тока используют также бронзовые и стальные тросы сечением от 50 до 210 мм2. Натяжение троса в полукомпенсированной контактной подвеске изменяется в зависимости от температуры окружающего воздуха в пределах от 9 до 20 кН, в компенсированной подвеске в зависимости от марки провода – в пределах 10-30 кН.
Струна
Струна – элемент цепной контактной подвески, с помощью которого один из ее проводов (как правило, контактный) подвешивается к другому – несущему тросу.
По конструкции различают: звеньевые струны, составленные из двух и более шар-нирно связанных звеньев жесткой проволоки; гибкие струны из гибкого провода или капронового каната; жесткие – в виде распорок между проводами, применяемые значительно реже; петлевые – из проволоки или металлической полосы, свободно подвешенной на верхнем проводе и жестко или шарнирно закрепленной в струновых зажимах нижнего (обычно контактного); скользящие струны, закрепленные на одном из проводов и скользящие вдоль другого.
На отечественных ж. д. наибольшее распространение получили звеньевые струны из биметаллической сталемедной проволоки диаметром 4 мм. Недостатком их является электрический и механический износ в сочленениях отдельных звеньев. В расчетах эти струны не рассматриваются как токопроводящие. Такого недостатка лишены гибкие струны из медного или бронзового многожильного провода, жестко прикрепленные к струновым зажимам и выполняющие роль электрических соединителей, распределенных вдоль контактной подвески и не образующих существенных сосредоточенных масс на контактном проводе, что характерно для типовых поперечных электрических соединителей, используемых при звеньевых и других непроводящих ток струнах. Иногда применяют непроводящие струны контактной подвески из капронового каната, для крепления которых требуются поперечные электрические соединители.
Скользящие струны, способные перемещаться вдоль одного из проводов, используют в полукомпенсированных цепных контактных подвесках с малой конструктивной высотой, при установке секционных изоляторов, в местах анкеровки несущего троса на искусственных сооружениях с ограниченными вертикальными габаритами и в других особых условиях.
Жесткие струны обычно устанавливают только на воздушных стрелках контактной сети, где они выполняют роль ограничителя подъема контактного провода одной подвески относительно провода другой.
Усиливающий провод
Усиливающий провод – провод, электрически соединенный с контактной подвеской, служащий для снижения общего электрического сопротивления контактной сети. Как правило, усиливающий провод подвешивают на кронштейнах с полевой стороны опоры, реже – над опорами или на консолях вблизи несущего троса. Усиливающий провод применяют на участках постоянного и переменного тока. Снижение индуктивного сопротивления контактной сети переменного тока зависит не только от характеристик самого провода, но и от его размещения относительно проводов контактной подвески.
Применение усиливающего провода предусматривается на стадии проектирования; как правило, используется один или несколько многопроволочных проводов типа А-185.
Электрический соединитель
Электрический соединитель – отрезок провода с токопроводящей арматурой, предназначенный для электрического соединения проводов контактной сети. Различают поперечные, продольные и обводные соединители. Их выполняют из неизолированных проводов так, чтобы они не препятствовали продольным перемещениям проводов контактных подвесок.
Поперечные соединители устанавливают для параллельного соединения всех проводов контактной сети одного и того же пути (включая усиливающие) и на станциях для контактных подвесок нескольких параллельных путей, входящих в одну секцию. Поперечные соединители монтируют вдоль пути на расстояниях, зависящих от рода тока и доли сечения контактных проводов вобщем сечении проводов контактной сети, а также от режимов работы ЭПС на конкретных тяговых плечах. Кроме того, на станциях соединители размещают в местах трогания и разгона ЭПС.
Продольные соединители устанавливают на воздушных стрелках между всеми проводами контактных подвесок, образующих эту стрелку, в местах сопряжений анкерных участков – с двух сторон при неизолирующих сопряжениях и с одной стороны -при изолирующих сопряжениях и в других местах.
Обводные соединители применяют в тех случаях, когда требуется восполнить прерванное или уменьшившееся сечение контактной подвески из-за наличия промежуточных анкеровок усиливающих проводов или при включении в несущий трос изоляторов для прохода через искусственное сооружение.
Арматура контактной сети
Арматура контактной сети – зажимы и детали для соединения проводов контактной подвески между собой, с поддерживающими устройствами и опорами. Арматура (рис. 8.15) делится на натяжную (стыковые, концевые зажимы и др.), подвесную (струновые зажимы, седла и др.), фиксирующую (фиксирующие зажимы, держатели, ушки и др.), токопроводящую, механически мало нагруженную (зажимы питающие, соединительные и переходные – от медных к алюминиевым проводам). Изделия, входящие в состав арматуры, в соответствии с их назначением и технологией производства (литье, холодная и горячая штамповка, прессование и др.) выполняют из ковкого чугуна, стали, медных и алюминиевых сплавов, пластмасс. Технические параметры арматуры регламентируются нормативными документами.
Контактная сеть
Густая контактная сеть в троллейбусном парке Сиэтла
Конта́ктная сеть - техническое сооружение электрифицированных железных дорог и других видов транспорта (метро , трамвая , троллейбуса , фуникулёра), служащее для передачи электроэнергии с тяговых подстанций на электроподвижной состав.
Кроме того, с помощью контактной сети обеспечивается снабжение нетяговых железнодорожных потребителей (освещение станций , переездов, питание путево́го инструмента).
Контактная сеть бывает двух типов:
- Контактные рельсы (на троллейбусе не применяются).
Несмотря на то, что на рельсовом транспорте ходовые рельсы обычно применяются для отвода обратного тягового тока, - они, как правило, не рассматриваются в качестве части контактной сети.
Основными элементами контактной сети являются:
- Опоры и опорные конструкции
- Контактные подвески
- Арматура и спецчасти
- Контактные, питающие и усиливающие провода, подключённые к электрической сети
В декабре 2003 года Департаментом электрификации и энергоснабжения ОАО «Российские железные дороги» была выпущена инструкция по применению термодиффузионного цинкования деталей и конструкций контактной сети. Данная инструкция распространяется на защитные цинковые покрытия, наносимые методом термодиффузионного цинкования на резьбовые детали, арматуру, конструкции контактной сети и другие изделия из углеродистой и низкоуглеродистой стали, в том числе повышенной прочности, на чугунные детали контактной сети, включая чугунные оконцеватели фарфоровых изоляторов.
Воздушная контактная сеть
Контактная сеть трамвая
Составные части воздушной контактной сети:
- Несущий трос
- Арматура
- Специальные части для контактной сети (пересечения, стрелки , секционные изоляторы)
- Усиливающий провод
- Контактный провод
Воздушная контактная сеть подвешивается на различных опорах. При этом между точками подвески наблюдается провисание контактного провода. Большая стрела провисания вредит контактной сети, так как движущийся вдоль контактного провода токоприёмник может в точках подвески отрываться от провода.
- Подвеска
В момент отрыва между токоприёмником и проводом образуется электрическая дуга. Восстановление контакта происходит с ударом токоприёмника о провод. Также происходит раскачивание токоприёмников. Перечисленные явления ускоряют износ контактного провода и токоприёмников, ухудшают качество токосъёма, а также создают радиопомехи. Избежать этих явлений позволяют:
- Эластичная подвеска. При этом проходя точку подвеса токоприёмник приподнимает подвес.
- Регулировка натяжения провода с целью уменьшения стрелы провисания. Регулировка может осуществляться как вручную, два раза в год, так и автоматически, с помощью противовесов. Некоторые разновидности подвесок, например маятниковая, не требуют специальных приспособлений для регулировки натяжения.
Контактный рельс
Контактный рельс - жёсткий контактный провод, предназначенный для осуществления скользящего контакта с токоприёмником подвижного состава (электровоза , моторного вагона).
Изготавливается из мягкой стали, форма и поперечные размеры схожи с формой и размерами обычных рельсов. Рельс крепится при помощи изоляторов к кронштейнам, которые в свою очередь монтируются на шпалы ходовых рельсов.
Секционирование контактной сети
Для обеспечения возможности питания контактной сети от нескольких тяговых подстанций , а также для ремонта отдельных участков без отключения всей контактной сети, применяется секционирование контактной сети . При этом, контактная сеть разбивается на участки, -т. н. секции. Каждая секция запитывается отдельным фидером от тяговой подстанции . В случае неисправности на тяговой подстанции (или повреждения фидера ) обычно есть возможность запитать секцию от другой тяговой подстанции . Таким образом, секционирование повышает надёжность контактной сети, обеспечивая бесперебойную подачу электроэнергии.
Изолирование секций
Для обеспечения надёжной изоляции секций и предотвращения образования дуги , которая может нарушить изоляцию между секциями при прохождении токосъёмников из одной секции в другую используются секционные изоляторы .
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Электрификация железных дорог России (СССР) ведет отсчет с 1926 г., с открытия движения пригородных электропоездов на участке Баку-Сабунчи-Сураханы протяженностью 19 км. В России первый электрифицированный участок Москва-Мытищи протяженностью 17,7 км введен в эксплуатацию в 1929 г.
Устройства электроснабжения железных дорог должны обеспечивать: бесперебойное движение поездов (при требуемых размерах движения); надежное электропитание различных устройств железнодорожного транспорта; электроснабжение всех потребителей железнодорожного транспорта.
Подвижной состав электрифицированных железных дорог и система электроснабжения составляют единую электрическую цепь. В систему электроснабжения электрифицированных дорог входят устройства, составляющие ее внешнюю и тяговую части.
Система тягового электроснабжения состоит из тяговых подстанций и электротяговой сети, устройство которых определяется применяемой системой электрической тяги.
Системы тока и напряжения контактной сети
Железные дороги могут быть электрифицированы по системе постоянного или переменного тока. Однако в обоих случаях на электроподвижном составе используются тяговые двигатели постоянного тока. Система тяги на трехфазном переменном токе не получила распространения из-за того, что приводит к ограничению напряжения в сети и скоростей движения из-за особенностей конструкции контактной подвески. Как правило, применяют систему питания электроподвижного состава однофазным переменным током, который непосредственно на локомотивах преобразуют в постоянный ток.
Тяговые подстанции на электрифицированных дорогах постоянного тока выполняют две основные функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный ток. От тяговых подстанций электроэнергию по питающим линиям подают в контактную сеть.
Тяговые подстанции подразделяются на подстанции постоянного и переменного тока. Подстанции постоянного тока размещают на расстоянии 15- 20 км одна от другой, а переменного - на расстоянии 40-50 км, располагая их обычно в районе железнодорожной станции.
Электровоз постоянного тока2ЭС10 «Гранит» с трёхфазными асинхронными тяговыми двигателями.
Промышленный электровоз постоянного тока ЕЛ2 (1,5 кВ), два верхних токоприёмника и четыре боковых.
Электровозы разных систем тока на станции стыкования: слева электровоз постоянного тока ВЛ8 М, справа электровоз переменного тока ВЛ80 Т
Двухсистемный электровозВЛ82 м
Тяговая сеть
Тяговая сеть состоит из контактной и рельсовой сетей, питающих и отсасывающих линий. Контактная сеть. На магистральных железных дорогах электроэнергию к токоприемникам электровозов и электропоездов подводят по воздушной контактной сети.
Контактная сеть представляет собой совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприемникам электроподвижного состава.
Высота подвески контактного провода над уровнем верха головки рельса должна быть на перегонах и железнодорожных станциях железнодорожного транспорта не ниже 5750 мм, а на железнодорожных переездах - не ниже 6000 мм.
Расстояние от оси крайнего железнодорожного пути до внутреннего края опор контактной сети на перегонах и железнодорожных станциях должно быть не менее 3100 мм.
Опоры в выемках должны устанавливаться вне пределов кюветов.
В особо сильно снегозаносимых выемках (кроме скальных) и на выходах из них (на длине 100 м) расстояние от оси крайнего железнодорожного пути до внутреннего края опор контактной сети должно быть не менее 5700 мм.
Перечень таких мест определяется, соответственно, владельцем инфраструктуры, владельцем железнодорожных путей необщего пользования.
На существующих линиях до их реконструкции, а также в особо трудных условиях на вновь электрифицируемых линиях расстояние от оси железнодорожного пути до внутреннего края опор контактной сети допускается на железнодорожных станциях не менее 2450 мм, а на перегонах - не менее 2750 мм.
Все указанные размеры устанавливаются для прямых участков пути. На кривых участках эти расстояния должны увеличиваться в соответствии с габаритным уширением, установленным для опор контактной сети.
Все указанные размеры установлены для прямых участков пути. На кривых участках эти расстояния должны увеличиваться в соответствии с габаритным уширением, установленным для опор контактной сети.
Контактную сеть выполняют в виде воздушных подвесок. При движении локомотива токоприемник не должен отрываться от контактного провода, иначе нарушается токосъем и возможен пережог провода. Надежная работа контактной сети в значительной мере зависит от стрел провеса провода и нажатия токоприемника на провод.
Виды контактных подвесок. На железных дорогах применяют в основном цепные контактные подвески: одинарные, двойные и одинарные с рессорными тросами.
Рис. Цепные контактные подвески - одинарная (а ), двойная (б ) и одинарная с рессорными тросами (в ): 1 - контактный провод; 2 - струна; 3 - несущий трос; 4 - вспомогательный провод; 5 - рессорный трос
Рис. Цепная подвеска: 1 - опора; 2 - тяга; 3 - консоль; 4 - изолятор; 5 - несущий трос; 6 - контактный провод; 7 - струны; 8 - фиксатор; 9 - изолятор
По способу натяжения проводов различают некомпенсированные, полукомпенсированные и компенсированные цепные подвески. Для возможности регулирования натяжения проводов контактную сеть делят на механически не зависимые друг от друга участки. На концах этих участков, называемых анкерными, провода закрепляют (анкеруют) к опорным устройствам. Для уменьшения стрел провеса при сезонном изменении температуры оба конца контактного провода (иногда и несущего троса) оттягивают к анкерным опорам и через систему блоков и изоляторов к ним подвешивают грузовые компенсаторы
В некомпенсированной цепной подвеске провода жестко закрепляют по концам на анкерных опорах. Натяжение в них и стрела провеса меняются в зависимости от температуры, ветровой нагрузки и гололеда.
В полукомпенсированной цепной подвеске с помощью грузов компенсаторов 5 автоматически поддерживается натяжение контактного провода при изменении метеорологических условий, а несущий трос закреплен на опорах 1 (рис. 2, а). При такой подвеске расстояние между опорами обычно равно 60-70 м. Применение рессорного подвешивания контактного провода к несущему тросу у опор при полукомпенсированной подвеске (рис. 1, в) позволяет обеспечить надежный токосъем для скоростей движения до 120 км/ч. На схеме рис. 2, б: 2 - оттяжка; 3 - несущий трос; 4 - ограничитель колебаний грузов; 6 - неподвижный ролик; 7 -подвижные ролики; 8 - изоляторы.
При компенсированной цепной подвеске (см. рис. 2, б) в контактном проводе 9 и несущем тросе автоматически поддерживается практически постоянное натяжение. Компенсированная подвеска обеспечивает нормальный токосъем при скоростях движения до 160 км/ч и выше.
Устройства секционирования контактной сети. В местах примыкания перегонов к станции и в отдельных случаях на перегонах применяют изолирующие сопряжения анкерных участков, которые обеспечивают так называемое продольное секционирование контактной сети.
Ф1-Ф6 – фидерные разъединители.
Н1, Н2 – разъединители нейтральных вставок.
П1, П2 – поперечные разъединители.
В, Г – продольные разъединители.
При питании отдельных участков от разных фаз переменного тока применяют сопряжение анкерных участков с нейтральной вставкой . Конструктивно оно состоит из двух воздушных промежутков, расположенных последовательно. Нейтральную вставку проектируют так, чтобы при любых сочетаниях поднятых токоприемников электровозов и электропоездов исключалась возможность одновременного замыкания обоих воздушных промежутков, т.е. соединения различных секций контактной сети.
Для разделения контактной сети станций на электрически независимые участки применяют секционные изоляторы. Электрическое соединение или разъединение отдельных секций контактной подвески осуществляют продольными секционными разъединителями.
Стыкование участков переменного и постоянного тока . Стыкование таких участков осуществляют на наших железных дорогах одним из двух способов. Первый способ - это секционирование контактной сети станции стыкования с переключением отдельных секций на питание от фидеров постоянного или переменного тока, второй - применение электроподвижного состава двойного питания, т.е. на электровозе происходит переключение с постоянного тока на переменный и наоборот.
Контактная сеть станций стыкования имеет группы изолированных секций: постоянного тока, переменного тока и переключаемые. В переключаемые секции подается электроэнергия через так называемые пункты группировки. Контактную сеть с одного рода тока на другой переключают специальными переключателями с моторными приводами, устанавливаемыми на пунктах группировки. К каждому пункту подведены две питающие линии переменного тока и две - постоянного от тяговой подстанции постоянно-переменного тока.
Железнодорожный транспорт на электрической тяге является наиболее производительным, экономичным и экологически безопасным. Поэтому с середины XX века и по настоящее время ведется активная работа по переводу железнодорожных магистралей на электрическую тягу. В настоящее время более 50 % железных дорог России являются электрифицированными. Кроме того, даже неэлектрифицированные участки железных дорог испытывают потребность в электрической энергии: она используется для целей обеспечения функционирования систем сигнализации, централизации, связи, освещения, работы вычислительной техники и т.д.
Электрическая энергия в России вырабатывается, являющимися предприятиями энергетической отрасли. Железнодорожный транспорт потребляет около 7% электроэнергии, производимой в нашей стране. Она расходуется на обеспечение тяги поездов и питание нетяговых потребителей, к которым относятся железнодорожные станции с их инфраструктурой, устройства локомотивного, вагонного и путевого хозяйства, а также устройтсва регулирования движения поездов. К системе электроснабжения железной дороги могут быть подключены расположенные вблизи нее небольшие предприятия и населенные пункты.
Согласно п. 1 Приложения № 4 к ПТЭ на железнодорожном транспорте должно быть обеспечено надежное электроснабжение электрического подвижного состава, устройств СЦБ, связи и вычислительной техники как потребителей электрической энергии I категории , а также других потребителей в соответствии с установленной для них категорией.
состоит из внешней сети (электростанции , трансформаторные подстанции , линии электропередачи ) и внутренних сетей (тяговая сеть , линии электроснабжения устройств СЦБ и связи , осветительная сеть и др.).
На вырабатывается трехфазный переменный электрический ток напряжением 6...21 кВ частотой 50 Гц. Для передачи электрической энергии к потребителям напряжение на повышают до 250…750 кВ и передают на большие расстояния с помщью (ЛЭП ). Вблизи мест потребления электроэнергии напряжение понижают до 110 кВ с помощью и подают в районные сети, к которым наряду с другими потребителями подключены электрифицированных железных дорог и, питающие нетяговые потребители, ток которым поступает по напряжением 6...10 кВ.
Назначение и виды тяговых сетей
предназначена для обеспечения электрической энергией электрического подвижного состава. Она состоит из контактных и рельсовых проводов , представляющих собой соответственно питающую и отсасывающую линии . Участки тяговой сети делят на секции (секционируют ) и подсоединяют к соседним. Это позволяет более равномерно загружать подстанции и контактную сеть, что в целом способствует снижению потерь электроэнергии в тяговой сети.
На железных дорогах России используют две системы тягового тока: постоянного и однофазного переменного .
На железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе , выполняют две функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока с помощью и преобразуют его в постоянный с помощью. От тяговой подстанции электричество через защитный быстродействующий выключатель подается в контактную сеть по - фидеру , а из рельсов возвращается обратно на тяговую подстанцию по.
Основными недостатками системы электроснабжения постоянного тока являются его постоянная полярность, относительно низкое напряжение в контактном проводе и утечки тока из-за отсутствия возможности обеспечить полную электроизоляцию верхнего строения пути от нижнего (""). Рельсы, служащие проводниками тока одной полярности, и земляное полотно представляют собой систему, в которой возможна электрохимическая реакция, приводящая к коррозии металла. В результате снижается срок службы рельсов и металлических конструкций, расположенных возле железнодорожного полотна. Для снижения этого эффекта применяют специальные защитные устройства - катодные станции и анодные заземлители .
Из-за относительно низкого напряжения в системе постоянного тока для получения необходимой мощности тягового подвижного состава (W=UI ) по тяговой сети должен протекать ток большой силы. Для этого тяговые подстанции размещают недалеко друг от друга (через каждые 10...20 км) и увеличивают площадь сечения, иногда применяя двойной и даже тройной контактный провод.
При электрификации на переменном токе по контактной сети передается требуемая мощность при бóльшем напряжении (25 кВ ) и, соответственно, меньшей силе тока по сравнению с системой постоянного тока. Тяговые подстанции в этом случае располагаются на расстоянии 50...70 км друг от друга. Их техническое оснащение проще и дешевле, чем у тяговых подстанций постоянного тока (отсутстсвуют выпрямители). Кроме того, сечение проводов контактной сети примерно в два раза меньше, что позволяет существенно экономить дорогостящую медь. Однако конструкция локомотивов и электропоездов переменного тока сложнее, а их стоимость выше.
Стыкование контактных сетей линий, электрифицированных на постоянном и переменном токе, осуществляют на специальных железнодорожных станциях - . На таких станциях имеется электрическое оборудование - , позволяющие на одни и те же участки станционных путей подавать как постоянный, так и переменный ток. Работа таких устройств взаимоувязывается с работой устройств централизации и сигнализации. Устройство станций стыкования требует больших капиталовложений. Когда создание таких станций представляется нецелесообразным, применяют двухсистемные и, работающие на обоих родах тока. При использовании такого ЭПС переход с одного рода тока на другой может происходить во время движения поезда по перегону.
Устройство контактной сети
Контактная сеть - это совокупность проводов, поддерживающих конструкций и другого оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к электрического подвижного состава. Основным требованием к конструкции контактной сети является обеспечение надежного постоянного контакта провода с токоприемником независимо от скорости движения поездов, климатических и атмосферных условий. В контактной сети нет дублируемых элементов, поэтому ее повреждение может повлечь за собой серьезное нарушение установленного графика движения поездов.
В соответствии с назначением электрифицированных путей используют простые и цепные воздушные контактные подвески . На второстепенных станционных и деповских путях при сравнительно небольшой скорости движения может применяться ("трамвайного " типа), представляющая собой свободно висящий натянутый провод, который закреплен с помощью изоляторов на опорах, расположенных на расстоянии 50…55 м друг от друга.
При высоких скоростях движения провисание контактного провода должно быть минимальным. Это обеспечивается конструкцией, в которой контактный провод между опорами прикреплен к несущему тросу с помощью часто расположенных проволочных струн . Благодаря этому расстояние между поверхностью головки рельса и контактным проводом остается практически постоянным. Для цепной подвески в отличие от простой требуется меньше опор: они располагаются на расстоянии 65...70 м друг от друга. На скоростных участках применяют, в которой к несущему тросу на струнах подвешивают вспомогательный провод , к которому также струнами крепят контактный провод. В горизонтальной плоскости контактный провод расположен относительно оси пути с отклонением у каждой опоры на ±300 мм. Благодаря этому обеспечиваются его ветроустойчивость и равномерное изнашивание контактных пластин токоприемников. Для уменьшения провисания контактного провода при сезонном изменении температуры его оттягивают к опорам, которые называются, и через систему к ним подвешивают. Наибольшая длина участка между анкерными опорами (анкерного участка ) устанавливается с учетом допустимого натяжения изношенного контактного провода и на прямых участках пути достигает 800 м.
Контактный провод изготавливают из твердотянутой электролитической меди сечением 85 , 100 или 150 мм 2 . Для удобства крепления проводов с помощью зажимов используют МФ .
Для надежной работы контактной сети и удобства обслуживания ее делят на отдельные участки - секции с помощью воздушных промежутков и нейтральных вставок , а также.
При проходе токоприемника электроподвижного состава по он своим полозом кратковременно электрически соединяет обе секции контактной сети. Если по условиям питания секций это недопустимо, то их разделяют, которая состоит из нескольких расположенных последовательно воздушных промежутков. Применение нейтральных вставок обязательно на линиях, электрифицированных на переменном токе, т.к. соседние секции контактной сети могут питаться от разных фаз, приходящих с электростанции, электрическое соединение которых друг с другом недопустимо. Проследовать ЭПС должен в режиме выбега и с выключенными вспомогательными машинами. Для ограждения мест секционирования контактной сети применяются специальные сигнальные знаки "", устанавливаемые на опорах контактной сети.
Соединение или разъединение секций осуществляется посредством, размещаемых на опорах контактной сети. Управление разъединителями может осуществляться как дистанционно с помощью установленного на опоре электропривода , связанного с пультом энергодиспетчера, так и вручную с помощью ручного привода , .
Схема оснащения контактными проводами станционных путей зависит от их назначения и типа станции. Над стрелочными переводами контактная сеть имеет так называемые, образуемые пересечением двух контактных подвесок.
На магистральных железных дорогах применяют и опоры контактной сети . Расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор на прямых участках должно быть не менее 3100 мм . В особых случаях на электрифицируемых линиях допускается сокращение указанного расстояния до 2450 мм - на станциях и до 2750 мм - на перегонах. На перегонах в основном применяют индивидуальную консольную подвеску контактного провода . На станциях (а в некоторых случаях и на перегонах) применяется групповая подвеска контактных проводов на и поперечинах .
Для защиты контактной сети от короткого замыкания между соседними тяговыми подстанциями располагают, оборудованные защитными выключателями . Все металлические конструкции, непосредственно взаимодействующие с элементами контактной сети или находящиеся в радиусе 5 м от них, заземляют (соединяют с рельсами). На линиях, электрифицированных на постоянном токе, применяют специальные диодные и искровые. Для защиты элементов и оборудования контактной сети от перенапряжений (например, вследствие удара молнии) на некоторых опорах устанавливают, имеющие дугогасительные рога .
Для электрической изоляции элементов контактной сети, находящихся под напряжением (контактного провода, несущего троса, струн, фиксаторов), от заземленных элементов (опор, консолей, поперечин и пр.) применяются. По выполняемым функциям изоляторы бывают подвесные , натяжные , фиксаторные , консольные , по конструкции - тарельчатые и стержневые , а по материалу, из которого они изготовлены - , и.
На электрифицированных железных дорогах по рельсам проходит обратный тяговый ток . Для сокращения потерь электроэнергии и обеспечения нормального режима работы устройств автоматики и телемеханики на таких линиях предусматривают следующие особенности устройства верхнего строения пути:
- к головкам рельсов с наружной стороны колеи приваривают (шунты), снижающие электрическое сопротивление рельсовых стыков;
- рельсы изолируют от шпал с помощью резиновых прокладок в случае применения железобетонных шпал и пропиткой деревянных шпал креозотом;
- используют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами, а между подошвой рельса и балластом обеспечивают зазор не менее 3 см;
- на линиях, оборудованных автоблокировкой и электрической централизацией, применяют изолирующие стыки, а для того чтобы пропускать тяговый ток в обход них, устанавливают или частотные фильтры .
Станции стыкования переменного и постоянного тока
Один из способов стыкования линий, электрифицированных на разных родах тока - это секционирование контактной сети с переключением отдельных секций на питание от фидеров постоянного или переменного тока. Контактная сеть станций стыкования имеет группы изолированных секций: постоянного тока, переменного тока и переключаемые. В переключаемые секции подается электроэнергия через. Контактную сеть с одного рода тока на другой переключают специальными с моторными приводами, устанавливаемыми на пунктах группировки. К каждому пункту подведены две питающие линии: переменного и постоянного тока от тяговой подстанции постоянно-переменного тока. Фидеры соответствующего рода тока этой подстанции подключают также к контактной сети горловин станции стыкования и прилегающих перегонов.
Для исключения возможности подачи на отдельные секции контактной сети тока, не соответствующего находящемуся там подвижному составу, а также выезда ЭПС на секции контактной сети с другой системой тока переключатели блокируют друг с другом и с устройствами электрической централизации . Управление переключателями включают в единую систему маршрутно-релейной централизации управления стрелками и сигналами станции. Дежурный по станции, собирая какой-либо маршрут, одновременно с установкой стрелок и сигналов в требуемое положение производит соответствующие переключения в контактной сети.
Маршрутная централизация на станциях стыкования имеет систему счета заезда и выезда электроподвижного состава на участки пути переключаемых секций контактной сети , что предотвращает попадание его под напряжение другого рода тока. Для защиты оборудования устройств электроснабжения и электроподвижного состава постоянного тока при попадании на них в результате каких-либо нарушений напряжения переменного тока имеется специальная аппаратура.
Требования к устройствам электроснабжения
Устройства электроснабжения должны обеспечивать надежное электроснабжение:
- электроподвижного состава для движения поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и интервалами между ними при требуемых размерах движения;
- устройств СЦБ, связи и вычислительной техники как потребителей электрической энергии I категории;
- всех остальных потребителей железнодорожного транспорта в соответствии с установленной категорией.
К устройствам электроснабжения тягового подвижного состава предъявляются описанные выше требования в отношеннии и .
Резервные источники электроснабжения усройств СЦБ должны быть в постоянной готовности и обеспечивать бесперебойную работу устройств СЦБ и переездной сигнализации в течение не менее 8 ч при условии, что питание не отключалось в предыдущие 36 ч. Время перехода с основной системы электроснабжения на резервную или наоборот не должно превышать 1,3 с.
Для обеспечения надежного электроснабжения должны проводиться периодический контроль состояния сооружений и устройств электроснабжения, измерение их параметров, приборами диагностики и осуществляться плановые ремонтные работы.
Устройства электроснабжения должны защищаться от токов короткого замыкания, перенапряжений и перегрузок сверх установленных норм.
Металлические подземные сооружения (трубопроводы, кабели и т.п.), а также металлические и железобетонные конструкции, находящиеся в районе линий, электрифицированных на постоянном токе, должны быть защищены от электрической коррозии.
В пределах искусственных сооружений расстояние от токонесущих элементов токоприемника и частей контактной сети, находящихся под напряжением, до заземленных частей сооружений и подвижного состава должно быть не менее 200 мм на линиях, электрифицированных на постоянном токе, и не менее 270 мм - на переменном токе.
С целью безопасности обслуживающего персонала и других лиц, а также для улучшения защиты от токов короткого замыкания заземляют или оборудуют устройствами защитного отключения металлические опоры и элементы, к которым подвешена контактная сеть, а также все металлические конструкции, расположенные ближе 5 м от частей контактной сети, находящихся под напряжением.
Карелин Денис Игоревич ® Орехово-Зуевский железнодорожный техникум имени В.И.Бондаренко "2017