содержание   ..  30  31  32  33   ..

5.4.

Контактные сети и железнодорожные высоковольтные линии электропередачи

Контактная сеть - основная часть тяговой сети, которая обеспечивает передачу энергии от тяговой подстанции к движущемуся э.п.с. Для осуществления этого прежде всего необходимо создать цепь тока через двигатели э.п.с. Последнее будет возможно, если обеспечить надежный непрерывный скользящий контакт между контактной сетью и токоприемником движущегося э.п.с. или, как говорят, если обеспечить надежный непрерывный токосъем с контактной сети.

Ниже рассматриваются только воздушные контактные сети, используемые на магистральном железнодорожном транспорте. В общем случае они состоят из совокупности проводов различного назначения, среди которых главный - контактный провод, а также изоляторов, поддерживающих и опорных конструкций. Контактный провод является главным проводом контактной сети потому, что именно с ним контактирует токоприемник движущегося э.п.с. От расположения контактного провода в пространстве зависит обеспечение надежного, непрерывного токосъема с контактной сети.

Согласно требованиям ПТЭ устройства контактной сети не должны ограничивать наибольшие скорости движения электрических поездов, установленных графиком движения. Для удовлетворения этих требований контактная сеть прежде всего должна быть выполнена таким образом, чтобы надежный и непрерывный токосъем с контактной сети обеспечивался при любых расчетных погодных условиях в пределах расчетных скоростей движения. Сделать это совсем не просто, так как через скользящий контакт движущегося токоприемника с контактным проводом проходят большие тяговые токи (до 4000 А при системе постоянного и до 600 А при системе переменного тока). Чтобы такой

контакт был непрерывным, токоприемник поджимается к контактному проводу силами установленных на нем пружин.

Без особых усилий удается обеспечить надежный токосъем лишь при небольших скоростях движения поездов (до 60 км/ч). Однако при высоких скоростях движения (свыше 120 км/ч) добиться качественного токосъема трудно, так как на взаимодействии токоприемника и контактного провода начинают сказываться любые отклонения траектории точки скользящего контакта от прямолинейной, параллельной плоскости рельсов. При этом все большую роль начинает играть состояние окружающей среды: температура, влажность, сила и направление ветра и т. д. Например, встречный поток воздуха в зависимости от его направления по отношению к поверхности токоприемника (снизу вверх или сверху вниз) создает дополнительные усилия, увеличивающие или уменьшающие нажатие токоприемника на контактный провод и это сразу же сказывается на прямолинейности траектории точки скользящего контакта.

Условия токосъема дополнительно осложняются при повышении температуры, так как это приводит к удлинению всех проводов контактной сети и, как следствие, к провисанию контактного провода. Существенно ухудшает условия токосъема (особенно при больших скоростях движения) гололед на проводах контактной сети. Влияние его в какой-то мере эквивалентно увеличению температуры воздуха, поскольку также приводит к удлинению проводов контактной сети и дополнительному провисанию контактного провода. Гололед, кроме того, увеличивает сопротивление скользящего контакта, делает его непостоянным. Это приводит к искрению между контактным проводом и токоприемником, которое вызывается появляющимися и гаснущими короткими электрическими дугами. Искрение быстро изнашивает поверхность скольжения на контактном проводе и медные контактные пластины токоприемника, набрызгивая на них расплавленные капли меди от контактного провода или выкрашивая их, если контактные пластины угольные (графитовые). При толстой корке гололеда возможен полный отрыв токоприемника от контактного провода. Если такой обрыв достаточно длителен (1-2 с), то возобновление контакта приводит к появлению резких рывков тягового усилия электровоза.

Особо неприятно сказывается на токосъеме суммарное воздействие сразу нескольких осложняющих факторов, например, бокового ветра на провода контактной сети при гололеде. В этом случае может наблюдаться «выдувание» контактного провода с рабочей поверхности токоприемника, что приводит к его поломкам и даже к обрывам контактного провода.

На работу контактной сети оказывают влияние и такие факторы, как запыленность воздуха, загрязнение его, насыщенность солями в районах морских побережий , интенсивность солнечной радиации и др . Действуя в различных сочетаниях, особенно при повышенной влажности, эти факторы приводят к развитию коррозионных процессов в устройствах контактной сети, к нарушению работы изоляции, росту износа контактного провода и контактных пластин токоприемников.

Контактная сеть относится к числу тех редких технических устройств, которые не имеют резерва. При повреждениях ее на одном из путей движение по этому пути должно быть остановлено на время ремонта и восстановления работоспособности сети. В некоторых случаях можно организовать движение по другим путям, но это, как правило, приводит к нарушению графика движения и определенному народнохозяйственному ущербу, связанному с задержками поездов.

Указанные обстоятельства позволяют сформулировать требования к контактной сети, которым она должна удовлетворять. Очевидно контактная сеть должна:

- обеспечивать бесперебойное движение поездов с установленными нормами, скоростями и интервалами между поездами при требуемых размерах движения;

- противостоять воздействию различных расчетных климатических и эксплуатационных факторов, сохраняя при этом достаточный запас надежности в работе;

- иметь простую конструкцию, состоящую из высоконадежных легкозаменяемых узлов, позволяющих обеспечить быстрое восстановление работоспособности при повреждениях;

- обладать высокой долговечностью и требовать минимальных расходов на эксплуатационное обслуживание;

- иметь возможно меньшую строительную и монтажную стоимость при минимальном расходе дефицитных материалов.

На железных дорогах имеется большое количество высоковольтных линий электропередачи (ВЛ), непосредственно не связанных с токосъемом, которые выполняют самые различные функции: подводят электропитание к тяговой сети (фидеры контактной сети и рельсовые фидеры); обеспечивают электроснабжение нетяговых потребителей (линии ДПР, ВЛ продольного электроснабжения); усиливают сечение контактной сети (усиливающие провода); подводят электропитание к устройствам СЦБ и связи (ВЛ СЦБ); обеспечивают освещение станций и остановочных пунктов (осветительные ВЛ) и др.

На работу таких ВЛ, как и на контактные сети, большое влияние оказывают различные метеорологические факторы. Повышение температуры окружающего воздуха и ветер могут способствовать нарушению вертикальных и горизонтальных габаритов и установленных нормами расстояний от находящихся под напряжением проводов ВЛ до земли или каких-либо сооружений (пассажирские платформы, служебные здания, осветительные мачты, искусственные сооружения и др.). Понижение температуры так же, как и интенсивный гололед, могут привести к обрывам проводов и перерывам в питании потребителей электрической энергии на время, необходимое для устранения повреждений. Поэтому для потребителей электрической энергии, перерыв в питании которых недопустим даже на короткий промежуток времени (например, устройства СЦБ и связи), необходимо предусматривать

резервное питание. Из сказанного ясно, что к железнодорожным ВЛ предъявляются такие же высокие требования, как и к контактным сетям, за исключением требований токосъема.

Для создания условий токосъема контактный провод должен быть тем или иным способом подвешен над железнодорожным путем. Наиболее часто используют два вида подвешивания контактного провода: простое и цепное.

При простом подвешивании контактного провода или, как говорят, при простой подвеске (рис. 5.18,а) контактный провод 1 подвешивается непосредственно к конструкциям 4 опор контактной сети 2. Конструкции изолированы от опор изоляторами 3 и 5 и обеспечивают определенное расположение провода относительно оси пути и возможность некоторого его подъема (эластичность подвески) при проходе токоприемника под точкой подвешивания. Простую подвеску контактного провода еще называют трамвайной, так как она чаще всего используется в тяговых сетях городского электрифицированного транспорта, где скорости движения невелики и удается достичь приемлемых условий токосъема, несмотря на большое провисание провода в середине пролета между опорами контактной сети. Несомненно токосъем с простой подвески можно улучшить, увеличивая силу натяжения провода или уменьшая расстояния между опорами контактной сети. Однако увеличивать силу натяжения провода можно только до известных пределов, ограничиваемых прочностью провода. Уменьшение же расстояния между опорами экономически невыгодно. По указанным причинам на железных дорогах простую подвеску применяют только на второстепенных путях станций и путях депо.

Рис. 5.18. Схема простой (а) и цепной (б) подвесок контактного провода

Для больших скоростей движения идеальным явилось бы такое подвешивание контактного провода, при котором траектория точки

скользящего контакта движущегося токоприемника с контактным проводом прямолинейна и проходит параллельно плоскости рельсов.

Приближенно этого можно достичь при цепном подвешивании контактного провода или, как говорят, при цепной подвеске (рис. 5.18,б), когда на конструкциях 7 опор контактной сети 11 сначала подвешивается вспомогательный провод - несущий трос 3, к которому с помощью струн 4 на зажимах 6 подвешивается контактный провод 1. Расположение провода относительно оси пути фиксируется фиксаторами 2. Несущий трос и контактный провод изолированы от опоры изоляторами 5 и 8. Необходимого расположения контактного провода относительно плоскости рельсов удается добиться регулировкой длины струн и автоматической регулировкой натяжения контактного провода. Правда, это возможно только при неизменной температуре воздуха. При более высокой или низкой температуре из-за удлинения или укорачивания несущего троса будет наблюдаться соответственно провисание или поджатие контактного провода с максимальными значениями в середине пролета. Эти отклонения существенно меньше, чем у простой подвески. Важно и то, что необходимые натяжения контактного провода у цепной подвески ниже предела прочности провода, что обеспечивает ему значительно большую стойкость при воздействии электрической дуги (например, при коротких замыканиях на э.п.с.). На электрифицированных железных дорогах основное применение нашли цепные подвески, так как, совершенствуя различные узлы, можно добиться оптимального для качественного токосъема расположения контактного провода относительно плоскости рельсов.

Подвеска проводов других линий: например, усиливающих проводов контактной сети 10, питающих и рельсовых фидеров, железнодорожных высоковольтных линий (ВЛ и др.), располагаемых, как правило, на опорах контактной сети с полевой стороны или на отдельно стоящих опорах -простая, отличающаяся, однако, тем, что в каждой точке подвешивания провод крепится к подвесному или опорному изолятору.

В контактных сетях и ВЛ применяют провода различной конструкции, выполненные из разных материалов. Контактные провода должны иметь высокую механическую прочность, быть износоустойчивыми, неподверженными коррозии и обладать высокой электрической проводимостью. Контактные провода различают по форме, поперечному сечению и материалу (рис. 5.19). Изготавливают контактные провода в основном из твердотянутой электролитической меди, что придает им большую механическую прочность. Однако даже кратковременное (в течение нескольких секунд) воздействие электрической дуги при токах свыше 2000 А приводит к разупрочнению (отжигу) проводов и потере ими первоначальных механических свойств. То же действие оказывают длительно протекающие токи нагрузки, значения которых превышают допустимые. Наибольшее распространение получили провода марки МФ (М
- медный, Ф - фасонный). Для крепления на проводах различных зажимов

(например зажима 6 на рис. 5.18,б) предусмотрены два продольных паза, из-за которых их и называют фасонными. Различают провода круглого (рис. 5.19,а) и овального (рис. 5.19,б) профилей. Применяют в основном контактные провода с поперечным сечением 85, 100 и 150 мм2. Наиболее распространенный провод МФ-100 имеет размеры А и Н соответственно 12,8 и 11,8 мм.

Для повышения износостойкости, механической прочности и сопротивляемости разупрочнению при нагреве рекомендуется применение бронзового контактного провода марки БрФ. Небольшая присадка (до1%) кадмия, магния, хрома, циркония и других металлов улучшает в разной степени механические характеристики этого провода, но ухудшает

электрические параметры, что ограничивает его применение на участках с интенсивным движением поездов. Кроме того, этот провод имеют значительно большую стоимость, чем медные. Более перспективен низколегированный бронзовый контактный провод марки

НЛФ, такого же профиля, как и БрФ. В качестве легирующего компонента в нем используют магний, цирконий, олово, кремний и титан, а в некоторых зарубежных странах и серебро (ФРГ, Япония и др.), добавляемые в количестве не более 0,04-0,06 %. Электрические параметры такого провода не хуже, чем у медных, а механические - существенно лучше. К тому же он значительно дешевле бронзового провода марки БрФ.

Для отличия медных проводов от бронзовых и низколегированных бронзовых на последних предусмотрены отличительные канавки в верхней части сечения: для бронзовых - одна, а для низколегированных бронзовых -две, расположенные симметрично относительно вертикальной оси сечения (рис. 5.19, в,г).

На участках, подверженных сильным ветровым воздействиям, могут быть применены провода овального профиля (МФО, БрФО), имеющие лучшие аэродинамические характеристики по сравнению с круглыми проводами, что повышает ветроустойчивость контактных проводов (см. рис. 5.19,б).

Несущие тросы цепных подвесок должны быть более упругими и гибкими нежели контактные провода, иметь высокую механическую прочность, незначительно изменять длину при колебаниях температуры, быть устойчивым к коррозии и обладать достаточной электрической проводимостью. Для несущих тросов используют многопроволочные провода, свитые из 7 или 19 проволок. На главных путях станций и перегонах дорог постоянного тока применяют несущие тросы, свитые из медных проволок марки М сечением 95 и 120 мм2 (рис. 5.20,а). Они обладают высокой электрической проводимостью и устойчивостью к коррозии, однако существенно изменяют длину при колебаниях температуры и имеют меньшую механическую прочность по сравнению с биметаллическими проводами. Поэтому в цепных подвесках тех путей, где тяговые токи незначительны, и на участках переменного тока применяют биметаллические несущие тросы ПБСМ-70 (95) (ГОСТ 4775—75), ПБСМ-70 (95). Они свиты из отдельных биметаллических проволок, каждая из которых имеет стальную сердцевину, покрытую тонким слоем меди (рис. 5.20,б). С целью экономии меди на тех участках, где допустимо иметь большее сопротивление контактной сети, в качестве несущих тросов могут быть применены биметаллические сталеалюминевые провода марки ПБСА-50/70 (рис. 5.20,в).

Фидеры контактной сети и рельсовые фидеры должны иметь электрическую проводимость не меньшую, чем проводимость контактной сети и при этом быть достаточно прочными и дешёвыми. Этим условиям более всего отвечают алюминиевые провода марки А сечением 150 и 185
мм2.

Усиливающие провода контактной сети (см. рис. 5.18,б, 10) должны быть достаточно прочны и дешевы. Для них чаще всего также используют алюминиевые провода марки А сечением 150 и 185 мм2.

Электрические соединители (см. рис. 5.18,б, 9) должны обеспечить малое переходное сопротивление между проводами подвески контактного провода и усиливающими проводами и быть достаточно гибкими. Обычно применяют медный неизолированный гибкий провод марки МГ-70 или МГ-95.

Струны контактной сети должны обеспечивать беспрепятственный подъем контактного провода токоприемником э.п.с. Пролетные (см. рис. 5.18,б, 4), околоопорные и подрессорные струны изготавливают из биметаллической проволоки марки 4БСМ. Для того чтобы струны не препятствовали подъему контактного провода токоприемником при токосъеме, их выполняют из нескольких звеньев. В последнее время все чаще начинают применять гибкие струны из крученых капроновых канатов диаметром 4-6 мм.

Рессорные тросы контактной сети должны быть прочными и обеспечивать свободный подъем токоприемником участков контактного провода вблизи опор. Для рессорных тросов обычно используют проволоку марки 6БСМ, а также капроновые канаты диаметром 8-10 мм.

Провода ВЛ имеют сечение 20-35 мм2 в медном эквиваленте. Однако медные провода дороги и малопрочны, так как должны выдерживать гололед и ветер на пролетах длиной 50-80 м. По этой причине более подходящими являются сталеалюминевые провода марки АС сечением 35, 50 или 70 мм2 (ГОСТ 839—80).

содержание   ..  30  31  32  33    ..