Контактные сети и ВЛ железных дорог

Контактные сети и ВЛ железных дорог

КС входит в состав тяговой сети и представляет собой ее основную часть. Она выполняет функцию распределения и подвода энергии от подстанции к электроподвижному жел.дор. составу. Чтобы осуществить подвод энергии, создают токовую цепь, проходящую через двигатели подвижного состава. Цепь токовая формируется так, чтобы меж сетью контактной и токоприемником ЭПС обеспечивался скользящий непрерывный контакт. Токоприемник, двигаясь по проводам сети, обеспечивает так называемый токосъем. От качества процесса токосъема зависит и качество работы ЭПС, а также надежность сети в целом.

Для транспорта жел.дор. магистрального предусмотрены КС особой конструкции. В данной статье они будут подробно рассматриваться.

В основном большинство сетей контактных организуются воздушным путем, то есть располагаются на опорах, установленных в грунте, подвесом. Стандартная КС конструкция предполагает наличие проводов, разного значения, изоляторов, опорных и удерживающих конструкций. Среди проводов КС выделяют основной – это провод контактный. Он является ведущим, поскольку именно с ним контактирует приемник. От правильности размещения КП, его прочностных и технических характеристик зависит качество токосъема и, соответственно, работа ЭПС.

Для КС формируются правила и нормативы. Нормированные условия гласят, что КС не должна ограничивать скоростные режимы поездов на вверенных участках. Поэтому, чтобы обеспечить движение ЭПС с высокими скоростями, устранить отставание от графика, КС нужно организовывать с максимальной надежностью и функционалом. Притом важно, чтобы тех. характеристики не изменялись с изменением погодных условий, перепадами Т и проч. На практике осуществить это довольно сложно. Все потому, что в зоне скользящего контакта провода контактного и токоприемника сосредоточены токи тяговые с большими силами тока. Чтобы предотвратить соскальзывание токоприемника с провода и обеспечить непрерывный токосъем, токоприемник прижимают с помощью спец. пружин.

Достаточно просто добиться качественного и надежного съема тока только на линиях с небольшими υ движения ЭПС. Это около 60 км\ч. На линиях же с высокими υ (более 120 км\ч) движения качественный токосъем – это сложный процесс. Все дело в том, что при высоких υ любые изменения траектории движения токоприемника сразу сказываются на токосъеме. Также влияние климатических факторов при высоких скоростях значительно возрастает. Здесь прослеживается разное влияние. К примеру, изменения темп-р вызывают излишнее растяжение провода и его провисание. Это ухудшает прохождение по нему токоприемника. Порывы ветра, усиливающиеся на больших скоростях, смещают токоприемник, в результате чего сила его нажатия на провод уменьшается. И в том, и в другом случае токосъем ухудшается.

Также сильное негативное влияние на токосъем оказывают гололедные явления в зимнее время года. Налипший гололед вызывает удлинение провода и его провисание. Также возрастает сопротивление контакта скользящего, оно становится непостоянным. Все эти факторы вызывают возникновение искрения в пространстве меж приемником и проводом. Искрение вызывается дугами электричес-ми. Явление искрения отрицательно влияет на состояние проводов и приемника тока. Провода скорее изнашиваются и уже не могут обеспечивать устойчивой работы. Изнашиваются контактные проводные пластины, изготовляемые из меди. В некоторых случаях, если гололед слишком толстого слоя, возможен полный обрыв КП и отрыв от него токоприемника.

Крайне неприятно для КС влияние сразу ряда из отрицательных факторов среды. К примеру, это может быть суммарное влияние гололеда и сильного бокового ветра. В результате провод выходит с рабочей поверхности и может вызывать обрывы и нарушения в работе токоприемника.

Помимо основных климатических явлений на качество работы КС оказывают влияние и другие второстепенные факторы. Как то может быть: загрязненность и запыленность воздуха, присутствие в воздухе солей (на морских побережьях), влияние ультрафиолетового излучения солнца (т.е. интенсивность свечения и продолжительность солнечного дня) и проч.

Подобные факторы в совокупности могут оказывать существенное отрицательное влияние на работу КС. Избежать этого полностью невозможно, но возможно снизить. В частности, для того, чтобы снизить влияние на КС такого явления, как возникновение коррозии, в производстве опор и элементов КС применяются спец. антикоррозийные покрытия. Улучшается и совершенствуется качество изоляции, ведутся меры по предотвращению искрообразования, устраиваются громоотводы и проч.

Другой особенностью КС, с которой приходится считаться в плане технического оснащения, является то, что такая сеть не предусматривает резерва. Это означает, что в случае возникновения неисправности на данном участке сети движение ЭПС должно быть остановлено. Возобновить его будет возможно только после полной ликвидации поломки. Такой подход значительно влияет на графики движения поездов, а также приводит к потерям экономического характера. На пассажирском транспорте это также создает неудобства.

Все озвученные обстоятельства в совокупности позволяют четко определить основные требования к КС, которым она должна полностью соответствовать. Это:

- сеть конт-ая должна реализовывать движение ЭПС по маршрутам соответственно с принятыми нормами, графиками, скоростями, при нужных размерах движения, притом все должно проходить с минимальными задержками и бесперебойно;

- сохранять устойчивость с минимальными техническими потерями к негативным факторам среды и прочим эксплуатационным факторам;

- иметь достаточную надежность работы и запас прочности;

- составлять наиболее удобную для эксплуатации и обслуживания конструкцию, иметь надежные и легкосменяемые узлы, монтаж которых должен занимать минимум времени;

- обеспечивать скорое восстановление работы после неисправностей;

- иметь длительный срок службы;

- экономить затраты на проведение ремонтов, прочих действий обслуживания;

- обладать как можно меньшей строительной стоимостью и стоимостью организации СМР, при сохранении надежности и качества работы;

- требовать минимум участия дефицитных и дорогих материалов.

В практике реализации ЖД линий существуют также сети высоковольтной передачи, которые не связаны процессом токосъема. Эти линии требуются для выполнения других не менее важных функций на магистрали. К примеру, это линии обеспечения:

- сетей тяговых – КС фидеры, фидеры рельсовые;

- электрич. снабжения потребителей нетяговых – ДПР линии, линии ВЛ ЭЛ продольного;

- электр. питания устр. СЦБ и связных;

- усиления КС сечения – провода усиливающие;

- освещения путей, станций, перегонов;

- сигнализации и спец. сигналов.

Работа таких сетей на местности также зависит от ряда климатических факторов. Так сильный ветер и колебания темп-ры также могут нарушать положение проводов, смещение их габаритов, как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. Данное утверждение справедливо и для проводов, находящихся на стационарных опорах, так и для закрепленных меж зданиями, сооружениями, по искусственным каналам и т.д. Резкое снижение темп-ры и гололедные явления могут приводить к обрывам проводов и отключению питания для потребителей. На восстановление питания также понадобится определенное время. По ЖД сети существуют и потребители, отключение питания которых невозможно по ряду причин. Это, к примеру, устройства связи и СЦБ. Для них предусматривается резервное питание. В целом из всего сказанного можно сделать вывод, что прочие линии ВЛ на ЖД магистрали практически не отличаются по требованиям от линий сети контактной. Единственное отличие КС от линий ВЛ состоит в ходе токосъема.

На качество токосъема влияет и способ подвеса провода контактного на опорах над жд путями. Различают два основных типа подвеса проводов: это цепной и простой.

Подвес простого типа, который также называется простой подвеской, образуется обычным подвешиванием КП за опорные конструкции. Опорам обеспечивается хорошая изоляция. КП крепится к изоляторам. Изоляторы и прочие поддерживающие устройства удерживают КП в нужном положении, а также обеспечивают ему некоторый подъем при прохождении токоприемника под точками подвеса. Такое явление называют эластичностью.

Другое название подвески простой – подвеска трамвайная. Появилось оно потому, что такая подвеска часто применяется в практике обеспечения городских транспортных сетей, в т.ч. и трамвайных. Скорости движения на таком транспорте невелики, потому даже такая подвеска простой конфигурации способна обеспечить достаточный по качеству токосъем. Притом, что провисание провода в серединах пролетов у подобной системы довольно существенное. Принцип конструкции подвески простой, однако, дает возможность улучшать токосъем за счет увеличения сил натяжения проводов или уменьшения расстояний меж соседними опорами. Но ни один из этих методов для ЖД сетей не применим. Увеличение сил натяжения можно вести только до достижения предела прочности провода, а уменьшать расстояния меж опорами не выгодно с т.зрения мат. затрат. Поэтому такую подвеску на ЖД используют только по второстепенным линиям – путях депо, станционных путях.

При высоких υ движения целесообразно применять подвеску цепного типа. Она организуется следующим образом. Сначала по опорам КС подвешивают провод вспомогательный, так называемый НТ. Далее к тросу при задействии струн и зажимов крепится КП. Для фиксации положения провода применяются фиксаторы. В местах стыковки с опорами трос и провод обеспечиваются изоляцией. Чтобы провод находился на определенном расстоянии от плоскости рельсов и в определенном положении, его регулируют струнами. Также применяют автоматические способы регулировки. Однако это может быть реализовано только при более-менее постоянной Т. При изменениях Т удлинение или сжатие провода все-таки наблюдается, но показатели колебаний значительно меньшие, чем у простой подвески. Притом важно оценить тот факт, что натяжение провода контактного при ЦП меньше прочностных пределов провода. Это обеспечивает его меньший износ и более длительный срок службы. Также он более устойчив к появлению эл. дуг, искрению и проч.

Цепные подвески нашли гораздо большее применение по ЖД электрифицированным, во многом благодаря своей конструкции и тех. характеристикам. Они обеспечивают токосъем должного качества, более износостойки.

Прочие линии ВЛ на ЖД магистралях также имеют особенности подвеса, но они не такие существенные. Здесь качество токосъема не играет никакой роли, поскольку его там и не присутствует. От этих линий требуется только качество обеспечения электричеством, безотказность, больший срок службы, низкая стоимость. Провода усиливающие на ВЛ ЖД крепятся также на опорах КС, но с полевой стороны. Возможно и крепление их по отдельным опорам. Отличие от КС состоит в том, что здесь на каждую точку подвеса должен приходиться опорный или подвесной изолятор.

Провода для КС и ВЛ применяются разных типоразмеров и конструкций. Они могут изготовляться из разных материалов в пределах допустимых норм. К проводам предъявляются требования прочности, износостойкости, стойкости к коррозийным явлениям, хорошей электрической проходимости.

Провода могут различаться по форме, площ. сечения поперечного, материалу изготовления. Наиболее распространено изготовление проводов из меди электролитической твердонатянутой. Это придает им высокую прочность к действию механического характера. Крепление проводов ведут при помощи зажимов. Для провода в зажиме предусмотрены пазы (2). Провода могут иметь разный профиль: овальный, круглый. Различается и площ. сечения. На одних линиях могут быть использованы провода всех типов (если такое обусловлено проектом).

Существенно повысить прочность и устойчивость к износу для проводов можно применением в их составе бронзы. Также практикуется добавление незначительных масс других металлов (присадка). Обычно это хром, магний, кадмий и проч. Однако, некоторые из этих металлов способны улучшать стойкость провода, но ухудшать его электрическую проводимость. Это не дает возможности применять подобные провода по участкам с высокоскоростным движением ЭПС.

Чтобы на практике отличать провода бронзовые от медных в них устанавливают специальные канавки отличительные. Они формируются в верхнем сечении.

Участки с сильным воздействием ветра принято оборудовать проводами профиля овального. Они обладают гораздо лучшими характеристиками в аэродинамическом смысле.

К тросам несущим на КС предъявляются несколько другие требования, нежели к проводам. Для тросов главное гибкость и упругость, а также, несомненно, прочность. Они должны быть стойки к изменениям Т, иметь хорошую электр. проводимость. Тросы несущие в основном изготовляются из проводов многопроволочного вида. Провода в навивках медные, разного сечения. Они устойчивы к коррозии, но значительно изменяют длину при изменениях Т. Потому практикуют изготовление биметаллических тросов. Такие тросы экономят медь и имеют лучшие тех. характеристики.

Фидеры для КС и фидеры рельсового типа также должны иметь хорошую электрич. проводимость. Притом они должны быть экономически выгодными и крепкими.

Провода усиливающие на КС также должны быть крепкими, надежными и не дорогими. Чаще всего для их изготовления применяют провода из алюминия.

Соединители электрические должны иметь невысокое сопротивление переходное в зонах меж проводами подвеса провода контактного и провода усиливающего. Притом к ним предъявляются требования высокой гибкости. Для них используют провод медный.

Струны должны реализовывать хороший подъем провода приемником тока. Струны по пролетам под- и около-рессорные выполняют из проволоки биметалл. Чтобы они не мешали подъему КП приемником тока на токосъеме, их организуют в виде звеньев. Сейчас пользуются популярностью струны из канатов капроновых скрученных.

Тросы рессорные также должны отвечать требованиям в прочности, упругости, износостойкости. Они реализуют свободный подъем токоприемником участка КП, находящегося близко к опоре. Рессоры изготовляются из канатов капроновых или проволок.

Для проводов все чаще используется сплав «сталь-алюминий». Это более экономически выгодно, а также целесообразно с технической точки зрения, так как медные провода не в состоянии обеспечивать всех нужд КС, они менее прочны, имеют невысокий срок службы.