Контактная сеть ее назначения и свойства. Устройство контактной сети

Часть системы тягового электроснабжения, состоящая из фидеров (питающих линий), контактной сети , рельсовой сети и отсасывающих линий, составляет тяговую сеть . В ряде случаев в тяговую сеть входят дополнительные провода и устройства, присоединенные к контактной и (или) рельсовой сетям.

Тяговая сеть (рис. 8.5) является сложной электрической цепью и содержит контуры, образованные проводами, рельсовой сетью и землей. Ток, протекающий от тяговой подстанции к ЭПС, распределяется между проводами контактной сети. Возврат тока на подстанцию осуществляется через рельсовую сеть и землю и далее по отсасывающей линии. Под действием взаимной индуктивной связи, проявляющейся между контурами тяговой сети при протекании переменного тока, в цепи рельсовая сеть – земля индуцируется ток, направленный противоположно вызвавшему его току в контактной сети.

Основные параметры тяговой сети

С увеличением площади сечения или числа проводов нагрузочная способность тяговой сети растет. Увеличение размеров движения, массы поездов и скорости их движения, а также стремление к сокращению числа тяговых подстанций (при большем расстоянии между ними) на электрифицированном участке приводят к необходимости повышения нагрузочной способности тяговой сети, что обычно обеспечивается подвешиванием усиливающего провода. Это позволяет увеличить допустимую силу тока в 1,5-2 раза, уменьшить значения R и L. На некоторых участках ж. д. переменного тока иногда требуется существенно (до 15 раз) снизить магнитное влияние на смежные коммуникации. В этом случае в тяговой сети устанавливают отсасывающие трансформаторы с обратным проводом (рис. 8.6,a). Такая сеть отличается более частым расположением изолирующих сопряжений анкерных участков и повышенными значениями R и L; улучшение ее характеристик достигается выбором определенных значений коэффициента трансформации, т. н. расщеплением обратного провода, рациональным размещением его на опорах. Кроме того, для снижения электромагнитного влияния тяговой сети переменного тока с повышенной нагрузочной способностью используют экранирующий провод, соединяемый в межподстанционной зоне с рельсовой сетью или со специальными заземлителями (рис. 8.6,6). Экранирующий провод применяют, как правило, совместно с усиливающим и подвешивают на опорах контактной сети. Под действием токов контактной подвески и усиливающего провода в контуре экранирующий провод - земля наводится ток, направленный встречно по отношению к вызвавшему его току. Чем ближе расположен экранирующий провод к усиливающему (с учетом допустимого расстояния по условиям изоляции), тем в большей степени снижаются L и магнитное влияние на смежные коммуникации.

Для улучшения параметров тяговой сети в ней повышают напряжение. Наиболее экономично, без изменения конструкции ЭПС и усиления изоляции контактной сети, это осуществляется с помощью питающего провода, находящегося под повышенным напряжением по отношению к контактной сети. Высокое напряжение, подаваемое от подстанции к питающему проводу, понижается статическими преобразователями (при постоянном токе) или автотрансформаторами (при переменном токе) до уровня, необходимого для ЭПС, и передается в контактную подвеску (рис. 8.6,в). Обычно используется тяговая сеть переменного тока с питающим проводом и автотрансформаторами. На отечественных ж. д. в таких сетях напряжение между питающим проводом и рельсовой сетью составляет 25 кВ, а между контактным проводом и питающим проводом – 50 кВ (система 2×25 кВ). Поскольку большая часть электроэнергии передается по питающему проводу, токовая нагрузка проводов контактной сети снижается в 1,5-1,8 раза, а значения R и L – в 2,2-2,6 раза. В системе 2×25 кВ возврат тока осуществляется в основном не по рельсовой сети и земле, а по питающему проводу. Вследствие этого магнитное влияние тяговой сети на линии связи уменьшается почти в 10 раз. Для существующих тяговых сетей и выбора их элементов для вновь электрифицируемых линий проводят сравнение технико-экономических показателей.

Блуждающие токи

Суммарное увеличение сопротивления обратной цепи тяговых токов в результате установки рельсовых стыков не должно быть выше 20% сопротивления бесстыкового рельсового пути. При необходимости снижения токов утечки с локальных участков пути (тоннели, станционные и деповские пути) можно применять вентильное секционирование рельсовой сети, что одновременно приводит к уменьшению электрокоррозии рельсов и деталей рельсовых скреплений, особенно в тоннелях. Показатели электрокоррозионной опасности блуждающих токов для сооружений и конструкций железнодорожного транспорта приведены в таблице 1. При выявлении такой опасности для подземных сооружений (кабели, трубопроводы) применяют активные средства защиты (рис. 8.7): поляризованный дренаж, катодную защиту, усиленный дренаж, дренажно-катодную защиту. Тип защиты выбирается по местным условиям в зависимости от потенциалов «сооружение – рельс».

Для железобетонных конструкций (опоры контактной сети, искусственные сооружения и др.) основным методом защиты от электрокоррозии токами утечки является электрическая изоляция заземляемых на рельсы металлических элементов крепления контактной сети от железобетона и его арматуры, для чего применяют изолирующие втулки, прокладки, шайбы и т. п.

Электрическая изоляция обеспечивается нормативным требованием уровня изоляции конструкций от земли равным 104 Ом. При невозможности достижения такого уровня в цепь заземления железобетонных конструкций на рельсы включают искровые или диодные заземлите ли, прерывающие коррозион-ноопасные токи утечки с рельсов в конструкции (рис. 8.8). В режиме короткого замыкания контактной сети на железобетонную конструкцию искровые промежутки и диодные заземлители на 200 А класса не ниже 20 обеспечивают отвод токов короткого замыкания на рельсы.

Электромагнитная совместимость

На работу различных электрических устройств и систем, расположенных вдоль электрифицированных линий железных дорог и обслуживающих ее, оказывают большое влияние электрические цепи ж. д. Это обстоятельство требует учитывать электромагнитную совместимость электротехнического оборудования (приборов, устройств, аппаратов), т.е. их способность работать удовлетворительно в электромагнитной среде, не создавая недопустимого влияния на окружающую среду, а также на другое техническое оборудование.
В Российской Федерации действует с 01.01.1999 г. Закон «Об обеспечении электромагнитной совместимости», согласно которому технические средства, являющиеся источниками электромагнитных излучений, в т.ч. трехфазные воздушные линии (ВЛ) и электрические ж. д., подлежат обязательной сертификации на соответствие уровням электромагнитных излучений, установленных государственными стандартами. Степень влияния зависит от симметричности цепей, как влияющих, так и подверженных влиянию.
Цепь симметрична, если параметры ее проводов – первичные (активное сопротивление, индуктивность, емкость между проводами и относительно земли, проводимость изоляции) и вторичные (волновое сопротивление и коэффициент распространения волны), одинаковы. Практически, вследствие имеющихся различий, все двух- и трехпроводные цепи частично или полностью несимметричны. К полностью несимметричным можно отнести следующие ВЛ: тяговую сеть электрических ж. д., линии передачи однофазного тока с использованием земли в качестве обратного провода; линии, работающие по системам «два провода – земля» (ДПЗ) и «два провода – рельс» (ДПР), а также с пофазным отключением проводов; линии передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения (выше 750 кВ) на сверхдальние расстояния (более 1000 км). Все остальные двухфазные и трехфазные ВЛ частично несимметричны.
Электромагнитным влияниям практически подвержены любые линии с меньшим уровнем передачи энергии, проложенные вблизи от электрической ж. д., – воздушные и кабельные линии телефонной и телеграфной связи, радиовещания, телеуправления и телесигнализации, рельсовые цепи автоблокировки, силовые и осветительные электрические сети, низковольтные линии электропередачи, отключенная контактная сеть соседних путей, а также проводящие элементы металлических сооружений, эстакад, трубопроводов, оболочек кабелей и др. В системе тягового электроснабжения источником электромагнитного влияния являются выпрямительно-инверторные агрегаты тяговых подстанций и электроподвижного состава, тиристорно-импульсные преобразователи дополнительных стационарных устройств питания и регулирования напряжения, генерирующие составляющие токов и напряжений с различными, а иногда и с меняющимися, частотами.
Влияющая цепь электрической ж. д.- контур, включающий в себя тяговую подстанцию, электрический локомотив и тяговую сеть. Влияющее напряжение тяговой сети равно рабочему напряжению переменного тока, а ток в земле, являющейся составной частью тяговой сети, соизмерим с рабочим током. Тяговая сеть практически полностью несимметрична и оказывает сильное влияние на соседние цепи. Линию, подверженную влиянию, называют смежной. Взаимное расположение влияющей и смежной линии, при котором могут возникать опасные и мешающие влияния, называют сближением, а расстояние между линиями, измеренное по перпендикуляру к влияющей линии, – шириной сближения. Сближение при неизменной ширине линии будет параллельным, при переменной ширине – косым, а при наличии параллельного и косого участков – сложным. Индуцированные напряжения и токи в смежной линии возникают вследствие воздействия на нее электромагнитного поля проводов тяговой сети. Для облегчения анализа и расчетов принято рассматривать электрическое и магнитное влияние.
Электрическое влияние проявляется в наведении в смежной линии потенциала по отношению к земле электрическим полем, создаваемым при наличии напряжения во влияющей линии. Если при этом тока в контактной сети нет, то можно рассматривать только электрическое влияние. Магнитное влияние проявляется в возникновении продольной эдс, индуцированной магнитным полем влияющей линии. Продольная эдс, распределяясь вдоль линии, создает в ней напряжение относительно земли, изменяющееся по длине линии; оно вызывает ток, замыкающийся через распределенную емкость линии (или через гальванические соединения с землей при их наличии). Если емкостная связь между контактной сетью и смежной линией очень мала (например, при значительной ширине сближения), можно рассматривать только магнитное влияние. При сложном сближении продольная эдс в начале линии, заземленной в конце, зависит от размеров контуров «контактная сеть-земля» и «смежная линия-земля», а также от ширины сближения, уменьшаясь при ее возрастании. В свою очередь размеры контуров зависят от проводимости земли и частоты влияющего тока: с их увеличением размеры обоих контуров уменьшаются. Продольная эдс определяется суммированием эдс, наведенных на каждом участке косого или параллельного сближения.
Смежные линии, имеющие заземления (однопроводные цепи – телеграфные, СЦБ, линии дистанционного питания усилителей междугородных цепей связи, заземленные или проложенные в земле металлические сооружения или коммуникации), подвержены также гальваническому влиянию, которое наиболее опасно на участках постоянного тока. На ж. д. переменного тока возникают опасные влияния, если в смежной линии наводится напряжение, превышающее установленное напряжение прикосновения для человека, или напряжение, допустимое по условиям работы аппаратуры и изоляции. Опасным является также индуцированное напряжение в линии СЦБ, которое может вызвать ложное срабатывание реле и привести к открытию сигнала на занятый участок. Опасное напряжение может возникнуть при наличии в контактной сети достаточно высокого напряжения (электрическое влияние), большого переменного тока (магнитное влияние), значительного потенциала рельсов (гальваническое влияние). Для защиты устройств и систем от опасных влияний применяют довольно сложные и дорогостоящие специальные меры.

Экранирование смежных линий

Принцип экранирования заключается в том, что провод, заземляемый по концам и расположенный вблизи контактной подвески, в той или иной степени снижает ее магнитное влияние на смежную линию. В смежной линии возникает эдс, представляющая собой векторную сумму эдс, индуцированных полями контактной сети и экранирующего провода. Суммарная эдс в смежной линии тем меньше, чем ближе по величине составляющие эдс и чем ближе угол между ними к 180°. Отношение эдс результирующей и наведенной током контактной сети называют коэффициентом экранирования.
При одновременном влиянии на смежную линию токов контактной сети и рельсов проявляется экранирующее действие рельсов. Возникающая в смежной линии продольная эдс определяется векторной суммой токов.
Экранирующее действие кабеля обусловлено наличием заземленных в ряде точек металлической оболочки и брони, которые представляют собой экранирующий провод. Коэффициент экранирования оболочки кабеля тем меньше, чем меньше ее активное сопротивление или больше индуктивность. Для уменьшения сопротивления в кабелях связи заменяют свинцовую оболочку алюминиевой. Индуктивность оболочки может быть увеличена применением бронеленты с повышенной относительной магнитной проницаемостью. Коэффициент экранирования оболочки уменьшается с возрастанием частоты влияющего тока.

Расчет опасных влияний

Расчетными при определении опасных влияний являются вынужденный режим (отключение одной из ТПС) и режим короткого замыкания в контактной сети; в этих режимах влияющий ток является наибольшим. Допустимое напряжение Ua в смежной линии зависит от назначения и вида линии, а также от расчетного режима. Так, для воздушных линий связи на деревянных опорах ид = 60 В в вынужденном режиме и 1000 В при коротком замыкании; на железобетонных опорах – соответственно 36 В и 160-250 В (в зависимости от времени отключения короткого замыкания). Для кабельных линий связи, обслуживаемых с соблюдением мер техники безопасности, 1/д = 0,21/исп при вынужденном режиме и при коротком замыкании (иисп – испытательное напряжение для кабеля связи, обычно 1800 В). При вынужденном режиме для воздушных и кабельных осветительных линий?/д = 300 В, для силовых линий -400 В; при коротком замыкании для тех и других {Уд = 1000 В (за исключением отдельных случаев).
Результирующее индуцированное влияние определяется одновременным воздействием разных видов влияний. Для воздушных смежных линий его определяют как векторную сумму напряжений электрического и магнитного влияния при угле сдвига векторов ок. 90°. В воздушных и кабельных однопро-водных линиях с рабочими заземлениями одновременно проявляются и магнитные и гальванические влияния (сдвиг по фазе также ок. 90°). Для кабельных линий без рабочих заземлений определяют только магнитное влияние (электрическое и гальваническое влияния не проявляются).
Влияющий ток в режиме короткого замыкания рассчитывается в конце фидерной зоны, если ее длина равна длине сближения со смежной линией. При длине сближения меньшей длины фидерной зоны расчетная точка выбирается в конце участка сближения. В вынужденном режиме (отключена одна из подстанций) учитывают, что тяговая сеть каждой из фидерных зон получает одностороннее питание от смежных подстанций. Несинусоидальные напряжения и токи в тяговой сети оказывают мешающее влияние на смежные линии, нормально работающие с малыми напряжениями и токами в диапазонах тональных и надтональных частот (линии связи и радиовещания). Мешающим влияниям подвержены также рельсовые цепи СЦБ и устройства автоматизации управления движением поездов, работающие с частотами 50; 75; 125; 175; 225; 275 и 325 Гц.
Выпрямительные агрегаты электровозов на участках переменного тока, а также выпрямительные и выпрямительно-инверторные агрегаты подстанций постоянного тока создают гармоники с разнообразными частотами и амплитудами. Если тяговая нагрузка составляет значительную долю мощности питающей энергосистемы и кривая питающего напряжения несинусоидальна (даже в пределах нормы), то содержащиеся в ней гармоники вызывают увеличение гармоник в выпрямленном напряжении. Диапазон гармонических колебаний весьма широк, в результате их воздействия в смежных линиях появляется напряжение шума (помех), затрудняющее или нарушающее их нормальную работу. Напряжением шума иш, или псофометрическим, называется напряжение с частотой 800 Гц на одном из концов линии связи (замкнутой на обоих концах на волновое сопротивление), создающее такое же мешающее действие, как и действительные индуцированные напряжения различных частот. Напряжения различной частоты создают в линиях связи и радиовещания неодинаковые помехи, поэтому их приводят к псофометрическому с помощью коэффициента акустического воздействия, учитывающего относительное влияние напряжений различных частот. Любая реальная двухпроводная линия имеет продольную и поперечную асимметрию (различные электрические параметры проводов по ее длине), вследствие чего в конце линии возникает напряжение помех, которое тем меньше, чем меньше асимметрия линии. Качество двухпроводной линии связи оценивается коэффициентом чувствительности ее к помехам от каждой гармоники. Коэффициент чувствительности – отношение напряжения помехи в конце линии к среднему значению напряжений обоих проводов относительно земли. При определении Um в качестве расчетного принимают нормальный режим работы системы электроснабжения. Допустимое напряжение шума составляет от 1 до 3,5 мВ для различных линий связи и определенной длины линии. Расчет UUi обычно проводится для гальванически неразделенного участка, т. е. участка, не содержащего трансформаторов, усилителей и фильтров, например усилительный участок в линии связи.

Обеспечение электромагнитной совместимости

Защитные меры, обеспечивающие совместимость электрических линий железных дорог и смежных линий, могут применяться как в источнике влияний – цепях электрической железной дороги, так и в подверженных влиянию смежных линиях. Защитные меры, применяемые в источнике влияний, называют активными, поскольку они уменьшают влияние на все смежные линии. Защитные меры, применяемые в смежной линии, могут защищать только данную линию, и поэтому их относят к пассивным.
Активными защитными мерами являются следующие: на ж. д. переменного тока – применение отсасывающих трансформаторов и демпфирующих устройств для гашения резонансных колебаний, на электрических ж. д. постоянного тока – установка многопульсовых преобразователей с достаточно высоким качеством выпрямленного напряжения, сглаживающих фильтров на тяговых подстанциях для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения. Кроме того, частичное снижение магнитных влияний достигается при двустороннем питании тяговой сети. Поскольку допустимое по условиям безопасности наведенное напряжение в линии связи может быть увеличено при сокращении времени его воздействия, необходимо повышать быстродействие релейной защиты, отключающей тяговую сеть при КЗ.
К основным пассивным защитным мерам относятся удаление смежной линии от влияющей и каблирование смежной линии; кроме того, дополнительно в линиях связи производят скрещивание проводов, симметрирование кабелей, повышение уровня напряжения передачи, используют компенсирующие устройства, запирающие и дренажные катушки, разделительные трансформаторы, разрядники. В рельсовых цепях автоблокировки применяют резонансные контуры и фильтры; в низковольтных электрических сетях осуществляют заземление нейтрали питающего трансформатора, устанавливают заземляющие активные или емкостные сопротивления, разделяют линии на более короткие участки, увеличивая число пунктов питания и присоединяя их в середине участка сближения.
На большинстве тяговых подстанций постоянного тока с 6-пульсовыми преобразователями (практически на всех смонтированных до 1960 г.) установлены однозвенные сглаживающие фильтры. При проектировании и электрификации новых участков железных дорог нормативными документами предусмотрена установка мощных двухзвенных сглаживающих фильтров (разработана ВНИИЖТ и Западно-Сибирской железной дорогой).
При установке на тяговых подстанциях 12- или 24-пульсовых преобразовательных агрегатов используют более простые однозвенные апериодические сглаживающие фильтры или монтируют агрегаты без фильтров.
Сглаживающий фильтр состоит из одного (однозвенный) или двух (двухзвенный) реакторов, включенных в рассечку в минусовую шину, резонансных и апериодического (емкостного) контуров. Реакторы выполняют на номинальное напряжение 3,3 кВ, номинальный ток 6500 и 3250 А из блоков заводского изготовления типа РБФА-У-6500/3250. Число блоков в сглаживающем фильтре определяется индуктивностью реакторов Lp, необходимой для достижения соответствующего коэффициента сглаживания. Индуктивность реактора не должна зависеть от проходящего через него тока нагрузки тяговой подстанции, поэтому реактор не имеет стального сердечника. Реакторы на номинальный ток 3250 А комплектуют из одного, двух, трех и четырех блоков с последовательно-параллельным соединением секций, а реакторы на номинальный ток 6500 А – с параллельным соединением секций. Для резонансных и апериодических контуров применяют бумажно-масляные конденсаторы ФМТ4-12, рассчитанные на номинальное напряжение 4 кВ.
Индуктивности резонансных контуров LK выполняют из двух катушек (основной и регулировочной) , включенных последовательно-встречно или последовательно-согласно. Эти катушки, изготовленные из медного провода ПР-500 различного сечения, имеющие различное количество витков для разных контуров, крепят на деревянных брусках и взаимно перемещают одну относительно другой. При изменении расстояния между катушками плавно изменяется их взаимоиндуктивность М и достигается требуемое значение индуктивности LK = LK\ ± LK2 ± Мк для настройки контура в резонанс напряжений на частоте гармоники (знак «+» соответствует последовательному согласному, а знак «-» – встречному включению катушек).
Резонансные катушки и конденсаторы устанавливают в отдельных помещениях закрытой части тяговой подстанции или в металлических шкафах (в случае применения комплектных РУ 3,3 кВ наружной установки). Реакторы, имеющие большие габаритные размеры и массу, размещают либо в пристройке к зданию тяговой подстанции, либо в камерах, выполненных из асбоцементных плит с металлическими ограждениями.
Для измерения мешающего напряжения и определения коэффициента сглаживания используется прибор-измеритель мешающего напряжения типа ИМН-3. Прибор состоит из двух комплектов, включаемых до и после сглаживающего фильтра, обычно в ячейке запасного быстродействующего выключателя. В каждый комплект входят измерительный и защитный блоки.
Электромагнитная совместимость электрических железных дорог с питающими электросистемами обеспечивается при проектировании и эксплуатации систем тягового электроснабжения. При этом учитываются взаи-мовлияющие факторы: несинусоидальность и несимметрия трехфазных питающих напряжений, значительный уровень реактивной мощности, потребляемой тяговыми нагрузками из питающей электросистемы, качество выпрямленного напряжения, перенапряжения.
Электрическая тяга переменного тока является не только мощным потребителем реактивной энергии и несинусоидального тока, но и мощной несимметричной однофазной нагрузкой, что приводит к появлению несимметрии напряжений в питающих электрических трехфазных системах.
Полностью исключить электромагнитное и гальваническое влияния одного электротехнического оборудования на другое, одних электрических цепей на другие практически невозможно, поэтому обычно стремятся снизить их до такой степени, при которой не нарушалась бы нормальная работа электрических цепей, подверженных влиянию, и выполнялись требования ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

Энергия, потребляемая железнодорожным транспортом, расходуется на обеспечение тяги поездов и питания нетяговых потребителей: станций, депо, мастерских, устройств регулирования движения поездов.

В систему электроснабжения электрифицированных железных дорог входят электростанции, районные трансформаторные подстанции, сети и линии электропередач, которые называют внешним электроснабжением. К внутреннему или тяговому электроснабжению относят тяговые подстанции и электротяговую сеть.

На электростанциях вырабатывается трехфазный переменный ток напряжением 6…21 кВ частотой 50 ГЦ. На трансформаторных подстанциях напряжение тока повышают до 750 кВ, в зависимости от дальности передачи электрической энергии потребителям. Вблизи мест потребления электроэнергии напряжение понижают до 110…220 кВ и подают в районные сети, к которым подключены тяговые подстанции электрифицированных железных дорог и трансформаторные подстанции дорог с тепловозной тягой.

Тяговая сеть состоит из контактных и рельсовых проводов, которые представляют соответственно питающую и отсасывающую линии. Участки контактной сети подсоединяют к соседним тяговым подстанциям.

На железных дорогах используют системы постоянного тока номинальным напряжением 3000 В и однофазного переменного тока номинальным напряжением 25 кВ частотой 50 Гц.

Основными параметрами, характеризующими систему электроснабжения электрифицированных железных дорог, являются мощность тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь контактной подвески.

Тяговые подстанции постоянного тока выполняют две функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный. Уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава при постоянном токе на любом блок-участке должен быть не более 4 кВ и не менее 2,7 кВ, а на отдельных участках допускается не менее 2,4 В. С учетом этих требований тяговые подстанции постоянного тока размещают недалеко друг от друга (10…20 км) при максимально допустимом сечении контактного провода.

Тяговые подстанции переменного тока служат только для понижения напряжения переменного тока (до 27, 5 кВ), получаемого от энергетических систем. На направлениях, электрифицированных на переменном токе с номинальным напряжением 25 кВ, расстояние между тяговыми подстанциями составляет 40…60 км. Площадь сечения проводов контактной сети в системе однофазного переменного тока примерно в два раза меньше, чем при постоянном токе. Однако конструкция локомотивов и электропоездов при переменном токе сложнее, а их стоимость выше.

Стыкование контактных сетей линий электрифицированных на разных системах тока осуществляется на специальных железнодорожных станциях.

Контактная сеть – это совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприемникам электрического подвижного состава.

Контактная сеть состоит из консолей, изоляторов, несущего троса, контактного провода, фиксаторов и струн и монтируется на металлических или железобетонных опорах (рис. 22.1).

Применяются простые (на второстепенных станционных и деповских путях) и цепные воздушные контактные сети. Простая контактная подвеска представляет собой свободно висящий провод, который закреплен на опорах. В цепной подвеске (рис. 22.1) контактный провод подвешен между опорами не свободно, а прикреплен к несущему тросу с помощью проволочных струн. Благодаря этому расстояние меду поверхностью головки и контактным проводом остается практически постоянным. Расстояние между опорами при цепной подвеске составляет 70…75 м.

Высота контактного провода над поверхностью головки рельса на перегонах и станциях должна составлять не менее 5750 мм, а на переездах – 6000…6800 мм.

Контактный провод изготавливают из твердотянутой электролитической меди специального профиля (рис. 22.2). Он может иметь площадь сечения 85, 100 или 150 мм2.

Опоры контактной сети применяют железобетонные (высотой до 15,6 м) и металлические (15 м и более). Расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор на перегонах и станциях должно составлять не менее 3100 мм. На существующих электрифицированных линиях и в трудных условиях допускается сокращение указанного расстояния до 2450 мм – на станциях и до 2750 мм – на перегонах.

Для защиты контактной сети от повреждений ее секционируют (разделяют на отдельные участки – секции) с помощью воздушных промежутков (изолирующих сопряжений), нейтральных вставок, секционных и врезных изоляторов.

Воздушные промежутки устраивают для электрической изоляции смежных участков друг от друга. Воздушный промежуток выполняют таким образом, чтобы при проходе токоприемника электроподвижного состава сопрягаемые участки электрически соединялись. На границах воздушных промежутков устанавливают опоры контактной сети, имеющие отличительную окраску.

Нейтральной вставкой называется участок контактной сети, в котором постоянно отсутствует ток. Нейтральная вставка представляет собой несколько последовательно включенных воздушных промежутков и при прохождении электроподвижного состава обеспечивает электрическую изоляцию сопрягаемых участков.

Перегоны, промежуточные станции, группы путей в станционных парках выделяют в отдельные секции. Соединение или разъединение секций осуществляется посредством секционных разъединителей, размещаемых на опорах контактной сети или с помощью постов секционирования. Посты секционирования оборудуют защитной аппаратурой – автоматическими выключателями от коротких замыканий.

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и других лиц все металлические конструкции (мосты, путепроводы, светофоры, гидроколонки и др.), непосредственно взаимодействующие с элементами контактной сети или находящиеся в радиусе 5 м от них, заземляют или оборудуют устройствами отключения. Также в зоне влияния контактной сети все подземные металлические сооружения изолируют от земли для предохранения их от повреждения блуждающими токами.

Устройство контактной сети: 1 – опора; 2 – тяга; 3 – консоль; 4, 9 – изоляторы; 5 – несущий трос: 6 – контактный провод; 7 – струна; 8 – фиксатор

Как уже отмечалось, тяговая сеть состоит из двух частей - контактной и рельсовой, а также питающих и отсасывающих проводов. Рельсовая сеть - это ходовые рельсы, которые имеют стыковые электрические соединения. Контактная сеть магистральных и пригородных электрических дорог представляет собой совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприемникам ЭПС.

В отличие от других устройств энергоснабжения контактная сеть не имеет резерва и в случае ее повреждения движение поездов может остановиться. Это обстоятельство предъявляет особо высокие требования к конструкции и содержанию устройств контактной сети.

Воздушные контактные сети делятся на простые и цепные. Простая контактная подвеска (рис. 11.3, а) представляет собой провод 2, свободно висящий между местами подвеса на опорах 1 и 3. Такая подвеска применяется при сравнительно небольших скоростях движения, на деповских и второстепенных станционных путях.

Рис. 11.3.

Чем больше скорость движения поезда, тем труднее сохранить надежный контакт провода с токоприемником. Большие провесы провода могут нарушить токосъем и возможен пережог провода. Поэтому при высоких скоростях движения на электрифицированных железных дорогах применяют цепную контактную подвеску (рис. 11.3, б). При такой подвеске провод 2 висит в пролете между опорами 7 и 10 на часто расположенных проводах-струнах 4 и 7, которые соединены с несущим тросом 5. Контактный провод и несущий трос изолируются от опор изоляторами 8 и 9. Для уменьшения величины стрелы провеса при сезонном изменении температуры оба конца контактного провода (иногда и несущего троса) оттягивают к опорам, называемым анкерными, и через систему блоков и изоляторов к ним подвешивают грузовые компенсаторы.

Расстояние между анкерными опорами устанавливается с учетом допустимого натяжения контактного провода и может достигать 800 м и более.

Цепные контактные подвески имеют ряд разновидностей по способу подвешивания провода к несущему тросу, типу опорных струн и фиксаторов, по системе регулирования натяжения проводов и др. (рис. 11.4 а, б, в).

Для обеспечения равномерного истирания контактных пластин токоприемника по длине, контактный провод располагают со сме-

Рис. 11.4. Схемы цепных подвесок: а - одинарная с простыми опорными струнами в точках подвеса несущего троса; б - одинарная с рессорными струнами; в - двойная с рессорными струнами; г - вертикальная; д - полукосая; е - косая; 1 - несущий трос; 2 - фиксатор контактного провода; 3 - опорная струна; 4 - контактный провод; 5 - рессорная струна; 6 - вспомогательный трос;

7 - короткая струна; 8-10 - опоры

шением относительно пути. Смещение у опор называется зигзагом, а смещения в пролете - выносами. Величина нормального зигзага ±300 мм (рис. 11.4 г, д, е).

В соответствии с ПТЭ высота подвески контактного провода над уровнем верха головки рельса должна быть на перегонах и станциях не ниже 5750 мм, а на переездах не ниже 6000 мм. Максимальная высота подвески контактного провода составляет 6800 мм.

Материалом для контактных проводов служит твердотянутая электролитическая медь. Наиболее распространены медные фасонные (МФ) провода (рис. 11.5) сечением 100 и 150 квадратных миллиметров (мм 2), которые применяются на главных путях станций и перегонах, на остальных станционных путях, где нагрузка меньше, применяют провод МФ-85 (сечением 85 мм 2).

Рис. 11.5.

Опоры контактной сети бывают железобетонные и металлические.

Чаще применяют более дешевые железобетонные (высота до 15,6 м), но установка их сложнее из-за более хрупкого верхнего слоя бетона и они значительно тяжелее металлических. Опоры из металла (высота 15 м и более) делают в виде четырехгранной фермы пирамидальной формы (рис. 11.6).

Рис. 11.6. Опоры контактной сети: а - консольные железобетонные; б - металлические для гибких поперечин; в - железобетонные для жестких поперечин; / - лежень; 2- стойка; 3 - раскос решетки; 4 - диафрагма; 5- ригель;

6 - фиксирующий трос

Расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети на прямых участках перегонов и станций должно быть не менее 3100 мм, а в особо трудных условиях и при реконструкции существующих линий это расстояние допускается не менее 2450 мм - на станциях и 2750 мм - на перегонах.

На крупных станциях контактные провода подвешиваются только на путях, предназначенных для приема и отправления поездов на перегоны с электротягой, а также на путях электровозных и моторвагонных депо. На промежуточных станциях, где маневры выполняются электровозами, контактной сетью оборудуются все пути. Над стрелочными переводами контактная сеть имеет, так называемые, воздушные стрелки, образуемые пересечением двух контактных подвесок.

Для надежной работы и удобства обслуживания контактную сеть делят на отдельные участки (секции) с помощью воздушных промежутков и нейтральных вставок (изолирующих сопряжений), а также секционных и врезных изоляторов. При проходе токоприемника электроподвижного состава по воздушному промежутку он кратковременно соединяет электрически обе секции контактной сети. Если по условиям питания секций это недопустимо, то их разделяют нейтральной вставкой, состоящей из нескольких последовательно включенных воздушных промежутков. Применение таких вставок обязательно на участках переменного тока, когда смежные секции питаются от разных фаз трехфазного тока. Длина нейтральной вставки устанавливается с таким расчетом, чтобы при любых комбинациях поднятых токоприемников подвижного состава полностью исключалось одновременное замыкание контактных проводов нейтральной вставки с проводами прилегающих к ней секций контактной сети. В отдельные секции выделяют перегоны и промежуточные станции, а на крупных станциях - отдельные группы электрифицированных путей. Соединяют или разъединяют секции посредством секционных разъединителей, установленных на опорах контактной сети. Между соседними тяговыми подстанциями размещают посты секционирования, оборудованные автоматическими выключателями для защиты контактной сети от замыканий.

Для снабжения электроэнергией линейных железнодорожных потребителей на опорах контактной сети дорог постоянного тока подвешивают специальную трехфазную линию электропередачи напряжением 10 кВ. Кроме того, в необходимых случаях на этих опорах размещают провода телеуправления тяговыми подстанциями и постами секционирования, низковольтных осветительных и силовых линий и др.

На электрифицированных железнодорожных линиях ходовые рельсы используют для пропуска тяговых токов, поэтому верхнее строение пути на таких линиях имеет следующие особенности: к головкам рельсов с наружной стороны колеи приваривают стыковые соединители из медного троса, вследствие чего уменьшается электрическое сопротивление рельсовых стыков (рис. 11.7); применяют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами, зазор между подошвой рельса и балластом делают не менее 3 см; железобетонные шпалы изолируют от рельсов резиновыми прокладками, а деревянные шпалы пропитываются креозотом, который защищает шпалы от гниения и одновременно является хорошим изолятором; линии, оборудованные автоблокировкой и электрической централизацией, имеют изолирующие стыки, с помощью которых образуются отдельные блок-участки. Чтобы пропустить тяговые токи в обход изолирующих стыков, устанавливают дроссель-трансформаторы или частотные фильтры. Питающие и отсасывающие линии выполняют воздушными или кабельными.

Электробезопасность обслуживающего персонала и других лиц, а также защита от токов короткого замыкания обеспечивается заземлением всех устройств, которые могут оказаться под напряжением в случае поломок, обрыва провода или нарушения изоляции.

Металлические опоры и конструкции (мосты, путепроводы, светофоры и т.п.), расположенные на расстоянии менее 5 м от контак-

Рис. 11.7. Стыковой соединитель тной сети, должны быть заземлены или оборудованы устройствами защитного отключения.

Для предохранения подземных металлических сооружений от повреждения блуждающими токами улучшают их изоляцию от земли, а также применяют специальные меры защиты.

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

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-

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

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

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.