книги из ГПНТБ / Фрайфельд А.В. Устройство, монтаж и эксплуатация контактной сети учебник

А. В. ФРАИФЕЛЬД, А. С. МАРКОВ, Г. А. ТЮРНИН

УСТРОЙСТВО, МОНТАЖ

ИЭКСПЛУАТАЦИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

ИЗДА Н И Е ТРЕТЬЕ,

ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДО ПОЛНЕНН ОЕ

У т в е р ж д е н о

Главным управлением учебными заведениями Министерства путей сообщения в качестве учебника для технических школ железнодорожного транспорта

П о д о б щ е й р е д а к ц и е й

канд. техн. наук А. В. ФРАИФЕЛЬДА

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1974

и приспособлениях, применяемых при работах на контактной сети; рассмотрены организа­ ция и производство монтажных работ; эксплу­ атация, ремонт и восстановление контактной сети; организация и планирование работы участка энергоснабжения.

Книга написана в соответствии с програм­ мой технических школ, готовящих электро­ монтеров контактной сети, и может быть по­ лезна для студентов высших учебных заведе­ ний и учащихся техникумов железнодорожного транспорта, а также для всех работников, свя­ занных с монтажом, эксплуатацией и ремонтом контактной сети постоянного и переменного тока.

Рис. 296, табл. 29, библ. 23.

(С) Издательство «Транспорт», 1974

1 Р А З Д Е Л

УСТРОЙСТВО КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Глава I

ОБЩ ИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИИ, КОНТАКТНЫХ СЕТЯХ И ТОКОПРИЕМНИКАХ

§ 1. Энергоснабжение

Передача электрической энергии к локомотивам производится с помощью устройств системы энергоснабжения по схеме, приве­ денной на рис. 1. Энергию, выработанную на электрических станциях, непосредственно или через районные подстанции по трехфазным линиям электропередачи высокого напряжения по­ дают к тяговым подстанциям.

На тяговых подстанциях при системе электрической тяги на постоянном токе устанавливают специальные трансформаторы для снижения напряжения и преобразователи для превращения переменного тока в постоянный. При системе тяги на переменном токе устройство тяговых подстанций упрощается, так как отпада­ ет необходимость в преобразовании рода тока. Тяговые подстан­ ции переменного тока представляют собой трансформаторные под­ станции, на которых изменяется величина подведенного к ним на­ пряжения. Номинальное напряжение на шинах тяговых подстанций выше, чем номинальное напряжение в контактной сети, и в СССР

От тяговых подстанций электрическая энергия к локомотивам поступает по электротяговой сети, которая состоит из четырех час­ тей: контактной, рельсовой, питающей и отсасывающей (см. рис. 1). Питающую и отсасывающую сети выполняют в виде воздуш­ ных или кабельных линий, соединяющих контактную и рельсовую сети с соответствующими шинами тяговой подстанции. Рельсовая сеть представляет собой совокупность электротяговых (т. е. ис­ пользуемых для протекания тяговых токов) нитей ходовых рель­ сов. Контактная сеть может быть устроена различным образом, но от всех остальных сетей ее отличает то, что передача электриче­ ской энергии от нее к движущимся локомотивам производится путем непосредственного контакта с их токоприемниками. Поэтому устройство контактной сети значительно сложнее, чем других ча-

.стей электротяговой сети,

3

При системе постоянного тока на электрических локомотивах применяют тяговые двигатели, к которым может быть подведено напряжение не выше 1,5 кВ, так как на более высокое напряжение очень трудно выполнить изоляцию двигателей. В связи с этим при напряжении в контактной сети 3 кВ всегда должны быть соедине­ ны последовательно не менее двух двигателей.

При системе переменного тока используют однофазное пита­ ние электрических локомотивов. Система тяги на трехфазном пе­ ременном токе не получила распространения из-за большой слож­ ности выполнения двух близко расположенных и изолированных друг от друга фаз контактной сети (третья фаза — рельсы), что ограничивает и величину напряжения в сети, и скорость движения поездов.

Применение однофазных тяговых двигателей на локомотивах переменного тока возможно только при снижении частоты питаю­ щего напряжения в два или три раза. (При промышленной часто­ те 50 Гц создать _однофазный тяговый двигатель необходимой мощности пока не удалось.) Если же применить пониженную часто­ ту, то нужно будет либо строить специальные электрические стан­ ции, либо производить преобразование частоты на тяговых под­ станциях или электровозах, что очень усложнит их устройство. Поэтому при системе однофазного тока промышленной частоты в СССР применяют локомотивы с двигателями постоянного тока, для чего на локомотиве устанавливают трасформатор, понижаю­

постоянного тока, что увеличивает надежность изоляции и повы­ шает качество работы двигателей. Возможность осуществления полного параллельного соединения всех двигателей значительно улучшает тяговые свойства локомотива в целом.

Протекание тока по ходовым рельсам вызывает в них потерю напряжения и, следовательно, возникновение потенциалов отно­ сительно земли. Кроме того, вследствие отсутствия изоляции рель­ сов от земли часть тяговых токов из рельсов ответвляется и про­ ходит по земле. Пути распространения токов в земле чрезвычайно

ОтсасыВатцъя сеть

4

такта между токоприемником и контактным проводом имеет боль­ шое значение и для снижения радиопомех.

Основной недостаток системы постоянного тока заключается в относительно низком напряжении, которое применяют в контакт­ ной сети для целей тяги. Однако повышение этого напряжения целесообразно лишь в том случае, если окажется возможным уве­ личить напряжение, подводимое к 'тяговым двигателям, или соз­ дать новые электрические локомотивы, на которых будет осуще­ ствляться понижение напряжения контактной сети до величины, приемлемой для тяговых двигателей. Из-за сравнительно низкого напряжения в контактной сети при системе постоянного тока для

подвески оказывается меньше необходимого по расчету. В этих случаях подвешивают специальные провода, которые называют усиливающими. Все это приводит к значительной стоимости элек­ трификации и к большому расходу дефицитных цветных металлов. Например, стоимость электрификации 1 км эксплуатационной длины двухпутной линии равнинного профиля составляет около 115 тыс. руб. (без стоимости подвижного состава), а расход цвет­ ных металлов — около 10 т. Большая часть указанных средств (до 40%) и почти все количество цветных металлов расходуются на сооружение устройств контактной сети.

При системе однофазного переменного тока вследствие высокого

1 20—140 мм2 на путь). Меньшее 'сечение контактной сети обуслов­ ливает сокращение примерно в 2 раза потребности в цветных ме­ таллах для контактной подвески, кроме того, облегчаются опор­ ные и поддерживающие конструкции. Однако стоимость электри­ фикации при системе однофазного переменного тока по сравнению с системой постоянного тока снижается незначительно. Это в ос­ новном объясняется тем, что приходится осуществлять переустрой­ ство всех близко расположенных вдоль железной дороги воздуш­ ных линий связи, расходы на которое включаются в стоимость электрификации.

§2. Контактные сети

В§ 116 Правил технической эксплуатации (ПТЭ) железных дорог Союза ССР записано, что контактная сеть должна обеспе­ чивать бесперебойный токосъем при наибольших скоростях дви­ жения в любых атмосферных условиях. Это значит, что контакт между токоприемником локомотива и контактным элементом се­

t

контакт создают путем скольжения контактной части токоприем­ ника по контактной части сети. Чем выше скорость движения поез­ да, тем труднее сохранить этот скользящий контакт непрерывным. Однако согласно требованию ПТЭ устройства контактной сети не должны ограничивать наибольшую скорость поездов, установлен­ ную графиком движения.

Бесперебойный токосъем должен быть обеспечен при любых атмосферных условиях, т. е. при всех изменениях температуры воздуха, в период наибольших гололедных образований на про­ водах и при максимальной скорости ветра в районе, где располо­ жена электрифицированная линия. Контактная сеть находится в особо трудных условиях — в отличие от всех других устройств си­ стемы энергоснабжения она не имеет резерва. При повреждениях линии электропередачи, трансформатора или выпрямителя на тя­ говой подстанции всегда предусматривают возможность замены вышедшего из строя элемента резервным. В случае же поврежде­ ния контактной сети движение поездов по этому пути должно быть прекращено на то время, которое потребуется для ее восстановле­ ния. На многопутных линиях при повреждении контактной сети на одном из путей возможно организовать движение поездов по остав­ шимся в работе путям, но это, как правило, вызывает серьезные нарушения графика движения поездов.

Вот почему к устройствам контактной сети предъявляют весь­ ма высокие требования как по совершенству их конструкций, так и по качеству выполнения монтажных работ и тщательному содер­ жанию в условиях эксплуатации.

Контактная сеть может быть выполнена в виде контактных рельсов или воздушных контактных подвесок.

К о н т а к т н ы е р е л ь с ы в СССР широко применяют на мет­ рополитенах, где они укреплены сбоку от ходовых рельсов на спе­ циальных кронштейнах, установленных примерно через каждые 5 м. Токоприемники моторных вагонов скользят по контактному рельсу снизу. Такое устройство контактной сети позволяет сущест­ венно уменьшить размеры тоннеля и удешевить строительство, что и явилось решающим фактором при выборе системы контактных рельсов для метрополитена. На наземных электрических железных дорогах контактные рельсы применяют очень редко. Основная причина этого заключается в трудности обеспечения безопасности людей и животных, которые могут оказаться на электрифициро­ ванной линии, где контактный и ходовые рельсы расположены в непосредственной близости друг от друга. Поскольку эти рельсы присоединяют к разным.шинам тяговой подстанции, одновременное прикосновение к ним, даже при самом низком напряжении, при­ меняемом для электрической тяги, смертельно. Чтобы не допу­ стить нахождения на железнодорожных путях посторонних лиц и животных, необходимо иметь надежные ограждения. Устроить такие ограждения на большом протяжении на всех перегонах и станциях трудно; это связано и с большими расходами.Кроме того, эксплуатация наземных электрических дорог с контактными рель­

8

ка, часто называемая также трамвайной, представляет собой про­ вод, свободно висящий между точками подвеса на опорах на рас­ стоянии, называемой длиной пролета, или просто пролетом (рис. 4). Этот провод имеет непосредственный контакт с токоприемником подвижного состава и поэтому его называют контактным. Простые подвески при схеме рис. 4 обеспечивают бесперебойный токосъел! при сравнительно небольших скоростях движения поездов, их при­ меняют в основном для трамваев и троллейбусов. На магистраль­ ных электрических дорогах СССР такие подвески используют только на второстепенных станционных путях (см. § 37). За ру­ бежом простые подвески более сложной конструкции иногда мон­ тируют и на главных путях (см. § 5).

При высоких скоростях движения поездов на электрических дорогах всего мира применяют цепные контактные подвески. Прин­ цип устройства цепной подвески заключается в том, что контакт­ ный провод висит в пролете между опорами не свободно, а на ча­

Для того чтобы контактный провод занимал определенное по­ ложение относительно оси токоприемника и не отклонялся поп

9