3.2.7. Приливные гидроэлектростанции

Приливные гидроэлектростанции (ПЭС) сооружают на побережьях морей в бухтах или заливах для использования энергии морских приливов и отливов, энергетические ресурсы которых достаточно велики. Уже несколько лет успешно работает Кислогубская ПЭС. Приливные электростанции оборудуются горизонтальными гидрогенераторами капсульного типа обратимого действия, т. е. они вырабатывают электрическую энергию как во время прилива, когда вода поступает в бухту или залив, отделенный от моря плотиной, так и во время отлива, когда вода возвращается обратно в море.

3.3. Контактная сеть

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

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

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

Правилами технической эксплуатации регламентированы номи­нальные уровни напряжения на токоприемниках электрического под­вижного состава: 3 кВ – при постоянном токе и 25 кВ – при пере­менном. При этом определены допустимые колебания напряжения стабильности движения: при посто­янном токе – 2,7–4 кВ, при переменном – 21–29 кВ. На отдель­ных участках железных дорог допускается уровень напряжения не менее 2,4 кВ – при постоянном токе и 19 кВ – при переменном.

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

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

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

Указанные условия с настоятельной необходимостью выдвигают следующие требования к контактной сети, которым она должна удовлетворять:

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

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

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

• обладать высокой долговечностью, причем при минимальных расходах на эксплуатационное обслуживание;

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

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

П

Рис. 3.6. Простая контактная подвеска: 1 – контактный провод; 2 – гибкий трос; 3 – кронштейн; 4 – опора

ростая контактная подвеска (рис. 3.6) представляет собой провод, свободно висящий между точками подвеса, расположенными на опорах. Расстояние между осями опор называют длиной проле-та L_п, или просто пролетом. Этот провод непосредственно вступает в контакт с токоприемниками ЭПС, поэтому его называют контактным. Качество токосъема во многом зависит от стрелы провеса контактного провода. Стрела провеса f – это расстояние, измеряемое в плоскости расположения провода между точкой его подвеса и точкой наибольшего провисания. Стрела провеса тем больше, чем больше нагрузка на провод, и тем меньше, чем сильнее натянут провод. От длины пролета стрела провеса провода находится в квадратичной зависимости: например, при уменьшении пролета в 2 раза стрела провеса уменьшится в 4 раза. Чтобы обеспечить лучшее качество токосъема, стремятся иметь небольшие стрелы провеса контактного провода, так как при этом токоприемник меньше перемещается по вертикали и ему легче следовать за изменениями высоты контактного провода. Уменьшения стрелы провеса контактного провода можно достичь снижением нагрузки на провод, при этом следует уменьшить длину пролета и увеличить натяжение. Простую подвеску контактного провода еще называют трамвайной, так как она чаще всего используется в тяговых сетях городского транспорта, при небольших скоростях движения. На железных дорогах применяют простую подвеску на второстепенных путях станций и путях депо.

Цепные контактные подвески применяют на магистральных и пригородных электрифицированных участках во всех странах. В такой подвеске контактный провод в пролете между опорами висит не свободно, а на часто расположенных проволоках – так называемых струнах, которые прикреплены к другому, расположенному выше, проводу, называемому несущим тросом (рис. 3.7). Для того чтобы контактный провод занимал определенное положение относительно оси токоприемника и не отклонялся от нее под действием ветра на недопустимое расстояние, на опорах устанавливают специальные устройства – фиксаторы.

Преимущества цепной подвески по сравнению с простой заключается в том, что в цепной подвеске при определенных температуре и нагрузке, благодаря наличию несущего троса, можно задать любую стрелу провеса контактного провода, подобрав соответствующие длины струн в пролете. Можно достигнуть и так называемого беспровесного положения контактного провода, при котором нижние концы всех струн находятся на одном и том же расстоянии от головок ходовых рельсов. В этом случае считают, что контактный провод располагается по прямой линии и его стрела провеса равна нулю.

Рис. 3.7. Цепная контактная подвеска: 1 – контактный провод; 2 – несущий трос; 3 – опора; 4 – консоль; 5 – струна; 6 – фиксатор

Изменения стрел провеса контактного провода при цепной подвеске в основном зависят от изменений стрел провеса несущего троса, а не от их абсолютных размеров. Если устранить изменения стрелы провеса несущего троса, то можно считать, что стрела провеса контактного провода будет неизменной.

При цепных подвесках значительно улучшается качество токосъема. Кроме того, удается выполнять довольно большие пролеты между опорами (примерно вдвое больше, чем при простых подвесках) и обеспечивать движение поездов с очень высокими скоростями (300 км/ч и более).