1.6. Контактные сети электрифицированных железных дорог

Общие сведения. Эксплуатационная длина электрифицированных железных дорог России составляет свыше 41 тыс. км – примерно по­ловину длины всего полигона железных дорог России (86 тыс. км). Это в два раза больше, чем в Германии – страны, имеющей наибольшую длину электрифицированных путей в мире (кроме России). Если учесть пути станций и то, что большинство электрифицированных линий Рос­сии двухпутные, то развернутая длина ее контактной сети составляет порядка 80 тыс. км. Электрифицированные железные дороги обеспе­чивают до 70 % перевозок по России. Составить общее представ­ление об устройстве контактной сети можно, рассмотрев ее основ­ные элементы (рис. 1.8).

Контактная сеть – это часть электротяговой сети, состоящая из кон­тактных подвесок с проводами или жестких рельсов вместе с располо­женными вдоль электрифицированных путей опорно-поддерживающими, изолирующими, защитными, секционирующими и диагностичес­кими устройствами (см. рис. 1.3) и служащая для подвода электричес­кой энергии к подвижному составу через непосредственные контакты с его токоприемниками. Среди элементов, образующих электрифици­рованную железную дорогу (см. рис. 1.5), на устройства контактных сетей приходится до 30 – 45 % капиталовложений. Контактные сети не имеют резерва, поэтому от них в значительной степени зависит бе­зопасность движения поездов и требуется очень высокая надежность, особенно при обеспечении международных перевозок.

Рис. 1.8. Основные элементы контактной сети и размеры, характеризующие ее разме­щение относительно других постоянных устройств магистральных железных дорог: 1 – подвеска контактной сети; 2 – опора, консоль, фиксатор: 3 – изоляторы.

Габариты: Г — опор; Н — проводов: А — заземленных искусственных сооружений

Основные требования к контактным сетям – передача (канализа­ция) электроэнергии и обеспечение надежного, экономичного и эко­логически чистого токосъема в расчетных метеоусловиях при уста­новленных максимальных скоростях движения, типах токоприемников и значениях токов ЭПС. Эти положения закладываются в техни­ческих условиях для конкретных типов контактных сетей по всем их подсистемам. Так, например, для сети КС-200 устанавливается срок службы изоляторов 30 лет, для контактных проводов – по износу, для остальных устройств – 50 лет. Оговариваются типы контактных подвесок на перегонах и станциях, коэффициент неравномерности же­сткости (эластичности), конструктивная высота подвесок и т.п.

Кроме того, для облегчения корректировки документации кон­тактной сети, повышения четкости спецификации рабочих черте­жей, а также для обеспечения возможности компьютерной систе­матизации чертежей и оперативности оформления и учета поста­вок элементов и узлов техническая документация контактной сети ряда КС-200 маркируется буквами латинского алфавита (А—I) и цифрами (КС 100000000 – КС 900000000), в том числе чертежи фун­даментов и анкеров обозначаются буквой А, опор и стоек – В, по­перечных устройств контактной подвески – С, продольной контак­тной подвески – D, усиливающих и питающих линий – Е, разъеди­нителей и разрядников – F, заземлений и обратных проводов – G, монтажных агрегатов – Н, деталей разного назначения – I.

Условия работы. На условия работы контактных сетей влияют три группы факторов: климатические, конструктивные и эксплуатационные.

К основным климатическим факторам, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации, относятся: темпе­ратура воздуха, скорость ветра, толщина стенки гололеда, влаж­ность воздуха (туман, дождь), интенсивность солнечной радиации, плотность абразивных (пыль, песок) и химически активных частиц в воздухе, наличие биологических организмов и насекомых, осо­бенности грунта (вечная мерзлота и т.п.). Кроме того, для клима­тических условий Байкало-Амурской (БАМ) и Амуро-Якутской (АЯМ) магистралей в дополнение к вечной мерзлоте и сверхниз­ким температурам должно учитываться критическое состояние же­лезобетонных опор, когда они с одной стороны нагреваются солн­цем, а с другой обдуваются холодным ветром.

Конструктивные факторы для контактных сетей определяются за­висимостью от рельсовой колеи и воздействием ЭПС. К ним отно­сятся: малые допуски на горизонтальные и вертикальные габариты контактных проводов, отсутствие резерва питания ЭПС, вибраци­онное воздействие ЭПС на фундаменты и изоляторы, изнашивание контактных проводов, вероятность отжига и пережога проводов при токосъеме, возникновение блуждающих токов от перемещающего­ся ЭПС, необходимость пропуска поездов при обслуживании сетей. Дополнительные конструктивные сложности возникают в тоннелях из-за ограничений вертикальных габаритов для контактной подвес­ки и необходимости размещения грузовых компенсаторов.

К факторам, облегчающим эксплуатацию контактных сетей, от­носятся: возможность монтажа, обслуживания и восстановления рель­сового пути, а также наличие протяженного заземлителя – рельсов.

Основные габариты. Все подсистемы контактных сетей должны соответствовать требованиям габаритов приближения строений и подвижного состава. В верхнем зазоре между этими габаритами Должны помещаться контактные провода и токоприемники.

Габарит приближения строений – предельное поперечное (перпен­дикулярное оси пути) очертание, внутрь которого не должны заходить никакие части сооружений и устройств, расположенных вдоль железно­дорожного пути, на самом пути или при его пересечении, а также лежа­щие вдоль пути материалы, запасные части, оборудование, в том числе и на территории станций. Для магистральных железных дорог общей сети с колеёй 1520 мм, а также для подъездных путей с такой колеёй принят габарит С (рис. 1.9). Для путей на территории промышленных предпри­ятий установлен облегченный габарит С_п. Габариты С и С_п корреспондируются с габаритом подвижного состава Т (рис. 1.10) и применяются при строительстве новых железных дорог, сооружений и устройств.

Габариты устройств контактных сетей нормируются следую­щим образом.

Минимальная высота подвешивания контактных проводов над уровнем головки рельса (УГР) должна быть на перегонах и станциях не менее 5750 мм, а на переез­дах

Рис. 1.9. Габарит С приближения строений к пути на железных дорогах общей сети

Рис. 1.10. Габарит Т подвижного состава железных дорог общей сети: а — верхнее очертание; б — нижнее очертание

– не менее 6000 мм. В исключи­тельных случаях это расстояние в преде­лах искусственных сооружений, распо­ложенных на путях станций, на которых не предусматривается стоянка подвижного состава, а также на пе­регонах с разрешения МПС может быть уменьшено до 5675 мм для линий на перемен­ном токе и до 5550 мм на постоянном.

Максимальная высота подвешивания контактных проводов не должна превы­шать 6800 мм. При электри­фикации это расстояние (при беспровесном положении контактных проводов) следу­ет принимать на перегонах 6500 и станциях 6600 мм для обеспечения последующей подъемки пути.

Уклон контактного провода при переходе от одной высоты его подвешивания к другой при беспровесном положении про­вода не должен превышать: 0,01 (10 см на длине 10 м) на путях, где скорость ЭПС не превыша­ет 50 км/ч; 0,004 – до 120 км/ч и 0,002 – более 120 км/ч. При этом с обеих сторон каждого участка с основным уклоном предусматривают переходные участки длиной не менее одного пролета с уклоном 0,001.

Расстояние от нижней точки усиливающих и других проводов, волноводов, волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и др. до поверхности земли и сооружений, а также расстояние между про­водами линий при их взаимном пересечении или сближении долж­ны быть не менее нормированных.

Расстояние от изолированных консолей, фиксаторов, нижних фиксирующих тросов и шлейфов, находящихся под напряжением, до поверхности пассажирских платформ, конструкция которых ис­ключает проезд транспортных средств, должно быть не менее 4,5 м.

В пределах искусственных сооружений расстояния от частей то­коприемника и контактной сети, находящихся под напряжением, до заземленных частей сооружений и подвижного состава должны со­ответствовать габаритам, установленным ГОСТ 9238 – 83 (рис. 1.11). Расстояние от контактных проводов до расположенных над ним заземленных частей искусственных сооружений должно быть при двух контактных проводах не менее 500 мм, при одном – не менее 650 мм. Минимально допустимые расстояния от контактных про­водов до изолированного отбойника без учета отжатия токопри­емником должны составлять: не менее 150 мм для одного контакт­ного провода и 100 мм – для двух контактных проводов при скоро­сти движения ЭПС более 120 км/ч; соответственно не менее 100 мм и 70 мм – до 120 км/ч и не менее 50 мм на станциях, деповских и других второстепенных путях – до 50 км/ч. В искусственных со­оружениях расстояние между несущим тросом и контактным про­водом в середине пролета должно быть не менее 150 мм.

2040/2240 (на перегонах)

2000/2240 (на станциях)

Рис. 1.11. Расстояние между искусственными сооружениями, устройствами кон­тактной сети, токоприемниками и подвижным составом: 1 — габарит подвижного состава; 2 — габарит искусственных сооружений; 3 — положение токоприемника с учетом его смещения

Расстояние от оси пути до внутреннего края фундаментов или опор на перегонах и станциях должно быть не менее 3,1 м, а в снегозаносимых выемках — 5,7 м. В особо стесненных условиях допускается расстояние 2,45 м на станциях и 2,7 м на перегонах. При скорости движения ЭПС выше 160 км/ч оно должно быть уве­личено до 3,3 м. На кривых все приведенные габаритные расстоя­ния уширяются.