Провода контактной сети и воздушных линий Контактные провода

Контактные провода являются одним из основных элементов контактной сети. Материал для контактных проводов должен обладать высокой механической прочностью, износостойкостью (твердостью), электропроводностью, нагревостойкостью (теплопроводностью). Высокая механическая прочность проводов позволяет давать им большие натяжения. Это повышает ветроустойчивость контактных подвесок, улучшает качество токосъема, особенно при высоких скоростях дви­жения поездов, обеспечивает устойчивую работу цепной подвески. Высокая электропроводность проводов способствует снижению потерь электрической энергии в контактных подвесках. Термостойкий материал сохраняет при высоких температурах нагрева прочность и твердость.

Предприятия-изготовители поставляют бесстыковые медные, низколегированные (с легирующими компонентами в меди 0,01— 0,08 %) и бронзовые (с легирующими компонентами в меди более 0,08 %) контактные провода. Их изготовляют методом непрерывного литья и прокатки катанки. Этот метод позволяет получить контактный провод бесстыковым, т.е. без мест соединения (пайкой, сваркой) на всей строительной длине провода.

Для электрифицированных железных дорог используют фасонные контактные провода (рис. 1.76, а) и фасонные провода овального профиля (рис. 1.76, б) с двумя продольными желобками для захвата головки провода зажимами. Достоинством овальных про­водов является их повышенный на 10 % допустимый длительный ток (ввиду большего периметра профиля и поэтому лучшего охлаж­дения) и меньшее аэродинамическое сопротивление, повышенную ветроустойчивость контактной сети.

Контактные провода изготовляют следующих марок:

МФ — медный фасонный,

МФО — медный фасонный овальный,

БрФ — бронзовый фасонный,

БрФО — бронзовый фасонный овальный.

К марке провода добавляют его номинальную площадь сечения. Тогда обозначение провода, например, низколегированного фасон­ного сечения 100 мм² будет НлФ-100.

Б ронзовые контактные провода на верхней части сечения (го­ловке) должны иметь одну отличительную канавку, а низколегиро­ванные — две канавки, расположенные симметрично относительно вертикальной оси. В обозначениях низколегированных и бронзо­вых контактных проводов на трафарете барабана после букв Нл и Бр указывают легирующий компонент и расчетный процент его

Рис. 1. Профиль контактных проводов: а — фасонного; б — фасонного овального;

А, Н, С, R1, R6, — размеры фа­сонных контактных проводов

содержания, например: НлОл 0,04Ф-100 — низколегированный с присадкой олова (0,04 %), фасонный, площадью сечения 100мм², БрЦр 0,5Ф-100 — бронзовый с присадкой циркония (0,5 %), фа­сонный, площадью сечения 100мм².

Бронзовые контактные провода по сравнению с медными и низ­колегированными имеют более высокую износостойкость, проч­ность и термостойкость, но меньшую проводимость. На главных путях перегонов и станций применяют контактные провода площа­дью сечения 100, 120 и 150мм², а на станционных путях — провода площадью сечения 85 или 100мм²- (табл. 1.).

Таблица 1.

Номинальная площадь сече­ния, мм2	Размеры проводов, мм				Расчетная масса 1 км провода, кг
	фасонных		Фасонных овальных
	А	Н	С	R
85	11,76+0,22	10,80+0,10	1,3	6,0	755
100	12,81 ±0,25	11,80±0,11	1,8	6,5	890
120	13,90±0,30	12,90+0,12	2,4	7,0	1068
150	15,50±0,32	14,50+0,13	3,2	7,8	1335

Механические характеристики медных и низколегированных контактных проводов приведены в табл. 2. а бронзовых — в табл. 3.

Таблица 2.

Номиналь­ная площадь сечения про­вода, мм2	Временное сопротивле­ние растяжению прово­дов, МПа, не менее		Относительное удли­нение проводов, %, не менее		Радиус губок при испытании на перегиб, мм
	медных	низколегированных	медных	низколегированных
85	367,5	377,3	3,5	3,0	16
100	362,6	377,3	4,0	3,5	16
120	357,7	371,1	4,0	3,5	16
150	352,8	362,6	4,0	3,5	20

Примечания: 1. Число перегибов в плоскости симметрии до полного раз­рушения не менее 3.

2. Число скручиваний провода вокруг оси до разрушения 3.

Таблица 3.

Номинальная площадь сечения провода, мм	Временное сопротивление растяжению				Относительное удлинение проводов, %		Радиус губок при испытании на перегиб, мм
	проводов, МПа, легированных
	кадмием	магнием	цирконием	Магнием и цирконием
100	421,4	411,6	431,2	421,4		3,5		16
150	401,8	392	411,6	401,8		4,0		20

Примечания: 1. Число перегибов в плоскости симметрии до полного раз­рушения не менее 3.

2. Число скручиваний провода вокруг оси до разрушения 5.

Электрические сопротивления проводов постоянному току при температуре +20 °С должны быть не более указанных в табл. 1.32.

В эксплуатации обычно наблюдаются отдельные однократные нагревы контактных проводов различной продолжительности до температур 70—100 °С. В основном же температуры нагрева контакт­ных проводов не превышают 50—70 °С, а при таких температурах изменение свойств проводов происходит очень медленно.

Таблица 4.

Материалы и марка проводов	Удельное электрическое сопротивление, 10_6 Ом-м	Электрическое сопротивление провода, Ом/км, при номиналь­ной площади сечения, мм2
		85	100	120	150
Медный МФ	0,0176	0,207	0,176	0,147	0,117
Низколегированный
НлФ	0,0185	0,218	0,185	0,155	0,123
Из циркониевой
бронзы БрЦрФ	0,0200	0,235	0,200	0,170	0,133

Температура нагрева контактных проводов (°С) зависит от зна­чения и длительности тяговых токов, температуры окружающего воздуха t_mах, а также от скорости воздушного потока, который об­дувает провода. Чем выше скорость воздушного потока, тем больше провод охлаждается.

При нагреве контактных прово­дов наиболее тяжелые условия будут при максимальной температуре окружающего воздуха t_mах и минимальной скорости ветра v_mjn.

При тепловых расчетах проводов минимальную скорость воз­душного потока v_mjn принимают

1 м/с, а максимальную температуру окружающего воздуха t_mах принимают +40 °С.

Допустимые токовые нагрузки на контактные провода опреде­ляют по тепловым характеристикам проводов с учетом расчетной максимальной температуры воздуха t_mах и минимальной скорости ветра v_min в районе электрифицированной линии.

Тепловая характеристика провода представляет собой зависи­мость превышения установившейся температуры провода над тем­пературой окружающей среды от значения длительно протекающего по нему тока. Сравнение тепловых характеристик проводов МФ- 85, МФ-100, МФО-100 и МФ-150 показывает, что на допустимую токовую нагрузку провода влияет не только площадь сечения про­вода, но и его профиль, а при двух контактных проводах — так­же и расстояние между их осями. При допустимом превышении температуры провода над температурой окружающей среды 60°С токовая нагрузка для провода МФ-85 составит 540А, для проводов МФ-100 и МФО-100 — соответственно 600 и 660А, для провода МФ 120 — 650А и для провода МФ-150 — 750А.

При двух контактных проводах имеет место тепловое экраниро­вание, которое начинает существенно сказываться при расстоянии между осями проводов меньше 60мм. При расче­тах допустимой плотности тока для двойного контактного провода 2МФ-100 необходимо учитывать расстояния между осями проводов. Это относится к ромбовидным контактным подвескам, в которых провода в средней части пролета располагают на рассто­янии 50—100мм один от другого.

По мере износа контактного провода плотность тока возраста­ет по линейному закону, а допустимая токовая нагрузка на остав­шуюся площадь сечения провода уменьшается. При превышении температуры провода над температурой окружающей среды 40°С и скорости ветра 1 м/с допустимую токовую нагрузку на провод МФ-100 с износом 30 % принимают 460А вместо 600А для не­изношенного.

Термостойкость контактного провода при воздействии на него электрической дуги измеряется в кельвинах (К) и зависит от ве­личины тока и марки провода. Для пережога медных контактных проводов МФ-100 и МФО-100 необходимо 500—600К, а бронзового провода БрКдФО-100 — не менее 1000—1100К, т.е. почти в 2 раза больше. В этом отношении бронзовые контактные провода имеют преимущество перед медными.

Срок службы контактных проводов зависит от многих факторов, в том числе: от качества токосъема, состояния поверхности трения контактного провода и токосъемного элемента, типа контактной подвески, качества ее монтажа и регулировки, натяжения в про­водах, технических параметров токоприемников и других причин. Усредненный срок службы контактного провода на участках пос­тоянного тока 18—22 года, на участках переменного тока — более 50 лет.