3. Общие сведения об устройстве контактной сети электрифицированной железной дороги

Контактная сеть служит для подведения электроэнергии к электроподвижному составу. Она

должна обеспечивать надёжное электроснабжение ЭПС для движения поездов установленного веса и с установленными скоростями и интервалами движения между ними (Раздел 7 ПТЭ).

Цепные контактные подвески. Их используют на магистральных и пригородных электри-фицированных участках. В такой подвеске контактный провод в пролёте между опорами висит не свободно, а на часто расположенных струнах, которые прикреплены к несущему тросу (рис.3). Для того, чтобы контактный провод занимал определённое положение относительно оси токоприёмника и не отклонялся от нее под действием ветра на недопустимое расстояние, на опорах устанавливают специальные устройства – фиксаторы.

Контактный провод в цепных подвесках подвешивается так, чтобы он располагался по всей длине пролёта примерно на одной высоте от головки рельса. Это достигается изменением длины струн (короткие в средней части пролёта и более длинные у опор).

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

Поддерживающие и фиксирующие устройства контактной сети. Для крепления несущих тросов и основных фиксаторов контактных проводов применяют различные поддерживающие устройства – консоли, жёсткие и гибкие поперечины. На консолях крепят несущие тросы одного пути. Если же нужно смонтировать провода контактной сети над несколькими путями, например на станции, то применяют жёсткие или гибкие поперечины.

Консоли состоят из кронштейнов и тяг. Наклонные неизолированные консоли (рис.4,а.) в зависимости от направления горизонтальных усилий бывают с растянутыми или сжатыми тягами. Тяги, работающие на растяжение, выполняют из круглой стали, на сжатие – из труб. Консоли с растянутыми тягами имеют марку НР, со сжатыми – НС.

Наклонные изолированные консоли, кроме таких же , которые применяют неизолированны-ми, изготавливают еще из труб. Консоли с кронштейнами из швеллеров маркируют ИС и ИР, а с кронштейнами из труб – ИТР и ИТС (рис.4,б). Изолированные консоли для установки на жёстких поперечинах имеют значительно меньшие размеры. Их маркируют ЖР и ЖС. Кронштейны таких консолей изготовляют из одного швеллера, а сжатые тяги – из угловой стали.

Анкеровки и соединение проводов.

В проводах контактной подвески не обходимо поддерживать определённое натяжение, чтобы обеспечить минимальные стрелы провеса контактного провода.

На электрических ж.д. в зависимости от способа натяжения проводов контактные подвески бывают полукомпенсированные и компенсированные.

Полукомпенсированная цепная подвеска имеет в контактном проводе включенные грузовые компенсаторы, которые обеспечивают постоянное натяжение контактного провода независимо от температуры воздуха (рис.5).

Грузы компенсатора собирают в одну гирлянду или для уменьшения ее длины в две (см. рис. 5,б). В двухблочных компенсаторах обычно применяют одну гирлянду, так как для перемещения груза по высоте имеется достаточное расстояние, а крепление одной гирлянды выполнить проще, чем двух. При трехблочном компенсаторе перемещение груза велико, и прихо­дится собирать его в две гирлянды. Чем больше перепад тем­ператур в рассматриваемом районе и чем длиннее анкерный участок, тем больше перемещения контактного провода и груза и тем скорее появляется необходимость применения двух гир­лянд. Чтобы предотвратить их раскачивание ветром, устанав­ливают специальные ограничители (см. рис. 6.7, а).

Вспомогательный трос двойной цепной подвески анкеруют так же, как контактный провод—или вместе с ним на общий компенсатор через коромысло, или на отдельные компенсаторы.

В компенсированной цепной подвеске в контактный провод и несущий трос включены приспо-собления, автоматически компенсирующие температурные изменения длины проводов. На дорогах, электрифицированных на переменном токе, контактный провод и несущий трос анкеруют на общий компенсатор.

Для возможности включения грузовых компенсаторов в провода контактной подвески послед-няя разбивается на отдельные участки, механически не связанные между собой, называемые анкер-ными. Длина анкерного участка в зависимости от величины натяжения контактного провода, допус-тимых перемещений грузовых компенсаторов практически составляет около 1600 м на прямых участках пути.

Соединение (стыкование) проводов выполняют различными способами, но обязательно соб-людая достаточную прочность стыка. Контактные провода обычно соединяют стыковыми зажимами, которые подвешивают струнами к несущему тросу. Для стыкования медных, алюминиевых, стале-алюминиевых и сталемедных проводов применяют различные соединители, как правило, трубчатые овальные. Стыкование сталемедных и стальных тросов выполняют соответствующими зажимами (клиновыми, стыковыми и др.).

Электрические соединители применяют во всех случаях, когда необходимо параллельно соединить провода или сохранить непрерывность их сечения вдоль электрифицированного участка. Их выполняют из гибких медных проводов. Когда требуется соединить все провода контактной сети, относящиеся к данному пути, применяют поперечные электрические соединители. На участках пере-менного тока (при биметаллическом сталемедном несущем тросе) устанавливают два поперечных электрических соединителя на анкерный участок.

Продольные электрические соединители устанавливают на воздушных стрелках и в местах соединений (сопряжений) анкерных участков. Эти соединители также выполняют гибкими медными проводами площадью сечения не меньше, чем у соединяемых проводов.

Обводные электрические соединители применяют там, где необходимо соединить друг с другом отдельные провода, например усиливающие провода с проводами цепной подвески или провода подвески, прерванные при проходе искусственного сооружения, и в других местах.

Сопряжение анкерных участков. Контактная сеть разделена на анкерные участки, механи-чески не связанные между собой. При этом необходимо обеспечить плавный переход полоза токо-приемника с контактного провода одного ан­керного участка на смежный без нарушения скользящего контакта и без снижения установленной скорости движения. Чтобы выпол­нить эти требования, устраивают так называемые сопряжения анкерных участков. Схема такого сопряжения показана на рис. 6. Между анкерными опорами 1 и 4 расположены две переходные опоры 2 и 3. На переходных опорах подвешены контактные под­вески анкерного участка І и ІІ.

В пролете между переходными опорами каждый из контактных проводов по мере приближения к переходной опоре, с которой он отходит к своей анкерной опоре, постепенно поднимается и у пере­ходной опоры располагается на 200 мм выше рабочего контактного провода. Это достигают соответ-ствующим укорочением струн. То­коприемник, проходя между опорами 2 и 3, сначала скользит по контактному проводу одного участка (например, І при движении слева направо), затем примерно в середине пролета касается про­водов обоих сопрягаемых участков и далее продолжает движение, касаясь контактного провода сопрягаемого анкерного участка ІІ (рис. 6).

Если контактные подвески в сопряжениях анкерных участков электрически не связаны между собой с помощью специальных эле­ктрических соединителей, то образуется так называемый воздуш­ный промежуток и контактные подвески сопрягаемых анкерных участков соединяются между собой электрически только в момент прохода токоприемника через сопряжение.

Нейтральные вставки. В тех случаях, когда анкерные участки даже на самое непродолжи-тельное время нельзя электрически соеди­нять между собой, например, при сопряжении анкерных участков с различными по фазе напряжениями, применяют схемы с нейтраль­ной вставкой (рис. 7).

Изолирующее сопряжение анкерных участков с нейтральной вставкой (рис. 7) отличается от других сопряжений таких участков тем, что в него входит участок контактной подвески, на котором нормально напряжение отсутствует. Это и есть нейтральная вставка. Длину нейтральной вставки принимают такой, при которой исключается возможность одновременного перекрытия обоих воздушных промежутков полозами двух токо­приемников. Следовательно, длина нейтральной вставки зави­сит от вида э. п. с. — при обращении на участке дороги только электровозов она составляет примерно 50 м (с учетом возмож­ности применения кратной тяги), при электропоездах из 10 ва­гонов — примерно 200 м. А это значит, что для сопряжения анкерных участков с нейтральной вставкой требуется в первом случае 5—6 пролетов, а во втором 7—8 (в зависимости от длины пролетов, принятой на данном участке пути).

Электрические локомотивы под нейтральной вставкой про­ходят на выбеге (по инерции). Для того чтобы машинисты знали, где надо выключать тяговые двигатели и вспомогательные ма­шины и где их можно включать снова, устанавливают сигналь­ные знаки (рис. 8), как это показано на рис. 7 для одного направления движения. Обычно такие сигнальные знаки ставят в обоих направлениях движения поездов, даже около тех путей, на которых нормально принято одностороннее движение.

А что делать, если электровоз или электропоезд по какой-либо причине остановится под нейтральной вставкой? Само­стоятельно он не сможет выехать с этого участка, пока не будет подано напряжение на нейтральную вставку. Чтобы можно было это сделать, устанавливают секционный разъединитель 5 (см. рис. 9), который в нормальных условиях разомкнут. Включив разъединитель, в

Рис. 8 Для того, чтобы

машинисты знали, где

следует отключить

тяговые двигатели,

ставят предупредительный знак «Отключить ток» (а). Место включения тяговых двигателей указывает знак «Включить ток», имеющий разный вид для

электрово­зов (б) и электропоездов (в)

сторону которого должен следовать поезд, на нейтральную вставку подают нужное напряжение. Включают разъединитель по приказу энергодиспетчера, с кото­рым предварительно должен связаться машинист. После того как поезд уйдет из-под нейтральной вставки, разъединитель по приказу энергодиспетчера снова отключают, иначе следующий поезд вызовет короткое замыкание в контактной сети.

Секционные разъединители контактной сети. Применяют, чтобы можно было соединять или разъединять отдельные участки сети, подключать (отключать) их к питающим линиям, подводя-щим электроэнергию от тяговых подстанций к контактной сети. Секционные разъединители пере-ключаются при помощи специальных приводов, приводимых в действие вручную и дистанционно. Пульты дистанционного управления ими устанавливают на дежурных пунктах контактной сети, на тяговых подстанциях и в помещениях дежурных по станциям. Если на данном участке действует система телеуправления , то наиболее важные и часто переключаемые сек­ционные разъединители включают в сеть телеуправления. В этом случае их переключает энергодиспетчер.

Секционные разъединители монтируют на специальных крон­штейнах. Устанавливают их так, чтобы вблизи от дугогасительных рогов разъединителя (и особенно над ними) не было ни­каких заземленных элементов, на которые могла бы перебро­ситься дуга, возникающая при отключении разъединителя. Разъединитель, показанный на рис. 9, применяют на участках переменного тока. Он горизонтально-поворотного типа, его полуножи укреплены на шапках двух стержневых изоляторов. При переключениях эти изоляторы поворачиваются одновре­менно (они связаны тягой) таким образом, что полуножи пере­мещаются в одну и ту же сторону.

Рельсовая сеть. Для уменьшения сопротивления рельсовой цепи тяговому току устанав-ливают соединители в рельсовых стыках, так как переходное сопротивление в стыках в несколько раз выше, чем целого рельса. Стыковые соединители представляют собой небольшие отрезки гибкого медного провода сечением не менее 50 мм² с двумя наконечниками, привариваемыми к рельсам, расположенным по обе стороны стыка. На линиях, оборудованных автоблокировкой или электри-ческой централизацией, в нужных местах устраивают изолированные стыки для разделения рельсов на блок-участки. В этих случаях путь для тягового тока в обход изолированных стыков без нарушения работы устройств автоблокировки обеспечивают с помощью дроссель-трансформаторов. Их устанавливают с обеих сторон каждого изолированного стыка и средние выводы трансформаторов соединяют между собой.

Для срабатывания устройств автоблокировки необходимо, чтобы сигнальный ток прошел из одной рельсовой нити в противоположную. Обмотки дроссель-трансформаторов обладают большим индуктивным сопротивлением, что делает невозможным прохождение через них переменного тока (25 гц), который применяют в устройствах автоблокировки. Тем самым предупреж-дают ложное срабатывание сигналов автоблокировки.

Переменный тяговый ток свободно действует через обмотки дроссель-трансформаторов и перемычку между их средними выводами, так как тяговые токи в каждой половине обмотки дросселя направлены в противоположные стороны, вследствие чего магнитные потоки, создаваемые этими токами, взаимно уничтожаются.

Заземления. В целях обеспечения безопасности людей и увеличения надежности защиты контактной сети от токов короткого замыкания металлические опоры контактной сети, металлические конструкции, используемые для крепления проводов контактной сети, а также металлические конструкции, расположенные на расстоянии менее 5 м от частей контактной сети, находящихся под напряжением, заземляют.

Заземляют также арматуру железобетонных опор и все металлические конструкции креп-ления изоляторов контактной сети, приводы секционных разъединителей и компенсаторы, расположенные на железобетонных опорах.

Основные сведения о материалах и габаритах контактной сети. В качестве контактных проводов наибольшее распространение получили провода марки МФ (медный, фасонный). Фасонными их называют из-за двух продольных пазов (рис.10,а), необходимых для закрепления различных зажимов. На главных путях применяют контактные провода сечением 100 мм² (МФ-100), а на станционных – сечением 85 мм².

Контактные провода изготавливают из меди, протянутой в холодном состоянии, что придаёт им повышенную механическую прочность. При значительном нагреве таких проводов

механи­ческая прочность их снижается, поэтому для них очень опасно возникновение электрической дуги во время токосъема.

С целью увеличения механической прочности контактных про­водов выпускают низколеги-рованные провода марки НлОл0,04Ф, в которых содержится 0,04% олова.

С той же целью, что и низколегированные, ранее изготовляли бронзовые контактные прово-да. Эти провода меньше подвержены износу, чем медные и низколегированные, но их применение не всегда оправдано из-за высокой стоимости. Бронзовые провода обозначали, например, БрФ-100, на верхней части они имели одну продольную канавку.

Чтобы отличить низколегированные провода от медных и брон­зовых, в их верхней части делают две продольные канавки, симметричные относительно вертикальной оси провода.

Несущие тросы цепных подвесок должны обладать высокой механической прочностью и иметь незначительные изменения стрел провеса при колебаниях температуры. Очень важно, чтобы несущие тросы хорошо противостояли коррозии. Желательно так­же, чтобы несущие тросы, применяемые на главных путях пере­гонов и станций, имели возможно большую электрическую про­водимость — это позволит уменьшить число усиливающих прово­дов или совсем отказаться от них.

Несущие тросы представляют собой многопроволочные про­вода, свитые обычно из 19 проволок (рис. 10, б и в). Каждый последующий ряд проволок навивают в обратном направлении по отношению к предыдущему.

На всех путях участков переменного тока применяют биметаллические сталемедные провода марки ПБСМ (рис. 10, в)- провод биметаллический сталемедный. На главных путях обычно подве-шивают несущие тросы ПБСМ-95, а на станционных путях – ПБСМ-70.

Высота контактного провода над уровнем головок рельсов в соответствие с ПТЭ (раздел 7) должна быть не менее 5750 мм на перегонах и станциях. В исключительных случаях при переменном токе допускается уменьшение до 5675 мм. Наибольшая высота подвески контактного провода должна быть не более 6800 мм.