Электрические железные дороги

  Сама  контактная сеть как система с  точки зрения надежности состоит  примерно из двух десятков элементов, которые соединены последовательно. При отказе одного из них выходит  из строя вся система.

  Выходы  из строя контактной сети характеризуются  разными причинами. Некоторые из них связаны с техническими параметрами  элементов системы, но большая часть  представляет собой внешние факторы, связанные с эксплуатацией, логистикой и окружающей средой. Согласно данным об отказах элементов контактной сети на железных дорогах Европы, приведенным  в технической литературе, на 100 км пути в год приходится от 3 до 5 повреждений.

  Если  проанализировать причины выхода контактной сети из строя, то становится очевидным  абсолютное преобладание внешних факторов. В связи с этим предлагается следующая  классификация причин отказов:

• l_ОК- дефекты конструкции;
• l_OI- дефекты монтажа и недостатки в текущем содержании;
• l_O = l_ОК + l_ОI- выходы из строя контактной сети;
• l_B- эксплуатационные нагрузки;
• l_А- внешние причины;
• l_St = l_O+ l_А + l_B- конкретные случаи выходов из строя, связанные с определенными участками контактной сети;
• l_U- отсутствие напряжения из-за выпадения подстанции или отказа силовых выключателей;
• l_Sy = l_St +l_U- выходы из строя всей системы тягового электроснабжения.

  Анализ  основных причин выхода из строя контактной сети показывает, что здесь большую  роль играет влияние реального эксплуатационного  процесса. Отказы вследствие влияния  второстепенных внешних факторов могут  в значительной степени зависеть от места воздействия основной причины  и отражаются на величине показателя l_St. Таким образом, для контактных сетей одной и той же конструкции l_St в значительной степени зависит от географического положения линии. 

1. Простые контактные подвески

 

  Простая подвеска состоит из одного провода, подвешенного на конструкциях или на опорах, расположенных на расстоянии 30—40 м друг от друга. Ее используют в искусственных сооружениях (тоннелях) железных дорог, где скорость движения не превышает 35—40 км/ч, а также в трамвайных и троллейбусных сетях.

  Для обеспечения хорошего токосъема  токоприемник ЭПС при движении по контактному проводу в пролете  между опорами должен сохранять  неизменное по высоте положение и  постоянное нажатие на провод. Для  выполнения этого требования служит цепная подвеска, один пролет которой (системы постоянного тока) показан  на рисунке:

  

    

     Рис. 17 Пролёт цепной подвески постоянного тока

  Несущий трос; (НТ) подвески крепится через гирлянду изоляторов (ГИ) к консоли (К), закрепленной на опоре (О). Контактный провод (КП) с помощью струнок (С) подвешивается к НТ. Конструкция струнок вместе с другими устройствами должна обеспечить беспровесное положение КП. С помощью фиксаторов (Ф) контактный провод фиксируется на консолях опор.

  На  опорах контактной сети постоянного  тока подвешивают также провода  ВЛ ПЭ 10 кВ с полевой стороны железной дороги на деревянных кронштейнах, к  которым их крепят с помощью штыревых изоляторов. К этим линиям присоединяют электроприемники железнодорожных  нетяговых потребителей, расположенных  вдоль железной дороги.

  Для защиты контактной сети от токов короткого  замыкания и обеспечения безопасности людей при их прикосновении к  металлическим частям, которые могут  оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции, опоры заземляют  на рельс. Стальной заземляющий провод (ЗП) диаметром 10—12 мм прокладывается вдоль опоры и соединяет все металлические части и конструкции, расположенные ближе 5 м от проводов контактной сети, с тяговым рельсом.

  Для людей опасность представляет также  движущийся подвижной состав, поэтому  при работах, связанных с перемещением вдоль железнодорожных путей, необходимо находиться от крайнего рельса на расстоянии не менее 2 м.

  Пересечения линий электропередачи и контактной сети осуществляется в середине пролета. При этом расстояние между несущим  тросом и проводами ЛЭП должно составлять 2—5 м в зависимости  от напряжения.

  Наибольшее  распространение получила полукосая  подвеска, у которой КП расположен зигзагообразно относительно оси пути, а НТ — над осью пути. Нормальный зигзаг на прямых участках пути составляет 300 мм. Зигзаги, направленные от опор, называются плюсовыми, а к опорам — минусовыми. Полукосая подвеска обеспечивает равномерный  износ пластин токоприемника  ЭПС благодаря поперечному смещению КП относительно средней точки токоприемника  в процессе движения ЭПС.

  

  Рис. 18 Расположение проводов полукосовой подвески в плане 

2. Цепные  контактные подвески

 

  Цепные  контактные подвески применяются на железнодорожном транспорте.

  Различаются по следующим основным признакам:

  • способу подвешивания контактных проводов к несущему тросу

  • способу регулирования натяжения проводов

  • взаимному расположению проводов, образующих подвеску в плане

  • типу струн у опор  

  По  способу регулирования натяжения  проводов цепная подвеска может быть:

  некомпенсированной, когда контакный провод и несущий  трос анкеруют (закрепляют) на концевых опорах анкерного участка жестко и нет устройств для автоматического  регулирования их натяжения;

  полукомпенсированной, в которой часть проводов, например, контактный или контактный и вспомогательный, снабжена устройствами для автоматического  регулирования натяжения — компенсаторами;

  компенсированной, в которой все провода снабжены общими или отдельными для каждого  провода компенсаторами.

  По  взаимному расположению проводов, образующих цепную подвеску в плане, различают  вертикальную цепную подвеску, в которой  провода расположены в одной  вертикальной плоскости или имеют  небольшое (не более 0,5 м) смещение, и косую, когда несущий трос значительно (угол наклона струн к вертикали в плоскости, перпендикулярной оси пути, превышает 20°) смещен относительно контактного провода. Косая подвеска используется на кривых участках пути и позволяет существенно уменьшить углы изменения направления контактного провода у опор в местах расположения фиксаторов (устройств, удерживающих контактный провод в требуемом положении в горизонтальной плоскости). Это повышает эластичность контактной подвески в опорных узлах, что благоприятно сказывается на токосъёме. При определенных радиусах кривых косая контактная подвеска может даже выполняться без фиксаторов. Косая подвеска значительно сложнее в монтаже и эксплуатации, правильное её содержание возможно только при высокой квалификации обслуживающего персонала, так как она обладает свойством «опрокидывания», когда контактный провод оказывается выше несущего.

  В зависимости от типа струн и их расположения у опор цепная подвеска может быть:

  • с простыми опорными струнами, когда струны устанавливают не далее 1-2 м от опор (см. рис. «Одинарная контаткная подвеска» выше);

  • со смещёнными простыми опорными струнами, когда струны удалены от опор более чем на 2 м. В одинарной подвеске опорные простые струны устанавливают на расстоянии 4-5 м от опоры, в двойной — 5-9 м;

  • рессорной, в ней струны закреплены на рессорном проводе;

  • с упругими струнами, когда струны подвешивают к несущему тросу с помощью упругих элементов, например гибких полимерных стержней или рычагов, сручивающих несущий трос;

  • демпфированной, в её струнах у опор установлены демпферы. 

3. Анкерные  участки и их сопряжения.

 

  Подвеску  разбивают на отдельные анкерные участки длиной 1200—1600 м, контактные провода которых механически  не связаны между собой. Контактный провод в конце каждого участка  закрепляют (анкеруют) на анкерных опорах, несущие тросы могут анкероваться через 7 км. При некоторой средней  температуре КП располагается беспровесно  и обеспечивает хороший токосъем. При изменении температуры меняется длина НТ и КП, их натяжение и  стрелы провесы; условия токосъема  при этом ухудшаются. Для сохранения нормального токосъема применяют  несколько способов анкеровки КП и НТ на анкерных опорах. 

  Подвеска, у которой НТ и КП крепятся к  анкерной опоре жестко, называется некомпенсированной и допускает  скорости движения до 60 км/ч. 

  В полукомпенсированной цепной подвеске несущий трос анкеруется на анкерной опоре жестко, а контактный провод — через грузовые компенсаторы.

  

   

      Рис. 19

  На  рисунке ниже показан анкерный участок  с двусторонней компенсацией КП. Для  предотвращения угона или перетягивания  КП под действием разности масс грузов компенсаторов на разных анкерных опорах в середине анкерного участка  его жестко фиксируют на несущем  тросе отрезком вспомогательного троса  длиной 15—20 м, называемым средней анкеровкой.

  

  Рис. 20

  Средняя анкеровка позволяет уменьшить  зону разрушения контактной сети при  обрыве КП в любой части анкерного  участка.

  Благодаря наличию средней анкеровки и  компенсаторов при изменении  температуры контактный провод получает возможность продольного перемещения  вдоль пути от средней анкеровки. Несущий же трос так перемещаться не может, поэтому возникает перекос  струн. Для уменьшения влияния перекоса струн и улучшения токосъема  устанавливают вместо коротких струн  в последних от средней анкеровки  пролетах скользящие струны, перемещающиеся вдоль НТ вместе с КП.

  Полукомпенсированная  цепная подвеска с простыми опорными струнами применяется на железных дорогах, так как она проста по конструкции  и обеспечивает бесперебойный токосъем при скоростях до 70 км/ч.

  Улучшить  работу подвески можно путем замены обычных струн у опор на рессорные (PC). При этом струны вверху крепят не к НТ, а к отрезку вспомогательного троса (ВТ) длиной 12—14 м, закрепленному  на несущем тросе, на расстоянии 6—7 м с каждой стороны опоры, и  располагают их с обеих сторон консоли симметрично.

  Полукомпенсированная  подвеска с рессорными струнами, допускающая  скорость до 120 км/ч, широко распространена на железных дорогах.

  Компенсированной  цепной подвеской называют такую, в  которой и НТ и КП имеют компенсаторы; может быть отдельный компенсатор  на каждый провод или один компенсатор  для обоих проводов. Струны такой  подвески при изменении температуры  сохраняют вертикальное положение, смещаясь вправо или влево вместе с контактным проводом и несущим  тросом.

  

  Рис. 21

  Ниже  показан способ крепления НТ и  КП компенсированной подвески при анкеровке  на один общий трехблочный грузовой компенсатор через коромысло.

  

  Рис. 22

  Величину  натяжения КП и НТ регулируют изменением плеч на коромысле и количеством  грузов ГК.

  Блок  компенсатора (БК) состоит из ролика (Р), укрепленного на вилке (В) и вращающегося в шариковых подшипниках (ШП). Смазка к подшипникам поступает через  масленку (М), установленную на конце  вала ролика. Трехблочные компенсаторы позволяют иметь вес груза, составляющий 25 % от натяжения, которое нужно создать  в анкеруемых проводах. Грузы набирают из отдельных железобетонных элементов  массой 25 кг каждый. Максимальные перемещения  грузов при температурных изменениях не должны превышать расстояний а (между  грузом и роликом) и в (между грузом и землей), величина которых определяется по специальным таблицам. Минимальная величина а и в обставляет 200 мм.