Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Электроснабжение электрифицированных железных дорог

Провода и изоляторы контактной сети - Электроснабжение электрифицированных железных дорог

Оглавление
Электроснабжение электрифицированных железных дорог
Схема электроснабжения электрифицированных дорог
Схемы внешнего электроснабжения тяговых подстанций
Нетяговые потребители электрифицированных дорог
Классификация электрических станций
Электрическое оборудование и схемы соединений электрических станций и подстанций
Графики нагрузок электрических установок
Электрические сети
Энергосистемы
Заземление нейтрали в трехфазных системах
Классификация тяговых подстанций
Преобразовательные агрегаты тяговых подстанций
Аппаратура и токоведущие части распределительных устройств тяговых подстанций
Заземляющие устройства
Релейная защита
Собственные нужды тяговых подстанций
Конструктивное выполнение тяговых подстанций
Организация эксплуатации и техника безопасности на тяговых подстанциях
Системы контактной сети
Конструкции простой и цепных подвесок
Провода и изоляторы контактной сети
Схемы и конструкции контактной сети
Секционирование и питание контактной сети
Поддерживающие конструкции и опоры контактной сети
Рельсовые цепи на электрифицированных дорогах
Защитные устройства контактной сети
Работа устройств контактной сети в условиях эксплуатации
Организация эксплуатации и техника безопасности
Условия работы системы электроснабжения
Параметры тяговых сетей
Технико-экономические расчеты системы электроснабжения
Блуждающие токи
Защита металлических сооружений от блуждающих токов и электрокоррозии
Влияние тяговых сетей на линии связи
Радиопомехи и методы их снижения

Контактный провод должен обладать высокой механической прочностью, электропроводностью, быть износоустойчивым и не подвергаться коррозии.
В соответствии с требованиями ГОСТ 2584—75 контактные провода изготовляют следующих марок: МФ — медный фасонный, МФО — медный фасонный овальный. НЛФ — низколегированный фасонный, НЛФО — низколегированный фасонный овальный, БрФ — бронзовый фасонный, БрФО — бронзовый фасонный овальный.

Профили сечения контактных проводов
Ряс. 73. Профили сечения контактных проводов: а — фасонный: б — фасонный овальный.
Фасонными эти провода (рис. 73, а) называют из-за наличия двух продольных канавок для захвата провода зажимами. Основные данные контактных проводов МФ и БрФ приведены в таблице.
В контактных проводах НЛФ и НЛФО в качестве легирующих компонентов применяют олово, магний, цирконий, кремний, титан.
Бронзовые провода изготовляют из меди с легирующими присадками (1% кадмия или 0,2% магния), они обладают повышенной прочностью по сравнению с медными и меньшей электропроводностью. Применение присадок повышает их срок службы ввиду меньшего износа при эксплуатации.


Площадь
провода,

Размеры, мм (см. рис. 73, а)

Временное сопротивление разрыву, ГПа, провода

Масса 1 км провода.

А

Н

с

R

медного  

  бронзового

85

11,76

10,8

1.3

6,0

0,368

0,42

755

100

12,81

11,8

1.8

6,5

0,363

0,42

890

150

15,50

14,5

3,2

7,8

0,353

0,42

1335

Бронзовые провода имеют  отличительную продольную канавку в верхней части провода (на головке), низколегированные — две канавки.
Провода с площадью сечения 100 и 150 мм2 подвешивают на перегонных и главных путях станций, а 85 мм2 — на станционных путях. С целью уменьшения ветрового отклонения контактных проводов в пролете были выпущены овальные провода сечением 100, 120 и 150 мм2 (рис. 73, б).
Несущий трос цепной подвески выполняют из медных, бронзовых и биметаллических многопроволочных проводов. На дорогах постоянного тока применяют медные тросы марки М сечением 95 и 120 мм2, а на дорогах переменного тока — биметаллические сталемедные несущие тросы марки ПБСМ сечением 70 и 95 мм2. Они свиты из отдельных биметаллических проволок, стальная сердцевина которых покрыта тонким слоем меди. Толщина медной оболочки составляет 10% радиуса проволоки. Биметаллические провода имеют высокую механическую прочность (ов=0,75 ГПа) и не подвержены коррозии на воздухе. Эксплуатируются также бронзовые (Бр) и биметаллические сталеалюминиевые (ПБСА) тросы.
Усиливающие, питающие и отсасывающие провода выполняют алюминиевыми сечением 150 и 185 мм2. Проводимость алюминия в 1,65 раза меньше, чем меди, но алюминий легче меди примерно в 3 раза, поэтому при площади сечения алюминиевого провода, эквивалентной площади сечения меди, его требуется примерно в 2 раза меньше (по массе), чем медного. Нагрузки на опорные и поддерживающие конструкции при этом уменьшаются.
Для электрического соединения отдельных проводов контактной подвески и присоединения к ним секционных разъединителей и разрядников применяют многожильные гибкие медные провода МГГ сечением 50, 70, 95 и 120 мм2. Струны выполняют из провода МГГ-10;
звеньевые выполняют из сталемедной проволоки БСМ диаметром 4 мм. Рессорные струны изготовляют из троса ПБСМ-25 или из проволоки БСМ диаметром 6 мм.
Изоляторы на контактной сети предназначены дли изоляции проводов, находящихся под напряжением, от заземленных частей и электрического отделении одной секции контактной сети от другой. Изоляторы изготовляют из фарфора и закаленного стекла. Они испытывают большие механические нагрузки и должны обладать высокими диэлектрическими свойствами. Электрическую прочность изоляторов характеризуют сухоразрядным, мокроразрядным и пробивным напряжением.
Сухоразрядным называют напряжение, при котором происходит поверхностное перекрытие изолятора при сухой и чистой его поверхности, а мокроразрядным — напряжение перекрытия при дожде. Пробивным называют напряжение, при котором происходит пробой изолятора: пробивное напряжение должно быть в 1,5 раза выше сухоразрядного. Для постоянного тока напряжением 3 кВ изоляторы должны иметь сухоразрядное напряжение не менее 75 кВ и мокроразрядное — не менее 50 кВ, а для переменного тока напряжением 25 кВ — соответственно 135 и 100 кВ.
В устройствах контактной сети устанавливают изоляторы подвесные тарельчатого типа, стержневые, седлообразные и изолирующие вставки из полимерных материалов. Подвесные изоляторы ПФ6-А с серьгой (рис. 74, а) состоят из фарфоровой тарелки 1 и головки, к которой цементным раствором крепят шапку 2 из ковкого чугуна. Внутри головки цементным раствором крепят металлический стержень 4, заканчивающийся внизу серьгой или пестиком. Изолятор выдерживает механическую нагрузку 44 кН.
На контактной сети постоянного тока изоляторы ПФ6-А соединяют в гирлянды по два, на линиях переменного тока — по три-четыре. Помимо этих изоляторов используют изоляторы стержневого типа (рис. 74,6).

Изоляторы контактной сети
Рис. 74. Изоляторы контактной сети: а — подвесной ПФ6-А; 6 — стержневой для напряжения 27.5 кВ; в — седлообразный РС-10
Они состоят из фарфорового стержни / с двумя головками из ковкого чугуна 2 и 3, которые крепят к стержню цементным раствором. На дорогах переменного тока их используют в качестве фиксаторных ФСФ-27,5, секционных ССФ-27,5 и консольных ИКСУ-27,5, включаемых в подкосы поворотных консолей. Изоляторы для дорог постоянного тока имеют четыре ребра и отключаются от приведенных размерами и характеристиками. По ГОСТ 12670—77 с начала 1980 г. введены следующие обозначении изоляторов: ПТФ70, ФТФ40, ФСФ70, ССФ70 и КСФ70. Буквы показывают назначение: П — подвесной, Ф — фиксаторный, С — секционный, К — консольный, Т — тарельчатый, вторая С — стержневой, Ф — фарфоровый; цифры — нормативную разрушающую механическую нагрузку при растяжении, кН.
На дорогах постоянного тока в качестве секционных изоляторов применяют седлообразные РС-10 (рис. 74, в), соединяемые по два последовательно. В новых типах секционных изоляторов на дорогах постоянного и переменного тока установлены изолирующие вставки из стеклотекстолита. Они склеены из слоев стеклоткани длиной 1000 м.

  1. Взаимодействие контактной подвески и токоприемника

Токосъем должен быть безыскровым при наибольших скоростях движения и любых климатических условиях. Это зависит от свойств токоприемника и контактной сети. При движении токоприемника по контактному проводу простой или цепной подвески изменяется положение его полоза по высоте в зависимости от эластичности подвески, расположения контактных проводов по высоте и характеристик токоприемника.
Если скорость движения невелика, то изменение высоты подъема токоприемника незначительно влияет на нажатие в контакте. При высоких скоростях увеличивается воздействие воздушного потока, а вследствие изменения высоты токоприемника возникают инерционные силы и нажатие в контакте между полозом токоприемника и контактным проводом мениетси. Наличие сосредоточенных масс на контактной сети в виде зажимов, деталей и фиксаторов также приводит к изменению нажатия в месте контакта. Нажатие в контакте должно изменяться незначительно и не выходить за пределы значений, установленных для применяемых токоприемников. Если нажатие уменьшается, происходят отрывы токоприемника от провода, появляется электрическая дуга, вызывающая износ контактного провода и накладок полоза и ухудшение работы машин электроподвижного состава. Увеличение нажатия вызывает повышенное отжатие контактных проводов, что может привести к повреждению контактной сети и срывам полоза токоприемника.

Сила трения в шарнирах Р7 всегда направлена против движения и противодействует ему.
Нажатие без учета динамической и аэродинамической составляющих при медленных перемещениях токоприемника вниз и вверх называют статическим, а изменение его в зависимости от высоты подъема — статической характеристикой токоприемника. Разница в пассивном Р1=Ро+Рт (при движении полоза вниз) и активном Р2=Ро—Рт (при движении полоза вверх) статических нажатиях должна быть наименьшей. Наибольшее пассивное нажатие для легких и тяжелых токоприемников составляет соответственно 90 и 130 Н, а наименьшее активное — 60 и 100 Н. Отклонение от допустимых значений может привести к ухудшению токосъема и повышенному износу контактирующих элементов.
Важным показателем качества конструкции токоприемника является инерция его массы, т. е. динамическая составляющая давления Ра=М*а (здесь М — приведенная масса токоприемника; а — ускорение этой массы в вертикальной плоскости).
Приведенной массой называется масса, которая, будучи сосредоточенной в точке соприкосновения с контактным проводом, оказывает такое же воздействие на подвеску, как и действительный токоприемник. Изменение приведенной массы токоприемника в зависимости от высоты его подъема называют динамической характеристикой. Чем больше приведенная масса, тем больше инерция токоприемника и тем хуже условия токосъема.
Приведенную массу определяют аналитически или экспериментально по числу колебаний токоприемника, подвешивая его на пружине с известной характеристикой, или по приведенному весу токоприемника с помощью динамометра, подключаемого к средней точке полоза (в обоих случаях при отсоединенных пружинах токоприемника). Среднее значение приведенной массы для отечественных токоприемников находится в пределах 24,5—46 кг.
Аэродинамическая составляющая Ра зависит от скорости движения поезда, скорости и направления ветра, конструкции токоприемника, лобовой поверхности электровоза, расположения и формы крышевого оборудования и может быть определена лишь экспериментальным путем. При увеличении скоростей движения возрастают аэродинамические усилия, в результате чего на отдельных участках контактной сети нажатие токоприемника резко возрастает, становясь в 2—2,5 раза больше статического, а па других участках уменьшается до нуля, вследствие чего происходит отрыв токоприемника от контактного провода.
Лобовое сопротивление полоза токоприемника воздушному потоку должно быть наименьшим. Полоз токоприемника с приподнятой передней гранью вызывает увеличение нажатия на провод, а с опущенной передней гранью стремится оторвать токоприемник от контактного провода.
Для скорости движения 160 км/ч на участках с полукомпенсированной подвеской и одним контактным проводом контактное нажатие полоза токоприемника П-1 составляет 240—260 Н, а в случае применения токоприемника 13РР и компенсированной подвески с двумя контактными проводами достигает 260 Н. Высокие нажатия чередуются с полными отрывами токоприемника от контактного провода, что приводит к увеличению износа провода и накладок полоза. Подъем контактного провода зависит от нажатия токоприемника, натяжения проводов и массы контактного провода.
Эластичностью контактной подвески называют подъем Дh контактного провода под действием нажатия Р токоприемника в рассматриваемой точке и измеряют в метрах на ньютон (м/Н). Эластичность характеризует качество подвески. При неравномерной эластичности подвески в пролете контактный провод поднимается неодинаково, условия токосъема оказываются неудовлетворительными, а при равномерной — траектория движения токоприемника приближается к прямолинейной и качество токосъема хорошее. В применимых подвесках эластичность изменяется по длине пролета в значительных пределах.
Эластичность подвески должна быть равномерной и возможно меньшей. При большой эластичности и значительных подъемах контактного провода в условиях высоких скоростей движения нажатие токоприемника вызывает волновые колебания подвески, затрудняющие токосъем.

Рис. 75. К определению реакций в точках подвеса при действии силы на провод
Подвески дорог постоянного тока обладают значительной массой (тяжелые), а следовательно, малой эластичностью; поэтому эти подвески менее подвержены колебаниям и обеспечивают лучший токосъем, чем легкие контактные подвески дорог переменного тока с большей эластичностью.

При расчете эластичности полагают, что сила нажатия токоприемника Р невелика по сравнению с равномерно распределенной нагрузкой на подвеску, натяжение проводов подвески неизменно; жесткость проводов не учитывают.



 
« Электроснабжение городов
электрические сети