КОНТАКТНАЯ СЕТЬ
- Системы контактной сети. Классификация подвесок
Контактная сеть электрифицированных железных дорог состоит из воздушной подвески, опорных и поддерживающих конструкций. К последним подвешены контактные, несущие и усиливающие провода и различные вспомогательные устройства. По конструкции контактные сети постоянного тока 3000 В и однофазного переменного тока 25 кВ имеют много общего и отличаются только лишь уровнем изоляции. На дорогах переменного тока вследствие меньших токов поездов площадь сечения проводов контактной сети меньше.
Контактная сеть работает в тяжелых условиях: резкие изменения температуры воздуха, ветер, гололед, грозы. Тяговый ток нагревает ее провода. Контактная сеть не имеет резерва. Поэтому для обеспечения ее надежности при проектировании и строительстве предусматривают повышенные коэффициенты запаса прочности — от 2 до 4. Кроме того, контактную сеть секционируют, т. е. разделяют на отдельные секции, изолированные в механическом и электрическом отношении друг от друга, что обеспечивает удобство ее эксплуатации.
Стоимость устройств контактной сети составляет 30—35% общей суммы капитальных вложений в электрификацию дорог (без стоимости электроподвижного состава), или 16—18 тыс. руб. на 1 км однопутного участка.
Устройства контактной сети должны удовлетворять следующим требованиям:
обеспечивать бесперебойный токосъем при максимальных скоростях движения в любых атмосферных условиях;
иметь простую конструкцию, обеспечивающую быстрое восстановление сети при повреждениях и наименьшую зону повреждения;
противостоять действию климатических и эксплуатационных факторов;
обеспечивать наименьшие расходы на эксплуатационное обслуживание;
иметь длительные сроки службы; стоимость устройств контактной сети должна быть возможно меньшей.
С начала развития электрической тяги наметились две системы контактной сети; контактный рельс и воздушная подвеска. В Советском Союзе контактный рельс используют только в метрополитенах (описание конструкции рельса см. на с. 138).
На электрифицированных железных дорогах применяют воздушные контактные подвески. Их разделяют на простые и цепные. Простая подвеска состоит из провода, подвешенного к поддерживающим конструкциям, расположенным друг от друга на расстоянии длины пролета (30—40 м). Ее используют в трамвайных, троллейбусных сетях и на второстепенных путях станций железных дорог, где скорость движения не превышает 35—40 км/ч.
Для высоких скоростей служат цепные подвески (рис. 61), в которых контактные провода подвешивают на струнах к несущему тросу. Трос крепится через изоляторы к поддерживающим конструкциям. Для фиксации контактного провода относительно оси токоприемника и предотвращения отклонения его при ветре на опорах устанавливаются фиксаторы.
Цепные подвески классифицируют по ряду признаков:
по способу подвешивания контактных проводов к несущему тросу — одинарные (рис. 61) и двойные (см. рис. 69); в двойной подвеске контактный провод подвешивают к несущему тросу через промежуточный трос;
Рис. 61. Схема цепной подвески:
1 — консоль; 2 — изолятор; 3 — фиксатор; 4 — струна: 5 — контактный провод; в — несущий трос
по способу натяжения проводов — некомпенсированные, полукомпенсированные и компенсированные;
по типу струн, расположенных у опор, — с простыми и рессорными струнами;
по расположению проводов подвесок в плане на прямых участках пути — вертикальные, полукосые, косые и ромбовидные; на кривых участках—хордовые и косые.
Для съема тока с контактной сети на электровозах, и моторных вагонах предназначаются токоприемники. Качество токосъема зависит от типа и состояния подвески, характеристики токоприемника, климатических условий, скорости движения поездов и других факторов.
Хорошие условия токосъема будут в том случае, если токоприемник при движении по контактному проводу в пролете сохраняет неизменное положение по высоте, а нажатие его на провод остается постоянным. Для выполнения этого необходимо, чтобы:
стрела провеса контактного провода была наименьшей, а масса подвески, связанная с контактным проводом, наибольшей;
эластичность контактной подвески в пролете оставалась равномерной, т. е. одно и то же нажатие токоприемника вызывало во всех точках одинаковое отжатие контактных проводов;
число сосредоточенных масс и жестких точек на контактном проводе было возможно меньшим;
подвеска не сдвигалась бы от оси пути под действием ветра;
нажатие токоприемника было достаточным для безыскрового токосъема, токоприемник обладал наименьшей массой, так как в этом случае силы инерции, а также силы трения в шарнирах токоприемника будут наименьшими.
Простая подвеска перечисленным требованиям не удовлетворяет. Поэтому на железных дорогах СССР применяются цепные подвески, обеспечивающие хорошие условия токосъема и позволяющие реализовать высокие скорости движения поездов.
Широко используют цепные подвески, в которых поддерживается неизменным натяжение проводов; применяют двойные цепные подвески и двойные контактные провода, обеспечивающие увеличение массы контактного провода и более спокойную работу токоприемнику. Подвески с рессорной струной создают равномерную эластичность контактной сети. Сочлененные фиксаторы и безболтовые клеммы уменьшают сосредоточенные массы и число жестких точек на контактной сети.
Контактным называют дополнительный рельс, укрепленный на кронштейнах вдоль пути к шпалам через 4,2—5,5 м и предназначенный для подведения электроэнергии к подвижному составу.
По расположению контактной поверхности рельса могут быть конструкции с верхним и нижним токосъемом. На отечественных метрополитенах принята конструкция с нижним токосъемом (рис. 62). Она обеспечивает безопасность обслуживающего персонала, так как рельс закрыт с трех сторон защитным деревянным коробом.
Рис. 62. Расположение и конструкция контактного рельса:
1 — контактный рельс; 2 — резиновый шнур; 3 — стяжной болт; 4 — изолятор; 5 — скоба; 6 — кронштейн; УГР — уровень головок рельсов
Токосъем осуществляется токоприемником, расположенным на тележке вагона. Нажатие токоприемника к контактному рельсу составляет 200 Н. Контактный рельс изготовляют из стали с удельным сопротивлением 0,12-10~9 Ом-м, он имеет площадь сечения 6600 мм2 и массу 51,7 кг/м.
Длина звена контактного рельса 12,5 м. Отдельные звенья соединяют в плети нормальными, температурными или изолирующими стыками. Нормальный стык выполняют из двух накладок. Температурный стык собирают с зазором для возможности перемещения в нем звеньев контактного рельса при изменении температуры. Электрическое соединение в стыке обеспечивают с помощью медного гибкого провода сечением 4X95 мм2. Температурные стыки располагают в тоннеле через каждые 100 м, а на поверхности земли через три звена.
На стрелочных переводах, съездах, в местах секционирования и пересечениях путей устраивают разрывы контактного рельса. Длина разрывов определяется типом подвижного состава и маркой крестовины. Для плавного сбегания и набегания башмака токоприемника у разрывов контактного рельса устанавливают концевые отводы с уклоном рабочей поверхности при сбегании 1:20 и набегании 1:25. На конец отвода для смягчения ударов при набегании башмака крепят деревянный наконечник.
Контактный рельс изолируют от кронштейнов разъемным, состоящим из двух частей фасонным изолятором, который выдерживает механическую нагрузку 18 000 Н. При номинальном напряжении 825 В изолятор имеет сухоразрядное напряжение 20 кВ, мокроразрядное напряжение 10 кВ и пробивное — 35 кВ. Изолятор охватывается скобой, ‘которая обеспечивает крепление его к кронштейну.
Простота конструкции, невысокая стоимость и хорошие условия токосъема являются достоинством системы контактного рельса. Недостаток ее — невозможность использования на наземных дорогах вследствие доступности и опасности для жизни людей при возможных прикосновениях.
