Влияние климатических условий на работу контактной сети. Работа контактной сети в зимних условиях значительно осложняется. Низкие температуры, образование гололеда на проводах и действие ветра ухудшают условия токосъема, а в некоторых условиях приводят к авариям, вызывающим остановку поездов.
Во время низких температур ухудшается работа подвески, увеличивается трение в шарнирах токоприемника, вследствие чего ухудшается токосъем. При действии ветра, направленного поперек пути, контактный провод может быть вынесен за пределы полоза токоприемника, в результате повреждаются токоприемник и контактная сеть. Наиболее опасными в этом отношении являются участки контактной сети, расположенные в степных районах, на высоких насыпях, на мостах через большие реки и при подходах к ним. Ветроустойчивость подвески зависит от натяжения проводов и конструкции подвески. Применение двойных контактных проводов, ромбовидных и косых подвесок является эффективным мероприятием по повышению ветроустойчивости подвески.
Действие ветра при определенных условиях вызывает, помимо горизонтальных, вертикальные перемещения, называемые автоколебаниями («пляской») проводов подвески. Они происходят под действием аэродинамических сил, возникающих при обтекании воздушным потоком проводов, у которых в результате износа или отложения гололеда изменилась форма сечения. Эти колебания возникают на открытых местах на протяжении 10 км при скорости ветра 6—10 м/с и могут наблюдаться продолжительное время. Размах колебаний проводов достигает 1 м и более (частота собственных колебаний системы 0,65—1,0 Гц). При сильных автоколебаниях проводов токоприемник не успевает следовать за колебаниями подвески и условия токосъема ухудшаются. Возможны также механические повреждения подвески.
Для предотвращения автоколебаний проводов при проектировании и строительстве предусматривают чередование пролетов различной длины: они различаются на 6—8 м. Колебания проводов можно также прекратить снятием с них гололедных отложений посредством электрической плавки гололеда, повышенным натяжением проводов, подвеской грузов на несущий трос в пролете и другими способами.
Помимо автоколебаний, наблюдаются вибрации проводов, т. е. колебания с малыми перемещениями (амплитуда 0,5—5 см) и вдвое большими частотами. Вследствие быстро меняющихся знакопеременных механических напряжений в местах крепления провода или выхода из зажима происходит его обрыв.
Большие осложнения при эксплуатации контактной сети вызывает образование гололеда на проводах. Корка льда мешает токосъему, способствует искрообразованию и появлению электрической дуги между токоприемником и контактным проводом, в результате чего наблюдаются подгары и поджоги контактных проводов, а в некоторых случаях пережоги и обрывы их. Удаляют гололед с проводов, применяя механические средства или прогревая провода электрическим током. Использование скребков малоэффективно. Широкое применение получил вибрационный способ очистки контактных проводов от гололеда.
Электрическим способом удаления гололеда пользуются на перегонах и главных путях станций, где сечения проводов подвесок одинаковы. Опыт ряда дорог показал, что для оплавления уже образовавшегося гололеда на проводах необходимо иметь плотность тока 6—8 А/мм2. При профилактическом подогреве для предотвращения образования гололеда устанавливают плотность тока 2,5—3,5 А/мм2.
Разработаны различные схемы прогрева без прекращения движения поездов и с перерывом движения. На двухпутных участках дорог постоянного тока плавку гололеда осуществляют с полным прекращением движения поездов на этот период или с перерывом движения только по одному пути.
На дорогах переменного тока поочередно прогревают контактную сеть с прекращением движения поездов только по одному пути или одновременно контактные подвески обоих путей до поста секционирования ПС с питанием от одной подстанции и перерывом движения на этом участке (рис. 98, а). На рисунке путь тока показан штриховой линией. Пост секционирования отключают и включают поперечный разъединитель П. Плавку гололеда ведут с тяговой подстанции ТПБ через выключатель ВМ4 и обходную шину этой же подстанции.
Имеются также схемы, позволяющие производить плавку гололеда без перерыва движения поездов (рис. 98, б). При этом в течение плавки гололеда контактная сеть разных путей между подстанциями получает питание от разных фаз одной подстанции ТПБ, через обходную шину 0111 тяговой подстанции ТПА. Напряжение между контактным проводом и рельсом на каждом пути остается достаточно высоким и движение поездов не прекращается.
Износ контактных проводов и контактных пластин токоприемника. При движении токоприемника его пластины и контактные провода изнашиваются. Износ зависит от материала контактных пластин и проводов, нажатия токоприемника на провод, снимаемого тока, рода его, качества смазки, климатических условий, конструктивного выполнения и состояния цепной Подвески и других причин. В большей степени износ провода определяется током, снимаемым токоприемником, и материалом контактного провода и пластин.
Рис. 98. Схема плавки гололеда на контактной сети переменного тока с прекращением (а) и без прекращения (б) движения поездов (НВ — нейтральная вставка)
Усиленный износ наблюдается в местах трогания поездов, а также на подъемах, где потребляются большие токи. По этой причине износ на линиях переменного тока в 2—3 раза меньше, чем на дорогах постоянного тока. Плохое состояние подвески, неравномерная эластичность, наличие гололеда, жестких точек и сосредоточенных масс являются причинами искрения между проводом и токоприемником, что приводит к увеличению износа провода и пластин.
Бронзовые контактные провода более износоустойчивы, чем медные, их срок службы в 2 раза больше. Для уменьшения износа проводов важное значение имеет правильный выбор материала пластин токоприемника.
Износ контактного провода определяется уменьшением площади поперечного сечения и характеризуется
удельным износом провода и средней удельной потерей меди. Уменьшение площади сечения провода (мм2), отнесенное в 10000 проходов токоприемника, называют удельным износом, а уменьшение массы провода (кг), отнесенное к 1000 электровозо-км или секцие-км, называют удельной потерей меди. По этим величинам определяют общую потерю меди и стоимость ее на участке и дороге в целом.
Износ определяют раз в год, замеряя высоту контактного провода измерительными скобами. Зная высоту, определяют износ провода по таблицам. Установлен допустимый износ контактных проводов: 50 мм2 для МФ-150; 35 мм2 для МФ-100, БрФ-100 и 25 мм2 для МФ-85. Срок службы контактного провода 6—10 лет.
В последние годы осуществляется автоматическое измерение износа контактного провода с помощью токовихревого датчика при скорости движения поезда до 100 км/ч.
Для уменьшения износа контактных проводов в зависимости от снимаемого тока на токоприемниках применяют угольные вставки или металлокерамические пластины. Угольные вставки обладают хорошей полирующей способностью, но имеют недостаточную прочность и большое переходное сопротивление в месте контакта, при больших токах наблюдаются пережоги проводов. Угольными вставками оборудованы все токоприемники на дорогах переменного тока и часть электровозов и вагонов на дорогах постоянного тока.
Металлокерамические пластины имеют меньшее контактное сопротивление. В состав материала пластин входят порошки графита и металла. Пластины на медной основе обладают более высокой проводимостью и меньше изнашивают контактный провод. Опыт показал, что при этих пластинах целесообразно применять сухую графитовую смазку, которая уменьшает износ пластин и провода. Чтобы снизить интенсивность износа контактного провода, электропоезда ЭР2 работают на трех токоприемниках вместо пяти, а ЭР9П — на двух.
Пережоги контактных проводов. Причинами пережогов являются несовершенство отдельных устройств контактной сети, защиты сети и электроподвижного состава, наличие гололеда на проводах и неправильные действия локомотивных бригад. Пережоги происходят как при надежном контакте между токоприемником и проводом, так и при наличии дуги в момент отрыва токоприемника. Вероятность возникновения их в последнем случае зависит от значения тока.
При к. з. на электровозе в месте контакта токоприемника и провода происходит пережог последнего, причем вероятность пережога больше при угольных вставках. Бронзовые и двойные медные провода более надежны в работе, так как время пережога первых в 1,5 раза, а вторых в 2,5—2,8 раза больше, чем медного одиночного провода.
Пережоги проводов контактной сети постоянного тока могут происходить при проходе токоприемника через воздушный промежуток изолирующего сопряжения или секционный изолятор, когда секция, на которую переходит токоприемник, отключена, но не заземлена. Возникающая дуга поддерживается рабочим током и тянется на значительное расстояние. Защита в этом случае не срабатывает ввиду того, что ток мал по сравнению с уставкой выключателя.
Для предотвращения пережогов провода существует автоматическая сигнализация, напоминающая машинисту, что поезд должен проходить изолирующее сопряжение с опущенным токоприемником (рис. 99). Устройство сигнализации реагирует на понижение напряжения или его отсутствие в одной из секций контактной сети. При снятии напряжения с одной из секций контактной сети автоматически включаются мигающие огни сигнального знака «Опустить токоприемник» на этом пути.
Рис. 99. Схема установки сигнальных указателей «Опустить токоприемник» на воздушных промежутках двухпутной линии:
1 — сигнальный световой указатель: 2 — шкаф с датчиками напряжения;
3 — релейный шкаф
При этом машинист обязан опустить токоприемник. Электровоз будет двигаться по инерции. При наличии напряжения в обеих секциях огни сигнальных знаков не горят. На таких изолирующих сопряжениях подвешивают провода с. повышенной термической устойчивостью.
