Контактна мережа

Контактна мережа

1)Визначення.

2)Вимоги до контактної мережі.

Контактна мережа – це сукупність проводів різного призначення, опорних конструкцій, підтримуючих вузлів, ізоляторів, лінійної арматури для передачі для передачі електроенергії рухомому складу.

Вона зазвичай складається з : контактної підвіски, підсилюючих проводів, з’єднувальних проводів ,тягових рейок.

Види контактної мережі :

1) З контактною рейкою;

2) З повітряною контактною підвіскою;

Контактна підвіска – це сукупність контактних проводів (1,2,3), несучого тросу та струн .

Вимоги до контактної мережі :

1) Забезпечує безперебійний рух потягів зі встановленими ваговими нормами , швидкостями та інтервалами між потягами при потрібних розмірах руху;

2) Протидіяти впливу кліматичних та експлуатаційних факторів і зберігати при цьому достатній запас надійності в роботі;

3) Мати просту конструкцію, що складається з високонадійних та легко замінних вузлів котрі дозволяють швидке відновлення працездатності мережі;

4) Мати підвищену довговічність та вимагати мінімуму витрат на експлуатацію;

5) Мати малу будівельну та монтажну вартість при мінімальних витратах на матеріали.

Еластичність контактних підвісок .

(1.1)

Рисунок 1.Зображення властивості еластичності контактної підвіски.

Види контактних підвісок

Контактна підвіска :

1) Прості;

2) Ланцюгові;

Проста підвіска - провід безпосередньо кріпиться до опори (трамвайна) , на залізницях проста підвіска використовується при швидкостях V 50 км/год.

Рисунок 2. Криві провисання проводів простої контактної підвіски: а – при одноразовому підвішування контактного проводу; б – при дворазовому.

де згідно рисунка 2 відповідно лінія – зображення контактного проводу , L - прогін, f(φ) – прогин (стріла прогину).

Стріла прогину визначається :

(1.2)

Параметри контактної підвіски , також мають велику залежність від температури навколишнього середовища t .

На рисунку 2 контактний провід зображений при середній температурі навколишнього середовища t_{cереднє} . При t_{cереднє} прогін буде становити приблизно 50 метрів . Відповідно L=50 метрів.

Прості контакті підвіски конструктивно виконують:

1) Некомпенсовані;

2) С сезонним регулюванням;

3) Компенсовані.

1) Некомпенсовані

Рисунок 3 – Анкерування некомпенсованої простої підвіски (а) і залежність натягу і стріли прогину проводу від температури (б).

(1.3)

де q - еквівалентна сила тяжіння, l- довжина прогону, f- стріла прогину.

2) С сезонним регулюванням

Рисунок 4 – Анкерування простої підвіски с сезонним регулюванням (а) і залежність натягу і стріли прогину проводу від температури (б).

3)Компенсовані.

Рисунок 5 – Анкерування компенсованої простої підвіски (а) і залежність натягу і стріли прогину проводу від температури (б).

Ланцюгові контактні підвіски

Ланцюгові контактні підвіски конструктивно діляться :

1) За способом підвішування контактних проводів до несучого тросу;

2) За способом регулювання натягу проводів;

3) За взаємним розташуванням проводів , що утворюють підвіску в плані;

4) За типом струн біля опор.

1) За способом підвішування контактних проводів до несучого тросу ланцюгові контактні підвіски підрозділяються на : одинарну, одинарну ресорну, подвійну ланцюгову підвіску,потрійну ланцюгову підвіску.

а) Одинарна ланцюгова підвіска;

Рисунок 6 – Схема одинарної ланцюгової підвіски.

1-струна, 2- несучий трос, 3- контактний провід.

б) Ланцюгова підвіска з ресорним тросом ;

Рисунок 7 – Схема ланцюгової підвіски з ресорним тросом.

1-струна, 2- несучий трос, 3- контактний провід, 4-ресорний трос.

в) Подвійна ланцюгова підвіска;

Рисунок 8 – Схема подвійної ланцюгової підвіски;

1-струна, 2- несучий трос, 3- контактний провід, 5 – допоміжний трос.

Така підвіска може виглядати також наступним чином:

Рисунок 9 – Схема подвійної ланцюгової підвіски з додаванням ресорного тросу.

1-струна, 2- несучий трос, 3- контактний провід, 4-ресорний трос, 5 – допоміжний трос.

г) Потрійна ланцюгова підвіска;

Рисунок 10 – Схема потрійної ланцюгової підвіски.

1-струна, 2- несучий трос, 3- контактний провід, 4-ресорний трос, 5 – допоміжний трос, 6 – другий допоміжний трос.

Способи натягу проводів ланцюгових підвісок

а) Некомпенсована ланцюгова підвіска;

Рисунок 11- Анкерування проводів некомпенсованої ланцюгової підвіски (а), і залежність натягу несучого Т і контактного К тросу від температури (б).

б) Напівкомпенсована ланцюгова підвіска;

Рисунок 12- Анкерування проводів напівкомпенсованої ланцюгової підвіски (а), і залежність натягу несучого Т і контактного К тросу від температури (б).

в) Компенсована ланцюгова підвіска;

Рисунок 13- Анкерування проводів компенсованої ланцюгової підвіски (а), і залежність натягу несучого Т і контактного К тросу від температури (б).

Розташування проводів відносно осі струмоприймача

На прямих ділянках шляху ланцюгові підвіски розподіляють на : вертикальні,напівкосі,косі.

а)Вертикальна;

Рисунок 14- Схема розташування контактного дроту на прямій (а), та кривій ділянці шляху (б) при вертикальній підвісці.

1-контактний провід, 2- опора,3-фіксатор.

б)Напівкоса;

Рисунок 15- Схема розташування дротів напівкосої підвіски.

1-контактний провід, 2- несучий трос і вісь струмоприймача, 3-опора, 4-струна.

в)Коса; Серед усіх видів підвісок є найбільш вітростійкою.

Рисунок 16- Схема розташування дротів косої підвіски на прямій ділянці шляху (а) і на кривій частині шляху (б).

1-контактний провід, 2-струна, 3-несучий трос, 4-вісь струмоприймача,5-фіксатор.

г)Ромбоподібна;Є досить вітростійкою,та кращою при обслуговуванні чим коса підвіска.

Рисунок 17- Схема розташування дротів ромбоподібної підвіски.

1-несучий трос, 2,3-контактні дроти,4-кріплення проводів.

Можливе також застосування ПРАКС.

д) Просторово-ромбовидна автокомпенсована контактна мережа.

Перевагою є те, що вона майже не потребує обслуговування.

Рисунок 18- Просторово-ромбовидна автокомпенсована контактна мережа.

1-Несучий трос,2-Ізолятор,3-Контактний провід.

е)Хордова підвіска;

Рисунок 19- Вертикальна (хордова) підвіска в кривій, де Р — рельс.

(1.4)

де, S- довжина струни,C-відстань між струнами,С_Р- відстань між ресорними струнами, С_Р=2d,h-висота контактної підвіски.

Нормальний зигзаг становить - 300 мм.

400 мм-на прямих ділянках (допустимий відхил).

500 мм – на кривих ділянках (допустимий відхил).

До опори додатній зигзаг.

Лижа струмоприймача – 1300 мм.

Проводи та ізолятори контактної мережі

Вимоги до проводів контактної мережі .

Вони повинні бути :

· міцними механічно;

· термостійкими;

· бути мало зношуваними;

· мати добру провідність.

Мідь . Застосовується у різних сплавах для проводів контактної мережі . Зазвичай мідь легують і вносять олово.

Мідь: 95 °C; 117,7 МПа.

110 °C; 127,4 МПа.

130 °C; 137,2 МПа.

М- 0,1750 Ом/км.

НЛ-0,185 Ом/км.

Бр-0,2 Ом/км.

Застосовують марки : МФ,МФО,НЛФ,НЛФО, БрФ, БрФО.

Площа поперечного перерізу :85,100,150.

В перерізі провід матиме вигляд :

Рисунок 21 – Поперечний переріз проводів МФ(а), та МФО(б).

Рисунок 22 – Поперечний переріз проводів бронзових Бр2(в) та Бр1(г).

Рисунок 23- Поперечний переріз провода з низько легованої міді.

Короткі характеристики даних проводів.

МФ-100 → 60 °C→ 600 Ампер.

МФО-100→660 Ампер.

При зношуванні 40 % →60 °C→ 420 Ампер.

Несучі троси

1)Монометалеві;

2)Біметалеві-мають стальну основу покритті міддю або алюмінієм;

Комбіновані троси – це коли комбінують метал з біметалевого матеріалу або два метали.

Позначення : М,ПБСМ,АС,АПБСА.М-95,М-120.

Приведемо приклад струмових навантажень для тросу М-120.

Струмове навантаження для М-120.

М-120 (При відсутності вітру) →500 А

М-120 (При вітрі 1м/с) →650А

М-120 (При вітрі 2м/c) →730А

Температура нагріву ПБСМ -120 °C.

Підсилюючий,живлячий та інші проводи.

Марки підсилюючих проводів: АТ,АТ_п,А,АС,АСКП(міждротовий простір всього проводу, за винятком зовнішньої поверхні, заповнене нейтральною змазкою підвищеної нагрівостійкості), АСКС.

АС-185/43 -43 мм²(сталевий трос);

185-алюміній;

А-150;

А-185;

Ізолятори контактної мережі

2- Ізолятори для постійного струму;

3-Ізолятори для змінного струму.

За видами : Підвісні,анкерні,фіксаторні,консольні,секціонуючі.

Опори контактної мережі

За типом підтримки пристроїв опори діляться на :

1)Консольні;

2)Опори для ригелів(жорстких поперечин);

3)Опори для гнучких поперечин;

Опори бувають :

1)Живлячі;

2)Опори для відсмоктуючих ліній;

3)Спеціальні опори.

Також опори розподіляють на :

1)Проміжні;

2)Анкерні;

Рисунок 24 – Конструкція проміжної опори СКЦ_О-10-13,6

1)Напружені струни (арматура),2,3,4-ненапружена арматура (стрижні),5-спіраль,6-монтажні кільця,7-отвори діаметром 24 мм для закладних деталей,8-вентиляційні отвори діаметром 24 мм.

Рисунок 25 – Конструкція анкерної опори з відтяжками.

1-стійка опори,2-анкер типа ТА,3-опорна плита.

За матеріалами виготовлення опори бувають :

1)Залізобетонні;

2)Металеві;

3)Дерев’яні.

Підтримуючі пристрої

1)Консолі;

2)Жорсткі поперечини або ригелі та гнучкі поперечини.

Консолі :Одноколійні,двоколійні, та багатоколійні.

Консолі :Ізольовані,неізольовані,поворотні.

За конструкцією:

1)Горизонтальні;

2)Похилі.

Далі приводиться зображення різних видів консолей.

1)Похила зігнута консоль;

Рисунок 26- Похила зігнута консоль.

1-Кронштейн,2-тяга,3-опора.

2)Похила пряма консоль;

Рисунок 27- Похила пряма консоль.

1-Кронштейн,2-тяга,3-опора.

3)Пряма горизонтальна консоль.

Рисунок 27- Пряма горизонтальна консоль.

1-Кронштейн,2-тяга,3-опора.

4)Горизонтальна консоль с підкосом.

Рисунок 28- Горизонтальна консоль с підкосом.

1-Кронштейн консолі,2-тяга,3-підкіс,4-фіксатор,5-стрижневий ізолятор,6- другий стрижневий ізолятор.

5)Двоколійна консоль.

Рисунок 29- Двоколійна консоль.

1-Кронштейн,2-тяга,3-опора,4-фіксаторна стійка.

Типи консолей:

· НР (На розтягування).

· НС(На стискання).

· Н(Нахилена).

· ІГ(Ізольована горизонтальна).

Ригелі служать для покриття до 8 колій.

Гнучкі поперечини

Вони перекривають до 15 колій. Гнучка поперечина має дві опори.

Рисунок 30- Ізольована гнучка поперечина.

1-Опора,2-поперечні несучі троси,3-верхній несучий трос,4-нижній фіксуючий трос,5-фіксатор,6-нахилений підвіс,7-струна гнучкої поперечини,8-нейтральна вставка,9-електричний з’єднувач.

ПБСА-(70-85) мм².

ПБСМ

Фіксатори

Для фіксації положення провода.

Фіксатори поділяються на :

· Прямі (Підтягує контактний провід до опори).

· Зворотні (Додатковий зигзаг).

· Гнучкі.

· Сполучні.

1)Прямий;

Рисунок 31- Фіксатор прямий зчленований.

1-Изолятор ФТФ-50,2-деталь зчленування фіксаторних ізоляторів,3-основний стержень прямого фіксатора,4-стійка прямого фіксатора,5-додатковий стержень зчленованого фіксатора,6-струни,7-стрижневий ізолятор ФСФ-70,8-контактні дроти.

2)Зворотній фіксатор;

Рисунок 32- Фіксатор зворотній зчленований.

5-додатковий стержень зчленованого фіксатора,6-струни,7-стрижневий ізолятор ФСФ-70,9-основний стрижень зворотного фіксатора,10-стійка зворотного фіксатора.

3)Гнучкий фіксатор;

Рисунок 33- Фіксатор гнучкий.

5-додатковий стержень зчленованого фіксатора,6-струни, 8-контактні дроти,11-ізолятор ПТФ-70,12-сережка,13-стрижневий ізолятор ССФ-70.

Анкерні ділянки компенсованої підвіски

Для анкерних ділянок довжиною не більше 1600 метрів.

Використовують середнє анкерування.

Рисунок 34- Середнє анкерування компенсованої підвіски.

1-відтяжка,2-несучий трос,3-контактний провід,4-середнє анкерування,5-додатковий трос,6-консоль середнього анкерування.

Рисунок 35- Розподіл сил при натягуванні контактного проводу.

Натягування при компенсованій підвісці – 15-25 кН, при напівкомпенсованій підвісці 30-50 Кн.

Сполуки анкерних ділянок

1)Проста – нееластична двопрогінна.

Рисунок 36-Знаходження контактних дротів при простому (двопрогінному) сполученні анкерних ділянок.

1і 3 – анкерні опори, 2-перехідні опори,4-електричний з’єднувач,5-контактний провід.

На непрямих ділянках 400-500 м відхилення.

2)Трипрогонні або еластичні.

Рисунок 37- Еластичне сполучення анкерних ділянок напівкомпенсованої підвіски.

1і 4-анкерні опори,2 і 3 – перехідні опори,5-несучий трос,6-контактні проводи,7-продольний з’єднувач,8-консоль.

Секціонування контактної мережі

Використовується для зручності в експлуатації.

Рисунок 38 – Принципова схема секціонування контактної мережі на одно путній (а) та двопутній ділянці (б) лінії.

Секціонування контактної мережі може бути виконано за допомоги:

- за допомоги ізолюючих сполук;

- нейтральних вставок;

- секційних ізоляторів.

Умовні позначення для схем секціонування наступні:

- Електрифікований шлях та живляча лінія ;

- Неелектрифікований шлях;

- Ізолююче спряження анкерних дільниці;

- Ізолююче спряження з нейтральною вставкою;

-Секційний ізолятор;

- Секційний роз’єднувач с телеуправлінням;

- Секційний роз’єднувач с двигуним(моторним) приводом.

- Секційний роз’єднувач з ручним приводом.

- Секційний роз’єднувач з ручним приводом та заземлюючим контактом.

- Роз’єднувач-заземлювач для плавки ожеледі.

- Пункт паралельного з’єднування на лініях постійного струму.

- Пункт паралельного з’єднання на лініях змінного струму.

Ізолююче сполучення виконують трьох прогонними або чотирьох прогонними .

1)Трьох прогонні

Рисунок 39- Схема ізолюючого спряження анкерних дільниць на прямому (а) та кривій (б) дільниці шляху.

1 і 8-анкені опори,2-герлянда ізолятора,3-електричний з’єднувач,4 і 7 – перехідні опори,5- коромисло,6-продольний секційний роз’єднувач.

2)Чотирьохпрогонні

Рисунок 40- Схеми спряжень анкерних ділянок: а – не ізольованого; б - ізольованого без нейтральної вставки; в - ізольованого з нейтральною вставкою для тяги електровоза; I_о - довжина звичайного прольоту; 1 - вісь залізничної колії; 2 - анкерні опори; 3 - поздовжні електричні з'єднувачі; 4 - перехідні опори; 5 - ізолятори; 6 - нейтральна вставка; 7 - секційні роз'єднувачі з ручним приводом (нормально-розімкнуті); 8 - сигнальний знак «Відключити струм»; 9 - сигнальний знак «Увімкни струм».

Схеми секціонування на станціях

Приводиться зображення схем секціонування на станціях.

Рисунок 41-Принципові схеми секціонування контактної мережі станції.

а- с кількістю електрифікованих другорядних шляхів менше трьох;

б-с кількістю електрифікованих шляхів трьох і більше.

Рейкові мережі

Рисунок 42 – Схеми електричних з’єднань в рейковій мережі на дільницях без автоблокування (а),обладнаних автоблокуванням с подвійними рейковими мережами (б), те саме с одинарними рейковими мережами (в).

1-стиковий електричний з’єднувач,2-міжрейковий електричний з’єднувач,3-міжшляховий електричний з’єднувач,4-ізолюючий стик,5-дроссель трансформатор,6-продольний електричний з’єднувач ,7-рельса нитка для СЦБ,8-електротягова рельсова нитка.

Заземлення опор

Необхідне для забезпечення безпеки обслуговуючого персоналу.

де U_kp- різниця потенціалів частині землі між двома точками на відстані 0,8 м.

Заземлення виконують індивідуальними або груповими.

Рисунок 43 – Схема заземлень конструкцій на залізобетонних і металевих опорах.

а- залізобетонна опора на постійному струмі,б- залізобетонна опора на змінному струмі,в-металева опора,1-напівшпала,2-заземлюючий провідник,3-деревяна прокладка,4-кронштейн низьковольтних проводів,5-кронштейн ліній електропередач,6-консоль,7-виводи заземлюючого проводу ,кронштейн проводів ДПР.

Пластинки слюди пробиваються при струмі підвищеному на 800 – 1200 В.

Блукаючі струми та захист від них

Рисунок 44 – Схема установки поляризованого дренажу: 1 - захищається газопровід, 2 - дренажний кабель, 3 - дренажна установка (вентильного типу), 4 - реостат, 5 - вентильний (випрямний) елемент, 6 - амперметр, 7 - запобіжник, 8 - генератор тягової підстанції, 9 - фідер живить, 10 - контактний тролейний провід, 11 - шляхи руху блукаючих струмів

1-Катодна зона (Вхідний струм до підземної споруди);

2-Анодна зона (Вихідний струм з підземної споруди);

3-Знакоперемінна зона.

Наявність блукаючих струмів приведе до корозії рейок,підземних конструкцій.

Захист від блукаючих струмів полягає у наступному :

1)Підвищити перехідний опір між рейкою і землею.

2)Для підземних споруд: пасивний захист і активний.

До активних засобів відносять : Катодний,протекторний,дренажний.

1) Катодний

Рисунок 45-Принцип катодного захисту; а) за допомогою гальванічних жертовних анодів,б) за допомогою поляризації від джерела постійного струму.1 - закладений в грунт трубопровід,2 - гальванічний жертовний анод,3 - джерело постійного струму,4 - малорозчинний анод.

2) Протекторний

Рисунок 46 – Схема протекторного захисту.1-Газопровід,2-контакт з газопроводом,3-розпізнавальний знак,4-ізольований провід,5-грунт,6-контакт протектора,7-протектор,8-заповнювач.

3) Дренажний

Рисунок 47- Схема дренажного захисту .

1-контактна мережа,2-джерело постійного струму ,3-рейкова мережа ,4-поляризована дренажна установка,5-газопровід.

Взаємодія контактної підвіски та струмоприймача

Висота підвішування контактного проводу номінальна – 6500 мм .

6800 мм – на станціях.

5750 мм – мінімальна висота.

5675 мм – у виключних випадках (на змінному струмі).

5550 мм – постійному.

Максимальна висота – 6800 мм.

Еластичність.

Норми еластичності – 1,2-1,3 – для швидкісних ділянок.

1,15-1,1 – для високошвидкісних .

Швидкісні – 160 -200 км/год.

Високошвидкісні -250-300 км/год. і більше.

574,5 км/год.

Сила пружин струмоприймача,сила тертя,сила інерції, аеродимічна сила.

t=t_o

t <t_min

t≤t_max

t_cp=0,5(t_min+t_max)

∆t= - 15 °C … - 5 °C

P_C=P_O±P_t

Вітростійкість контактної мережі та боротьба з ожеледоутворенням.

Вітрове відхилення створюється дією сили вітру.

Питома маса -0,8…0,9 I/cm³

До способів боротьби з ожеледоутворенням відносять:

- механічний (збирання льоду);

- електричний (нагрівання);

Густина струму для розтоплення ожеледі .

6,5 … 8 А/mm²; та 2,5… 3 А/mm².

Зношування контактного проводу

Механічний та електричний;

Електричний фактор зношування : іскріння при струмозніманні ; виникнення дуг (створення місць вигорання).

Механічний : стирання .

Зношення на підйомах,місцях рушень(де споживається більший струм),при підходах до штучних споруд.

На одноколійних шляхах зношення на 30 % більше ніж на двоколійних.