Энергия, потребляемая железнодорожным транспортом, расходуется на обеспечение тяги поездов и питания нетяговых потребителей: станций, депо, мастерских, устройств регулирования движения поездов.

В систему электроснабжения электрифицированных железных дорог входят электростанции, районные трансформаторные подстанции, сети и линии электропередач, которые называют внешним электроснабжением. К внутреннему или тяговому электроснабжению относят тяговые подстанции и электротяговую сеть.

На электростанциях вырабатывается трехфазный переменный ток напряжением 6…21 кВ частотой 50 ГЦ. На трансформаторных подстанциях напряжение тока повышают до 750 кВ, в зависимости от дальности передачи электрической энергии потребителям. Вблизи мест потребления электроэнергии напряжение понижают до 110…220 кВ и подают в районные сети, к которым подключены тяговые подстанции электрифицированных железных дорог и трансформаторные подстанции дорог с тепловозной тягой.

Тяговая сеть состоит из контактных и рельсовых проводов, которые представляют соответственно питающую и отсасывающую линии. Участки контактной сети подсоединяют к соседним тяговым подстанциям.

На железных дорогах используют системы постоянного тока номинальным напряжением 3000 В и однофазного переменного тока номинальным напряжением 25 кВ частотой 50 Гц.

Основными параметрами, характеризующими систему электроснабжения электрифицированных железных дорог, являются мощность тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь контактной подвески.

Тяговые подстанции постоянного тока выполняют две функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный. Уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава при постоянном токе на любом блок-участке должен быть не более 4 кВ и не менее 2,7 кВ, а на отдельных участках допускается не менее 2,4 В. С учетом этих требований тяговые подстанции постоянного тока размещают недалеко друг от друга (10…20 км) при максимально допустимом сечении контактного провода.

Тяговые подстанции переменного тока служат только для понижения напряжения переменного тока (до 27, 5 кВ), получаемого от энергетических систем. На направлениях, электрифицированных на переменном токе с номинальным напряжением 25 кВ, расстояние между тяговыми подстанциями составляет 40…60 км. Площадь сечения проводов контактной сети в системе однофазного переменного тока примерно в два раза меньше, чем при постоянном токе. Однако конструкция локомотивов и электропоездов при переменном токе сложнее, а их стоимость выше.

Стыкование контактных сетей линий электрифицированных на разных системах тока осуществляется на специальных железнодорожных станциях.

Контактная сеть – это совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприемникам электрического подвижного состава.

Контактная сеть состоит из консолей, изоляторов, несущего троса, контактного провода, фиксаторов и струн и монтируется на металлических или железобетонных опорах (рис. 22.1).

Применяются простые (на второстепенных станционных и деповских путях) и цепные воздушные контактные сети. Простая контактная подвеска представляет собой свободно висящий провод, который закреплен на опорах. В цепной подвеске (рис. 22.1) контактный провод подвешен между опорами не свободно, а прикреплен к несущему тросу с помощью проволочных струн. Благодаря этому расстояние меду поверхностью головки и контактным проводом остается практически постоянным. Расстояние между опорами при цепной подвеске составляет 70…75 м.

Высота контактного провода над поверхностью головки рельса на перегонах и станциях должна составлять не менее 5750 мм, а на переездах – 6000…6800 мм.

Контактный провод изготавливают из твердотянутой электролитической меди специального профиля (рис. 22.2). Он может иметь площадь сечения 85, 100 или 150 мм2.

Опоры контактной сети применяют железобетонные (высотой до 15,6 м) и металлические (15 м и более). Расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор на перегонах и станциях должно составлять не менее 3100 мм. На существующих электрифицированных линиях и в трудных условиях допускается сокращение указанного расстояния до 2450 мм – на станциях и до 2750 мм – на перегонах.

Для защиты контактной сети от повреждений ее секционируют (разделяют на отдельные участки – секции) с помощью воздушных промежутков (изолирующих сопряжений), нейтральных вставок, секционных и врезных изоляторов.

Воздушные промежутки устраивают для электрической изоляции смежных участков друг от друга. Воздушный промежуток выполняют таким образом, чтобы при проходе токоприемника электроподвижного состава сопрягаемые участки электрически соединялись. На границах воздушных промежутков устанавливают опоры контактной сети, имеющие отличительную окраску.

Нейтральной вставкой называется участок контактной сети, в котором постоянно отсутствует ток. Нейтральная вставка представляет собой несколько последовательно включенных воздушных промежутков и при прохождении электроподвижного состава обеспечивает электрическую изоляцию сопрягаемых участков.

Перегоны, промежуточные станции, группы путей в станционных парках выделяют в отдельные секции. Соединение или разъединение секций осуществляется посредством секционных разъединителей, размещаемых на опорах контактной сети или с помощью постов секционирования. Посты секционирования оборудуют защитной аппаратурой – автоматическими выключателями от коротких замыканий.

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и других лиц все металлические конструкции (мосты, путепроводы, светофоры, гидроколонки и др.), непосредственно взаимодействующие с элементами контактной сети или находящиеся в радиусе 5 м от них, заземляют или оборудуют устройствами отключения. Также в зоне влияния контактной сети все подземные металлические сооружения изолируют от земли для предохранения их от повреждения блуждающими токами.

Устройство контактной сети: 1 – опора; 2 – тяга; 3 – консоль; 4, 9 – изоляторы; 5 – несущий трос: 6 – контактный провод; 7 – струна; 8 – фиксатор

Железнодорожный транспорт на электрической тяге является наиболее производительным, экономичным и экологически безопасным. Поэтому с середины XX века и по настоящее время ведется активная работа по переводу железнодорожных магистралей на электрическую тягу. В настоящее время более 50 % железных дорог России являются электрифицированными. Кроме того, даже неэлектрифицированные участки железных дорог испытывают потребность в электрической энергии: она используется для целей обеспечения функционирования систем сигнализации, централизации, связи, освещения, работы вычислительной техники и т.д.

Электрическая энергия в России вырабатывается, являющимися предприятиями энергетической отрасли. Железнодорожный транспорт потребляет около 7% электроэнергии, производимой в нашей стране. Она расходуется на обеспечение тяги поездов и питание нетяговых потребителей, к которым относятся железнодорожные станции с их инфраструктурой, устройства локомотивного, вагонного и путевого хозяйства, а также устройтсва регулирования движения поездов. К системе электроснабжения железной дороги могут быть подключены расположенные вблизи нее небольшие предприятия и населенные пункты.

Согласно п. 1 Приложения № 4 к ПТЭ на железнодорожном транспорте должно быть обеспечено надежное электроснабжение электрического подвижного состава, устройств СЦБ, связи и вычислительной техники как потребителей электрической энергии I категории , а также других потребителей в соответствии с установленной для них категорией.

состоит из внешней сети (электростанции , трансформаторные подстанции , линии электропередачи ) и внутренних сетей (тяговая сеть , линии электроснабжения устройств СЦБ и связи , осветительная сеть и др.).

На вырабатывается трехфазный переменный электрический ток напряжением 6...21 кВ частотой 50 Гц. Для передачи электрической энергии к потребителям напряжение на повышают до 250…750 кВ и передают на большие расстояния с помщью (ЛЭП ). Вблизи мест потребления электроэнергии напряжение понижают до 110 кВ с помощью и подают в районные сети, к которым наряду с другими потребителями подключены электрифицированных железных дорог и, питающие нетяговые потребители, ток которым поступает по напряжением 6...10 кВ.

Назначение и виды тяговых сетей

предназначена для обеспечения электрической энергией электрического подвижного состава. Она состоит из контактных и рельсовых проводов , представляющих собой соответственно питающую и отсасывающую линии . Участки тяговой сети делят на секции (секционируют ) и подсоединяют к соседним. Это позволяет более равномерно загружать подстанции и контактную сеть, что в целом способствует снижению потерь электроэнергии в тяговой сети.

На железных дорогах России используют две системы тягового тока: постоянного и однофазного переменного .

На железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе , выполняют две функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока с помощью и преобразуют его в постоянный с помощью. От тяговой подстанции электричество через защитный быстродействующий выключатель подается в контактную сеть по - фидеру , а из рельсов возвращается обратно на тяговую подстанцию по.

Основными недостатками системы электроснабжения постоянного тока являются его постоянная полярность, относительно низкое напряжение в контактном проводе и утечки тока из-за отсутствия возможности обеспечить полную электроизоляцию верхнего строения пути от нижнего (""). Рельсы, служащие проводниками тока одной полярности, и земляное полотно представляют собой систему, в которой возможна электрохимическая реакция, приводящая к коррозии металла. В результате снижается срок службы рельсов и металлических конструкций, расположенных возле железнодорожного полотна. Для снижения этого эффекта применяют специальные защитные устройства - катодные станции и анодные заземлители .

Из-за относительно низкого напряжения в системе постоянного тока для получения необходимой мощности тягового подвижного состава (W=UI ) по тяговой сети должен протекать ток большой силы. Для этого тяговые подстанции размещают недалеко друг от друга (через каждые 10...20 км) и увеличивают площадь сечения, иногда применяя двойной и даже тройной контактный провод.

При электрификации на переменном токе по контактной сети передается требуемая мощность при бóльшем напряжении (25 кВ ) и, соответственно, меньшей силе тока по сравнению с системой постоянного тока. Тяговые подстанции в этом случае располагаются на расстоянии 50...70 км друг от друга. Их техническое оснащение проще и дешевле, чем у тяговых подстанций постоянного тока (отсутстсвуют выпрямители). Кроме того, сечение проводов контактной сети примерно в два раза меньше, что позволяет существенно экономить дорогостящую медь. Однако конструкция локомотивов и электропоездов переменного тока сложнее, а их стоимость выше.

Стыкование контактных сетей линий, электрифицированных на постоянном и переменном токе, осуществляют на специальных железнодорожных станциях - . На таких станциях имеется электрическое оборудование - , позволяющие на одни и те же участки станционных путей подавать как постоянный, так и переменный ток. Работа таких устройств взаимоувязывается с работой устройств централизации и сигнализации. Устройство станций стыкования требует больших капиталовложений. Когда создание таких станций представляется нецелесообразным, применяют двухсистемные и, работающие на обоих родах тока. При использовании такого ЭПС переход с одного рода тока на другой может происходить во время движения поезда по перегону.

Устройство контактной сети

Контактная сеть - это совокупность проводов, поддерживающих конструкций и другого оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к электрического подвижного состава. Основным требованием к конструкции контактной сети является обеспечение надежного постоянного контакта провода с токоприемником независимо от скорости движения поездов, климатических и атмосферных условий. В контактной сети нет дублируемых элементов, поэтому ее повреждение может повлечь за собой серьезное нарушение установленного графика движения поездов.

В соответствии с назначением электрифицированных путей используют простые и цепные воздушные контактные подвески . На второстепенных станционных и деповских путях при сравнительно небольшой скорости движения может применяться ("трамвайного " типа), представляющая собой свободно висящий натянутый провод, который закреплен с помощью изоляторов на опорах, расположенных на расстоянии 50…55 м друг от друга.

При высоких скоростях движения провисание контактного провода должно быть минимальным. Это обеспечивается конструкцией, в которой контактный провод между опорами прикреплен к несущему тросу с помощью часто расположенных проволочных струн . Благодаря этому расстояние между поверхностью головки рельса и контактным проводом остается практически постоянным. Для цепной подвески в отличие от простой требуется меньше опор: они располагаются на расстоянии 65...70 м друг от друга. На скоростных участках применяют, в которой к несущему тросу на струнах подвешивают вспомогательный провод , к которому также струнами крепят контактный провод. В горизонтальной плоскости контактный провод расположен относительно оси пути с отклонением у каждой опоры на ±300 мм. Благодаря этому обеспечиваются его ветроустойчивость и равномерное изнашивание контактных пластин токоприемников. Для уменьшения провисания контактного провода при сезонном изменении температуры его оттягивают к опорам, которые называются, и через систему к ним подвешивают. Наибольшая длина участка между анкерными опорами (анкерного участка ) устанавливается с учетом допустимого натяжения изношенного контактного провода и на прямых участках пути достигает 800 м.

Контактный провод изготавливают из твердотянутой электролитической меди сечением 85 , 100 или 150 мм 2 . Для удобства крепления проводов с помощью зажимов используют МФ .

Для надежной работы контактной сети и удобства обслуживания ее делят на отдельные участки - секции с помощью воздушных промежутков и нейтральных вставок , а также.

При проходе токоприемника электроподвижного состава по он своим полозом кратковременно электрически соединяет обе секции контактной сети. Если по условиям питания секций это недопустимо, то их разделяют, которая состоит из нескольких расположенных последовательно воздушных промежутков. Применение нейтральных вставок обязательно на линиях, электрифицированных на переменном токе, т.к. соседние секции контактной сети могут питаться от разных фаз, приходящих с электростанции, электрическое соединение которых друг с другом недопустимо. Проследовать ЭПС должен в режиме выбега и с выключенными вспомогательными машинами. Для ограждения мест секционирования контактной сети применяются специальные сигнальные знаки "", устанавливаемые на опорах контактной сети.

Соединение или разъединение секций осуществляется посредством, размещаемых на опорах контактной сети. Управление разъединителями может осуществляться как дистанционно с помощью установленного на опоре электропривода , связанного с пультом энергодиспетчера, так и вручную с помощью ручного привода , .

Схема оснащения контактными проводами станционных путей зависит от их назначения и типа станции. Над стрелочными переводами контактная сеть имеет так называемые, образуемые пересечением двух контактных подвесок.

На магистральных железных дорогах применяют и опоры контактной сети . Расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор на прямых участках должно быть не менее 3100 мм . В особых случаях на электрифицируемых линиях допускается сокращение указанного расстояния до 2450 мм - на станциях и до 2750 мм - на перегонах. На перегонах в основном применяют индивидуальную консольную подвеску контактного провода . На станциях (а в некоторых случаях и на перегонах) применяется групповая подвеска контактных проводов на и поперечинах .

Для защиты контактной сети от короткого замыкания между соседними тяговыми подстанциями располагают, оборудованные защитными выключателями . Все металлические конструкции, непосредственно взаимодействующие с элементами контактной сети или находящиеся в радиусе 5 м от них, заземляют (соединяют с рельсами). На линиях, электрифицированных на постоянном токе, применяют специальные диодные и искровые. Для защиты элементов и оборудования контактной сети от перенапряжений (например, вследствие удара молнии) на некоторых опорах устанавливают, имеющие дугогасительные рога .

Для электрической изоляции элементов контактной сети, находящихся под напряжением (контактного провода, несущего троса, струн, фиксаторов), от заземленных элементов (опор, консолей, поперечин и пр.) применяются. По выполняемым функциям изоляторы бывают подвесные , натяжные , фиксаторные , консольные , по конструкции - тарельчатые и стержневые , а по материалу, из которого они изготовлены - , и.

На электрифицированных железных дорогах по рельсам проходит обратный тяговый ток . Для сокращения потерь электроэнергии и обеспечения нормального режима работы устройств автоматики и телемеханики на таких линиях предусматривают следующие особенности устройства верхнего строения пути:

• к головкам рельсов с наружной стороны колеи приваривают (шунты), снижающие электрическое сопротивление рельсовых стыков;
• рельсы изолируют от шпал с помощью резиновых прокладок в случае применения железобетонных шпал и пропиткой деревянных шпал креозотом;
• используют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами, а между подошвой рельса и балластом обеспечивают зазор не менее 3 см;
• на линиях, оборудованных автоблокировкой и электрической централизацией, применяют изолирующие стыки, а для того чтобы пропускать тяговый ток в обход них, устанавливают или частотные фильтры .

Станции стыкования переменного и постоянного тока

Один из способов стыкования линий, электрифицированных на разных родах тока - это секционирование контактной сети с переключением отдельных секций на питание от фидеров постоянного или переменного тока. Контактная сеть станций стыкования имеет группы изолированных секций: постоянного тока, переменного тока и переключаемые. В переключаемые секции подается электроэнергия через. Контактную сеть с одного рода тока на другой переключают специальными с моторными приводами, устанавливаемыми на пунктах группировки. К каждому пункту подведены две питающие линии: переменного и постоянного тока от тяговой подстанции постоянно-переменного тока. Фидеры соответствующего рода тока этой подстанции подключают также к контактной сети горловин станции стыкования и прилегающих перегонов.

Для исключения возможности подачи на отдельные секции контактной сети тока, не соответствующего находящемуся там подвижному составу, а также выезда ЭПС на секции контактной сети с другой системой тока переключатели блокируют друг с другом и с устройствами электрической централизации . Управление переключателями включают в единую систему маршрутно-релейной централизации управления стрелками и сигналами станции. Дежурный по станции, собирая какой-либо маршрут, одновременно с установкой стрелок и сигналов в требуемое положение производит соответствующие переключения в контактной сети.

Маршрутная централизация на станциях стыкования имеет систему счета заезда и выезда электроподвижного состава на участки пути переключаемых секций контактной сети , что предотвращает попадание его под напряжение другого рода тока. Для защиты оборудования устройств электроснабжения и электроподвижного состава постоянного тока при попадании на них в результате каких-либо нарушений напряжения переменного тока имеется специальная аппаратура.

Требования к устройствам электроснабжения

Устройства электроснабжения должны обеспечивать надежное электроснабжение:

• электроподвижного состава для движения поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и интервалами между ними при требуемых размерах движения;
• устройств СЦБ, связи и вычислительной техники как потребителей электрической энергии I категории;
• всех остальных потребителей железнодорожного транспорта в соответствии с установленной категорией.

К устройствам электроснабжения тягового подвижного состава предъявляются описанные выше требования в отношеннии и .

Резервные источники электроснабжения усройств СЦБ должны быть в постоянной готовности и обеспечивать бесперебойную работу устройств СЦБ и переездной сигнализации в течение не менее 8 ч при условии, что питание не отключалось в предыдущие 36 ч. Время перехода с основной системы электроснабжения на резервную или наоборот не должно превышать 1,3 с.

Для обеспечения надежного электроснабжения должны проводиться периодический контроль состояния сооружений и устройств электроснабжения, измерение их параметров, приборами диагностики и осуществляться плановые ремонтные работы.

Устройства электроснабжения должны защищаться от токов короткого замыкания, перенапряжений и перегрузок сверх установленных норм.

Металлические подземные сооружения (трубопроводы, кабели и т.п.), а также металлические и железобетонные конструкции, находящиеся в районе линий, электрифицированных на постоянном токе, должны быть защищены от электрической коррозии.

В пределах искусственных сооружений расстояние от токонесущих элементов токоприемника и частей контактной сети, находящихся под напряжением, до заземленных частей сооружений и подвижного состава должно быть не менее 200 мм на линиях, электрифицированных на постоянном токе, и не менее 270 мм - на переменном токе.

С целью безопасности обслуживающего персонала и других лиц, а также для улучшения защиты от токов короткого замыкания заземляют или оборудуют устройствами защитного отключения металлические опоры и элементы, к которым подвешена контактная сеть, а также все металлические конструкции, расположенные ближе 5 м от частей контактной сети, находящихся под напряжением.

Карелин Денис Игоревич ® Орехово-Зуевский железнодорожный техникум имени В.И.Бондаренко "2017

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ.

Работы по техническому обслуживанию пути и стрелочных переводов подразделяются на следующие виды:

1. усиленный капитальный ремонт пути,

2. капитальный ремонт пути,

3. усиленный средний ремонт,

4. средний ремонт пути,

5. сплошная замена рельсов и металлических частей стрелочных переводов, подёмочный ремонт пути,

6. планово-предупредительная выправка пути с применением комплекса машин,

7. шлифовка рельсов,

8. капитальный ремонт переездов,

9. текущее содержание пути и др.

Текущее содержание пути – это важнейший вид путевых работ. Осуществляется непрерывно в течение всего года и имеет целью предупреждение появления расстройств пути, устранение неисправностей и их причины. В состав работ входят – осмотр и проверка пути, надзор за ними и поддержание её в исправности, включая содержание колеи по шаблону и уровню.

1. неотложные и первоочередные – направленные на устранение опасных неисправностей в местах их обнаружения.

2. планово-предупредительные выполняемые с целью предупреждения появления неисправности пути.

Контроль за состоянием пути осуществляется визуальным осмотром пути и сооружений, а также проверкой путеизмерительной аппаратурой.

Для проверки пути по ширине колеи и уровню применяют путевые шаблоны, путеизмерительные тележки, автомотрисы. Вагоны -путеизмерители ЦНИИ-2 (с бортовой автоматизированной системой) и ЦНИИ-4 (с бесконтактным съёмом информации) обеспечивающие автоматическую запись результатов проверки ширины колеи, положения рельсов по уровню. Для выявления трещин и других неисправностей применяют дефектоскопические тележки. Применяют также щебнеочистительные машины ЩОМ-Д,

выправочно-подбивочно-отделочные машины ВПО-3000 (производительность до 3000 метров в час. И другие машины.

ГЛАВА 11.

УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ. СХЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ, КОМПЛЕКС УСТРОЙСТВ.

Железнодорожный транспорт потребляет около 7% электрической энергии, производимой в России. Устройство электроснабжения должны обеспечивать надёжное электроснабжение:

1.электро-подвижность состава для движения поездов с установленным и весовыми нормами, скоростями и интервалами между ними.

2.устройст СЦБ, связи и вычислительной техники, как потребителей электроэнергии 1-й категории.

3.всех остальных потребителей ж\д транспорта в соответствии с установленной МПС категорией.

Общая схема электроснабжения электрифицированной дороги (рис. 11.1 нарисовать) состоящая из устройств внешнего снабжения (электростанции, подстанции, сети и линии передач) и тягового электроснабжения (тяговые подстанции и тяговая сеть). железные дороги относятся к потребителям 1-й высшей категории и нарушение которых связано с опасностью для жизни людей.

Тяговая сеть состоит из контактной и рельсовой сети и питающих проводов. Рельсовая сеть – это ходовые рельсы, которые имеют стыковые электрические соединения. Контактная сеть магистральных и пригородных электрических дорог представляет собой совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электроэнергии от тяговых подстанций к токоприёмникам ЭПС. Большие провесы провода могут нарушить токосъём и возможен пережог провода. Контактная сеть не имеет резерва, и при повреждении – движение остановиться.

Простая контактная подвеска представляет собой провод свободно висячий между местами подвеса на опорах. Применяется при небольших скоростях.

Цепная контактная подвеска представляет провод висящий между опорами на часто расположенных проводах-струнах, которые соединены с несущим тросом. При сезонных изменениях температуры величину провеса иногда подтягивают к опорам, и через систему блоков подвешивают груз. Цепные контактные подвески имеют ряд разновидностей по способу подвешивания провода к несущему тросу.

В соответствии с ПТЭ, высота подвески контактного провода над уровнем верха головки рельса должна быть на перегонах и станциях не ниже 5750 мм, на переездах – не ниже 6000 мм. Максимальная высота подвески – 6800 мм.

Материалом для контактных проводов служит твердотянутая электролитная медь. Наиболее распространены медные провода с сечением 100 и 150 квадратных мм, которые применяются на главных путях станций и перегонов, на остальных путях где нагрузка меньше - провод сечением 85 мм. кВ.

Опоры контактной сети бывают железобетонные и металлические. Чаще применяют более дешевые железобетонные (высота до 15,6 м), но установка их сложнее из-за более хрупкого верхнего слоя бетона, но они тяжелее металлических. Опоры из металла (высота 15 м и более) делают в виде четырёхгранных ферм пирамидальной формы. Расстояние контактной сети на прямых участках перегонов и станций должно быть не менее 3100 мм, а в особо трудных условиях – допускается не менее 2450 мм – на станциях, и 2750 мм – на перегонах.

На крупных станциях контактные провода подвешиваются только на путях, предназначенных для приёма и отправления поездов на перегоны с электротягой, а также на путях электровозных моторвагонных депо.

Для надёжной работы и удобства обслуживания контактную сеть делят на отдельные участки (секции) с помощью воздушных промежутков и нейтральных вставок (изолирующих сопряжений), а также секционных и врезных изоляторов. Соединяют или разъединяют секции с помощью секционных разъединителей, установленных на опорах контактной сети. Для снабжения электроэнергией линейных ж\д потребителей на опорах контактной сети подвешивают специальную трёхфазную линию напряжением 10 кВ.

На электрифицированных железнодорожных линиях ходовые рельсы используют для пропуска тяговых токов, поэтому верхнее строение пути (ВСП) на таких линиях имеет следующие собенности:

1.к головкам рельсов с наружной стороны колеи приваривают стыковые соединители из медного троса, вследствие чего уменьшается электрическое сопротивление рельсовых стыков (рис. 11.7). 2.применяют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами, зазор между подошвой рельса и балластом делают не менее 3 см,

3.железобетонные шпалы изолируют от рельсов резиновыми прокладками, а деревянные – пропитываются креозотом, который защищает шпалы от гниения и одновременно является хорошим изолятором,

4.линии оборудованные автоблокировкой и электрической централизацией, имеют изолирующие стыки, с помощью которых образуются отдельные блок-участки.

Чтобы пропустить тяговые токи в обход изолирующих стыков, устанавливают дроссель-трансформаторы или частотные фильтры.

Для предохранения подземных металлических сооружений от повреждения блуждающими токами улучшают их изоляцию от земли, а также применяют специальные меры защиты.

Контактная сеть представляет собой комплекс устройств для передачи электроэнергии от тяговых подстанций к ЭПС через токоприемники. Она является частью тяговой сети и для рельсового электрифицированного транспорта обычно служит ее фазой (при переменном токе) или полюсом (при постоянном токе); другой фазой (или полюсом) служит рельсовая сеть. Контактная сеть может быть выполнена с контактным рельсом или с контактной подвеской.
В контактной сети с контактной подвеской основными являются следующие элементы: провода – контактный провод, несущий трос, усиливающий провод и пр.; опоры; поддерживающие и фиксирующие устройства; гибкие и жесткие поперечины (консоли, фиксаторы); изоляторы и арматура различного назначения.
Контактную сеть с контактной подвеской классифицируют по видам электрифицированного транспорта, для которого она предназначена, – ж.-д. магистрального, городского (трамвая, троллейбуса), карьерного, рудничного подземного рельсового транспорта и др.; по роду тока и номинальному напряжению питающегося от сети ЭПС; по размещению контактной подвески относительно оси рельсового пути – для центрального токосъема (на магистральном ж.-д. транспорте) или бокового (на путях промышленного транспорта); по типам контактной подвески – с простой, цепной или специальной; по особенностям выполнения анкеровки контактного провода и несущего троса, сопряжений анкерных участков и др.
Контактная сеть предназначена для работы на открытом воздухе и поэтому подвержена воздействию климатических факторов, к которым относятся: температура окружающей среды, влажность и давление воздуха, ветер, дождь, иней и гололед, солнечная радиация, содержание в воздухе различных загрязнений. К этому необходимо добавить тепловые процессы, возникающие при протекании тягового тока по элементам сети, механическое воздействие на них со стороны токоприемников, электрокоррозионные процессы, многочисленные циклические механические нагрузки, износ и др. Все устройства контактной сети должны быть способны противостоять действию перечисленных факторов и обеспечивать высокое качество токосъема в любых условиях эксплуатации.
В отличие от других устройств электроснабжения, контактная сеть не имеет резерва, поэтому к ней по надежности предъявляют повышенные требования, с учетом которых осуществляются ее проектирование, строительство и монтаж, техническое обслуживание и ремонт.

Проектирование контактной сети

При проектировании контактной сети (КС) выбирают число и марку проводов, исходя из результатов расчетов системы тягового электроснабжения, а также тяговых расчетов; определяют тип контактной подвески в соответствии с максимальными скоростями движения ЭПС и другими условиями токосъема; находят длины пролета (гл. обр. по условиям обеспечения ее ветроустойчивости, а при высоких скоростях движения – и заданного уровня неравномерности эластичности); выбирают длину анкерных участков, типы опор и поддерживающих устройств для перегонов и станций; разрабатывают конструкции КС в искусственных сооружениях; размещают опоры и составляют планы контактной сети на станциях и перегонах с согласованием зигзагов проводов и учетом выполнения воздушных стрелок и элементов секционирования контактной сети (изолирующих сопряжений анкерных участков и нейтральных вставок, секционных изоляторов и разъединителей).
Основные размеры (геометрические показатели), характеризующие размещение контактной сети относительно других устройств, – высота Н подвешивания контактного провода над уровнем верха головки рельса; расстояние А от частей, находящихся под напряжением, до заземленных частей сооружений и подвижного состава; расстояние Г от оси крайнего пути до внутреннего края опор, находящегося на уровне головок рельсов, – регламентированы и в значительной мере определяют конструктивное выполнение элементов контактной сети (рис. 8.9).

Совершенствование конструкций контактной сети направлено на повышение ее надежности при снижении стоимости строительства и эксплуатации. Железобетонные опоры и фундаменты металлических опор выполняют с защитой от электрокоррозионного воздействия на их арматуру блуждающих токов. Увеличение срока службы контактных проводов достигается, как правило, применением на токоприемниках вставок с высокими антифрикционными свойствами (угольных, в т. ч. металлосодержащих; металлокерамических и др.), выбором рациональной конструкции токоприемников, а также оптимизацией режимов токосъема.
Для повышения надежности контактной сети осуществляют плавку гололеда, в т.ч. без перерыва движения поездов; применяют ветроустойчивые контактные подвески и т. д. Оперативности выполнения работ на контактной сети способствует применение телеуправления для дистанционного переключения секционных разъединителей.

Анкеровка проводов

Анкеровка проводов – прикрепление проводов контактной подвески через включенные в них изоляторы и арматуру к анкерной опоре с передачей на нее их натяжения. Анкеровка проводов бывает некомпенсированная (жесткая) или компенсированная (рис. 8.16) через компенсатор, изменяющий длину провода в случае изменения его температуры при сохранении заданного натяжения.

В середине анкерного участка контактной подвески выполняется средняя анкеровка (рис. 8.17), которая препятствует нежелательным продольным перемещениям в сторону одной из анкеровок и позволяет ограничить зону повреждения контактной подвески при обрыве одного из ее проводов. Трос средней анкеровки прикрепляют к контактному проводу и несущему тросу соответствующей арматурой.

Компенсация натяжения проводов

Компенсация натяжения проводов (автоматическое регулирование) контактной сети при изменении их длины в результате температурных воздействий осуществляется компенсаторами различных конструкций -блочно-грузовыми, с барабанами различного диаметра, гидравлическими, газогидравлическими, пружинными и др.
Наиболее простым является блочно-грузовой компенсатор, состоящий из груза и нескольких блоков (полиспаста), через которые груз присоединяют к анкеруемому проводу. Наибольшее распространение получил трех-блочный компенсатор (рис. 8.18), в котором неподвижный блок закреплен на опоре, а два подвижных вложены в петли, образуемые тросом, несущим груз и закрепленным другим концом в ручье неподвижного блока. Анкеруемый провод через изоляторы прикреплен к подвижному блоку. В этом случае вес груза составляет 1/4 номинального натяжения (обеспечивается передаточное отношение 1:4), но перемещение груза вдвое больше, чем у двух-6лочного компенсатора (с одним подвижным блоком).

компенсаторах с барабанами разного диаметра (рис. 8.19) на барабан малого диаметра наматываются тросы, связанные с анкеру емыми проводами, а на барабан большего диаметра – трос, связанный с гирляндой грузов. Тормозное устройство служит для предотвращения повреждений контактной подвески при обрыве провода.

При особых условиях эксплуатации, особенно при ограниченных габаритах в искусственных сооружениях, незначительных перепадах температуры нагрева проводов и т. д., применяют компенсаторы и других типов для проводов контактной подвески, фиксирующих тросов и жестких поперечин.

Фиксатор контактного провода

Фиксатор контактного провода – устройство для фиксации положения контактного провода в горизонтальной плоскости относительно оси токоприемников. На криволинейных участках, где уровни головок рельсов различны и ось токоприемника не совпадает с осью пути, применяют несочлененные и сочлененные фиксаторы.
Несочлененный фиксатор имеет один стержень, оттягивающий контактный провод от оси токоприемника к опоре (растянутый фиксатор) или от опоры (сжатый фиксатор) на размер зигзага. На электрифицированных ж. д. несочлененные фиксаторы применяют очень редко (в анкеруемых ветвях контактной подвески, на некоторых воздушных стрелках), т. к. образующаяся при этих фиксаторах «жесткая точка» на контактном проводе ухудшает токосъем.

Сочлененный фиксатор состоит из трех элементов: основного стержня, стойки и дополнительного стержня, на конце которого крепится фиксирующий зажим контактного провода (рис. 8.20). Вес основного стержня не передается на контактный провод, и он воспринимает только часть веса дополнительного стержня с фиксирующим зажимом. Стержни имеют форму, обеспечивающую надежный проход токоприемников при отжатии ими контактного провода. Для скоростных и высокоскоростных линий применяют облегченные дополнительные стержни, например, выполненные из алюминиевых сплавов. При двойном контактном проводе на стойке устанавливают два дополнительных стержня. На внешней стороне кривых малых радиусов монтируют гибкие фиксаторы в виде обычного дополнительного стержня, который через трос и изолятор крепят к кронштейну, стойке или непосредственно к опоре. На гибких и жестких поперечинах с фиксирующими тросами обычно используют полосовые фиксаторы (по аналогии с дополнительным стержнем), закрепленные шарнирно зажимами с ушком, установленным на фиксирующем тросе. На жестких поперечинах можно также крепить фиксаторы на специальных стойках.

Анкерный участок

Анкерный участок – участок контактной подвески, границами которого являются анкерные опоры. Деление контактной сети на анкерные участки необходимо для включения в провода устройств, поддерживающих натяжение проводов при изменении их температуры и осуществления продольного секционирования контактной сети. Это деление уменьшает зону повреждения в случае обрыва проводов контактной подвески, облегчает монтаж, техн. обслуживание и ремонт контактной сети. Длина анкерного участка ограничивается допустимыми отклонениями от задаваемого компенсаторами номинального значения натяжения проводов контактной подвески.
Отклонения вызваны изменениями положения струн, фиксаторов и консолей. Например, при скоростях движения до 160 км/ч максимальная длина анкерного участка при двусторонней компенсации на прямых участках не превышает 1600 м, а при скоростях 200 км/ч допускается не более 1400 м. В кривых длина анкерных участков уменьшается тем больше, чем больше протяженность кривой и меньше ее радиус. Для перехода с одного анкерного участка на следующий выполняют неизолирующие и изолирующие сопряжения.

Сопряжение анкерных участков

Сопряжение анкерных участков – функциональное объединение двух смежных анкерных участков контактной подвески, обеспечивающее удовлетворительный переход токоприемников ЭПС с одного из них на другой без нарушения режима токосъема благодаря соответствующему размещению в одних и тех же (переходных) пролетах контактной сети конца одного анкерного участка и начала другого. Различают сопряжения неизолирующие (без электрического секционирования контактной сети) и изолирующие (с секционированием).
Неизолирующие сопряжения выполняют во всех случаях, когда требуется включить в провода контактной подвески компенсаторы. При этом достигается механическая независимость анкерных участков. Такие сопряжения монтируют в трех (рис. 8.21,а) и реже в двух пролетах. На высокоскоростных магистралях сопряжения иногда выполняют в 4-5 пролетах из-за более высоких требований к качеству токосъема. На неизолирующих сопряжениях имеются продольные электрические соединители, площадь сечения которых должна быть эквивалентна площади сечения проводов контактной сети.

Изолирующие сопряжения применяют при необходимости секционирования контактной сети, когда, кроме механической, нужно обеспечить и электрическую независимость сопрягаемых участков. Такие сопряжения устраивают с нейтральными вставками (участками контактной подвески, на которых нормально напряжение отсутствует) и без них. В последнем случае обычно применяют трех-или четырехпролетные сопряжения, располагая контактные провода сопрягаемых участков в среднем пролете (пролетах) на расстоянии 550 мм один от другого (рис. 8.21,6). При этом образуется воздушный промежуток, который совместно с изоляторами, включенными в приподнятые контактные подвески у переходных опор, обеспечивает электрическую независимость анкерных участков. Переход полоза токоприемника с контактного провода одного анкерного участка на другой происходит так же, как и при неизолирующем сопряжении. Однако, когда токоприемник находится в среднем пролете, электрическая независимость анкерных участков нарушается. Если такое нарушение недопустимо, применяют нейтральные вставки разной длины. Ее выбирают такой, чтобы при нескольких поднятых токоприемниках одного поезда было исключено одновременное перекрытие обоих воздушных промежутков, что привело бы к замыканию проводов, питающихся от разных фаз и находящихся под различными напряжениями. Сопряжение с нейтральной вставкой во избежание пережога контактного провода ЭПС проходит на выбеге, для чего за 50 м до начала вставки устанавливают сигнальный знак «Отключить ток», а после конца вставки при электровозной тяге через 50 м и при моторвагонной тяге через 200 м – знак «Включить ток» (рис. 8.21,в). На участках со скоростным движением необходимы автоматические средства отключения тока на ЭПС. Чтобы можно было вывести поезд при его вынужденной остановке под нейтральной вставкой, предусмотрены секционные разъединители для временной подачи напряжения на нейтральную вставку со стороны направления движения поезда.

Секционирование контактной сети

Секционирование контактной сети – разделение контактной сети на отдельные участки (секции), электрически разъединенные изолирующими сопряжениями анкерных участков или секционными изоляторами. Изоляция может быть нарушена во время прохода токоприемника ЭПС по границе раздела секций; если такое замыкание недопустимо (при питании смежных секций от различных фаз или принадлежности их к различным системам тягового электроснабжения), между секциями размещают нейтральные вставки. В условиях эксплуатации электрическое соединение отдельных секций осуществляют, включая секционные разъединители, установленные в соответствующих местах. Секционирование необходимо также для надежной работы устройств электроснабжения в целом, оперативного технического обслуживания и ремонта контактной сети с отключением напряжения. Схема секционирования предусматривает такое взаимное расположение секций, при котором отключение одной из них в наименьшей степени влияет на организацию движения поездов.
Секционирование контактной сети бывает продольным и поперечным. При продольном секционировании осуществляют разделение контактной сети каждого главного пути вдоль электрифицированной линии у всех тяговых подстанций и постов секционирования. В отдельные продольные секции выделяют контактную сеть перегонов, подстанций, разъездов и обгонных пунктов. На крупных станциях, имеющих несколько электрифицированных парков или групп путей, контактная сеть каждого парка или групп путей образует самостоятельные продольные секции. На очень крупных станциях иногда выделяют в отдельные секции контактную сеть одной или обеих горловин. Секционируют также контактную сеть в протяженных тоннелях и на некоторых мостах с ездой понизу. При поперечном секционировании осуществляют разделение контактной сети каждого из главных путей на всем протяжении электрифицированной линии. На станциях, имеющих значительное путевое развитие, применяют дополнительное поперечное секционирование. Число поперечных секций определяется числом и назначением отдельных путей, а в ряде случаев и режимами трогания ЭПС, когда необходимо использовать площадь сечения контактных подвесок соседних путей.
Секционирование с обязательным заземлением отключенной секции контактной сети предусматривают для путей, на которых могут находиться люди на крышах вагонов или локомотивов, либо путей, вблизи которых работают подъемно-транспортные механизмы (погрузочно-разгрузочные, экипировочные пути и др.). Для обеспечения большей безопасности работающих в этих местах соответствующие секции контактной сети соединяют с другими секциями секционными разъединителями с заземляющими ножами; эти ножи заземляют отключаемые секции при отключении разъединителей.

На рис. 8.22 приведен пример схемы питания и секционирования станции, расположенной на двухпутном участке линии, электрифицированной на переменном токе. На схеме показаны семь секций – четыре на перегонах и три на станции (одна из них с обязательным заземлением при ее отключении). Контактная сеть путей левого перегона и станции получает питание от одной фазы энергосистемы, а путей правого перегона – от другой. Соответственно выполнено секционирование с помощью изолирующих сопряжений и нейтральных вставок. На участках, где требуется плавка гололеда, на нейтральной вставке устанавливают два секционных разъединителя с моторными приводами. Если плавка гололеда не предусмотрена, достаточно одного секционного разъединителя с ручным приводом.

Для секционирования контактной сети главных и боковых сетей на станциях применяют секционные изоляторы. В некоторых случаях секционные изоляторы используют для образования на контактной сети переменного тока нейтральных вставок, которые ЭПС проходит, не потребляя тока, а также на путях, где длина съездов недостаточна для размещения изолирующих сопряжений.
Соединение и разъединение различных секций контактной сети, а также соединение с питающими линиями осуществляют с помощью секционных разъединителей. На линиях переменного тока, как правило, применяют разъединители горизонтально-поворотного типа, на линиях постоянного тока – вертикально-рубящего. Управляют разъединителем дистанционно с пультов, установленных в дежурном пункте района контактной сети, в помещениях дежурных по станциям и в других местах. Наиболее ответственные и часто переключаемые разъединители установлены в сети диспетчерского телеуправления.
Различают разъединители продольные (для соединения и разъединения продольных секций контактной сети), поперечные (для соединения и разъединения ее поперечных секций), фидерные и др. Их обозначают буквами русского алфавита (например, продольные -А, Б, В, Г; поперечные – П; фидерные – Ф) и цифрами, соответствующими номерам путей и секций контактной сети (например, П23).
Для обеспечения безопасности проведения работ на отключенной секции контактной сети или вблизи нее (в депо, на путях экипировки и осмотра крышевого оборудования ЭПС, на путях погрузки и разгрузки вагонов и др.) устанавливают разъединители с одним заземляющим ножом.

Воздушная стрелка

Воздушная стрелка – образована пересечением двух контактных подвесок над стрелочным переводом; предназначена для обеспечения плавного и надежного прохода токоприемника с контактного провода одного пути на контактный провод другого. Пересечение проводов осуществляется наложением одного провода (как правило, примыкающего пути) на другой (рис. 8.23). Для подъема обоих проводов при подходе токоприемника к воздушной стрелке на нижнем проводе укреплена ограничительная металлическая труба длиной 1-1,5 м. Верхний провод располагают между трубкой и нижним проводом. Пересечение контактных проводов над одиночным стрелочным переводом осуществляют со смещением каждого провода к центру от осей путей на 360-400 мм и располагают там, где расстояние между внутренними гранями головок соединительных рельсов крестовины составляет 730-800 мм. На перекрестных стрелочных переводах и при т. н. глухих пересечениях провода перекрещиваются над центром стрелочного перевода или пересечения. Воздушные стрелки выполняют, как правило, фиксированными. Для этого на опорах устанавливают фиксаторы, удерживающие контактные провода в заданном положении. На станционных путях (кроме главных) стрелки могут быть выполнены нефиксированными, если провода над стрелочным переводом располагаются в положении, заданном регулировкой зигзагов у промежуточных опор. Струны контактной подвески, находящиеся вблизи стрелок, должны быть двойными. Электрический контакт между контактными подвесками, образующими воздушную стрелку, обеспечивает электрический соединитель, установленный на расстоянии 2-2,5 м от места пересечения со стороны остряка. Для повышения надежности применяют конструкции стрелок с дополнительными перекрестными связями между проводами обеих контактных подвесок и скользящие поддерживающие двойные струны.

Опоры контактной сети

Опоры контактной сети – конструкции для закрепления поддерживающих и фиксирующих устройств контактной сети, воспринимающие нагрузку от ее проводов и других элементов. В зависимости от вида поддерживающего устройства опоры разделяют на консольные (однопутного и двухпутного исполнения); стойки жестких поперечин (одиночные или спаренные); опоры гибких поперечин; фидерные (с кронштейнами только для питающих и отсасывающих проводов). Опоры, на которых отсутствуют поддерживающие, но имеются фиксирующие устройства, называются фиксирующими. Консольные опоры разделяют на промежуточные – для крепления одной контактной подвески; переходные, устанавливаемые на сопряжениях анкерных участков,- для крепления двух контактных проводов; анкерные, воспринимающие усилие от анкеровки проводов. Как правило, опоры выполняют одновременно несколько функций. Например, опора гибкой поперечины может быть анкерной, на стойках жесткой поперечины могут быть подвешены консоли. К стойкам опор можно закрепить кронштейны для усиливающих и других проводов.
Опоры изготавливают железобетонными, металлическими (стальными) и деревянными. На отечественных ж. д. применяют в основном опоры из предварительно напряженного железобетона (рис. 8.24), конические центрифугированные, стандартной длины 10,8; 13,6; 16,6 м. Металлические опоры устанавливают в тех случаях, когда по несущей способности или по размерам невозможно использовать железобетонные (например, в гибких поперечинах), а также на линиях с высокоскоростным движением, где предъявляются повышенные требования к надежности опорных конструкций. Деревянные опоры применяют только как временные.

Для участков постоянного тока железобетонные опоры изготавливают с дополнительной стержневой арматурой, расположенной в фундаментной части опор и предназначенной для уменьшения повреждений арматуры опор электрокоррозией, вызываемой блуждающими токами. В зависимости от способа установки железобетонные опоры и стойки жестких поперечин бывают раздельные и нераздельные, устанавливаемые непосредственно в грунт. Требуемая устойчивость нераздельных опор в грунте обеспечивается верхним лежнем или опорной плитой. В большинстве случаев применяют нераздельные опоры; раздельные используют при недостаточной устойчивости нераздельных, а также при наличии грунтовых вод, затрудняющих установку нераздельных опор. В анкерных железобетонных опорах применяют оттяжки, которые устанавливают вдоль пути под углом 45° и крепят к железобетонным анкерам. Железобетонные фундаменты в надземной части имеют стакан глубиной 1,2 м, в который устанавливают опоры и затем заделывают пазухи стакана цементным раствором. Для заглубления фундаментов и опор в грунт используют преимущественно способ вибропогружения.
Металлические опоры гибких поперечин изготавливают обычно четырехгранной пирамидальной формы, их стандартная длина 15 и 20 м. Продольные вертикальные стойки из углового проката соединяют треугольной решеткой, выполненной также из уголка. В районах, отличающихся повышенной атмосферной коррозией, металлические консольные опоры длиной 9,6 и 11 м закрепляют в грунте на железобетонных фундаментах. Консольные опоры устанавливают на призматических трехлучевых фундаментах, опоры гибких поперечин – либо на раздельных железобетонных блоках, либо на свайных фундаментах с ростверками. Основание металлических опор соединяют с фундаментами анкерными болтами. Для закрепления опор в скальных грунтах, пучинистых грунтах районов вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания, в слабых и заболоченных грунтах и т. п. применяют фундаменты специальных конструкций.

Консоль

Консоль – поддерживающее устройство, закрепленное на опоре, состоящее из кронштейна и тяги. В зависимости от числа перекрываемых путей консоль может быть одно-, двух- и реже многопутной. Для исключения механической связи между контактными подвесками различных путей и повышения надежности чаще используют однопутные консоли. Применяют неизолированные, или заземленные консоли, при которых изоляторы находятся между несущим тросом и кронштейном, а также в стержне фиксатора, и изолированные консоли с изоляторами, размещенными в кронштейнах и тягах. Неизолированные консоли (рис. 8.25) по форме могут быть изогнутыми, наклонными и горизонтальными. Для опор, установленных с увеличенным габаритом, применяют консоли с подкосами. На сопряжениях анкерных участков при монтаже на одной опоре двух консолей используют специальную траверсу. Горизонтальные консоли применяют в тех случаях, когда высота опор достаточна для закрепления наклонной тяги.

При изолированных консолях (рис. 8.26) возможно проводить работы на несущем тросе вблизи них без отключения напряжения. Отсутствие изоляторов на неизолированных консолях обеспечивает большую стабильность положения несущего троса при различных механических воздействиях, что благоприятно сказывается на процессе токосъема. Кронштейны и тяги консолей крепят на опорах с помощью пят, допускающих их поворот вдоль оси пути на 90° в обе стороны относительно нормального положения.

Гибкая поперечина

Гибкая поперечина – поддерживающее устройство для подвешивания и фиксации проводов контактной сети, расположенных над несколькими путями. Гибкая поперечина представляет собой систему тросов, натянутых между опорами поперек электрифицированных путей (рис. 8.27). Поперечные несущие тросы воспринимают все вертикальные нагрузки от проводов цепных подвесок, самой поперечины и других проводов. Стрела провеса этих тросов должна быть не менее Vio длины пролета между опорами: это уменьшает влияние температуры на высоту крепления контактных подвесок. Для повышения надежности поперечин используют не менее двух поперечных несущих тросов.

Фиксирующие тросы воспринимают горизонтальные нагрузки (верхний – от несущих тросов цепных подвесок и других проводов, нижний – от контактных проводов). Электрическая изоляция тросов от опор позволяет обслуживать контактную сеть без отключения напряжения. Все тросы для регулирования их длины закрепляют на опорах с помощью стальных штанг с резьбой; в некоторых странах с этой целью применяют специальные демпферы, преимущественно для крепления контактной подвески на станциях.

Токосъем

Токосъем – процесс передачи электрической энергии от контактного провода или контактного рельса к электрооборудованию движущегося или неподвижного ЭПС через токоприемник, обеспечивающий скользящий (на магистральном, промышленном и большей части городского электротранспорта) или катящийся (на некоторых видах ЭПС городского электротранспорта) электрический контакт. Нарушение контакта при токосъеме приводит к возникновению бесконтактной электродуговой эрозии, следствием чего является интенсивный износ контактного провода и контактных вставок токоприемника. При перегрузке точек контакта током в режиме движения возникают контактная электровзрывная эрозия (искрение) и повышенный износ контактирующих элементов. Длительная перегрузка контакта рабочим током или током КЗ при стоянке ЭПС может привести к пережогу контактного провода. Во всех этих случаях необходимо ограничивать нижний предел контактного нажатия для заданных условий эксплуатации. Чрезмерное контактное нажатие, в т.ч. в результате аэродинамического воздействия на токоприемник, повышение динамической составляющей и вызванное ими увеличение вертикального отжатия провода, особенно у фиксаторов, на воздушных стрелках, в местах сопряжения анкерных участков и в зоне искусственных сооружений, может снизить надежность контактной сети и токоприемников, а также увеличить интенсивность изнашивания провода и контактных вставок. Следовательно, верхний предел контактного нажатия также необходимо нормировать. Оптимизацию режимов токосъема обеспечивают скоординированные требования к устройствам контактной сети и токоприемникам, что гарантирует высокую надежность их эксплуатации при минимальных приведенных расходах.
Качество токосъема может определяться разными показателями (числом и продолжительностью нарушений механического контакта на расчетном участке пути, степенью стабильности контактного нажатия, близкой к оптимальному значению, интенсивностью изнашивания контактных элементов и др.), которые в значительной мере зависят от конструктивного выполнения взаимодействующих систем – контактной сети и токоприемников, их статических, динамических, аэродинамических, демпфирующих и других характеристик. Несмотря на то, что процесс токосъема зависит от большого числа случайных факторов, результаты исследований и опыт эксплуатации позволяют выявить основополагающие принципы создания систем токосъема с требуемыми свойствами.

Жесткая поперечина

Жесткая поперечина – служит для подвешивания проводов контактной сети, расположенных над несколькими (2-8) путями. Жесткая поперечина выполняется в виде блочной металлической конструкции (ригеля), установленной на двух опорах (рис. 8.28). Такие поперечины используют также для разрекрываемого пролета. Ригель со стойками соединен шарнирно или жестко с помощью подкосов, позволяющих разгрузить его в середине пролета и уменьшить расход стали. При размещении на ригеле осветительных приборов на нем выполняют настил с перилами; предусматривают лестницу для подъема на опоры обслуживающего персонала. Устанавливают жесткие поперечины гл. обр. на станциях и раздельных пунктах.

Изоляторы

Изоляторы – устройства для изоляции проводов контактной сети, находящихся под напряжением. Различают изоляторы по направлению приложения нагрузок и месту установки – подвесные, натяжные, фиксаторные и консольные; по конструкции – тарельчатые и стержневые; по материалу – стеклянные, фарфоровые и полимерные; к изоляторам относят также изолирующие элементы
Подвесные изоляторы – фарфоровые и стеклянные тарельчатые – обычно соединяют в гирлянды по 2 на линиях постоянного тока и по 3-5 (в зависимости от загрязнения воздуха) на линиях переменного тока. Натяжные изоляторы устанавливают в анкеровках проводов, в несущих тросах над секционными изоляторами, в фиксирующих тросах гибких и жестких поперечин. Фиксаторные изоляторы (рис. 8.29 и 8.30) отличаются от всех других наличием внутренней резьбы в отверстии металлической шапки для закрепления трубы. На линиях переменного тока применяют обычно стержневые изоляторы, а постоянного – и тарельчатые. В последнем случае в основной стержень сочлененного фиксатора включают еще один тарельчатый изолятор с серьгой. Консольные фарфоровые стержневые изоляторы (рис. 8.31) устанавливают в подкосах и тягах изолированных консолей. Эти изоляторы должны иметь повышенную механическую прочность, т. к. работают на изгиб. В секционных разъединителях и роговых разрядниках применяют обычно фарфоровые стержневые, реже тарельчатые изоляторы. В секционных изоляторах на линиях постоянного тока используют полимерные изолирующие элементы в виде прямоугольных брусков из пресс-материала, а на линиях переменного тока -в виде цилиндрических стеклопластиковых стержней, на которые надеты электрозащитные чехлы из фторопластовых труб. Разработаны полимерные стержневые изоляторы с сердечниками из стеклопластика и ребрами из кремнийорганического эластомера. Их применяют в качестве подвесных, секционирующих и фиксаторных; они перспективны для установки в подкосах и тягах изолированных консолей, в тросах гибких поперечин и т. п. В зонах промышленного загрязнения воздуха и в некоторых искусственных сооружениях проводится периодическая очистка (обмывка) фарфоровых изоляторов с помощью специальных передвижных средств.

Контактная подвеска

Контактная подвеска – одна из ос новных частей контактной сети, представляет собой систему проводов, взаимное расположение которых, способ механического соединения, материал и сечение обеспечивают необходимое качество токосъема. Конструкция контактной подвески (КП) определяется экономической целесообразностью, эксплуатационными условиями (максимальной скоростью движения ЭПС, наибольшей силой тока, снимаемого токоприемниками), климатическими условиями. Необходимость обеспечения надежного токосъема при возрастающих скоростях движения и мощности ЭПС определила тенденции изменения конструкций подвесок: сначала простые, затем одинарные с простыми струнами и более сложные – рессорные одинарные, двойные и специальные, в которых для обеспечения требуемого эффекта, гл. обр. выравнивания вертикальной эластичности (или жесткости) подвески в пролете, используются пространственно-вантовые системы с дополнительным тросом или другие.
При скоростях движения до 50 км/ч удовлетворительное качество токосъема обеспечивает простая контактная подвеска, состоящая только из контактного провода, подвешенного к опорам А и В контактной сети (рис. 8.10,а) или поперечным тросам.

Качество токосъема во многом определяется стрелой провеса провода, зависящей от результирующей нагрузки на провод, которая складывается из собственного веса провода (при гололеде вместе со льдом) и ветровой нагрузки, а также от длины пролета и натяжения провода. На качество токосъема большое влияние оказывает угол а (чем он меньше, тем хуже качество токосъема), значительно изменяется контактное нажатие, появляются ударные нагрузки в опорной зоне, происходит усиленный износ контактного провода и токосъемных вставок токоприемника. Несколько улучшить токосъем в опорной зоне можно, применив подвешивание провода в двух точках (рис. 8.10,6), что при определенных условиях обеспечивает надежный токосъем при скоростях движения до 80 км/ч. Заметно улучшить токосъем при простой подвеске можно, только существенно уменьшив длину пролетов с целью снижения стрелы провеса, что в большинстве случаев неэкономично, либо применив специальные провода со значительным натяжением. В связи с этим применяют цепные подвески (рис. 8.11), в которых контактный провод подвешен к несущему тросу с помощью струн. Подвеска, состоящая из несущего троса и контактного провода, называется одинарной; при наличии вспомогательного провода между несущим тросом и контактным проводом – двойной. В цепной подвеске несущий трос и вспомогательный провод участвуют в передаче тягового тока, поэтому они соединены с контактным проводом электрическими соединителями либо токопроводящими струнами.

Основной механической характеристикой контактной подвески принято считать эластичность – отношение высоты подъема контактного провода к приложенной к нему и направленной вертикально вверх силе. Качество токосъема зависит от характера изменения эластичности в пролете: чем она стабильнее, тем лучше токосъем. В простых и обычных цепных подвесках эластичность в середине пролета выше, чем у опор. Выравнивание эластичности в пролете одинарной подвески достигается установкой рессорных тросов длиной 12-20 м, на которых крепят вертикальные струны, а также рациональным расположением обычных струн в средней части пролета. Более постоянной эластичностью обладают двойные подвески, но они дороже и сложнее. Для получения высокого показателя равномерности распределения эластичности в пролете используют различные способы ее повышения в зоне опорного узла (установка пружинных амортизаторов и упругих стержней, торсионный эффект от скручивания троса и др.). В любом случае при разработке подвесок необходимо учитывать их диссипативные характеристики, т. е. устойчивость к воздействию внешних механических нагрузок.
Контактная подвеска является колебательной системой, поэтому при взаимодействии с токоприемниками может находиться в состоянии резонанса, вызванного совпадением или кратностью частот ее собственных колебаний и вынужденных колебаний, определяемых скоростью проследования токоприемника по пролету с заданной длиной. При возникновении резонансных явлений возможно заметное ухудшение токосъема. Предельной для токосъема является скорость распространения механических волн вдоль подвески. В случае превышения этой скорости токоприемнику приходится взаимодействовать как бы с жесткой, недеформируемой системой. В зависимости от нормируемых удельных натяжений проводов подвески такая скорость может составлять 320-340 км/ч.
Простые и цепные подвески состоят из отдельных анкерных участков. Закрепления подвески “на концах анкерных участков могут быть жесткими или компенсированными. На магистральных ж. д. применяют в основном компенсированные и полукомпенсированные подвески. В полукомпенсированных подвесках компенсаторы имеются только в контактном проводе, в компенсированных – еще и в несущем тросе. При этом в случае изменения температуры проводов (вследствие прохождения по ним токов, изменения температуры окружающей среды) стрелы провеса несущего троса, а следовательно, и вертикальное положение контактных проводов остаются неизменными. В зависимости от характера изменения эластичности подвесок в пролете стрелу провеса контактного провода принимают в диапазоне от 0 до 70 мм. Вертикальную регулировку полукомпенсированных подвесок осуществляют так, чтобы оптимальная стрела провеса контактного провода соответствовала среднегодовой (для данного района) температуре окружающего воздуха.
Конструктивную высоту подвески – расстояние между несущим тросом и контактным проводом в точках подвеса – выбирают исходя из технико-экономических соображений, а именно – с учетом высоты опор, соблюдения действующих вертикальных габаритов приближения строений, изоляционных расстояний, особенно в зоне искусственных сооружений и др.; кроме того, должен быть обеспечен минимальный наклон струн при экстремальных значениях температуры окружающего воздуха, когда могут возникнуть заметные продольные перемещения контактного провода относительно несущего троса. Для компенсированных подвесок это возможно, если несущий трос и контактный провод выполнены из различных материалов.
Для увеличения срока службы контактных вставок токоприемников контактный провод располагают в плане с зигзагом. Возможны различные варианты подвески несущего троса: в тех же вертикальных плоскостях, что и контактный провод (вертикальная подвеска), по оси пути (полукосая подвеска), с зигзагами, противоположными зигзагам контактного провода (косая подвеска). Вертикальная подвеска обладает меньшей ветроустойчивостью, косая – наибольшей, но она наиболее сложна при монтаже и обслуживании. На прямых участках пути в основном применяется полукосая подвеска, на криволинейных – вертикальная. На участках с особенно сильными ветровыми нагрузками широко используют ромбовидную подвеску, в которой два контактных провода, подвешенных к общему несущему тросу, располагаются у опор с противоположными зигзагами. В средних частях пролетов провода притянуты один к другому жесткими планками. В некоторых подвесках поперечная устойчивость обеспечивается применением двух несущих тросов, образующих в горизонтальной плоскости своего рода вантовую систему.
За рубежом в основном применяют цепные одинарные подвески, в т. ч. на скоростных участках – с рессорными проводами, простыми разнесенными опорными струнами, а также с несущими тросами и контактными проводами, имеющими повышенные натяжения.

Контактный провод

Контактный провод – наиболее ответственный элемент контактной подвески, непосредственно осуществляющий контакт с токоприемниками ЭПС в процессе токосъема. Как правило, используют один или два контактных провода. Два провода обычно применяют при съеме токов более 1000 А. На отечественных ж. д. применяют контактные провода с площадью сечения 75, 100, 120, реже 150 мм2; за рубежом – от 65 до 194 мм2. Форма сечения провода претерпевала некоторые изменения; в нач. 20 в. профиль сечения приобрел форму с двумя продольными пазами в верхней части – головке, служащими для закрепления на проводе арматуры контактной сети. В отечественной практике размеры головки (рис. 8.12) одинаковы для различных площадей сечения; в других странах размеры головки зависят от площади сечения. В России контактный провод маркируют буквами и цифрами, указывающими материал, профиль и площадь сечения в мм2 (например, МФ-150 – медный фасонный, площадь сечения 150 мм2).

Широкое распространение в последние годы получили низколегированные медные провода с присадками серебра, олова, которые повышают износо- и термостойкость провода. Лучшие показатели по износостойкости (в 2-2,5 раза выше, чем у медного провода) имеют бронзовые медно-кадмиевые провода, однако они дороже медных, а их электрическое сопротивление выше. Целесообразность применения того или иного провода определяется технико-экономическим расчетом с учетом конкретных условий эксплуатации, в частности при решении вопросов обеспечения токосъема на высокоскоростных магистралях. Определенный интерес представляет биметаллический провод (рис. 8.13), подвешиваемый в основном на приемо-отправочных путях станций, а также комбинированный сталеалюминиевый провод (контактная часть – стальная, рис. 8.14).

В процессе эксплуатации происходит изнашивание контактных проводов при токосъеме. Различают электрическую и механическую составляющие износа. Для предотвращения обрыва проводов из-за возрастания растягивающих напряжений нормируется максимальное значение износа (например, для провода с площадью сечения 100 мм допускаемый износ составляет 35 мм2); по мере увеличения износа провода периодически уменьшают его натяжение.
При эксплуатации разрыв контактного провода может произойти в результате термического воздействия электрического тока (дуги) в зоне взаимодействия с другим устройством, т. е. в результате пережога провода. Наиболее часто пережоги контактного провода происходят в следующих случаях: над токоприемниками неподвижного ЭПС вследствие КЗ в его высоковольтных цепях; при подъеме или опускании токоприемника из-за протекания тока нагрузки или КЗ через электрическую дугу; при увеличении контактного сопротивления между проводом и контактными вставками токоприемника; наличии гололеда; замыкании полозом токоприемника раз-нопотеициальных ветвей изолирующего сопряжения анкерных участков и др.
Основными мерами предотвращения пережогов провода являются: повышение чувствительности и быстродействия защиты от токов КЗ; применение на ЭПС блокировки, препятствующей подъему токоприемника под нагрузкой и принудительно отключающей ее при опускании; оборудование изолирующих сопряжений анкерных участков защитными устройствами, способствующими гашению дуги в зоне возможного ее возникновения; своевременные меры, предотвращающие гололедные отложения на проводах, и др.

Несущий трос

Несущий трос – провод цепной подвески, прикрепленный к поддерживающим устройствам контактной сети. К несущему тросу с помощью струн подвешивается контактный провод – непосредственно или через вспомогательный трос.
На отечественных ж. д. на главных путях линий, электрифицированных на постоянном токе, в качестве несущего троса применяют в основном медный провод с площадью сечения 120 мм2, а на боковых путях станций -сталемедный (70 и 95 мм2). За рубежом на линиях переменного тока используют также бронзовые и стальные тросы сечением от 50 до 210 мм2. Натяжение троса в полукомпенсированной контактной подвеске изменяется в зависимости от температуры окружающего воздуха в пределах от 9 до 20 кН, в компенсированной подвеске в зависимости от марки провода – в пределах 10-30 кН.

Струна

Струна – элемент цепной контактной подвески, с помощью которого один из ее проводов (как правило, контактный) подвешивается к другому – несущему тросу.
По конструкции различают: звеньевые струны, составленные из двух и более шар-нирно связанных звеньев жесткой проволоки; гибкие струны из гибкого провода или капронового каната; жесткие – в виде распорок между проводами, применяемые значительно реже; петлевые – из проволоки или металлической полосы, свободно подвешенной на верхнем проводе и жестко или шарнирно закрепленной в струновых зажимах нижнего (обычно контактного); скользящие струны, закрепленные на одном из проводов и скользящие вдоль другого.
На отечественных ж. д. наибольшее распространение получили звеньевые струны из биметаллической сталемедной проволоки диаметром 4 мм. Недостатком их является электрический и механический износ в сочленениях отдельных звеньев. В расчетах эти струны не рассматриваются как токопроводящие. Такого недостатка лишены гибкие струны из медного или бронзового многожильного провода, жестко прикрепленные к струновым зажимам и выполняющие роль электрических соединителей, распределенных вдоль контактной подвески и не образующих существенных сосредоточенных масс на контактном проводе, что характерно для типовых поперечных электрических соединителей, используемых при звеньевых и других непроводящих ток струнах. Иногда применяют непроводящие струны контактной подвески из капронового каната, для крепления которых требуются поперечные электрические соединители.
Скользящие струны, способные перемещаться вдоль одного из проводов, используют в полукомпенсированных цепных контактных подвесках с малой конструктивной высотой, при установке секционных изоляторов, в местах анкеровки несущего троса на искусственных сооружениях с ограниченными вертикальными габаритами и в других особых условиях.
Жесткие струны обычно устанавливают только на воздушных стрелках контактной сети, где они выполняют роль ограничителя подъема контактного провода одной подвески относительно провода другой.

Усиливающий провод

Усиливающий провод – провод, электрически соединенный с контактной подвеской, служащий для снижения общего электрического сопротивления контактной сети. Как правило, усиливающий провод подвешивают на кронштейнах с полевой стороны опоры, реже – над опорами или на консолях вблизи несущего троса. Усиливающий провод применяют на участках постоянного и переменного тока. Снижение индуктивного сопротивления контактной сети переменного тока зависит не только от характеристик самого провода, но и от его размещения относительно проводов контактной подвески.
Применение усиливающего провода предусматривается на стадии проектирования; как правило, используется один или несколько многопроволочных проводов типа А-185.

Электрический соединитель

Электрический соединитель – отрезок провода с токопроводящей арматурой, предназначенный для электрического соединения проводов контактной сети. Различают поперечные, продольные и обводные соединители. Их выполняют из неизолированных проводов так, чтобы они не препятствовали продольным перемещениям проводов контактных подвесок.
Поперечные соединители устанавливают для параллельного соединения всех проводов контактной сети одного и того же пути (включая усиливающие) и на станциях для контактных подвесок нескольких параллельных путей, входящих в одну секцию. Поперечные соединители монтируют вдоль пути на расстояниях, зависящих от рода тока и доли сечения контактных проводов вобщем сечении проводов контактной сети, а также от режимов работы ЭПС на конкретных тяговых плечах. Кроме того, на станциях соединители размещают в местах трогания и разгона ЭПС.
Продольные соединители устанавливают на воздушных стрелках между всеми проводами контактных подвесок, образующих эту стрелку, в местах сопряжений анкерных участков – с двух сторон при неизолирующих сопряжениях и с одной стороны -при изолирующих сопряжениях и в других местах.
Обводные соединители применяют в тех случаях, когда требуется восполнить прерванное или уменьшившееся сечение контактной подвески из-за наличия промежуточных анкеровок усиливающих проводов или при включении в несущий трос изоляторов для прохода через искусственное сооружение.

Арматура контактной сети

Арматура контактной сети – зажимы и детали для соединения проводов контактной подвески между собой, с поддерживающими устройствами и опорами. Арматура (рис. 8.15) делится на натяжную (стыковые, концевые зажимы и др.), подвесную (струновые зажимы, седла и др.), фиксирующую (фиксирующие зажимы, держатели, ушки и др.), токопроводящую, механически мало нагруженную (зажимы питающие, соединительные и переходные – от медных к алюминиевым проводам). Изделия, входящие в состав арматуры, в соответствии с их назначением и технологией производства (литье, холодная и горячая штамповка, прессование и др.) выполняют из ковкого чугуна, стали, медных и алюминиевых сплавов, пластмасс. Технические параметры арматуры регламентируются нормативными документами.

Часть системы тягового электроснабжения, состоящая из фидеров (питающих линий), контактной сети , рельсовой сети и отсасывающих линий, составляет тяговую сеть . В ряде случаев в тяговую сеть входят дополнительные провода и устройства, присоединенные к контактной и (или) рельсовой сетям.

Тяговая сеть (рис. 8.5) является сложной электрической цепью и содержит контуры, образованные проводами, рельсовой сетью и землей. Ток, протекающий от тяговой подстанции к ЭПС, распределяется между проводами контактной сети. Возврат тока на подстанцию осуществляется через рельсовую сеть и землю и далее по отсасывающей линии. Под действием взаимной индуктивной связи, проявляющейся между контурами тяговой сети при протекании переменного тока, в цепи рельсовая сеть – земля индуцируется ток, направленный противоположно вызвавшему его току в контактной сети.

Основные параметры тяговой сети

К основным параметрам тяговой сети относятся удельное (на 1 км длины) активное сопротивление R, индуктивность L и емкость С. Значения R и L зависят в основном от числа и характеристик проводов контактной сети, рельсовых нитей и других элементов, входящих в тяговую сеть, а также от электрической проводимости земли. Вследствие утечки тока из рельсов, интенсивность изменения которой вдоль пути определяется переходным сопротивлением цепи рельсы – земля, параметры R и L не являются постоянными по длине тяговой сети: вблизи подстанций и ЭПС их значения несколько выше, чем в середине участка. При электрификации на переменном токе указанные параметры зависят также от силы протекающего по рельсам тока, т. к. электромагнитные характеристики рельсовой стали нелинейны. В зависимости от числа и марок проводов контактной сети удельное активное сопротивление R составляет 0,04-0,07 Ом/км при постоянном токе и 0,14-0,20 Ом/км при переменном токе промышленной частоты. Индуктивность L при токе промышленной частоты равна 0,9-0,15 мГн/км. Для составляющих тока ЭПС, имеющих частоту от 300 до 3000 Гц и определяющих в наибольшей степени мешающее влияние на линии связи, значение R несколько выше, a L немного ниже, чем при частоте 550 Гц. Удельная емкость С определяется геометрическими размерами и взаимным расположением элементов контактной сети относительно поверхности земли, а также характеристиками изоляции, и составляет 17-20 нФ/км.
Результирующие значения параметров тяговой сети (с учетом расстояния между тяговыми подстанциями и используемой схемы питания в межподстанционной зоне) оказывают существенное влияние на основные показатели системы тягового электроснабжения. Активному сопротивлению R пропорциональны потери электроэнергии в тяговой сети, а при постоянном токе и потери напряжения. В тяговой сети переменного тока потери напряжения зависят как от R} так и от L. От соотношения значений i, L, С зависит также уровень мешающего и опасного влияния тяговой сети на смежные линии связи и другие коммуникации, проложенные вдоль железной дороги.
Нагрузочная способность тяговой сети (по пропуску поездов) определяется наибольшей силой тока – длительного или кратковременного (в течение 1-3 мин), при которой температура наиболее нагруженного провода не превышает допустимого значения. При этом должно также соблюдаться предельное допустимое отклонение напряжения в контактной сети от номинального, обеспечивающее нормальную работу силового и вспомогательного оборудования ЭПС.

С увеличением площади сечения или числа проводов нагрузочная способность тяговой сети растет. Увеличение размеров движения, массы поездов и скорости их движения, а также стремление к сокращению числа тяговых подстанций (при большем расстоянии между ними) на электрифицированном участке приводят к необходимости повышения нагрузочной способности тяговой сети, что обычно обеспечивается подвешиванием усиливающего провода. Это позволяет увеличить допустимую силу тока в 1,5-2 раза, уменьшить значения R и L. На некоторых участках ж. д. переменного тока иногда требуется существенно (до 15 раз) снизить магнитное влияние на смежные коммуникации. В этом случае в тяговой сети устанавливают отсасывающие трансформаторы с обратным проводом (рис. 8.6,a). Такая сеть отличается более частым расположением изолирующих сопряжений анкерных участков и повышенными значениями R и L; улучшение ее характеристик достигается выбором определенных значений коэффициента трансформации, т. н. расщеплением обратного провода, рациональным размещением его на опорах. Кроме того, для снижения электромагнитного влияния тяговой сети переменного тока с повышенной нагрузочной способностью используют экранирующий провод, соединяемый в межподстанционной зоне с рельсовой сетью или со специальными заземлителями (рис. 8.6,6). Экранирующий провод применяют, как правило, совместно с усиливающим и подвешивают на опорах контактной сети. Под действием токов контактной подвески и усиливающего провода в контуре экранирующий провод - земля наводится ток, направленный встречно по отношению к вызвавшему его току. Чем ближе расположен экранирующий провод к усиливающему (с учетом допустимого расстояния по условиям изоляции), тем в большей степени снижаются L и магнитное влияние на смежные коммуникации.

Для улучшения параметров тяговой сети в ней повышают напряжение. Наиболее экономично, без изменения конструкции ЭПС и усиления изоляции контактной сети, это осуществляется с помощью питающего провода, находящегося под повышенным напряжением по отношению к контактной сети. Высокое напряжение, подаваемое от подстанции к питающему проводу, понижается статическими преобразователями (при постоянном токе) или автотрансформаторами (при переменном токе) до уровня, необходимого для ЭПС, и передается в контактную подвеску (рис. 8.6,в). Обычно используется тяговая сеть переменного тока с питающим проводом и автотрансформаторами. На отечественных ж. д. в таких сетях напряжение между питающим проводом и рельсовой сетью составляет 25 кВ, а между контактным проводом и питающим проводом – 50 кВ (система 2×25 кВ). Поскольку большая часть электроэнергии передается по питающему проводу, токовая нагрузка проводов контактной сети снижается в 1,5-1,8 раза, а значения R и L – в 2,2-2,6 раза. В системе 2×25 кВ возврат тока осуществляется в основном не по рельсовой сети и земле, а по питающему проводу. Вследствие этого магнитное влияние тяговой сети на линии связи уменьшается почти в 10 раз. Для существующих тяговых сетей и выбора их элементов для вновь электрифицируемых линий проводят сравнение технико-экономических показателей.

Блуждающие токи

Блуждающими называют электрические токи в земле, образующиеся в результате утечки токов с различных электроэнергетических устройств и линий электропередачи из-за недостаточности или отсутствия изоляции относительно земли или при использовании земли в качестве одной из фаз системы передачи электроэнергии потребителям. Пути распространения блуждающих токов в земле разнообразны (отсюда название). Они протекают не только в земле, но и в металлических частях подземных сооружений. Переменные блуждающие токи (частота 50 Гц) практически безопасны для подземных сооружений. Наибольшую опасность представляют блуждающие токи в системах, работающих на постоянном токе, в частности на рельсовом транспорте, где ходовые рельсы используют в качестве обратного провода в системе тягового электроснабжения, – электрифицированные ж. д., трамвай, метрополитен, электрифицированный карьерный и рудничный рельсовый транспорт. При реальных уровне изоляции рельсов относительно земли и протяженности зон питания от тяговых подстанций в земле может протекать до 10-30% (ж. д.), 1-10% (трамвай), 0,1-0,2% (метрополитен), 40-50% (рудничный транспорт) тока, потребляемого ЭПС. Блуждающие токи в земле могут обнаруживаться на значительном удалении (до десятков километров) от источника их возникновения в зависимости от электропроводности грунта. В сильно увлажненных грунтах эти токи локализуются вблизи их источников, в скальных грунтах – на большом удалении от них.
Блуждающие токи могут представлять опасность для обслуживающего электроустановки персонала и населения (шаговое напряжение и напряжение прикосновения). Наибольшее негативное последствие блуждающих токов в земле – возникновение электрокоррозии (электрохимического разрушения) подземных металлических коммуникаций – кабелей, линий связи, трубопроводов, арматуры железобетонных конструкций и т. п. При утечке тока с металлической поверхности, находящейся в контакте с землей, происходит разрушение (растворение) 9,12 кг стали, 33,8 кг свинца, 2,93 кг алюминия в год.
Защита сооружений от негативных проявлений блуждающих токов может быть обеспечена снижением токов утечки (в т.ч. улучшением изоляции рельсового пути), максимальной надежной изоляцией подземных сооружений от земли, активной защитой: отвод (дренаж) или подавление токов утечки с поверхности подземного сооружения защитным током, создаваемым специальным источником тока (катодная защита). Минимизация токов утечки с тяговой рельсовой сети обеспечивается созданием электрической непрерывности сети от тяговой нагрузки (электроподвижного состава) до тяговой подстанции. С этой целью рельсовый путь оборудуют стыковыми электрическими соединителями; для обеспечения надежного возврата тяговых токов в тяговой рельсовой сети устанавливают поперечные межрельсовые и междупутные электрические соединители.

Суммарное увеличение сопротивления обратной цепи тяговых токов в результате установки рельсовых стыков не должно быть выше 20% сопротивления бесстыкового рельсового пути. При необходимости снижения токов утечки с локальных участков пути (тоннели, станционные и деповские пути) можно применять вентильное секционирование рельсовой сети, что одновременно приводит к уменьшению электрокоррозии рельсов и деталей рельсовых скреплений, особенно в тоннелях. Показатели электрокоррозионной опасности блуждающих токов для сооружений и конструкций железнодорожного транспорта приведены в таблице 1. При выявлении такой опасности для подземных сооружений (кабели, трубопроводы) применяют активные средства защиты (рис. 8.7): поляризованный дренаж, катодную защиту, усиленный дренаж, дренажно-катодную защиту. Тип защиты выбирается по местным условиям в зависимости от потенциалов «сооружение – рельс».

Для железобетонных конструкций (опоры контактной сети, искусственные сооружения и др.) основным методом защиты от электрокоррозии токами утечки является электрическая изоляция заземляемых на рельсы металлических элементов крепления контактной сети от железобетона и его арматуры, для чего применяют изолирующие втулки, прокладки, шайбы и т. п.

Электрическая изоляция обеспечивается нормативным требованием уровня изоляции конструкций от земли равным 104 Ом. При невозможности достижения такого уровня в цепь заземления железобетонных конструкций на рельсы включают искровые или диодные заземлите ли, прерывающие коррозион-ноопасные токи утечки с рельсов в конструкции (рис. 8.8). В режиме короткого замыкания контактной сети на железобетонную конструкцию искровые промежутки и диодные заземлители на 200 А класса не ниже 20 обеспечивают отвод токов короткого замыкания на рельсы.

Электромагнитная совместимость

На работу различных электрических устройств и систем, расположенных вдоль электрифицированных линий железных дорог и обслуживающих ее, оказывают большое влияние электрические цепи ж. д. Это обстоятельство требует учитывать электромагнитную совместимость электротехнического оборудования (приборов, устройств, аппаратов), т.е. их способность работать удовлетворительно в электромагнитной среде, не создавая недопустимого влияния на окружающую среду, а также на другое техническое оборудование.
В Российской Федерации действует с 01.01.1999 г. Закон «Об обеспечении электромагнитной совместимости», согласно которому технические средства, являющиеся источниками электромагнитных излучений, в т.ч. трехфазные воздушные линии (ВЛ) и электрические ж. д., подлежат обязательной сертификации на соответствие уровням электромагнитных излучений, установленных государственными стандартами. Степень влияния зависит от симметричности цепей, как влияющих, так и подверженных влиянию.
Цепь симметрична, если параметры ее проводов – первичные (активное сопротивление, индуктивность, емкость между проводами и относительно земли, проводимость изоляции) и вторичные (волновое сопротивление и коэффициент распространения волны), одинаковы. Практически, вследствие имеющихся различий, все двух- и трехпроводные цепи частично или полностью несимметричны. К полностью несимметричным можно отнести следующие ВЛ: тяговую сеть электрических ж. д., линии передачи однофазного тока с использованием земли в качестве обратного провода; линии, работающие по системам «два провода – земля» (ДПЗ) и «два провода – рельс» (ДПР), а также с пофазным отключением проводов; линии передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения (выше 750 кВ) на сверхдальние расстояния (более 1000 км). Все остальные двухфазные и трехфазные ВЛ частично несимметричны.
Электромагнитным влияниям практически подвержены любые линии с меньшим уровнем передачи энергии, проложенные вблизи от электрической ж. д., – воздушные и кабельные линии телефонной и телеграфной связи, радиовещания, телеуправления и телесигнализации, рельсовые цепи автоблокировки, силовые и осветительные электрические сети, низковольтные линии электропередачи, отключенная контактная сеть соседних путей, а также проводящие элементы металлических сооружений, эстакад, трубопроводов, оболочек кабелей и др. В системе тягового электроснабжения источником электромагнитного влияния являются выпрямительно-инверторные агрегаты тяговых подстанций и электроподвижного состава, тиристорно-импульсные преобразователи дополнительных стационарных устройств питания и регулирования напряжения, генерирующие составляющие токов и напряжений с различными, а иногда и с меняющимися, частотами.
Влияющая цепь электрической ж. д.- контур, включающий в себя тяговую подстанцию, электрический локомотив и тяговую сеть. Влияющее напряжение тяговой сети равно рабочему напряжению переменного тока, а ток в земле, являющейся составной частью тяговой сети, соизмерим с рабочим током. Тяговая сеть практически полностью несимметрична и оказывает сильное влияние на соседние цепи. Линию, подверженную влиянию, называют смежной. Взаимное расположение влияющей и смежной линии, при котором могут возникать опасные и мешающие влияния, называют сближением, а расстояние между линиями, измеренное по перпендикуляру к влияющей линии, – шириной сближения. Сближение при неизменной ширине линии будет параллельным, при переменной ширине – косым, а при наличии параллельного и косого участков – сложным. Индуцированные напряжения и токи в смежной линии возникают вследствие воздействия на нее электромагнитного поля проводов тяговой сети. Для облегчения анализа и расчетов принято рассматривать электрическое и магнитное влияние.
Электрическое влияние проявляется в наведении в смежной линии потенциала по отношению к земле электрическим полем, создаваемым при наличии напряжения во влияющей линии. Если при этом тока в контактной сети нет, то можно рассматривать только электрическое влияние. Магнитное влияние проявляется в возникновении продольной эдс, индуцированной магнитным полем влияющей линии. Продольная эдс, распределяясь вдоль линии, создает в ней напряжение относительно земли, изменяющееся по длине линии; оно вызывает ток, замыкающийся через распределенную емкость линии (или через гальванические соединения с землей при их наличии). Если емкостная связь между контактной сетью и смежной линией очень мала (например, при значительной ширине сближения), можно рассматривать только магнитное влияние. При сложном сближении продольная эдс в начале линии, заземленной в конце, зависит от размеров контуров «контактная сеть-земля» и «смежная линия-земля», а также от ширины сближения, уменьшаясь при ее возрастании. В свою очередь размеры контуров зависят от проводимости земли и частоты влияющего тока: с их увеличением размеры обоих контуров уменьшаются. Продольная эдс определяется суммированием эдс, наведенных на каждом участке косого или параллельного сближения.
Смежные линии, имеющие заземления (однопроводные цепи – телеграфные, СЦБ, линии дистанционного питания усилителей междугородных цепей связи, заземленные или проложенные в земле металлические сооружения или коммуникации), подвержены также гальваническому влиянию, которое наиболее опасно на участках постоянного тока. На ж. д. переменного тока возникают опасные влияния, если в смежной линии наводится напряжение, превышающее установленное напряжение прикосновения для человека, или напряжение, допустимое по условиям работы аппаратуры и изоляции. Опасным является также индуцированное напряжение в линии СЦБ, которое может вызвать ложное срабатывание реле и привести к открытию сигнала на занятый участок. Опасное напряжение может возникнуть при наличии в контактной сети достаточно высокого напряжения (электрическое влияние), большого переменного тока (магнитное влияние), значительного потенциала рельсов (гальваническое влияние). Для защиты устройств и систем от опасных влияний применяют довольно сложные и дорогостоящие специальные меры.

Экранирование смежных линий

Принцип экранирования заключается в том, что провод, заземляемый по концам и расположенный вблизи контактной подвески, в той или иной степени снижает ее магнитное влияние на смежную линию. В смежной линии возникает эдс, представляющая собой векторную сумму эдс, индуцированных полями контактной сети и экранирующего провода. Суммарная эдс в смежной линии тем меньше, чем ближе по величине составляющие эдс и чем ближе угол между ними к 180°. Отношение эдс результирующей и наведенной током контактной сети называют коэффициентом экранирования.
При одновременном влиянии на смежную линию токов контактной сети и рельсов проявляется экранирующее действие рельсов. Возникающая в смежной линии продольная эдс определяется векторной суммой токов.
Экранирующее действие кабеля обусловлено наличием заземленных в ряде точек металлической оболочки и брони, которые представляют собой экранирующий провод. Коэффициент экранирования оболочки кабеля тем меньше, чем меньше ее активное сопротивление или больше индуктивность. Для уменьшения сопротивления в кабелях связи заменяют свинцовую оболочку алюминиевой. Индуктивность оболочки может быть увеличена применением бронеленты с повышенной относительной магнитной проницаемостью. Коэффициент экранирования оболочки уменьшается с возрастанием частоты влияющего тока.

Расчет опасных влияний

Расчетными при определении опасных влияний являются вынужденный режим (отключение одной из ТПС) и режим короткого замыкания в контактной сети; в этих режимах влияющий ток является наибольшим. Допустимое напряжение Ua в смежной линии зависит от назначения и вида линии, а также от расчетного режима. Так, для воздушных линий связи на деревянных опорах ид = 60 В в вынужденном режиме и 1000 В при коротком замыкании; на железобетонных опорах – соответственно 36 В и 160-250 В (в зависимости от времени отключения короткого замыкания). Для кабельных линий связи, обслуживаемых с соблюдением мер техники безопасности, 1/д = 0,21/исп при вынужденном режиме и при коротком замыкании (иисп – испытательное напряжение для кабеля связи, обычно 1800 В). При вынужденном режиме для воздушных и кабельных осветительных линий?/д = 300 В, для силовых линий -400 В; при коротком замыкании для тех и других {Уд = 1000 В (за исключением отдельных случаев).
Результирующее индуцированное влияние определяется одновременным воздействием разных видов влияний. Для воздушных смежных линий его определяют как векторную сумму напряжений электрического и магнитного влияния при угле сдвига векторов ок. 90°. В воздушных и кабельных однопро-водных линиях с рабочими заземлениями одновременно проявляются и магнитные и гальванические влияния (сдвиг по фазе также ок. 90°). Для кабельных линий без рабочих заземлений определяют только магнитное влияние (электрическое и гальваническое влияния не проявляются).
Влияющий ток в режиме короткого замыкания рассчитывается в конце фидерной зоны, если ее длина равна длине сближения со смежной линией. При длине сближения меньшей длины фидерной зоны расчетная точка выбирается в конце участка сближения. В вынужденном режиме (отключена одна из подстанций) учитывают, что тяговая сеть каждой из фидерных зон получает одностороннее питание от смежных подстанций. Несинусоидальные напряжения и токи в тяговой сети оказывают мешающее влияние на смежные линии, нормально работающие с малыми напряжениями и токами в диапазонах тональных и надтональных частот (линии связи и радиовещания). Мешающим влияниям подвержены также рельсовые цепи СЦБ и устройства автоматизации управления движением поездов, работающие с частотами 50; 75; 125; 175; 225; 275 и 325 Гц.
Выпрямительные агрегаты электровозов на участках переменного тока, а также выпрямительные и выпрямительно-инверторные агрегаты подстанций постоянного тока создают гармоники с разнообразными частотами и амплитудами. Если тяговая нагрузка составляет значительную долю мощности питающей энергосистемы и кривая питающего напряжения несинусоидальна (даже в пределах нормы), то содержащиеся в ней гармоники вызывают увеличение гармоник в выпрямленном напряжении. Диапазон гармонических колебаний весьма широк, в результате их воздействия в смежных линиях появляется напряжение шума (помех), затрудняющее или нарушающее их нормальную работу. Напряжением шума иш, или псофометрическим, называется напряжение с частотой 800 Гц на одном из концов линии связи (замкнутой на обоих концах на волновое сопротивление), создающее такое же мешающее действие, как и действительные индуцированные напряжения различных частот. Напряжения различной частоты создают в линиях связи и радиовещания неодинаковые помехи, поэтому их приводят к псофометрическому с помощью коэффициента акустического воздействия, учитывающего относительное влияние напряжений различных частот. Любая реальная двухпроводная линия имеет продольную и поперечную асимметрию (различные электрические параметры проводов по ее длине), вследствие чего в конце линии возникает напряжение помех, которое тем меньше, чем меньше асимметрия линии. Качество двухпроводной линии связи оценивается коэффициентом чувствительности ее к помехам от каждой гармоники. Коэффициент чувствительности – отношение напряжения помехи в конце линии к среднему значению напряжений обоих проводов относительно земли. При определении Um в качестве расчетного принимают нормальный режим работы системы электроснабжения. Допустимое напряжение шума составляет от 1 до 3,5 мВ для различных линий связи и определенной длины линии. Расчет UUi обычно проводится для гальванически неразделенного участка, т. е. участка, не содержащего трансформаторов, усилителей и фильтров, например усилительный участок в линии связи.

Обеспечение электромагнитной совместимости

Защитные меры, обеспечивающие совместимость электрических линий железных дорог и смежных линий, могут применяться как в источнике влияний – цепях электрической железной дороги, так и в подверженных влиянию смежных линиях. Защитные меры, применяемые в источнике влияний, называют активными, поскольку они уменьшают влияние на все смежные линии. Защитные меры, применяемые в смежной линии, могут защищать только данную линию, и поэтому их относят к пассивным.
Активными защитными мерами являются следующие: на ж. д. переменного тока – применение отсасывающих трансформаторов и демпфирующих устройств для гашения резонансных колебаний, на электрических ж. д. постоянного тока – установка многопульсовых преобразователей с достаточно высоким качеством выпрямленного напряжения, сглаживающих фильтров на тяговых подстанциях для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения. Кроме того, частичное снижение магнитных влияний достигается при двустороннем питании тяговой сети. Поскольку допустимое по условиям безопасности наведенное напряжение в линии связи может быть увеличено при сокращении времени его воздействия, необходимо повышать быстродействие релейной защиты, отключающей тяговую сеть при КЗ.
К основным пассивным защитным мерам относятся удаление смежной линии от влияющей и каблирование смежной линии; кроме того, дополнительно в линиях связи производят скрещивание проводов, симметрирование кабелей, повышение уровня напряжения передачи, используют компенсирующие устройства, запирающие и дренажные катушки, разделительные трансформаторы, разрядники. В рельсовых цепях автоблокировки применяют резонансные контуры и фильтры; в низковольтных электрических сетях осуществляют заземление нейтрали питающего трансформатора, устанавливают заземляющие активные или емкостные сопротивления, разделяют линии на более короткие участки, увеличивая число пунктов питания и присоединяя их в середине участка сближения.
На большинстве тяговых подстанций постоянного тока с 6-пульсовыми преобразователями (практически на всех смонтированных до 1960 г.) установлены однозвенные сглаживающие фильтры. При проектировании и электрификации новых участков железных дорог нормативными документами предусмотрена установка мощных двухзвенных сглаживающих фильтров (разработана ВНИИЖТ и Западно-Сибирской железной дорогой).
При установке на тяговых подстанциях 12- или 24-пульсовых преобразовательных агрегатов используют более простые однозвенные апериодические сглаживающие фильтры или монтируют агрегаты без фильтров.
Сглаживающий фильтр состоит из одного (однозвенный) или двух (двухзвенный) реакторов, включенных в рассечку в минусовую шину, резонансных и апериодического (емкостного) контуров. Реакторы выполняют на номинальное напряжение 3,3 кВ, номинальный ток 6500 и 3250 А из блоков заводского изготовления типа РБФА-У-6500/3250. Число блоков в сглаживающем фильтре определяется индуктивностью реакторов Lp, необходимой для достижения соответствующего коэффициента сглаживания. Индуктивность реактора не должна зависеть от проходящего через него тока нагрузки тяговой подстанции, поэтому реактор не имеет стального сердечника. Реакторы на номинальный ток 3250 А комплектуют из одного, двух, трех и четырех блоков с последовательно-параллельным соединением секций, а реакторы на номинальный ток 6500 А – с параллельным соединением секций. Для резонансных и апериодических контуров применяют бумажно-масляные конденсаторы ФМТ4-12, рассчитанные на номинальное напряжение 4 кВ.
Индуктивности резонансных контуров LK выполняют из двух катушек (основной и регулировочной) , включенных последовательно-встречно или последовательно-согласно. Эти катушки, изготовленные из медного провода ПР-500 различного сечения, имеющие различное количество витков для разных контуров, крепят на деревянных брусках и взаимно перемещают одну относительно другой. При изменении расстояния между катушками плавно изменяется их взаимоиндуктивность М и достигается требуемое значение индуктивности LK = LK\ ± LK2 ± Мк для настройки контура в резонанс напряжений на частоте гармоники (знак «+» соответствует последовательному согласному, а знак «-» – встречному включению катушек).
Резонансные катушки и конденсаторы устанавливают в отдельных помещениях закрытой части тяговой подстанции или в металлических шкафах (в случае применения комплектных РУ 3,3 кВ наружной установки). Реакторы, имеющие большие габаритные размеры и массу, размещают либо в пристройке к зданию тяговой подстанции, либо в камерах, выполненных из асбоцементных плит с металлическими ограждениями.
Для измерения мешающего напряжения и определения коэффициента сглаживания используется прибор-измеритель мешающего напряжения типа ИМН-3. Прибор состоит из двух комплектов, включаемых до и после сглаживающего фильтра, обычно в ячейке запасного быстродействующего выключателя. В каждый комплект входят измерительный и защитный блоки.
Электромагнитная совместимость электрических железных дорог с питающими электросистемами обеспечивается при проектировании и эксплуатации систем тягового электроснабжения. При этом учитываются взаи-мовлияющие факторы: несинусоидальность и несимметрия трехфазных питающих напряжений, значительный уровень реактивной мощности, потребляемой тяговыми нагрузками из питающей электросистемы, качество выпрямленного напряжения, перенапряжения.
Электрическая тяга переменного тока является не только мощным потребителем реактивной энергии и несинусоидального тока, но и мощной несимметричной однофазной нагрузкой, что приводит к появлению несимметрии напряжений в питающих электрических трехфазных системах.
Полностью исключить электромагнитное и гальваническое влияния одного электротехнического оборудования на другое, одних электрических цепей на другие практически невозможно, поэтому обычно стремятся снизить их до такой степени, при которой не нарушалась бы нормальная работа электрических цепей, подверженных влиянию, и выполнялись требования ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».