Аннотация
Настоящий курс системно раскрывает основы контактной сети электрифицированных железных дорог. Основой служат 112 учебных слайдов, охватывающих четыре крупных раздела: базовую структуру контактной сети, входящее в неё оборудование, типы подвески и системы питания. Изложение начинается с общей схемы тягового электроснабжения, затем последовательно разбираются четыре составные части — контактная подвеска, поддерживающие устройства, устройства фиксации, опоры и фундаменты, — после чего подробно рассматриваются принцип работы и технические параметры таких основных узлов, как изолятор нейтральной вставки, секционный изолятор, несущий трос, контактный провод, струны, электрические соединения, сопряжения анкерных участков, средняя анкеровка, компенсаторы и воздушные стрелки. В заключение системно сопоставляются простая и цепная подвески, различия между некомпенсированной, полукомпенсированной и полностью компенсированной цепной подвеской, а также области применения четырёх систем питания: прямой, прямой с отсасывающей линией, AT и BT. Материал предназначен для начального обучения электромонтёров контактной сети, профессиональной подготовки учащихся по специальности «электроснабжение» и использования инженерно-техническими специалистами.
Ключевые слова: основы контактной сети; контактная подвеска; цепная подвеска; компенсатор; системы питания; AT-питание; изолятор нейтральной вставки; секционный изолятор; сопряжение анкерных участков; средняя анкеровка
—— Далее приведены 112 учебных слайдов, системно раскрывающих основы контактной сети ——
Титульный слайд
Содержание курса
Курс состоит из четырёх частей:
- Раздел 1 — базовая структура контактной сети
- Раздел 2 — состав контактной сети
- Раздел 3 — типы подвески контактной сети
- Раздел 4 — системы питания контактной сети
I. Базовая структура контактной сети
Сопутствующая продукция:Поддерживающие устройства · Устройства фиксации · Опорно-фиксирующие устройства
Контактная сеть — это особая разновидность линии электропередачи, подвешенная над железнодорожным путём и служащая для питания электроподвижного состава. Она состоит из контактной подвески, поддерживающих устройств, устройств фиксации, опор и фундаментов, а также дополнительных подвесок, цепей заземления и обратного тока. В этом разделе сначала рассматривается общая структура системы тягового электроснабжения, а затем четыре основные составные части самой контактной сети.
1.1 Состав системы тягового электроснабжения
Ток, вырабатываемый электростанцией, после повышения напряжения в повышающем трансформаторе по высоковольтной линии электропередачи (110 kV) поступает на тяговые подстанции, расположенные вдоль железной дороги. На тяговой подстанции напряжение преобразуется до требуемого значения (27,5 kV), после чего по фидерам передаётся в контактную сеть соседних перегонов и станционных путей для питания электровозов. Ток, прошедший через тяговые двигатели, возвращается на подстанцию по рельсам, отсасывающей линии и заземляющей сети, образуя замкнутый контур электроснабжения.
1.2 Основные составные части контактной сети
Контактная сеть — особая разновидность линии электропередачи, подвешенная над железнодорожным путём и предназначенная для питания электровозов. Она состоит из контактной подвески, поддерживающих устройств, устройств фиксации, опор и фундаментов; кроме того, имеются дополнительные подвески, цепи заземления и обратного тока.
1.3 Устройства фиксации
В состав устройства фиксации входят фиксирующая труба, фиксатор, опорный узел фиксатора, крюк фиксатора и фиксирующий зажим. Устройство служит для закрепления положения контактного провода: оно передаёт горизонтальную нагрузку от провода и удерживает провод в пределах траектории движения полоза токоприёмника. Устройства фиксации обычно монтируются на консоли опоры и изолируются от неё изолятором.
1.4 Поддерживающие устройства
Поддерживающие устройства служат для восприятия контактной подвески и передачи нагрузки; в их состав входят консоли, опорные основания, изоляторы и соединительные детали. По конструкции поддерживающие устройства делятся на одинарные, двойные и тройные консольные и применяются в различных условиях пути.
II. Состав контактной сети
Сопутствующая продукция:Изоляторы нейтральной вставки · Секционные изоляторы · Изоляторы · Контактная подвеска · Компенсаторы · Электрические соединения · Средняя анкеровка · Воздушные стрелки · Соединительный крепёж · Опоры и фундаменты
Этот раздел — важнейшая часть курса: в нём подробно рассматриваются принцип работы, технические параметры и опыт эксплуатации каждого элемента контактной сети. Содержание включает оборудование (изоляторы нейтральной вставки, секционные изоляторы, изоляторы), контактную подвеску (несущий трос, контактный провод, струны, электрические соединения, воздушные стрелки, среднюю анкеровку, компенсаторы, сопряжения анкерных участков), опорно-фиксирующие устройства, опоры и фундаменты.
2.1 Оборудование
2.1.1 Изолятор нейтральной вставки
На электрифицированных железных дорогах электровоз получает однофазное питание от контактной сети. Чтобы уравновесить нагрузку фаз A, B и C энергосистемы, контактная сеть обычно питает электровозы поочерёдно от фаз A и B, поэтому между ними требуется разделение — так называемая нейтральная вставка. Изолятор нейтральной вставки применяется там, где контактная сеть должна получать питание от разных фаз тяговой подстанции. Как правило, его устанавливают между плечами питания разных фаз: он воспринимает разность напряжений разных фаз и одновременно выполняет роль механической связи. При проходе нейтральной вставки токоприёмник не отбирает ток — локомотив следует на выбеге с отключённым питанием.
Нейтральные вставки контактной сети имеют несколько исполнений — семи-, восьми- и девятипролётные. Наиболее распространена семипролётная нейтральная вставка с сопряжением, состоящая из нейтрального участка (2–8 пролётов) и обесточенного участка (3–7 пролётов). Изолятор XTK — один из распространённых типов механических изоляторов нейтральной вставки.
2.1.2 Секционный изолятор
Секционный изолятор применяется для секционирования контактной сети в пределах одной фазы: он электрически разделяет сеть на независимые участки, что упрощает ремонт и ограничивает зону аварии. По материалу исполнения различают секционные изоляторы из эпоксидной смолы, высокоглинозёмистой керамики, композитного стекловолокна и кремнийорганического стержня; по конструктивным особенностям — обычные ромбовидные и скоростные дугогасящие.
2.1.3 Изоляторы
Изоляторы служат для подвески элементов и электрической изоляции от заземлённых конструкций. По конструкции изоляторы контактной сети делятся на подвесные и стержневые; по материалу — на фарфоровые, кремнийорганические и из закалённого стекла.
2.2 Контактная подвеска
Контактная подвеска — центральная часть контактной сети: она непосредственно контактирует с полозом токоприёмника и обеспечивает непрерывное питание локомотива. В состав контактной подвески входят контактный провод, несущий трос, струны, электрические соединения, воздушные стрелки, средняя анкеровка, компенсаторы, сопряжения анкерных участков и другие элементы.
2.2.1 Несущий трос
Несущий трос служит для подвески контактного провода на струнах и одновременно несёт часть тока. По материалу несущие тросы делятся на медные, стальные и стальные с алюминиевым покрытием.
2.2.2 Контактный провод
Контактный провод — это провод, непосредственно контактирующий с полозом токоприёмника и подверженный износу; к его высоте, натяжению и уклону предъявляются жёсткие требования. Нормируются уклон провода между двумя точками фиксации и уклон между двумя струнами.
2.2.3 Струны
Струна — промежуточный элемент, соединяющий несущий трос и контактный провод; она удерживает контактный провод на несущем тросе. Различают звеньевые, эластичные и блочные струны.
2.2.4 Электрические соединения
Электрические соединения обеспечивают беспрепятственное протекание тока между проводами контактной подвески; они бывают поперечными и продольными и являются ключевым элементом, обеспечивающим проводимость контактной сети.
2.2.5 Сопряжение анкерных участков
Для выполнения требований секционирования — как электрического, так и механического — контактная сеть делится на участки определённой длины, независимые друг от друга; каждый такой участок называется анкерным участком. Место стыка двух смежных анкерных участков называется сопряжением анкерных участков. Его назначение: (1) ограничение зоны аварии; (2) улучшение условий работы проводов по нагрузкам; (3) возможность установки компенсаторов; (4) удобство механического и электрического секционирования.
2.2.6 Средняя анкеровка
В анкерном участке, на обоих концах которого установлены компенсаторы, обязательно устраивается средняя анкеровка. Принцип её размещения: натяжение по обе стороны от средней анкеровки должно быть по возможности одинаковым. На прямых участках средняя анкеровка располагается в середине анкерного участка, на кривых — в середине участка с одинаковым радиусом кривой. По конструкции различают среднюю анкеровку перегонного типа (против смещения и обрыва) и станционного типа (против смещения).
2.2.7 Компенсаторы
Компенсаторы служат для автоматического регулирования натяжения проводов и удерживают натяжение контактного провода или несущего троса в заданных пределах. По типу различают блочные, храповые, пружинные, гидравлические и барабанные компенсаторы.
2.2.8 Воздушная стрелка
В местах пересечения двух путей на станциях электрифицированных участков, чтобы полоз токоприёмника мог плавно переходить с одного пути на другой, в точке пересечения двух контактных проводов устанавливается устройство, соединяющее и фиксирующее их с помощью ограничительной трубы, — воздушная стрелка. Проекция точки пересечения контактных проводов на плоскость пути должна находиться посередине между внутренними гранями рельсов переводной кривой стрелочного перевода в пределах 630–1085 mm (V ≤ 160 km/h).
2.3 Опорно-фиксирующие устройства
Опорно-фиксирующие устройства — механические конструкции контактной сети, обеспечивающие поддержание и фиксацию проводов; в их состав входят консоли, фиксирующие трубы, фиксаторы и изоляторы. По конструкции поддерживающие устройства делятся на одинарные, двойные и тройные консольные.
2.4 Опоры и фундаменты
По материалу изготовления опоры делятся на железобетонные и стальные. Железобетонные опоры отличаются низкой стоимостью, стойкостью к коррозии и длительным сроком службы; стальные — высокой прочностью и удобством транспортировки. По назначению в контактной сети различают промежуточные, переходные, центральные, анкерные и стрелочные опоры, опоры гибких и жёстких поперечин, а также мостовые опоры.
III. Типы подвески контактной сети
Сопутствующая продукция:Контактная подвеска · Компенсаторы · Устройства фиксации
Классификация контактной сети в основном определяется типом контактной подвески. По конструкции контактной подвески различают два класса: простая подвеска (без несущего троса) и цепная подвеска (несущий трос, струны и контактный провод). Цепная подвеска, в свою очередь, подразделяется по нескольким признакам:
- по наличию компенсации контактного провода и несущего троса: некомпенсированная, полукомпенсированная, полностью компенсированная
- по взаимному расположению контактного провода и несущего троса: прямая цепная, полунаклонная цепная, наклонная цепная
- по числу несущих тросов: одинарная (1 трос), двойная (2 троса), многократная (3 и более)
- по наличию эластичных струн в точках фиксации: простая цепная, эластичная цепная
3.1 Простая цепная подвеска
Простая цепная подвеска — упрощённый вариант цепной подвески, состоящий из несущего троса, струн и контактного провода без эластичных струн. Конструкция проста, стоимость низкая; применяется главным образом на станциях и участках с невысокими скоростями движения.
3.2 Эластичная цепная подвеска
Эластичная цепная подвеска отличается от простой цепной тем, что в точках фиксации дополнительно устанавливаются эластичные струны (Y- или Π-образные). Это улучшает эластичность контактного провода в точках фиксации, делает давление между полозом токоприёмника и контактным проводом более равномерным и благоприятствует токосъёму при высоких скоростях движения.
3.3 Полунаклонная цепная подвеска
В полунаклонной цепной подвеске несущий трос расположен по оси пути, а контактный провод в каждой точке фиксации на опоре с помощью устройств фиксации выводится в положение «зигзага». Полунаклонная подвеска обладает хорошей ветроустойчивостью; до модернизации под повышенные скорости она широко применялась на прямых участках в Китае.
3.4 Наклонная цепная подвеска
В наклонной цепной подвеске и контактный провод, и несущий трос выведены в «зигзаг» противоположных направлений. Ветроустойчивость хорошая, но конструкция сложна, поэтому в настоящее время в Китае она применяется редко.
3.5 Цепные подвески с различными типами компенсации
По наличию компенсации цепные подвески делятся на:
- Некомпенсированная цепная подвеска: на обоих концах несущего троса и контактного провода компенсаторы отсутствуют, оба конца заанкерены жёстко. Конструкция проста, требуется меньшая высота опор, капитальные затраты ниже, монтаж и ремонт удобны; однако натяжение и стрела провеса проводов существенно изменяются с температурой, что затрудняет токосъём при высоких скоростях.
- Полукомпенсированная цепная подвеска: на обоих концах контактного провода установлены компенсаторы натяжения, концы несущего троса заанкерены жёстко.
- Полностью компенсированная цепная подвеска: компенсаторы установлены на обоих концах и контактного провода, и несущего троса, что позволяет автоматически регулировать их натяжение. Эксплуатационные характеристики высокие, но конструкция сложнее и стоимость выше.
IV. Системы питания контактной сети
Сопутствующая продукция:Изоляторы нейтральной вставки · Секционные изоляторы · Разъединители · Контактная подвеска
Контактная сеть — особая линия электропередачи, служащая для питания электровозов. Основные параметры: напряжение фидера 27,5 kV, номинальное рабочее напряжение 25 kV, наибольшее рабочее напряжение 29 kV, наименьшее рабочее напряжение 19 kV. Различают четыре системы питания контактной сети: одностороннее, двустороннее, питание от соседней подстанции и параллельное.
4.1 Прямая система питания (TR)
В прямой системе питания между тяговой подстанцией и контактной сетью не устанавливается никаких устройств защиты от помех. Схема питания проста, стоимость низкая, однако воздействие на линии связи довольно велико.
4.2 Прямая система питания с отсасывающей линией (TRNF)
В прямой системе питания с отсасывающей линией дополнительно прокладывается отсасывающая линия (провод N), параллельная контактной сети, что снижает воздействие на линии связи.
4.3 Система питания AT (питание через автотрансформаторы)
В системе питания через автотрансформаторы тяговый трансформатор понижает трёхфазное напряжение 110 kV до однофазного 55 kV; между контактной сетью и прямым фидером параллельно включается автотрансформатор, средняя точка которого соединена с рельсами. Такая система обеспечивает большую длину плеча питания, высокое качество электроэнергии и малое влияние на линии связи; она является основной для высокоскоростных электрифицированных железных дорог.
4.4 Система питания BT (питание через бустерные трансформаторы)
Когда тяговый ток протекает по первичной обмотке бустерного трансформатора, большая часть тока, которая иначе шла бы по рельсам, принудительно направляется через отсасывающий провод в отсасывающую линию и возвращается на тяговую подстанцию. Поскольку ток отсасывающей линии компенсирует почти всё электромагнитное влияние тока контактной сети, воздействие на линии связи значительно снижается.
4.5 Виды питания: одностороннее, двустороннее, от соседней подстанции, параллельное
Различают четыре системы питания контактной сети:
- Одностороннее питание: каждая зона питания получает электроэнергию только с одной стороны — от одной тяговой подстанции. Смежные плечи питания электрически независимы, режим гибок, зона аварии невелика, защиты фидеров сравнительно просты; это основная система питания контактной сети в Китае.
- Двустороннее питание: оба конца зоны питания подключены к тяговым подстанциям, надёжность питания высокая.
- Питание от соседней подстанции: при отказе какой-либо тяговой подстанции её зона получает питание от соседней подстанции.
- Параллельное питание: на узловых станциях или в парках несколько плеч питания работают параллельно.
4.6 Влияние тягового электроснабжения на смежные линии
Возможные виды влияния системы тягового электроснабжения на смежные линии:
- Электростатическое индуцированное напряжение: воздушные линии связи, находящиеся в электрическом поле, приобретают электростатический потенциал
- Электромагнитное влияние: опыт на станции Гуаньиньба — расстояние между контактной сетью и воздушной линией 100 m, длина параллельного участка 18,3 m, ток короткого замыкания контактной сети Ik = 1140 A, измеренная продольная ЭДС 787–824 V
- Помехи в виде шума: гармонические составляющие создают в линиях связи индуцированное напряжение и шум
4.7 Защита фидеров контактной сети
К способам защиты фидеров контактной сети относятся дистанционная защита, токовая отсечка, максимальная токовая защита и другие.
2.5 Дополнительные примеры оборудования (изоляторы нейтральной вставки и секционные изоляторы)
Ниже приведены дополнительные натурные примеры изоляторов нейтральной вставки и секционных изоляторов:
2.6 Дополнение по контактной подвеске
Ниже приведены дополнительные схемы контактной подвески:
Заключение
В результате систематического изучения курса мы познакомились с четырьмя ключевыми разделами: базовая структура контактной сети, входящее оборудование, типы подвески и системы питания. Контактная сеть — основной элемент электроснабжения электрифицированных железных дорог; её проектирование, строительство и ремонт должны строго соответствовать техническим стандартам, чтобы обеспечить безопасную и надёжную работу электроподвижного состава.
Курс предназначен для:
- начального обучения электромонтёров контактной сети
- профессиональной подготовки учащихся по специальности «электроснабжение»
- справочных материалов для инженерно-технических специалистов
- учебных пособий железнодорожных учебных заведений
Всего 112 учебных слайдов · системное изложение основ контактной сети
Использование и пояснения
См. также:Система контактной подвески · Секционный изолятор: полный технический разбор · Иллюстрированное руководство по контролю арматуры контактной сети · Атлас арматуры контактной сети метрополитена · Решение с полностью компенсированной цепной подвеской и питанием AT · Усиленное решение с большим натяжением для тяжеловесного движения · Оценка состояния на основе объединения разнородных данных
- В курс включены 112 учебных слайдов, системно организованных по четырём разделам: «базовая структура — входящее оборудование — типы подвески — системы питания».
- Под каждым слайдом указаны исходный номер страницы и раздел; нажатие на изображение открывает оригинал в новой вкладке, что удобно для сопоставления с объектом и уточнения деталей.
- Приведённые на схемах ключевые параметры (натяжение, уклон, класс напряжения и другие) соответствуют действующим отраслевым техническим стандартам; при расхождениях с действующими нормативными документами приоритет имеют последние.
- Рекомендуется изучать материал совместно с действующими в вашей организации технологическими картами ремонта и с учётом типов оборудования; пособие может использоваться для начального обучения электромонтёров контактной сети и вводного обучения новых сотрудников.
