В контактной сети электрифицированных железных дорог и городского рельсового транспорта секционный изолятор — небольшой по размерам, но ключевой компонент, от которого напрямую зависит надёжность электроснабжения. Он включается последовательно в контактный провод или токоведущую шину и делит изначально непрерывную и находящуюся под напряжением контактную сеть на электрически изолированные друг от друга участки, создавая основу для управления зонами электроснабжения, вывода участков в ремонт и локализации аварий. Читатели, знакомясь с контактной сетью, часто спрашивают: каково назначение секционного изолятора и как он работает? Настоящая статья посвящена назначению и принципу работы секционных изоляторов контактной сети и охватывает как магистральные железные дороги, так и городской рельсовый транспорт; материал предназначен для специалистов по проектированию электроснабжения, строительству и эксплуатации.
Зачем контактной сети электрическое секционирование
Контактная сеть сооружается непрерывно вдоль линии, однако с точки зрения электроснабжения и организации перевозок она не может постоянно работать как единое целое под напряжением. Причин тому три.
Первая — необходимость зон электроснабжения. Мощность тяговой подстанции ограничена, поэтому линия обычно делится на несколько фидерных зон и зон электроснабжения, каждая из которых питается от своего фидера. Только при электрическом разделении контактной сети зоны не влияют друг на друга, а защиты фидеров могут точно срабатывать и правильно отключать повреждённый участок.
Вторая — необходимость вывода в ремонт. Контактная сеть требует регулярных осмотров, очистки и замены компонентов, и работы должны выполняться при снятом напряжении. Благодаря сочетанию секционных изоляторов с разъединителями можно отключать только тот путь или участок, который подлежит ремонту, тогда как соседние пути продолжают работать, — так влияние работ в технологическое окно на организацию перевозок сводится к минимуму.
Третья — необходимость локализации аварий. При повреждении контактной сети или подвижного состава, а также при попадании посторонних предметов в габарит секционирование позволяет ограничить последствия повреждения одним участком и избежать отключения всего фидера или всей станции, что ускоряет поиск места повреждения, организацию аварийно-восстановительных работ и восстановление питания.
Можно сказать, что электрическое секционирование — основа управляемости, контролируемости и ремонтопригодности контактной сети, а секционный изолятор является одним из наиболее распространённых элементов, обеспечивающих такое секционирование.
Каково назначение секционного изолятора контактной сети
Назначение секционного изолятора кратко формулируется так: механическая неразрывность при электрическом разделении. Своими концами он надёжно соединён с контактным проводом (или токоведущей шиной) и воспринимает тяжение контактной сети и усилие токосъёма при скольжении токоприёмника, а изоляционная часть в его средней части электрически разделяет провода с обеих сторон, превращая их в участки с независимой подачей и снятием напряжения. Конкретно это означает:
- разделение зон электроснабжения: совместно с фидерами подстанции и разъединителями контактная сеть делится на электрически независимые единицы электроснабжения;
- обеспечение вывода в ремонт: достаточно отключить секцию на пути, подлежащем ремонту, не нарушая движения по соседним путям;
- локализация аварий: при повреждении сокращается зона отключения, а также время поиска повреждения и восстановления питания;
- отделение специализированных путей: пути депо, погрузочно-разгрузочные и экипировочные пути электрически отделяются от главных путей для раздельного управления;
- обеспечение безопасности работ: между отключённым и находящимся под напряжением участками имеется чёткая точка электрического разрыва, что снижает риск ошибочной подачи напряжения и прикосновения.
Следует учитывать, что контактная сеть по обе стороны секционного изолятора обычно относится к одной и той же фазе, то есть образует секцию в пределах одной фазы. По назначению это отличается от изолятора нейтральной вставки, применяемого в зоне чередования фаз переменного тока, поэтому при выборе оборудования следует различать их по проектной документации.
Как работает секционный изолятор
Секционный изолятор состоит из основного изоляционного элемента, дугогасительного устройства, направляющих полозов и соединительных деталей по концам (подробное описание деталей приведено ниже в разделе часто задаваемых вопросов и в отдельной статье о конструкции). Чтобы понять, как работает секционный изолятор, главное — проследить, как токоприёмник проходит изоляционный участок.
В статическом состоянии изоляционный участок разделяет контактные провода с обеих сторон, и две зоны электроснабжения работают независимо, не влияя друг на друга.
При приближении электровоза или моторвагонного поезда полоз токоприёмника сначала входит в соприкосновение с направляющим полозом на входной стороне. Направляющий полоз — это металлическая направляющая, плавно сопрягающаяся с контактными проводами с обеих сторон; она обеспечивает полозу непрерывный путь перехода и предотвращает прямой удар полоза по изоляционным деталям. При движении полоза по направляющей через изоляционный участок у распространённого двухполозного токоприёмника передний и задний полозы поочерёдно входят в контакт с проводами разных сторон и за очень короткое время преодолевают переход, вследствие чего токосъём кратковременно прерывается или переключается. Это и есть так называемый переход с мгновенным перерывом питания.
В момент перехода между полозом и направляющей может возникнуть кратковременная электрическая дуга. Здесь и проявляется действие дугогасительного устройства секционного изолятора: дуга отводится на специально предусмотренный защитный элемент, где она растягивается и гаснет, не оплавляя поверхность изоляционных деталей и торцы направляющей.
Именно поэтому в эксплуатации, как правило, не допускается длительная стоянка локомотива или вагона на секционном изоляторе с токосъёмом; проезд выполняется в соответствии с требованиями правил движения и электроснабжения, чтобы длительное горение дуги не повредило детали.
Где обычно устанавливают секционные изоляторы
Места установки секционных изоляторов определяются планом контактной сети. К типичным относятся:
- Погрузочно-разгрузочные пути и пути грузовых фронтов: на время погрузочно-разгрузочных работ такой путь можно отключить отдельно, не затрагивая работы на других путях станции;
- Экипировочные пути и пути депо: экипировочные пути и пути ремонтного депо локомотивного и вагонного хозяйства позволяют раздельно управлять отключением внутри депо и питанием снаружи;
- Места разделения станции на парки и зоны: крупные станции делятся на зоны электроснабжения по паркам или районам работы, между парками устанавливаются секционные изоляторы;
- Между путями разных направлений: контактная сеть чётного и нечётного направлений образует независимые зоны, поэтому повреждение и ремонт на одном направлении не затрагивают другое;
- Выездные пути депо и парков: между путями депо и главными путями создаётся чёткая электрическая граница.
При выборе места проектировщики учитывают разделение на зоны электроснабжения, график работ в технологические окна, расположение разъединителей и условия прохода токоприёмника, чтобы секционный изолятор не только обеспечивал требуемое электрическое разделение, но и обладал хорошими характеристиками прохода при скольжении.
Различия применения: железные дороги 25kV и городской рельсовый транспорт DC1500V
Секционные изоляторы встречаются в системах обоих типов, однако условия работы на магистральных железных дорогах и в городском рельсовом транспорте существенно различаются.
Электрифицированные магистральные железные дороги используют однофазный ток промышленной частоты; номинальное напряжение контактной сети составляет 25kV, скорости движения высоки, а динамическое взаимодействие токоприёмника и сети выражено сильно. Поэтому секционный изолятор должен обеспечивать запас изоляции и плавность скольжения при высоком напряжении и высокой скорости.
Городской рельсовый транспорт преимущественно использует питание постоянным током DC1500V. Несмотря на более низкий класс напряжения, здесь высока интенсивность движения, часты пуски и остановки, а монтажное пространство в тоннелях ограничено; помимо гибкой подвески широко применяется жёсткая, поэтому секционные изоляторы приходится проектировать специально под различные виды подвески и присоединительные интерфейсы.
Секционные изоляторы ООО «Хэнань Чуанвэй» (Henan Chuangwit Railway Equipment Co., Ltd.) охватывают оба класса применения. Для железных дорог 25kV серия FYFH выпускается по стандарту TB/T 3036-2016; для систем DC1500V городского рельсового транспорта предусмотрены исполнения FYFH-0.6T-DC для жёсткой подвески, а также 1.0TG и 2.0TG для гибкой подвески, соответствующие стандарту TB/T 3252-2022 и допускаемые к применению при скорости не более 120km/h. Продукция обоих классов различается уровнем изоляции, конструкцией и способом монтажа, поэтому при подборе типоразмера следует выбирать исполнение в соответствии с системой тока линии и типом подвески.
Часто задаваемые вопросы
Чем отличается секционный изолятор от изолятора нейтральной вставки?
Секционный изолятор обеспечивает секционирование в пределах одной фазы: фазы контактной сети по обе стороны совпадают, потенциалы равны, и он служит главным образом для электрического разделения путей и зон электроснабжения. Изолятор нейтральной вставки применяется в зоне чередования фаз переменного тока, где стороны относятся к фидерным зонам разных фаз, и при проезде локомотива необходимо действовать в соответствии с требованиями к проходу зоны чередования фаз. Внешне оба изделия похожи, но назначение у них разное, и взаимозаменять их нельзя.
Как называются детали секционного изолятора?
Типовой секционный изолятор состоит из основного изоляционного элемента (полимерного изолирующего стержня или изолятора), дугогасительного устройства (дугогасительных рогов), направляющих полозов (переходных направляющих), а также анкерных зажимов и соединительных деталей по концам. Подробнее о конструкции и материалах отдельных деталей можно прочитать в статье о конструкции секционного изолятора и в отдельной публикации о наименованиях деталей на нашем сайте.
Происходит ли при проезде локомотива через секционный изолятор мгновенное отключение питания?
Да, происходит кратковременный переход с перерывом питания. При прохождении полоза токоприёмника по изоляционному участку токосъём на очень короткое время прерывается или переключается — это нормальный режим работы секционного изолятора. Необходимость предварительного снятия напряжения и порядок действий определяются организацией движения и правилами электроснабжения конкретной линии.
К чему приводит загрязнение или повреждение секционного изолятора?
Загрязнение и увлажнение поверхности изоляционных деталей могут увеличить ток утечки и даже вызвать перекрытие, вследствие чего участки по обе стороны недопустимо соединятся или возникнет короткое замыкание на землю. Износ направляющих полозов и оплавление дугогасительного устройства ухудшают условия прохода токоприёмника и усиливают горение дуги и износ деталей. Поэтому изоляционные детали должны содержаться в чистоте и сухости, а состояние направляющих и дугогасительных элементов следует проверять регулярно.
Какие проверки выполняют после замены секционного изолятора?
Следует убедиться, что тип изделия соответствует системе тока линии и типу подвески, проверить разность высот и плавность сопряжения направляющих полозов с контактными проводами с обеих сторон, чтобы токоприёмник проходил плавно, а также выполнить приёмку и проверку перед подачей напряжения согласно регламенту. Конкретные требования определяются технической документацией на изделие и проектной документацией.
В целом назначение секционного изолятора проявляется на всех этапах — от разделения зон электроснабжения и вывода в ремонт до локализации аварий, — и он остаётся незаменимым базовым компонентом системы контактной сети. Для более подробного ознакомления с характеристиками и подбором типоразмеров рекомендуем страницу серийных секционных изоляторов ООО «Хэнань Чуанвэй» (Henan Chuangwit Railway Equipment Co., Ltd.). Если вас интересуют изоляционные устройства для зон чередования фаз переменного тока, обратитесь к материалам по изоляторам нейтральной вставки или свяжитесь с нами напрямую для получения технической поддержки.
