для чего служит контактная сеть

Как устроена и работает контактная сеть?

Опубликовано 26.07.2019 · Обновлено 03.11.2021

Электрификация пришла на наши железные дороги давно. Современные Российские железные дороги уже невозможно представить без электровозов, быстрых пассажирских, тяжелых и длинных грузовых поездов, которые водят эти локомотивы. Безусловно электрификация совершила подлинную революцию на железных дорогах всего мира. Оставим пока анализ всех технических и экономических плюсов электротяги, посмотрим на контактную сеть.

Контактная сеть представляет из себя целый набор устройств: опоры, контактный провод, консоли, поддерживающие устройства, несущий трос, струны. Много всякого, а как оно работает?

Вдоль железной дороги, как правило, с правой стороны, на определенном расстоянии друг от друга (порядка 50 метров), в специальный фундамент в насыпи устанавливаются опоры, они могут быть бетонными или металлическими. На опоры устанавливаются консоли с изоляторами, между консолью и опорой, на консоль подвешивается сверху несущий трос, под ним подвешен непосредственно сам контактный провод.

Подвеска контактного провода к несущему тросу осуществляется, так называемыми, струнами, один конец струны закрепляется на несущем тросу, а к нижнему концу струны специальными хомутами крепится и закрепляется винтами контактный провод. Сам контактный провод не идеально круглый, а имеет специальное сечение, оно позволяет хомутам надежно закрепить его, не мешая токоприемникам электровозов свободно двигаться по нижней его части.

Контактный провод

На станциях все практически также, только контактная сеть располагается на жестких поперечинах или на гибких поперечинах, а поперечины устанавливаются сверху опор, которые находятся на больших расстояниях друг от друга, и между ними проложено много путей, это позволяет не устанавливать опоры контактной сети на каждом пути станции.

С целью обеспечения возможности снятия напряжения на отдельных путях перегонов и станций при сохранении питания электроэнергией других путей, что может оказаться необходимым не только при возникновении аварийных ситуаций, но и для обеспечения плановых работ на контактной сети, выполняемых со снятием напряжения, контактная сеть делится на отдельные участки (секции), электрически непосредственно не связанные между собой, не только на перегонах, но и на станциях. Это называется – секционированием.

Тяговая подстанция

Контактная сеть питается от тяговых подстанций, расположенных на определенном расстоянии на участках, в зависимости от рода тока. Железные дороги электрифицированы на постоянном токе, напряжением 3000 Вольт и на переменном токе, напряжением 25000 Вольт.

На границах между линиями, электрифицированными по системам постоянного и переменного тока, устраивают станции стыкования. Контактная сеть на таких станциях делится на три района: в одном контактная сеть всегда находится под напряжением постоянного тока, а в другом – всегда под напряжением переменного тока, а в третьем, называемом районом переключения, напряжение на каждом пути может быть тем или другим в зависимости от того, какого рода тока электровоз направляется на этот путь или находится на нем.

В настоящее время при электрификации предпочтение отдается переменному току, при этой системе благодаря высокому напряжению тяговые подстанции можно располагать на большем расстоянии одна от другой (через 40-60, а иногда и 80 километров), чем при постоянном токе (через 15-25 километров), общую площадь сечения проводов контактной сети можно существенно уменьшить (обычно 140 мм2, при постоянном токе она составляет 700 мм2 и даже протягивается второй провод).

Неоспоримыми положительными качествами системы переменного тока являются высокие тяговые свойства электровозов и отсутствие интенсивной коррозии подземных искусственных сооружений. Можно существенно увеличивать вес составов, а отсюда возрастает пропускная способность железных дорог, да и материальные затраты при электрификации переменным током ниже. Вообщем экономика двигает вперед научно-технический прогресс. Но есть у контактной сети переменного тока и существенный недостаток – она оказывает сильное индуктивное влияние на другие проводники электрического тока, находящиеся в зоне действия ее электромагнитного поля – воздушные и кабельные линии связи, телеуправления, радиовещания, силовые и осветительные, кабели питания автоблокировки и др. Приходится удалять их на большое расстояние или калибровать.

Контролирует и в оперативном порядке управляет устройствами контактной сети на дороге – энергодиспетчер.

Источник

Назначение контактной сети.

Контактная сетьслужит для непосредственного подведения электрической энергии к электроподвижному составу. В зависимости от назначения и условий эксплуатации контактная сеть может быть выполнена в виде воздушной подвески на опорах или кон­тактного (третьего) рельса, установленного рядом с путями на кронштейнах с изоляторами. Контактные рельсы используют только на метрополитенах. На магистральных электрических дорогах их не применяют из-за трудностей, связанных с обеспечением безопасности людей и животных, с защитой от снежных заносов и т. д. Контактная сеть должна обеспечивать бесперебойный токосъем при наибольших скоростях в любых атмосферных условиях. Практически это означает, что при значительных колебаниях температуры, образовании гололеда, сильном ветре, максимально допустимой скорости движения электроподвижного состава, установленной графиком движения, не должен нарушаться скользящий контакт между контактным про­водом и токоприемником.

Задача службы электрификации.

Служба электрификации и энергетического хозяйства управле­ния дороги осуществляет руководство участками электроснабже­ния и приписанным к дороге парком передвижных электростанций, подстанций и прочих технических средств. Одной из важнейших задач службы является бесперебойное снабжение электроэнергией электрифицированных участков дороги и потребителей электри­ческой энергии во всех отраслях хозяйства дороги, а также и не­транспортных потребителей, подключенных к сетям дороги.

Цепные контактные подвески разделяют на одинарную и двой­ную. При двойной подвеске контактный провод крепят струнами к вспомогательному проводу, а последний подвешивают на стру­нах к несущему тросу. Двойную подвеску применяют, как прави­ло, на пригородных участках с большой густотой движения, а так­же на участках с высокой скоростью движения пассажирских поездов.

Требования к устройствам электроснабжения железных дорог.

Правила технической эксплуатации устанавливают ряд специальных требований к устройствам электроснабжения желез­ных дорог. Так, они должны обеспечивать бесперебойное движе­ние поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и интервалами между поездами при требуемых размерах движения. Устройства электроснабжения железных дорог обладают рядом специфических особенностей. Так, например, контактная сеть ча­сто проходит по территории городов и населенных пунктов, под мостами, вблизи жилых зданий и т. д. В связи с этим ПТЭ уста­навливает обязательные требования к устройствам электроснаб­жения, касающиеся главным образом техники безопасности, 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 350 мм на линиях, электрифицированных на переменном токе. В особых случаях для существующих искусственных сооружений с разрешения МПС мо­жет допускаться уменьшение этих расстояний.

Что такое энергосистема?

Электрифицированные железные дороги в нашей стране получают электроэнергию от энергосистем. Энергосистема — это совокупность крупных электрических станций, объединенных линиями электропередачи и совместно питающих потребителей электрической и тепловой энергией. Энергосистемы объединяют электростанции различных типов: тепловые, где используются разнообразные виды органического топлива, гидравлические и атомные.

Следует отметить, что нагрузки электрической тяги отличаются большой равномерностью, а это способствует более стабильной работе энергосистем.

Стыкование. На отечественных железных дорогах электрификацию осуществляют на переменном и постоянном токе. Участки с. различными видами тока соединяют на сортировочных или уча­стковых станциях. Такие станции называют станциями стыко­вания.

Участки обычно стыкуют секционированием путей прибытия и отправления поездов и переключением этих путей с центрального диспетчерского пульта на требуемую систему тока. Между марш­рутами, подготавливаемыми для следования электровозов по путям станции, и родом напряжения, подаваемого на секции контактной подвески, существует автоматическая зависимость.

Наряду со станциями стыкования на дорогах применяют элек­тровозы на две системы тока. Эти электровозы могут проходить стыковые станции без изменения системы тока в контактной сети, переключая систему питания на электровозе. Практикой работы отечественных железных дорог подтверждено, что наиболее на­дежным способом стыкования различных систем тока являются станции стыкования, что в настоящее время и применяется при электрификации наших железных дорог.

Источник

Контактная сеть

По техническим и экономическим причинам контактная сеть сооружается без резервирования. Если она находится в нерабочем состоянии, то и вся система тягового электроснабжения не работает, если нельзя использовать соседний электрифицированный путь или объездные участки.

Сама контактная сеть как система с точки зрения надежности состоит примерно из двух десятков элементов, которые соединены последовательно. При отказе одного из них выходит из строя вся система.

Выходы из строя контактной сети характеризуются разными причинами. Некоторые из них связаны с техническими параметрами элементов системы, но большая часть представляет собой внешние факторы, связанные с эксплуатацией, логистикой и окружающей средой. Согласно данным об отказах элементов контактной сети на железных дорогах Европы, приведенным в технической литературе, на 100 км пути в год приходится от 3 до 5 повреждений.

Если проанализировать причины выхода контактной сети из строя, то становится очевидным абсолютное преобладание внешних факторов. В связи с этим предлагается следующая классификация причин отказов:

· l_OI— дефекты монтажа и недостатки в текущем содержании;

· l_B— эксплуатационные нагрузки;

· l_St = l_O+ l_А + l_B— конкретные случаи выходов из строя, связанные с определенными участками контактной сети;

· l_U— отсутствие напряжения из-за выпадения подстанции или отказа силовых выключателей;

· l_Sy = l_St +l_U— выходы из строя всей системы тягового электроснабжения.

Анализ основных причин выхода из строя контактной сети показывает, что здесь большую роль играет влияние реального эксплуатационного процесса. Отказы вследствие влияния второстепенных внешних факторов могут в значительной степени зависеть от места воздействия основной причины и отражаются на величине показателя l_St. Таким образом, для контактных сетей одной и той же конструкции l_St в значительной степени зависит от географического положения линии.

1. Простые контактные подвески

Простая подвеска состоит из одного провода, подвешенного на конструкциях или на опорах, расположенных на расстоянии 30—40 м друг от друга. Ее используют в искусственных сооружениях (тоннелях) железных дорог, где скорость движения не превышает 35—40 км/ч, а также в трамвайных и троллейбусных сетях.

Для обеспечения хорошего токосъема токоприемник ЭПС при движении по контактному проводу в пролете между опорами должен сохранять неизменное по высоте положение и постоянное нажатие на провод. Для выполнения этого требования служит цепная подвеска, один пролет которой (системы постоянного тока) показан на рисунке:

Рис. 17 Пролёт цепной подвески постоянного тока

Несущий трос; (НТ) подвески крепится через гирлянду изоляторов (ГИ) к консоли (К), закрепленной на опоре (О). Контактный провод (КП) с помощью струнок (С) подвешивается к НТ. Конструкция струнок вместе с другими устройствами должна обеспечить беспровесное положение КП. С помощью фиксаторов (Ф) контактный провод фиксируется на консолях опор.

На опорах контактной сети постоянного тока подвешивают также провода ВЛ ПЭ 10 кВ с полевой стороны железной дороги на деревянных кронштейнах, к которым их крепят с помощью штыревых изоляторов. К этим линиям присоединяют электроприемники железнодорожных нетяговых потребителей, расположенных вдоль железной дороги.

Для защиты контактной сети от токов короткого замыкания и обеспечения безопасности людей при их прикосновении к металлическим частям, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции, опоры заземляют на рельс. Стальной заземляющий провод (ЗП) диаметром 10—12 мм прокладывается вдоль опоры и соединяет все металлические части и конструкции, расположенные ближе 5 м от проводов контактной сети, с тяговым рельсом.

Для людей опасность представляет также движущийся подвижной состав, поэтому при работах, связанных с перемещением вдоль железнодорожных путей, необходимо находиться от крайнего рельса на расстоянии не менее 2 м.

Пересечения линий электропередачи и контактной сети осуществляется в середине пролета. При этом расстояние между несущим тросом и проводами ЛЭП должно составлять 2—5 м в зависимости от напряжения.

Наибольшее распространение получила полукосая подвеска, у которой КП расположен зигзагообразно относительно оси пути, а НТ — над осью пути. Нормальный зигзаг на прямых участках пути составляет 300 мм. Зигзаги, направленные от опор, называются плюсовыми, а к опорам — минусовыми. Полукосая подвеска обеспечивает равномерный износ пластин токоприемника ЭПС благодаря поперечному смещению КП относительно средней точки токоприемника в процессе движения ЭПС.

Рис. 18 Расположение проводов полукосовой подвески в плане

2. Цепные контактные подвески

Цепные контактные подвески применяются на железнодорожном транспорте.

Различаются по следующим основным признакам:

• способу подвешивания контактных проводов к несущему тросу

• способу регулирования натяжения проводов

• взаимному расположению проводов, образующих подвеску в плане

По способу регулирования натяжения проводов цепная подвеска может быть:

некомпенсированной, когда контакный провод и несущий трос анкеруют (закрепляют) на концевых опорах анкерного участка жестко и нет устройств для автоматического регулирования их натяжения;

полукомпенсированной, в которой часть проводов, например, контактный или контактный и вспомогательный, снабжена устройствами для автоматического регулирования натяжения — компенсаторами;

компенсированной, в которой все провода снабжены общими или отдельными для каждого провода компенсаторами.

По взаимному расположению проводов, образующих цепную подвеску в плане, различают вертикальную цепную подвеску, в которой провода расположены в одной вертикальной плоскости или имеют небольшое (не более 0,5 м) смещение, и косую, когда несущий трос значительно (угол наклона струн к вертикали в плоскости, перпендикулярной оси пути, превышает 20°) смещен относительно контактного провода. Косая подвеска используется на кривых участках пути и позволяет существенно уменьшить углы изменения направления контактного провода у опор в местах расположения фиксаторов (устройств, удерживающих контактный провод в требуемом положении в горизонтальной плоскости). Это повышает эластичность контактной подвески в опорных узлах, что благоприятно сказывается на токосъёме. При определенных радиусах кривых косая контактная подвеска может даже выполняться без фиксаторов. Косая подвеска значительно сложнее в монтаже и эксплуатации, правильное её содержание возможно только при высокой квалификации обслуживающего персонала, так как она обладает свойством «опрокидывания», когда контактный провод оказывается выше несущего.

В зависимости от типа струн и их расположения у опор цепная подвеска может быть:

• с простыми опорными струнами, когда струны устанавливают не далее 1-2 м от опор (см. рис. «Одинарная контаткная подвеска» выше);

• со смещёнными простыми опорными струнами, когда струны удалены от опор более чем на 2 м. В одинарной подвеске опорные простые струны устанавливают на расстоянии 4-5 м от опоры, в двойной — 5-9 м;

• рессорной, в ней струны закреплены на рессорном проводе;

• с упругими струнами, когда струны подвешивают к несущему тросу с помощью упругих элементов, например гибких полимерных стержней или рычагов, сручивающих несущий трос;

• демпфированной, в её струнах у опор установлены демпферы.

Источник

Контактная сеть

Контактная сеть. Это сеть устройств включающая в себя: контактные рельсы, кабели и оборудование, обеспечивающие передачу электрической энергии от тяговых и совмещенных тягово-понизительных подстанций к токоприемникам электроподвижного состава.

Контактная сеть — комплекс устройств для передачи электроэнергии от тяговых подстанций к ЭПС через токоприёмники. Контактная сеть является частью тяговой сети и для рельсового электрифицированного транспорта обычно служит её 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 контактной подвеской. Ходовые рельсы впервые были использованы для передачи электроэнергии движущемуся экипажу в 1876 году русским инженером Ф. А. Пироцким. Первая контактная подвеска появилась в 1881 году в Германии.

Основными элементами контактной сети с контактной подвеской (часто называемой воздушной) являются провода контактной сети (контактный провод, несущий трос, усиливающий провод и пр.), опоры, поддерживающие устройства (консоли, гибкие поперечины и жёсткие поперечины) и изоляторы.

Контактную сеть с контактными подвесками классифицируют: по виду электрифицированного транспорта, для которого контактная сеть предназначена, — магистрального, в том числе высокоскоростного, железнодорожного, трамвая и карьерного транспорта, рудничного подземного транспорта и др.; по роду тока и номинальному напряжению питающегося от контактной сети ЭПС; по размещению контактной подвески относительно оси рельсового пути — для центрального (магистральный железнодорожный транспорт) или бокового (промышленный транспорт) токосъёма; по типам контактной подвески — контактная сеть с простой, цепной или специальной подвеской; по особенностям выполнения — контактная сеть перегонов, станций, для искусственных сооружений.

В отличие от других устройств электроснабжения контактная сеть не имеет резерва. Поэтому к надёжности контактной сети предъявляют повышенные требования, с учётом которых осуществляется проектирование, строительство и монтаж, техническое обслуживание контактной сети и ремонт контактной сети.

Выбор общей площади сечения проводов контактной сети обычно осуществляется при проектировании системы тягового электроснабжения. Все остальные вопросы решаются с помощью теории контактной сети — самостоятельной научной дисциплины.

Основными вопросами проектирования контактной сети являются: выбор числа и марок её проводов в соответствии с результатами расчётов системы тягового электроснабжения, а также тяговых расчётов, выбор типа контактной подвески в соответствии с максимальными скоростями движения ЭПС и другими условиями токосъёма; определение длины пролёта (главным образом по условию обеспечения её ветроустойчивости); выбор типов опор и поддерживающих устройств для перегонов и станций; разработка конструкций контактной сети в искусственных сооружениях; размещение опор и составление планов контактной сети станций и перегонов с согласованием зигзагов проводов и с учётом выполнения воздушных стрелок и элементов секционирования контактной сети (изолирующих сопряжений анкерных участков, секционных изоляторов и разъединителей). При выборе методов строительства и монтажа контактной сети в ходе электрификации железных дорог стремятся, чтобы они в возможно меньшей степени отражались на перевозочном процессе при безусловном обеспечении высокого качества работ. Основные производственные предприятия по сооружению контактной сети — строительно-монтажные поезда и электромонтажные поезда. Организация и методы технического обслуживания и ремонта контактной сети выбираются из условий обеспечения заданного высокого уровня надёжности контактной сети при наименьших трудовых и материальных затратах, безопасности труда работников районов контактной сети, возможно меньшего влияния на организацию движения поездов. Производственным предприятием по ремонту контактной сети является дистанция электроснабжения.

Основные размеры (см. рисунок и таблицу), характеризующие размещение контактной сети относительно других постоянных устройств железной дороги, — высота Н подвешивания контактного провода над уровнем верха головки рельса; расстояние А от частей, находящихся под напряжением, до заземлённых частей сооружений и подвижного состава; расстояние Г от оси крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети на уровне головой рельсов.

Совершенствование конструкций контактной сети направлено на повышение её надёжности при снижении стоимости строительства и эксплуатации. Железобетонные опоры контактной сети и фундаменты металлических опор выполняются с учётом электрокоррозионного воздействия на их арматуру блуждающих токов. Увеличение срока службы контактного провода достигается, как правило, применением на токоприёмниках угольных контактных вставок.

При техническом обслуживании контактной сети на отечественных железных дорогах без снятия напряжения используют съёмные вышки, автодрезины, монтажные автомотрисы. Перечень работ, выполняемых под напряжением, был расширен благодаря применению двойной изоляции на гибких поперечинах, в анкеровках проводов и других элементах контактной сети.

Многие контрольные операции осуществляются средствами технического диагностирования, которыми оснащены вагоны-лаборатории. Оперативность переключений секционных разъединителей контактной сети значительно возросла благодаря применению телеуправления. Увеличивается оснащённость дистанций электроснабжения специализированными механизмами и машинами для ремонта контактной сети (например, для рытья котлованов и установки опор).

Повышению надёжности контактной сети свособствуют использование разработанных в нашей стране методов плавки гололёда, в том числе без перерыва движения поездов, электрорепеллентной защиты, ветроустойчивой ромбовидной контактной подвески и другие. Для определения числа районов контактной сети и границ участков обслуживания пользуются понятиями эксплуатационной длины и развёрнутой длины электрифицированных путей, равной сумме длин всех анкерных участков контактной сети в заданных пределах. На отечественных железных дорогах развёрнутая длина электрифицированных путей является учётным показателем для районов контактной сети, дистанций электроснабжения, отделений дорог, министерства и более чем в 2,5 раза превышает эксплуатационную длину. Определение потребности в материалах на ремонтно-эксплуатационные нужды контактной сети производится по её развёрнутой длине.

См. также

Контактная сеть также используется для питания троллейбусов.

Источник