Главная >> Электроснабжение >> Машинисту о контактной сети

Особенности токосъема при повышенных массе и скорости движения поезда - Машинисту о контактной сети

Оглавление
Машинисту о контактной сети
Секционирование
Защитные заземления, рельсовая сеть
Поездная радиосвязь
Опоры
Поддерживающие устройства линий
Провода и тросы контактной сети
Изоляторы контактной сети
Контактные подвески
Сопряжения анкерных участков
Фиксаторы
Контактная сеть на станциях и в искусственных сооружениях
Секционные изоляторы и разъединители
Проход контактной подвески над и под искусственными сооружениями
Отбойники на мостах
Высота подвески в искусственных сооружениях
Взаимодействие токоприемника и контактной подвески
Изнашивание контактного провода и токосъемных элементов
Токосъем в тяжелых метеорологических условиях
Особенности токосъема при повышенных массе и скорости движения поезда
Отказы контактной сети и ее восстановление
Пропуск электроподвижного состава при временном восстановлении сети
Аварийные ситуации из-за неисправностей токоприемников
Техника безопасности

токосъем скоростного поезда

Развитие железнодорожного транспорта характеризуется постоянным ростом массы и скорости движения поездов, что обеспечивает повышение пропускной и провозной способности дорог. Повышению массы поездов и скорости движения на электрифицированных линиях соответствует увеличение потребляемой электроподвижным составом мощности (или тока), что в ряде случаев требует усиления системы тягового электроснабжения.
Система тягового электроснабжения проектируется так, чтобы уровень напряжения на токоприемнике э.п.с. в наиболее тяжелых условиях был не ниже допустимых значении 2,2 кВ для линий постоянного тока и 19 кВ для линий переменного тока. В этих условиях длительный (20 мин и более) нагрев медных многопроволочных, алюминиевых многопроволочных и медных контактных проводов не превышал соответственно 100, 90 и 95° С (при наибольшей расчетной температуре окружающего воздуха +35° С этому соответствует перегрев 65, 55 и 60° С). Исходя из этих норм установлены допустимые длительные токи для конкретных марок и площадей сечений проводов и для контактных сетей в целом.

Например, для контактной сети, состоящей из медного несущего троса площадью сечения 120 мм2, двух медных контактных проводов номинальной площадью сечения по 100 мм2, имеющих износ 15%, и одного усиливающего алюминиевого провода площадью сечения 185 мм2, характерной для перегонов линий постоянного тока, длительный допустимый ток составляет 2170 А, а для подвески с биметаллическим сталемедным несущим тросом площадью сечения 70 мм2 и одним медным контактным проводом площадью сечения 85 мм2, характерной для боковых путей многих станций, — всего 750 А.
Часовой ток электровоза ВЛ10 при параллельном соединении двигателей равен 1960 А, а трехсекционного электровоза ВЛ11 —2940 А; ток перегрузки может быть примерно в 1,4 раза больше.
Сопоставляя приведенные в качестве примеров значения допустимых длительных токов контактной сети и часовых токов мощных электровозов (а на участке между двумя параллельно работающими тяговыми подстанциями может находиться несколько поездов с такими локомотивами), можно оценить, насколько сложной задачей является обеспечение нормального электроснабжения тяжелых поездов. Сложность решения этой задачи усугубляется еще и тем, что перегрузка проводов контактной сети тяговым током сверх допустимых значений приводит к постепенному снижению прочности проводов, нагартованных при волочении на заводе-изготовителе, а при температуре примерно 200--250°С материал их полностью теряет созданную нагартовкой дополнительную прочность, т. е. происходит отжиг. Потеря прочности проводов — серьезный отказ контактной сети.
Распределение общего тока контактной сети между ее проводами таково, что на постоянном токе ограничивающим является нагрев контактного провода, на переменном — обычно нагрев несущего троса. Для того чтобы выровнять распределение токов, все провода контактной сети одного пути соединяют между собой поперечными электрическими соединителями, расстояния между которыми зависят от того, какую долю в общей площади сечения контактной сети занимают контактные провода, а также от потребляемого электроподвижным составом тока. Ток электровоза на участке питания от тяговых подстанций  (рис. 75) течет только по контактным проводам лишь в зоне между двумя электрическими соединителями, ближайшими в данный момент к токоприемнику. В остальных зонах участка ток от каждой подстанции течет по всем проводам контактной сети —контактному проводу, несущему тросу и усиливающему проводу: например на участке между электровозом и подстанцией А общий ток.


Рис. 75. Распределение тока электровоза между проводами цепной контактной подвески:
1 — усиливающий провод; 2 — несущий трос; 3 — контактные провода, 4 — поперечный электрический соединитель

К работам по усилению системы тягового электроснабжения в связи с увеличением массы грузовых или скорости пассажирских поездов относятся: сооружение новых промежуточных тяговых подстанций между существующими и пунктов параллельного соединения контактных сетей двух путей на участках между ранее построенными постами секционирования и подстанциями, подвешивание дополнительных усиливающих проводов, установка дополнительных поперечных и продольных электрических соединителей. Усиление электроснабжения сейчас производят в основном на линиях постоянного тока, но в будущем оно может потребоваться и для некоторых линий переменного тока, где особенно эффективным будет подвешивание усиливающего провода, который уменьшит не только активное, но и индуктивное сопротивление контактной сети.
Усиление контактной сети может оказаться необходимым не только на перегонах, но и на станциях линий постоянного тока, в первую очередь тех, где обращаются многосекционные электровозы, не имеющие рабочего последовательного соединения тяговых двигателей для трогания и разгона (ВЛ82М, ВЛ11, ЧС200, ЧС6). Для предотвращения перегрузки и потери прочности одинарными контактными проводами в настоящее время запрещают работу трехсекционных электровозов ВЛ11 на боковых путях станций при параллельном соединении тяговых двигателей.
Съем больших токов при вождении тяжелых и высокоскоростных поездов имеет свои особенности. Известно, что номинальный (длительно допустимый) ток двухполозного токоприемника Т-5 (старое обозначение П-5) на электровозах ВЛ10 и ВЛ11 в режиме движения равен 2200 А при медных и металлокерамических пластинах и 2030 А при угольных вставках типа Б. Для однополозного токоприемника 17РР2 электровозов ЧС2Г и ЧС6 номинальный ток в этом режиме составляет примерно 1500 А при четырех рядах медных пластин. Пригодность данного типа токоприемника для конкретной серии локомотива по нагрузочной способности определяется условием, по которому ток электровоза должен быть не более номинального тока токоприемника. Допускается кратковременно снимать токи до 1,4 номинального, хотя при этом качество токосъема ухудшается: увеличивается искрение, связанное с плавлением и испарением материалов в точках фактического контакта, и, отсюда, повышается интенсивность изнашивания вставок (пластин) и провода.
Из сравнения номинального тока токоприемника и часового тока электровозов можно увидеть, что токоприемник Т-5 пригоден для электровоза ВЛ10 без ограничений, а для ВЛ11 только в том случае, если токосъем нормально осуществляется двумя запараллеленными токоприемниками (третий, опущенный, является резервным). Двумя запараллеленными токоприемниками нормально снимают ток электровозы ЧС200 и ЧС6, тремя запараллеленными — электропоезд ЭР200. При этом обеспечивается высокое качество токосъема и открывается возможность применения угольных вставок.
Работа на двух токоприемниках эффективна и для других серий электровозов постоянного тока при съеме токов свыше 2000 А. Она разрешена МПС, причем перегоны, на которых целесообразна такая работа, определяются на дорогах совместным решением служб электрификации и локомотивной.
В том случае, когда на трехсекционном электровозе ВЛ11 повреждены два токоприемника, дальнейшее следование с поездом может осуществляться на одном резервном токоприемнике при последовательно-параллельном соединении двигателей, что необходимо для предупреждения отказов из-за перегрузки как самого токоприемника, так и контактной сети, возможных при работе на параллельном соединении.
Для электровозов переменного тока каких-либо ограничений но токосъему, связанных с повышением массы поезда, не имеется.
При стоянках и трогании на грузовых электровозах постоянного тока должны быть подняты два токоприемника, а на ЧС200, ЧС6 и трехсекционном ВЛ11 — три. После набора скорости 10—15 км/ч первый по ходу токоприемник опускают без изменения режима ведения поезда. Это мероприятие позволяет предупреждать пережоги контактного провода не только током нагрузки, по и током к.з. на электровозе, если пробои изоляции происходят при плохом качестве контакта между токоприемником и контактным проводом, например при избытке на полозе сухой графитовой смазки.
Поскольку время пережога провода электрической дугой обратно пропорционально току, для снижения вероятности пережога машинистам электровозов В Л11 и ВЛ82М предписывается трогание поездов с боковых путей производить, как правило, на «маневровом» последовательном соединении тяговых двигателей, при котором снимаемый ток в момент перехода в режим движения составляет примерно 400—450 А.
Как можно видеть, увеличение, массы поездов повышает требования к контактной сети только в отношении электрических и термических характеристик. В отличие от этого рост скорости движения повышает требования к сети также и в отношении механических характеристик. Последнее объясняется тем обстоятельством, что две из трех составляющих контактного нажатия—инерционная и аэродинамическая силы — пропорциональны квадрату скорости движения э.п.с.
При высоких скоростях движения существенно увеличивается среднее значение контактного нажатия и становятся более резкими его изменения. В отдельные моменты при определенной скорости отрицательные значения инерционной силы превышают сумму статической и аэродинамической сил, и контактное нажатие становится равным нулю, т. е. появляются отрывы полоза от контактного провода.
Для того чтобы стабилизировать контактное нажатие и исключить нарушения контакта при высоких скоростях движения, необходимо улучшить статические и динамические характеристики или контактной подвески, или токоприемников, или обоих взаимодействующих устройств. Последнее необходимо лишь для очень высоких скоростей. Наиболее эффективным средством улучшения контактной подвески является выравнивание ее эластичности в пролете. Это может быть достигнуто прежде всего удлинением рессорного провода. Для скоростей движения более 160 км/ч и до 200 км/ч длина рессорного провода компенсированной подвески постоянного тока должна быть не менее 14 м, но желательно ее увеличение до 18 м. В таких рессорных подвесках коэффициент непостоянства эластичности равен 1,3—1,4.
Улучшению токосъема при рессорной компенсированной подвеске способствует регулировка контактного провода с определенной положительной стрелой провеса (см. п. 5).
Наилучшее качество токосъема при высоких скоростях движения обеспечивает рычажная равноэластичная контактная подвеска, находящаяся в эксплуатации на ряде участков постоянного и переменного тока.
Рост скоростей движения налагает повышенные требования к содержанию фиксаторов и воздушных стрелок, что объясняется увеличением отжатия контактных проводов проходящими токоприемниками. Проведенные во ВПИИЖТе испытания на линии Москва—Ленинград показали, что отжатие контактного провода в опорных точках особенно сильно возрастает при скоростях свыше 180—190 км/ч, а при 200 км/ч оно достигает 120 мм для электропоезда ЭР200 и 174 мм для электровоза ЧС200, работающего на двух токоприемниках (рис. 76); при скорости встречного ветра 25 м/с максимальное отжатие провода токоприемниками электровоза ЧС200 увеличивается до 315 мм.

Воздушные стрелки при высоких скоростях движения представляют собой особенно «узкое» место. Основное требование к воздушной стрелке на высокоскоростной линии — обеспечить равенство подъема контактных проводов соединяющихся путей в месте подхвата полозом при подходе к нему токоприемника по главному пути. Это обеспечивается, как было сказано, правильным расположением точки пересечения контактных проводов относительно осей обоих путей и установкой перекрестных струн.
С учетом возможных поперечных колебаний электроподвижного состава зоной подхвата воздушной стрелки можно считать такую зону, в которой контактный провод примыкающего пути удален от оси данного пути на расстояние 550—1200 мм (см. рис 37). Это значит, что перекрестные струны следует ставить там, где контактный провод примыкающего пути удален от оси данного пути на 500—550 мм, а вертикальные струны —где это расстояние равно 500—550 и 1200—1250 мм.


Наклон перекрестных струн при малой конструктивной высоте контактной подвески может оказаться значительным. Для уменьшения этого наклона целесообразно несущие тросы пересекающихся подвесок в точках подвеса располагать так, чтобы эти тросы в месте установки струн располагались как можно ближе один к другому. Однако и при этом для предотвращения вывертывания контактных проводов целесообразно перекрестные струны соединять со струновыми зажимами не непосредственно, а с помощью Г-образных планок, вставляемых в зажимы (рис. 77).

С целью улучшения условий токосъема при проходе высокоскоростного поезда по главному пути контактный провод бокового пути в точке его подхвата располагают выше проводе главного пути на 30—40 мм (такая регулировка не опасна  для прохода токоприемника по стрелке с бокового пути, поскольку скорость движения по такому маршруту не превышает 100 км/ч). При этом принимают меры, чтобы заданная разница в высотах подвешивания контактных проводов полукомпенсированных подвесок соединяющихся путей в месте подхвата оставалась постоянной при разных температурах окружающего воздуха. Изменение этой разницы может вызываться, во-первых, разным изменением стрел провеса несущих тросов, если последние выполнены из разного материала, и, во-вторых, разным изменением наклона струн, особенно значительным в тех случаях, когда конструктивная высота контактных подвесок невелика. Для уменьшения диапазона разницы высот проводов при разных материалах несущих тросов полукомпенсированных подвесок на расстоянии 2—3 м от места естественного пересечения в сторону зоны подхвата их соединяют между собой соединительными зажимами. Для уменьшения этого диапазона из-за разного наклона струн при малой конструктивной высоте пересекающихся подвесок перекрестные и вертикальные струны выполняют скользящими.
Неправильная регулировка проводов на воздушной стрелке или расположение зажимов в зоне подхвата приводят обычно к появлению вырывов металла на контактных пластинах, установленных на рогах полозов токоприемников. Поэтому в случае обнаружения при осмотре полоза вырыва на пластине рога или иного следа удара следует сообщить об этом работникам энергоучастка, указав при этом, откуда пришел локомотив и на каком роге полоза (правом или левом по ходу), произошел удар.
Следует отметить, что применяемые на ряде дорог для выравнивания подъема контактных проводов различные жесткие конструкции (вида ножниц и др.), не подходят для условий высокоскоростного движения, так как создают для токоприемника жесткие точки.
Для улучшения качества токосъема на участках с изменяющейся высотой подвешивания контактного провода, например в зоне низких искусственных сооружений, основной уклон контактного провода принимают не больше 0,002 (т. е. 2 мм на 1 м длины провода). При этом с обеих сторон участка с основным уклоном предусматривают переходные участки длиной не менее двух пролетов с уменьшенным в 2 раза уклоном.
При высоких скоростях движения важно иметь малые уклоны контактных проводов не только на подходах к низким искусственным сооружениям, но и в переходных пролетах неизолирующих и изолирующих сопряжений анкерных участков. В последнем случае добиться этого наиболее сложно, поскольку в нерабочие контактные провода у переходных опор должны быть врезаны изоляторы (см. рис. 40). Наименьшие уклоны обеспечиваются здесь включением в контактные провода стеклопластиковых изолирующих элементов (рис. 78), которые имеют несравненно меньший вертикальный размер (20 мм), чем расположенные горизонтально фарфоровые изоляторы (диаметр 120—270 мм).
Стеклопластиковые изолирующие элементы
Рис. 78. Стеклопластиковые изолирующие элементы в нерабочем контактном проводе на изолирующем сопряжении:
1 — соединительная планка; 2 — изолирующий элемент

На действующих электрифицированных линиях для обеспечения удовлетворительного токосъема при повышении скоростей движения более рациональным путем, чем модернизация протяженной контактной подвески, является модернизация токоприемников э. п.с. или замена их новыми, более совершенными. Объясняется это тем, что работы по модернизации контактной сети всегда связаны со значительными трудозатратами и во многих случаях требуют «окопа, т. е. снижают пропускную способность участка.
Наиболее эффективным в отношении улучшения токосъема является уменьшение приведенной массы токоприемника. В Советском Союзе для существенного снижения этой массы впервые в мире применено разделение токоприемника на две подвижные системы. В этом токоприемнике применено также авторегулирование — верхняя подвижная система управляет нижней; поэтому он называется авторегулируемым.
Верхняя подвижная система авторегулируемого токоприемника (рис. 79), рамы которой выполнены в виде пятизвенников, изменяет свое положение при любых изменениях высоты подвешивания контактного провода. Нижняя же подвижная система, рамы которой выполнены в виде параллелограммов, сохраняет свое положение при малых изменениях высоты контактного провода в пролетах, а изменяет его только пои значительных изменениях высоты провода, например при подходах к низким искусственным сооружениям.
Такой режим работы токоприемника обеспечивается определенным выполнением его кинематической схемы (рис. 80).

Авторегулируемый токоприемник
Рис. 79. Авторегулируемый токоприемник Сп-6М
1 — полоз, 2 — подвижная рама верхней системы, 3 — главный вал верхней системы, 4 — подвижная рама (рычаг) нижней системы

С тем чтобы подвижные рамы 6 верхней системы управляли подвижными рамами 8 нижней системы, в воздухопровод к пневмоцилиндру 1 нижней системы включен золотник 3. Шток этого золотника изменяет свое положение при повороте главного пала 5 верхней системы, с которым он связан тягами 4. Подача порции сжатого воздуха в цилиндр 1 приводит к повороту главного вала 10 нижней системы и ее подъему на некоторую высоту, а выпуск части воздуха из цилиндра — к некоторому· опусканию.
Пневмоцилиндр 2 соединен тягами 9 через кулису с главным залом 5 верхней системы.
хема авторегулируемого токоприемника
Рис. 80. Кинематическая схема авторегулируемого токоприемника

При подаче в него сжатого воздуха токоприемник вводится в работу, при выпуске — выводится из работы, т. е. полностью опускается. Статическое нажатие создается пружиной 7.
При малых изменениях высоты контактного провода незначительные перемещения поршня золотника 3 не вызывают подачу порции сжатого воздуха в цилиндр 1 или выпуск части воздуха из этого цилиндра. При больших изменениях высоты провода перемещение штока золотника становится значительным и поэтому происходит изменение количества воздуха в цилиндре 1; это приводит к изменению положения нижней системы, т. е. к некоторому опусканию или подъему ее.
Схема устройства аварийного опускания авторегулируемого токоприемника
Рис. 81. Схема устройства аварийного опускания авторегулируемого токоприемника

Токоприемник автоматически опускается при ударе его о какой-либо неисправный элемент контактной сети, что обеспечивается срезом предохранительных штифтов П1 и П2. Устройство аварийного опускания работает следующим образом (рис. 81). При движении э.п.с. в направлении и в случае удара полоза 10 о препятствие на контактном проводе штифт 14, соединяющий обе части тяги антипараллелограмма 15, разрушается и подвижные рамы 11 я 13 верхней системы занимают положение, показанное на рисунке штриховыми линиями. При этом рычаг 9 повертывается вместе с главным валом 17 против часовой стрелки и посредством тяг 7, 5 и 4 переводит поршень 3 золотника в левое положение. В результате этого сжатый воздух из пневматического цилиндра 19 через воздухопровод 1 и патрубок 2 выходит в атмосферу и нижняя подвижная система под действием опускающей пружины 18 и массы подвижных частей складывается. В рассмотренном случае гибкая (или телескопическая) связь 16 не препятствует повороту двуплечего рычага 6 против часовой стрелки.

При движении э.п.с. в направлении В после удара о препятствие на контактном проводе и разрушения штифта 14 подвижные рамы верхней системы занимают положение, показанное штрихпунктирными линиями. Гибкая связь, перемещаясь вправо вследствие поворота рычага 12 по часовой стрелке, повертывает в свою очередь двуплечий рычаг 6 против часовой стрелки, разрушая штифт 8 малой площади сечения. В результате, как и в первом случае, поршень 3 золотника смещается влево, и нижняя подвижная система складывается.
С целью исключения резонансных колебаний нижней подвижной системы при определенном характере вертикальных колебаний кузова э.п.с. в нижней подвижной системе поставлены гидравлические демпферы.
Авторегулируемые токоприемники типов ТС-1М и Сп-6М (TSP-6M) эксплуатируются на высокоскоростных электровозах ЧС200 и электропоезде ЭР200. Приведенная масса их в 2 раза меньше массы токоприемника 10РР2, применяемого на электровозах ЧС2 и ЧС2Т.
Учитывая значительные отжатия проводов токоприемниками э.п.с. при большой скорости, на линиях постоянного тока с высокоскоростным движением производят динамическую проверку контактной сети, т. е. ее объезды вагонами-лабораториями, на которых поднято по два токоприемника с увеличенным до 20— 23 кгс статическим нажатием. При таком объезде, когда вагон- лаборатория следует с отдельным электровозом (а не в составе поезда), на котором поднят задний по ходу токоприемник, имеющий нормальное статическое нажатие, воздействие на контактную подвеску трех токоприемников с указанным нажатием, движущихся со скоростью 80—100 км/ч, равноценно воздействию двух токоприемников электровоза ЧС200 при скорости 200 км. ч.



 
« Масляный выключатель   Метод сечения графика при расчете электроснабжения »
железные дороги