Устройство контактной сети. Основные элементы

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