Контактные подвески и их группировка

Из всех элементов системы электроснабжения и электротяговой сети контактная сеть является наиболее ответственным устройством, так как в отличие от других сооружений электрических железных дорог (тяговых подстанций, линий электропередачи) она, как правило, не имеет резерва.

Контактная сеть работает в наиболее тяжелых и сложных условиях, потому что, подвергаясь влиянию атмосферных воздействий (температуры, ветра, гололеда и грозы), должна обеспечивать, помимо передачи электроэнергии, постоянное взаимодействие между контактным проводом и токоприемником движущего электроподвижного состава. Все это обусловливает повышенные требования к контактной сети в отношении механической прочности и уровня электрической изоляции и приводит к усложнению ее конструкции.

Для обеспечения электрического контакта токоприемника с контактным проводом нужно, чтобы при движении локомотива давление в контакте было стабильным. Выполнение этой задачи зависит как от свойств токоприемника, так и свойств контактной сети.

Контактная подвеска должна иметь по возможности равномерную эластичность и постоянную высоту подвески контактного провода. Эластичность измеряется в метрах на килограмм (м/кГ) и показывает величину отжатия контактной подвески в данной точке под действием силы нажатия токоприемника. Принято считать, что если под действием силы нажатия токоприемника происходит перемещение провода, то подвеска в точке приложения силы эластичная, в противном случае подвеска в данной точке жесткая.

Контактные подвески делятся на две группы:
1) простые контактные подвески, применяющиеся в городском и промышленном электрическом транспорте, а также в отдельных случаях на второстепенных путях станций электрифицированных железных дорог;

2) цепные контактные подвески, являющиеся основным видом контактных подвесок на электрифицированных железных дорогах и все более широко применяющиеся в городском электрическом транспорте.

Простые контактные подвески. Простая контактная подвеска представляет собой контактный провод, подвешенный к поддерживающим конструкциям у опор контактной сети. Положение контактного провода простой подвески показано на рис. 34. В опорном пролете (l) контактный провод под действием собственного веса получает провисание, характеризующееся стрелой провеса (f).

Рис. 34. Положение контактного провода простой подвески: 1 — при средней температуре, 2 при максимальной температуре, 3 — при минимальной температуре; 4 — длина опорного пролета, 5 — стрела провеса

Провисание контактных проводов в пролете — явление нежелательное, так как при движении поезда токоприемник, скользя но проводу, должен одновременно следовать за изменением его высоты. В результате этого получается сложная траектория движения токоприемника, при которой с увеличением скорости движения поезда возможен отрыв токоприемника и подгорание проводов в местах их крепления у опор.

Для улучшения условий токоснимания при повышении скорости движения поездов стремятся уменьшить стрелу провеса контактного провода, т. е. спрямить его. Величина стрелы провеса зависит от нагрузки на провод, длины пролета и натяжения провода. Нагрузка на провод зависит от его веса и изменить ее нельзя. Уменьшать длину пролета экономически невыгодно, так как это увеличит количество опорных, поддерживающих конструкций и изоляторов. Практика и расчеты установили длину пролета для простых контактных подвесок применяемых конструкций 40—50 м. Увеличить натяжение провода можно только до определенных допускаемых значений, меньших тех, при которых происходит разрыв провода.

Допускаемое натяжение определяется по формуле

где К_разр — разрывное натяжение, при котором происходит разрыв провода, кГ;

т — коэффициент запаса прочности, устанавливаемый нормами.

Разрывное натяжение провода зависит от его материала и сечения и определяется выражением

где σ_вр характеризует материал провода и называется временным сопротивлением на разрыв, кГ/мм²;
S — сечение провода, мм².

Натяжение провода может сохраняться постоянным только при определенной температуре провода. При изменении температуры изменяются длина провода, стрела провеса и натяжение. Повышение температуры вызывает удлинение провода и вследствие этого увеличение стрелы провеса и уменьшение натяжения. При понижении температуры происходит обратное явление — уменьшается стрела провеса и увеличивается натяжение. Положение контактных проводов при максимальной и минимальной температурах показано на рис. 34 пунктирными линиями. Простые контактные подвески, не имеющие устройств для регулирования натяжения, называются некомпенсированными.

Простые контактные подвески с регулированием натяжения в проводе могут быть с сезонным регулированием и компенсированные.

Сезонное регулирование контактной подвески имеет целью сократить пределы изменения натяжения и увеличить натяжение при наибольшей температуре. Для этого в контактный провод включают натяжные муфты, при помощи которых можно менять длину провода. Весной провод подтягивают, а осенью отпускают. Сезонное регулирование контактного провода иногда используют в городском транспорте и совершенно не применяют на магистральных железных дорогах, где простую контактную подвеску выполняют компенсированной.

Компенсированная простая контактная подвеска имеет автоматическое регулирование натяжения контактного провода. Схема компенсации контактного провода показана на рис. 35.

Рис. 35. Схема компенсации контактного провода: L — длина анкерного участка, А и Б опоры, Г — компенсатор

Принцип ее действия заключается в следующем. Один конец провода закрепляется (анкеруется) на опоре А жестко, а второй конец—на опоре Б через устройство Г, состоящее из блоков и грузов и называемое компенсатором. При изменении температуры меняется длина контактного провода между опорами А и Б, которая компенсируется перемещением грузов вверх при уменьшении температуры и вниз при ее увеличении. Участок компенсированного контактного провода между опорами А и Б принято называть анкерным участком, а расстояние L между этими опорами — длиной анкерного участка.

Может показаться, что при наличии компенсирующих устройств натяжение в контактном проводе поддерживается постоянным, равным наибольшему допустимому при всех значениях температуры. На самом деле натяжение меняется, так как перемещению контактного провода препятствуют силы, возникающие в местах крепления его у опор; при этом изменение натяжения будет наибольшим в том конце провода, который жестко закреплен на опоре.

Натяжение в компенсированном проводе не должно отличаться от номинального (К_ном более чем на 15%, т. е. натяжение при минимальной температуре t_мин не должно превышать 1,15К_ном, а при максимальной температуре t_макс — быть меньше 0,85 К_ном. Сказанное иллюстрируется графиком изменения натяжения компенсированного контактного провода, изображенным на рис. 36.

Рис. 36. График изменения натяжения компенсированного контактного провода

Номинальное натяжение компенсированного контактного провода устанавливают, исходя из того, что натяжение в проводе может увеличиться на 15% и в этих условиях с учетом износа провода натяжение не должно превысить наибольшее допускаемое натяжение.

Номинальное натяжение компенсированного провода определяется формулой

где σ — номинальное натяжение, приходящееся на 1 мм² сечения.

Величину п указывают в нормах. Для медного контактного провода она равна 10 кГ/мм², а для бронзового — 13 кГ/мм².

Величина изменения натяжения компенсированного контактного провода зависит от его длины, поэтому нормируемые наибольшие изменения натяжения (15% от номинального) ограничивают длину анкерных участков, которую с учетом этого для прямых участков берут не более 800 м.

При компенсированной простой контактной подвеске натяжение, а следовательно, и стрелы провеса меняются в незначительных пределах и тем самым создаются благоприятные условия для токоснимания. По и при этом скорость движения поездов не может превышать 40—45 км/ч. Объясняется это тем, что при простых контактных подвесках не выполняется одно из основных условий обеспечения надежного токоснимания — равномерность эластичности по всей длине контактного провода.

Из определения эластичности вытекает, что если приложить одинаковую силу в двух разных точках контактной подвески и в одной точке провод поднимется в два раза больше, чем в другой, то значит эластичность в первом месте в два раза больше, чем во втором.

Эластичность в середине пролета всегда больше, чем в точке подвешивания под опорой. В точках подвешивания простые контактные подвески при жестком креплении провода или совсем не обладают эластичностью, или обладают ею в небольшой мере при полужестком креплении.

Схема полужесткого крепления контактного провода 1 простой подвески на поперечных тросах 2 показана на рис. 37, а, с оттяжными тросами 3 — на рис. 37, б. Полужесткие крепления проводов не ограничивают свободу их перемещения вверх, но перемещения могут происходить только при сильных нажатиях токоприемником, превосходящих вес целого пролета провода в точке подвешивания, т. е. практически такие точки будут близки к жестким.

Рис. 37. Схема полужесткого крепления простой подвески: а — на поперечных тросах, б — с оттяжными тросами: 1 — контактный провод; 2 — поперечный трос; 3 — оттяжной трос

Уменьшение эластичности дает дополнительные местные нагрузки на провод от арматуры и других устройств, приводящие к местным прогибам. При подходе токоприемника к таким точкам создается повышение давления на провод, а при большой скорости движения электропоездов после прохода таких мест возможен отрыв токоприемника. Поэтому при конструировании контактных подвесок стремятся к уменьшению сосредоточенных нагрузок на контактных проводах.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Шемякин А. Н., Прудыус А. С. и др.

Источник: Публикации представляет собой компиляцию из открытых источников, описывающих принципы работы ранних систем беспроводной связи (DECT, PACS, PHS). Устройство, монтаж и эксплуатация контактной сети и высоковольтных линий электропередачи

Публикации предназначены для подготовки и повышения квалификации специалистов, обслуживающих электроснабжение железных дорог, студентов и начинающих специалистов в области телекоммуникаций, радиотехники и электроники.