Перенапряжения в контактной сети: виды, защита разрядниками и сигнальные знаки

В работе контактной сети, как и любой электроустановки, возникают опасные перенапряжения, существенно превышающие номинальное рабочее напряжение. Они представляют серьезную угрозу для изоляции, потенциально вызывая ее пробой или перекрытие. Различают две основные категории: коммутационные и атмосферные перенапряжения. Первые возникают при операциях включения и отключения электрических цепей под нагрузкой из-за быстрого изменения магнитных полей.

Особую опасность представляют атмосферные перенапряжения, вызванные грозовыми разрядами вблизи трассы или прямыми ударами молнии. После разряда вдоль сети со скоростью света распространяются волны перенапряжения. Стандартная релейная защита не успевает реагировать на столь быстрые процессы. Для защиты оборудования на электровозах, подстанциях и самой контактной сети повсеместно устанавливают специальные устройства — разрядники, которые принимают на себя удар и отводят энергию в землю через рельс.

На линиях постоянного тока через каждые 1–1.5 км на переходных опорах монтируют роговые разрядники. Типовая конструкция (рис. 141) включает два последовательных искровых воздушных промежутка с расстоянием 5 мм между тремя рогами. Один рог через провод (сечение ≥25 мм²) соединяется с сетью, а другой — с рельсом или заземленной конструкцией. Средний рог изолирован и выполняет роль нейтрального электрода.

Рис. 141. Роговой разрядник с двумя воздушными промежутками.

При пробое промежутков возникает электрическая дуга. Под действием собственного магнитного поля и нагретого воздуха дуга выдувается вверх, растягивается между расходящимися рогами и гаснет. На дорогах переменного тока применяют трубчатые разрядники (рис. 142), основным элементом которых является бакелитовая трубка с металлическими наконечниками и внутренней фибровой втулкой.

Рис. 142. Трубчатый разрядник на опоре контактной сети: 1 — опора, 2 — консоль, 3 — разрядник, 4 — поперечный соединитель, 5 — изолятор, 6 — несущий трос.

Внутри трубки расположен стержневой электрод, образующий с противоположным наконечником внутренний искровой промежуток длиной 175 мм. При его пробое выделяющиеся от нагрева фиброй газы с высокой скоростью выбрасываются из открытого конца, эффективно гася дугу. Внешний промежуток (40 мм) предотвращает токи утечки и разрушение разрядника в нормальном режиме.

Для защиты контактных проводов в зоне воздушных промежутков и нейтральных вставок от пережогов устанавливают предупредительные сигнальные знаки (рис. 143), указывающие машинисту точные места для обязательного отключения и последующего включения тока. При временном повреждении участка, допускающем движение с опущенным токоприемником, путь ограждают переносными знаками.

Рис. 143. Предупредительный сигнальный знак у воздушного промежутка: а — отключить ток на электровозе, б — включить ток на электровозе, в — включить ток на электропоезде

Временная сигнализация включает знаки: «Подготовиться к опусканию токоприемника» (рис. 144, а), «Опустить токоприемник» (рис. 144, б) и «Поднять токоприемник» (рис. 144, в). На двухпутных участках знаки устанавливают для каждого направления. Щиты окрашены в синий цвет с белыми надписями и световозвращающими элементами для ночной видимости.

Рис. 144. Временные сигнальные знаки: а — подготовка к опусканию, б — опустить токоприемник, в — поднять токоприемник.

Для исключения случайного прикосновения к токоведущим частям на пешеходных мостах, путепроводах и других сооружениях над путями монтируют предохранительные щиты (вертикальные, горизонтальные, наклонные). Они должны выступать не менее чем на 1 метр в каждую сторону от опасной зоны. На щитах размещают предупреждающую надпись и знак высокого напряжения — красную стрелу, острием вниз.

Этот же знак наносят по трафарету на все металлические опоры. К защитным ограждениям также относят габаритные ворота у переездов, ограничивающие высоту (не более 4.5 м) и ширину проезда. Их окрашивают в белый цвет с черными полосами и устанавливают не менее чем в 8 метрах от оси крайнего пути для защиты сети от контакта с высокими грузами.

Для маркировки мест повышенной опасности на самой контактной сети размещают знаки-указатели в виде красных стрел. Их устанавливают у проводов с разным потенциалом, в зонах токораздела, у врезных и секционных изоляторов, гибких поперечин, фиксирующих оттяжек и анкерных ветвей. Расположение знаков предупреждает электромонтеров об опасности при перемещении по проводам или работе с изолирующей вышки.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: А. Н. Шемякин А. С. Прудыус.

Источник: Устройство, монтаж и эксплуатация контактной сети и высоковольтных линий электропередачи.

Данные публикации будут полезны инженерам-проектировщикам и строителям контактной сети железных дорог, специалистам служб эксплуатации и ремонта инфраструктуры, а также студентам транспортных и строительных вузов, изучающим конструкции и основы надежности железнодорожных сооружений.