1.4 Контактная сеть

Контактная сеть - совокупность устройств, служащих для подачи электрической энергии подвижному составу. Основные требования, которым должно удовлетворять устройство контактной сети городского электротранспорта, следующее:

- надежность и бесперебойность передачи электрической энергии, безупречный токосъем при любых атмосферных условиях и любых скоростях движения;

- механическая и электрическая прочность в сложных метеорологических условиях;

- обеспечение максимальной безопасности пешеходов и обслуживающего персонала, а также наилучшее соответствие архитектурному облику городских улиц и площадей;

- простота конструкции и возможность быстрейшего устранения повреждений;

- минимальная трудоемкость при монтаже и эксплуатации;

- наименьшая строительная стоимость при небольшом расходе дефицитных материалов [4].

Системы подвеса контактного провода могут быть простыми (жесткими), цепными и полигонными.

При скольжении токосъемника провод подвергается механическому износу и подгоранию вследствие появления электрической дуги между проводом и токосъемником (при отрыве его от провода). Износ провода и искрение зависят от скорости движения и типа токосъемника, стрелы провеса провода и величины нажатия токоприемника на контактный провод. Нормальная высота подвеса контактного провода над уровнем головки рельса или проезжей части на городских улицах с учетом габаритов подвижного состава составляет 5500-6300 мм. Минимальная высота подвеса контактного провода под мостами и путепроводами 4200 мм. В местах пересечений линий электротранспорта с железнодорожными путями высота подвеса контактного провода от железнодорожного релься должна быть не меньше 5750 мм.

Подвесная арматура контактной сети должна позволять головке токоприемника беспрепятственно проходить через точки подвеса. Применяемый четырехвинтовой зажим, представленный на рисунке 1.5, состоит из двух обтекаемых щечек (основной 3 и прижимной 1), скрепляемых винтами 2 с потайными головками. Верхняя часть одной из щечек имеет прилив с резьбой для крепления подвесного болта, а нижние части щечек -- грани 4, входящие в вырезы контактного провода 5 и удерживающие его в необходимом положении [9].

Рисунок 1.5 - Четырехвинтовой зажим

Соединение контактных проводов осуществляется стальным "стыковым зажимом, представленным на рисунке 1.6. Зажим представляет собой цельный конструктивный элемент, имеющий продольный паз, соответствующий профилю контактного провода. Концы проводов удерживаются тремя вертикальными винтами, расположенными с обоих концов зажима. Вертикально расположенные в верхней части зажима винты фиксируют положение провода в зажиме. В соответствии с техническими условиями эксплуатации контактных сетей, количество стыковых зажимов на участке сети ограничено. Однако отсутствие финансирования вынуждает руководство троллейбусных депо увеличивать количество стыковых зажимов до неограниченного количества. Ярким примером такого грубого нарушения являются цеха технического осмотра депо. Обрыв происходит в местах наибольшего износа контактной сети. Цех технического осмотра ежедневно должен проводить технический осмотр каждой машины, выпускаемой на маршрут. Поэтому троллейбусы всех маршрутов, так или иначе, проходят по контактной линии цеха технического осмотра, что и является причиной максимального износа контактной сети. В результате такого нарушения увеличивается нагрузка на контактную сеть, а значит и на тяговую подстанцию [9].

Рисунок 1.6 - Стыковой зажим Б12 (а) и обхватный (б)

Подвеска контактной сети осуществляется различными по конструкции подвесами, представленными на рисунке 1.7. Цифрами обозначены следующие элементы:

1 - места крепления контактного провода;

2 - изоляторы из дельта-древесины;

3 - пряжечные изоляторы.

Они обеспечивают надежное крепление и изоляцию проводов как между собой, так и с натяжными тросами.

Рисунок 1.7 - Конструкции подвеса контактной сети

Контактная сеть делится на отдельные участки с помощью секционных изоляторов, имеющих воздушный промежуток. Конструкция секционного изолятора представлена на рисунке 1.8. При прохождении токоприемника через этот изолятор возникает электрическая дуга, которая способна перекрыть воздушный промежуток между двумя изолированными участками и тем самым полностью разрушить изолятор. Поэтому в контактной сети троллейбуса применяется устройство для "гашения" электрической дуги -- секционный изолятор.

Рисунок 1.8 - Секционный изолятор

К специальным частям контактной сети относятся кривые держатели, пример которого представлен на рисунке 1.9, стрелки, крестовины и пересечения троллейбусных линий как друг с другом, так и с линиями трамвая. Чтобы не создавать в местах поворота контактной сети сложной системы подвеса, которая ухудшит условия токосъема, и для создания на контактных проводах плавной кривой поворота устанавливают кривые держатели. Они помогают головке токоприемника пройти участок кривой и могут изменять направление контактного провода до 45°.

Для перевода токоприемника на одну линию контактной сети в местах слияния двух трасс устанавливают сходную стрелку, представленную на рисунке 1.10. Она проста по конструкции. Контактные провода сходящихся трасс оканчиваются на плите стрелки направляющими. При входе с любой трассы на стрелку головка токоприемника скользит обоймой вдоль специальных направляющих, установленных на плите стрелки, которые выводят головку токоприемника на новое направление трассы, уходящей со сходной стрелки.

Конструктивные элементы сходных стрелок выполнены с постепенно меняющейся высотой, благодаря чему головка токоприемника плавно переходит со скольжения угольной вставкой по контактному проводу на скольжение обоймами головки по направляющим плиты стрелки.

При необходимости перевода токоприемника с одной линии на ветвь разветвляемой трассы устанавливают расходную (управляемую) стрелку, пример которой представлен на рисунке 1.11. Конструкция расходных стрелок значительно сложнее сходных. Механизм привода этих стрелок должен направлять движение головки токоприемника в одно из двух направлений. В троллейбусных системах стран СНГ применяется управление по току с движением налево под нагрузкой.

Рисунок 1.9 - Кривой держатель типа КД-5

Рисунок 1.10 - Сходная стрелка

Рисунок 1.11 - Расходная стрелка

Перевод направления движения головки токоприемника осуществляется пером (4), которое может занимать одно из двух фиксированных положений. Подвижное перо (4) стрелки постоянно удерживается пружиной (не указана) в положении для движения троллейбуса направо. Механизм включения перевода стрелки состоит из электромагнита (3), связанного рычагом с подвижным пером (4). При нахождении головки токоприемника (2) на участке контактного провода (1), ток, потребляемый троллейбусом, проходит через катушку электромагнита (3). Если его величина превышает 10-15 А (ток, идущий на вспомогательные цепи троллейбуса), т.е. троллейбус движется с включенным силовым приводом, электромагнит срабатывает и переводит перо в положение, разрешающее движение башмака токоприемника в левом направлении. После проезда стрелки ток через катушку электромагнита прекращается и под действием возвратной пружины перо возвращается в исходное положение. Для увеличения надежности срабатывания механизма перевода стрелки в троллейбусе могут быть предусмотрены переключатели режима проезда. Выключатель проезда стрелки вправо для уменьшения потребления тока отключает отопители и двигатель компрессора. Выключатель проезда влево для увеличения тока подключает в силовом электроприводе дополнительную нагрузку, не влияющую на скорость троллейбуса. В заключение можно отметить, что идея использования отдельных участков контактной сети, подключенных через токовое реле, может быть применена для автоматизации некоторых процессов. К примеру, в троллейбусном депо г. Гродно установлены и успешно эксплуатируются системы автоматического открытия и закрытия ворот депо, управляемые троллейбусом.

На сегодняшний день проводится модернизация и улучшение показателей качества контактной сети как отдельного структурного элемента троллейной системы. Так, например, с целью диагностики состояния и защиты тяговой сети используют систему диагностики тяговой сети СДТС-1, предназначенную для установки в распределительных устройствах постоянного тока до 1000 В [10].

Функциональные возможности СДТС-1:

1. Измерение величины и формы тока и напряжения тяговой сети в различных режимах, в том числе при коротком замыкании в тяговой сети.

2. Передачу измеренных значений тока и напряжения в систему высокого уровня (систему телеизмерения, сигнализации, центральный пульт дистанционного управления и т.д.).

3. Фиксацию и передачу (при запросе) амплитудных значений измеренных величин.

4. Защиту тяговой сети от токов короткого замыкания, в том числе от малых токов к.з.

4.1 Защита осуществляется путём моделирования нагрева и остывания контактного провода. Исходя из уравнения теплового баланса и параметров контактного провода, СДТС рассчитывает температуру и строит график нагрева провода в зависимости от времени протекания различных токов. Текущая температура передаётся в систему высокого уровня.

4.2 Система позволяет реализовать дополнительную защиту путем введения электронной установки по току тяговой сети и температуре контактного провода. При превышении значений установки и температуры, подается выходной сигнал на отключение быстродействующего выключателя постоянного тока, и сопровождается индикацией на сигнальных светодиодах СДТС.

5. Измерение скорости нарастания и спада тока и напряжения в тяговой сети. С целью увеличения вероятности обнаружения удаленного к.з., вводится установка срабатывания защиты по величине предельного тока, позволяющая реализовать защиту тяговой сети по нескольким параметрам.

6. Обеспечение точного (0.5ч1% от необходимой величины установки) контроля и дублирование установки быстродействующего выключателя постоянного тока с выдачей сигнала о ее несоответствии.

7. Осциллографирование и запоминание величины и формы токов и напряжений при к.з., их последующая передача в систему высокого уровня для статистического анализа с целью корректировки токовой установки.

8. Гальваническую развязку цепей, находящихся под потенциалом до 1000В Развязка обеспечивается через высокочастотный трансформатор с испытательным напряжением изоляции 5 кВ (АС, 50 Гц). Цепи передачи данных реализуются по волоконно-оптической связи, обеспечивающей изоляцию более 60кВ. Выходные реле для управления внешними устройствами обеспечивают изоляцию 10 кВ [7].