DjVu

      ФPAГMEHT КНИГИ (...) Внедрение электротяги, т. е. применение электрической энергии для передвижения транспортных средств, началось в тридцатые годы прошлого столетия. Русский ученый, академик Б. С. Якоби в 1834 г. изобрел первый в мире электродвигатель, пригодный для практического применения. Дальнейшие работы привели Якоби к созданию мощного двигателя, использованного в 1838 г. впервые в мире на р. Неве для лодки с пассажирами на борту. Гребной механизм лодки приводился в действие электродвигателем, получавшим энергию от батареи гальванических элементов. Это был первый в мире электроход. Испытание продолжалось до 1842 г. Широкого распространения этот способ питания электродвигателя не получил из-за большой массы батареи, ее малой мощности, ограниченного радиуса действия, низкого коэффициента полезного действия (к.п.д.) и малой рентабельности.
      Однако заманчивая идея применения электрического транспорта с источником энергии, находящимся на подвижном составе, используется и сегодня. Для перевозки на небольшие расстояния грузов и пассажиров используются электрокары и электромобили, электродвигатели которых питаются от аккумуляторных батарей..
      Для городского электротранспорта и магистральных железных дорог такой способ питания электродвигателей в силу указанных выше причин оказался неприемлемым. Поиск новых возможных решений был. направлен прежде всего на устранение аккумуляторных батарей с электроподвижного состава (э. п. с.). Оптимальным оказался способ питания э. п. с. от стационарной электростанции с передачей энергии подвижному составу через дополнительное звено, получившее название электротяговая сеть. В нее входят питающие кабели или воздушные линии положительной й отрицательной полярностей, опорные устройства, контактная и рельсовая сеть.
      Трамваи и электрические железные Дороги используют для электроснабжения э. п. с. контактный провод и ходовые рельсы в качестве обратного провода.
      В России первая линия трамвая была открыта в 1892 г. в Киеве. Высокие экономические и технические показатели трамвая выявились сразу же на первых линиях, и электротяга быстро вытеснила конную и паровую на городских железных дорогах. Были пущены трамвайные линии в Нижнем Новгороде (Горьком), Казани, Орле, Курске, Екатеринославе (Днепропетровске), Риге и ряде других городов. В Москве первая линия трамвая была открыта лишь в 1899 г., а в Петербурге — в 1907’ г., что было обусловлено противодействием, акционерных обществ-владельцев конных железных дорог.
      Система электроснабжения с двумя контактными проводами -нашла применение для безрельсового электрического транспорта— троллейбуса. В 1933 г. троллейбусное движение было открыто в Москве, а затем в Ленинграде, Киеве и других городах. Меньшие по сравнению с трамваем первоначальные затраты на сооружение троллейбусных линий, снижение уровня шума при движении позволили троллейбусному транспорту быстро обогнать трамвайный по темпам развития.
      В СССР ежедневно трамваями и троллейбусами перевозится около 50 млн. пассажиров, причем объем этих перевозок с каждым годом увеличивается. В СССР к началу 1985 г. трамвай эксплуатировался в 110 городах, а троллейбус—в 174 городах. Общая протяженность контактной сети трамвая в однопутном исчислении составляла более 9,5 тыс. км, а троллейбуса — около 16 тыс. км.
      В современных условиях резко возрастает роль электротранспорта в транспортном обслуживании населения наших городов. Открывается троллейбусное и трамвайное движение в новых городах, расширяются транспортные существующие сети, прокладываются маршруты трамвая и троллейбуса в пригородные зоны, места отдыха. В ряде городов построены и успешно эксплуатируются скоростные линии трамвая, значительно сокращающие время нахождения пассажиров в пути. Все чаще применяется подземная прокладка гаких линий в зонах густой застройки. Разновидность городского электротранспорта, промежуточная между трамваем и метрополитеном, получила название метротрам. Такие линии существуют в Волгограде, Киеве, Саратове.
      Контактные сети трамвая и троллейбуса представляет собой сложное техническое сооружение.
      Контактные сети подвержены воздействию атмосферных явлений, связаны с работой расположенных рядом сооружений, принадлежащих разным организациям, нередко повреждаются при дорожно-транспортных происшествиях. Их обслуживание затруднено из-за больших потоков транспорта и пешеходов.
      Безаварийная работа системы электроснабжения трамвая в первую очередь зависит от надежности контактной сети. Поэтому перед персоналом, обслуживающим контактнце сети трамвая и троллейбуса, стоит ответственная задача постоянно содержать устройства контактной сети в- исправном состоянии.
      Замечания и пожелания по содержанию и оформлению учебника следует направлять по адресу: 103064 Москва, Басманный туп., 6а, издательство «Транспорт».
     
      Глава 1
      ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
      1. Общие сведения об электроснабжении
      Электрическая энергия для всех потребителей (промышленности, населения города, трамвая, троллейбуса и др.) вырабатывается на электрической станции 1 (рис. 1) в виде переменного трехфазного тока с частотой 50 Гц.
      Выработанная энергия передается чаще всего на значительное расстояние от электростанции к потребителям по линии электропередачи 3 (ЛЭП). Для уменьшения потерь энергии в ЛЭП напряжение повышается на трансформаторной подстанции 2 до уровня 35; 110; 220 кВ и боле,е в зависимости от удаленности потребителей. Вблизи от места потребления на понижающей подстанции 4 уровень напряжения снижается до 6 и 10 кВ. Отсюда электроэнергия направляется потребителям. Питание тяговых подстанций 6 городского электротранспорта осуществляется по кабельным (в редких случаях воздушным) трехфазным линиям 5.
      На тяговой подстанций напряжение понижается до 600 В и переменный ток преобразуется, выпрямителями в постоянный. По питающим линиям положительной и отрицательной полярности 7 электроэнергия подается в контактные провода 8 трамвая 9 или контактные провода троллейбуса 10. Подвижной состав трамваев и троллейбусов получает электроэнергию через контакт токоприемников с контактным проводом, в трамвае второй контакт осуществляется через колесные пары и рельсы.
      Контактной сетью называется совокупность всех устройств, включающая в себя контактную подвеску, поддерживающие ее опоры и конструкции, усиливающие провода, тросовую систему, арматуру и спецчасти, служащие для.подведения электрической энергии к подвижному составу через непосредственный контакт с его токоприемником.
      2. Схемы внешнего и внутреннего электроснабжения
      В современных условиях тяговые подстанции получают энергию не от одной электрической станции, а от энергетической системы, объединяющей многие электростанции линиями электропередачи (ЛЭП). Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса находятся в городе и электроснабжение получают, как правило, от подстанций, распределительных пунктов (РП), центров питания (ЦП) электрических систем.
      При рассмотрении схемы электроснабжения выделяют две части: внешнее электроснабжение, включающее в себя все устройства ot центра питания до тяговой подстанции вместе с кабельными (воздушными) линиями;
      внутреннее электроснабжение, включающее в себя тяговые подстанции и все элементы тяговой сети; контактную и рельсовую сеть, питающие линии. 1
      Контактная сеть делится на электрически изолированные друг от друга участки, называемые секциями контактной сети. Секции отделяются на границах изоляторами, которые называются секционными изоляторами. Каждой секции присваивается номер или название. Внутри секции могут, быть секционные изоляторы, которые называются промежуточными и служат для оперативных переключений при перераспределении нагрузки. В нормальном режиме работы они шунтируются электрическими перемычками.
      Внутреннее электроснабжение выполняется в виде централизованного (рис. 2, а) или децентрализованного (рис. 2, б) питания контактной сети. Централизованную схему применяют при подстанциях, имеющих большую мощность, позволяющую питать весь примыкающий к ней район контактной сети, которая состоит из секций, расположенных в разном удалении от подстанции.
      При децентрализованной схеме секции питаются от двух соседних подстанций, либо от любой из них, либо каждая подстанция питает примыкающую половину секции. При выходе из строя одной из подстанций ее нагрузка передается на соседнюю.. Каждая подстанция должна иметь соответствующий резерв мощности.
      Выбирая ту или иную систему электроснабжения, предпочтение отдается той, которая обладает высоким уровнем надежности и обеспечивает гибкость управления. Под надежностью понимается безотказность, долговечность и ремонтопригодность,, т.. е. возможность непрерывно и длительно сохранять работоспособность в определенных режимах и быть приспособленной к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей в процессе технического обслуживания и проведения ремонтов. Ремонтопригодность имеет целью снижение затрат времени, труда и средств на техническое обслуживание и ремонт оборудования и повышение на этой основе эффективности его использования в процессе эксплуатации.
      Основы надежности врякой системы или инженерного сооружения закладываются при их проектировании с обеспечением определенных запасов прочности, необходимых резервных устройств в виде дублирующих элементов или увеличением запасов мощности основных элементов, которые используются при выходе из. строя отдельных элементов системы. Вместе с тем система электроснабжении должна быть экономичной, что требует исключения чрезмерных затрат на дополнительное оборудование и устройства для создания резервов. Решение этого противоречия находят из сопоставления технико-экб-номических показателей возможных вариантов, принимая систему, обеспечивающую должную надежность при минимально возможных затратах.
      В эксплуатации имеют место разные, условия работы системы электроснабжения: нормальный, вынужденный и аварийный режимы работы.
      При нормальном режиме все элементы системы работают с наиболее высокими технико-экономическими показателями, обеспечивая питание подвижного состава в расчетных размерах, определенных для наиболее загруженного часа и при наиболее тяжелых условиях движения.
      Вынужденный режим наступает, когда выходит из строя один из основных элементов системы: тяговая подстанция, преобразовательный агрегат или питающая линия. Движение подвижного состава идет нормально при использовании дополнительных элементов оборудования (зарезервированных ранее). При этом допускаются, предельные по нормам нагрузки на элементах системы электроснабжения и потери напряжения в тяговой сети. На этот период допускаются ухудшения экономических показателей работы.
      Аварийный режим наступает при тяжелых повреждениях элементов системы электроснабжения, когда движение в расчетных размерах становится невозможным. В этом режиме движение либо сокращается, либо прекращается полностью.
      3. Особенности работы тяговых сетей
      Работа тяговых сетей отличается от работы других систем ? электроснабжения рядом существенных особенностей. Для трамвая и троллейбуса в соответствии с ГОСТ 6962—75 установлено номинальное напряжение 600 В с допустимыми отклонениями на токоприемнике электроподвижного состава в наибольших значениях до 700 В и наименьших 400 В. Тяговые нагрузки постоянно изменяются в очень широких пределах по времени и месту - приложения на контактной Сети./Во время торможения тяговые двигатели подвижного состава могут быть переведены в генераторный режим и отдавать электрическую энергию в тяговую сеть, осуществляя рекуперацию.
      Контактная сеть, являясь наиболее ответственным элементом системы электроснабжения, по своему устройству не имеет резерва в виде дублирующих устройств, а обслуживание ее затруднено потоками транспорта и пешеходов, особенно в условиях интенсивного движения. Поэтому к устройству контактной сети нужно подходить очень внимательно, а монтаж и ремонтные работы выполнять очень тщательно, имея в виду, что повреждение какого-нибудь ее элемента может вывести из работы большой участок сети и дезорганизовать движение не только трамвая или троллейбуса, но и другого транспорта.
      Отличительной особенностью работы рельсовой сети является малая изоляция рельсов от земли. Земля — хороший проводник электрического тока, поэтому часть тока, возвращающаяся на подстанцию, ответвляется в землю и проходит какйо земле, так и по подземным металлическим сооружениям (трубам? каркасам подземных сооружений, броне и оболочкам кабелей и др.). Токи утечки из рельс в землю называются блуждающими токами (рис. 3).
      В местах выхода блуждающих токов с поверхности металлических сооружений происходит электрохимический процесс, сопровождающийся коррозией (разрушением) металла подземных сооружений. Роль электролита в этом процессе играют растворы солей, кислот и щелочей, имеющиеся в почве. Интенсивность, электрокоррозии зависит от значения величины блуждающих токов и времени их действия.
      Рис. 3. Схёма протекания блуждающих токов:
      подстанция; 2— контактный провод; 3— подвижной состав; рельсы; 5— грунт; 6— подземное сооружение; 7— отрицательная питающая линия; 8—положительная питающая линия
      Подсчитано, что ток, равный 1 А, в течение года может при определенных условиях разрушить до 34 кг свинца или более 9 кг стали. Чтобы снизить, вредное действие блуждающих токов до безопасных значений, принимают ряд мер по их ограничению и проникновению в подземные металлические сооружения. Главными мерами являются: уменьшение продольного сопротивления рельсов посредством сварки стыков и соединения медными проводами отдельных звеньев и всех ниток рельсов для параллельной работы, увеличение переходного сопротивления между рельсами и землей благодаря улучшению изоляции основания, применение хорошего водоотвода, уменьшение разности потенциалов между пунктами присоединения к рельсам кабелей питающих линий.
      КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
      1 Что такое система электроснабжения и из каких элементов она состоит?
      2. Из каких элементов состоит тяговая сеть и контактная сеть?
      3 цт0 такое внешнее электроснабжение?
      4. Что определяют понятия надежность, ремонтопригодность, нормальный, вынужденный и аварийный режимы?
      5. В чем заключаются особенности работы тяговой и контактной сети?
     
      Глава 2
      МАТЕРИАЛЫ, АРМАТУРА, СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. КОНТАКТНЫЕ ПОДВЕСКИ
      4. Конструкция и материал проводов
      Контактные провода служат для передачи электрической энергии подвижному составу через непосредственный контакт с его токоприемником. Эти провода должны отвечать не только требованиям, Предъявляемым к проводнику электрического тока, но и дополнительным особенностям его работы. Отчжольжения контактных вставок токоприемников провод истирается, а при отрыве токоприемников от провода под нагрузкой образуются подгары с оплавлением поверхности провода; провод работает при больших натяжениях, подвергается динамическим нагрузкам от ударов неисправных токоприемников и сошедших штанг, изгибам и вибрациям от воз-, действия подвижного состава. Протекание электрического тока сопровождается нагревом провода. Температура провода может быть значительной в условиях повышенных нагрузок и особенно в вынужденном режиме работы. Провод подвергается действию сйл, возникающих от собственной массы и изменений длины при изменении температуры окружающего воздуха, а также действию внешних сил от воздействия ветра и гололеда.
      Для работы в этих условиях провод должен обладать высокими механическими и электрическими свойствами: прочностью, износо-термоустойчивостью, электропроводностью, стойкостью к воздействию электрической дуги и длительным срокам службы.
      Контактныепровода изготавливаются согласно ГОСТ 2584—86 Из меди; низколегированной меди с небольшим содержанием (0,01—0,06 %) легирующих присадок магния (Мг), циркония (Цр) олова (Ол), кремния (Кр) или титана (Ти) или бронзы с легирующими компонентами из магния, кадмия или циркония в пределах 0,1—1,1 % в зависимости от легирующего материала и технических требований к проводу. Допускаются провода с двумя или несколькими легирующими элементами, например, в низколегированных и бронзовых контактных проводах, кроме олова, в качестве легирующих компонентов применяют магний, кадагий и др.
      Обозначения типов контактных проводов следующие: МК — контактный медный круглый; МФ — контактный медный фасонный; МФО — контактный медный фасонный овальный; НЛФ — контактный низколегированный фасонный; НЛФО — контактный низколегированный фасонный овальный; Брф — контактный бронзовый фасонный; БрфО — контактный бронзовый фасонный овальный. Площадь сечения некоторых из упомянутых контактных проводов показана на рис. 4, а, б, в, г.
      Контактный провод изготавливается методом холодного волочения, при котором пруток исходного материала" протягивается через ряд последовательно уменьшающихся отверстий (фильтров), полут чает нужную форму сечения и увеличение длины.-Уплотняясьпри волочении, материал получает наклеп — поверхностное упрочнение, повышающее его твердость, пределы упругости и прочности. Все эти качества необходимы для повышения износоустойчивости и уменьшения остаточных деформаций при растяжении.
      Применение низколегированных и бронзовых проводов преследует цели, повышения прочности и. износоустойчивости. Срок службы проводов, работающих в одинаковых условиях, по сравнению с медными увеличивается в 1,5 раза при низколегированных и более чем в 2 раза при бронзовых проводах.
      В процессе эксплуатации от проходящего по контактному проводу электрического тока происходит его нагрев — повышение температуры провода над окружающей средой. Нагрев зависит от значения и времени действия электрического тока. Особенно резко повышается нагрев при перегрузке и неотключенном коротком замыкании. Под действием нагрева при температуре выше допустимой медный провод разупрочняется, теряя твердость и упругость. Уже при 100 °С становится заметно разупрочнение, а при 180—230 °С происходит рекристаллизация с потерей наклепа. Провод становится мягким, тягучим и непригодным для эксплуатации.
      Значительно лучше противостоят действию нагрева и электрической дуги низколегированные и бронзовые провода. Температура нагрева провода при эксплуатации не должна превышать допустимый предел; для медного провода 95 °С, низколегированного 110 °С и для бронзового 130 °С. Допустимая расчетная плотность тока для трамщайных и троллейбусных контактных проводов при нормальном режиме работы должна быть не более 5 А/мм2 для медных и 6 А/мм2 для бронзовых.
      Существенными недостатками низколегированных и бронзовых проводов являются меньшая проводимость по сравнению с медными, более трудный монтаж вследствие повышения жесткости.
      Для замены меди менее дефицитными металлами применяют сталеалюминиевые и сталемедные провода (рис. 4, д, е). Сталеалюминиевые провода имеют снизу стальную часть и алюминиевую сверху. Стальная часть для связи с алюминиевой имеет наверху гребень в виде ласточкиного хвоста и поперечную насечку, которая препятствует продольному смещению алюминиевой части относительно стальной. Существенным недостатком провода является коррозия стальной части, вызывающаяискрение, повышенный износ контактных вставок токоприемников и ухудшение токосъема.
      Сталемедные провода имеют -стальной сердечник, покрытый медью, общий объем которой составляет 50—-60 % объема,провода. Значительное уменьшение электрической проводимости ограничивает применение сталемедного провода для пассажирских линий. Провода применяют на малозагруженных, второстепенных линиях и деповских путях.
      ^ Контактные провода изготавливаются круглого, фасонного и фасонного овального профилей (см. рис. 4, а, б). В сетях трамвая и троллейбуса применяют провода фасонного профиля. Провода овального профиля, в котором уменьшен вертикальный размер и увеличен горизонтальный, применяют для открытых местностей (насыпи, дамбы и др.) для уменьшения ветровой нагрузки. Технические характеристики контактных проводов приведены в табл. 1.
      Поверхность провода должна быть гладкой, ровной, без трещин, закатов, расслоений. На новом проводе допускаются незначительные забои и царапины, если после их зачистки размеры провода не выходят за пределы допустимых отклонений.
      Для отличия от медных на верху бронзовых контактны^проводов имеется одна канавка (рис. 4,е), а на верху низколегированных — две симметрично расположенные канавки (рис. 4, г).
      На линиях трамвая и троллейбуса находят применение медные и бронзовые провода сечением 85 и 100 мм2. Провода сечением 65 мм2 могут быть применены на второстепенных (грузовых, а также редкоиспользуемых) линиях, на территориях депо, мастерскйх и заводов.
      Сталеалюминиевый провод марки ПКСА-80/18ф имеет некоторые ограничения по его применению. Не допускается использование сталеалюминиевых проводов в сетях трамвая, где на токоприемниках применяются алюминиевые контактные вставки. При токосъеме наблюдается большое искрение и выгорание алюминия вставки с образованием больших раковин и зазубрин. При дальнейшем следовании вставка с испорченной контактной поверхностью наносит повреждение проводу, подвеске и арматуре.