С чем соединяется электроподвижной состав через контактную сеть
Контактная сеть
Контактная сеть. Это сеть устройств включающая в себя: контактные рельсы, кабели и оборудование, обеспечивающие передачу электрической энергии от тяговых и совмещенных тягово-понизительных подстанций к токоприемникам электроподвижного состава.
Контактная сеть — комплекс устройств для передачи электроэнергии от тяговых подстанций к ЭПС через токоприёмники. Контактная сеть является частью тяговой сети и для рельсового электрифицированного транспорта обычно служит её фазой (при переменном токе) или полюсом (при постоянном токе); другой фазой (или полюсом) служит рельсовая сеть.
Контактная сеть может быть выполнена с контактным рельсом или контактной подвеской. Ходовые рельсы впервые были использованы для передачи электроэнергии движущемуся экипажу в 1876 году русским инженером Ф. А. Пироцким. Первая контактная подвеска появилась в 1881 году в Германии.
Основными элементами контактной сети с контактной подвеской (часто называемой воздушной) являются провода контактной сети (контактный провод, несущий трос, усиливающий провод и пр.), опоры, поддерживающие устройства (консоли, гибкие поперечины и жёсткие поперечины) и изоляторы.
Контактную сеть с контактными подвесками классифицируют: по виду электрифицированного транспорта, для которого контактная сеть предназначена, — магистрального, в том числе высокоскоростного, железнодорожного, трамвая и карьерного транспорта, рудничного подземного транспорта и др.; по роду тока и номинальному напряжению питающегося от контактной сети ЭПС; по размещению контактной подвески относительно оси рельсового пути — для центрального (магистральный железнодорожный транспорт) или бокового (промышленный транспорт) токосъёма; по типам контактной подвески — контактная сеть с простой, цепной или специальной подвеской; по особенностям выполнения — контактная сеть перегонов, станций, для искусственных сооружений.
В отличие от других устройств электроснабжения контактная сеть не имеет резерва. Поэтому к надёжности контактной сети предъявляют повышенные требования, с учётом которых осуществляется проектирование, строительство и монтаж, техническое обслуживание контактной сети и ремонт контактной сети.
Выбор общей площади сечения проводов контактной сети обычно осуществляется при проектировании системы тягового электроснабжения. Все остальные вопросы решаются с помощью теории контактной сети — самостоятельной научной дисциплины.
Основными вопросами проектирования контактной сети являются: выбор числа и марок её проводов в соответствии с результатами расчётов системы тягового электроснабжения, а также тяговых расчётов, выбор типа контактной подвески в соответствии с максимальными скоростями движения ЭПС и другими условиями токосъёма; определение длины пролёта (главным образом по условию обеспечения её ветроустойчивости); выбор типов опор и поддерживающих устройств для перегонов и станций; разработка конструкций контактной сети в искусственных сооружениях; размещение опор и составление планов контактной сети станций и перегонов с согласованием зигзагов проводов и с учётом выполнения воздушных стрелок и элементов секционирования контактной сети (изолирующих сопряжений анкерных участков, секционных изоляторов и разъединителей). При выборе методов строительства и монтажа контактной сети в ходе электрификации железных дорог стремятся, чтобы они в возможно меньшей степени отражались на перевозочном процессе при безусловном обеспечении высокого качества работ. Основные производственные предприятия по сооружению контактной сети — строительно-монтажные поезда и электромонтажные поезда. Организация и методы технического обслуживания и ремонта контактной сети выбираются из условий обеспечения заданного высокого уровня надёжности контактной сети при наименьших трудовых и материальных затратах, безопасности труда работников районов контактной сети, возможно меньшего влияния на организацию движения поездов. Производственным предприятием по ремонту контактной сети является дистанция электроснабжения.
Основные размеры (см. рисунок и таблицу), характеризующие размещение контактной сети относительно других постоянных устройств железной дороги, — высота Н подвешивания контактного провода над уровнем верха головки рельса; расстояние А от частей, находящихся под напряжением, до заземлённых частей сооружений и подвижного состава; расстояние Г от оси крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети на уровне головой рельсов.
Совершенствование конструкций контактной сети направлено на повышение её надёжности при снижении стоимости строительства и эксплуатации. Железобетонные опоры контактной сети и фундаменты металлических опор выполняются с учётом электрокоррозионного воздействия на их арматуру блуждающих токов. Увеличение срока службы контактного провода достигается, как правило, применением на токоприёмниках угольных контактных вставок.
При техническом обслуживании контактной сети на отечественных железных дорогах без снятия напряжения используют съёмные вышки, автодрезины, монтажные автомотрисы. Перечень работ, выполняемых под напряжением, был расширен благодаря применению двойной изоляции на гибких поперечинах, в анкеровках проводов и других элементах контактной сети.
Многие контрольные операции осуществляются средствами технического диагностирования, которыми оснащены вагоны-лаборатории. Оперативность переключений секционных разъединителей контактной сети значительно возросла благодаря применению телеуправления. Увеличивается оснащённость дистанций электроснабжения специализированными механизмами и машинами для ремонта контактной сети (например, для рытья котлованов и установки опор).
Повышению надёжности контактной сети свособствуют использование разработанных в нашей стране методов плавки гололёда, в том числе без перерыва движения поездов, электрорепеллентной защиты, ветроустойчивой ромбовидной контактной подвески и другие. Для определения числа районов контактной сети и границ участков обслуживания пользуются понятиями эксплуатационной длины и развёрнутой длины электрифицированных путей, равной сумме длин всех анкерных участков контактной сети в заданных пределах. На отечественных железных дорогах развёрнутая длина электрифицированных путей является учётным показателем для районов контактной сети, дистанций электроснабжения, отделений дорог, министерства и более чем в 2,5 раза превышает эксплуатационную длину. Определение потребности в материалах на ремонтно-эксплуатационные нужды контактной сети производится по её развёрнутой длине.
См. также
Контактная сеть также используется для питания троллейбусов.
Как устроена и работает контактная сеть?
Опубликовано 26.07.2019 · Обновлено 03.11.2021
Электрификация пришла на наши железные дороги давно. Современные Российские железные дороги уже невозможно представить без электровозов, быстрых пассажирских, тяжелых и длинных грузовых поездов, которые водят эти локомотивы. Безусловно электрификация совершила подлинную революцию на железных дорогах всего мира. Оставим пока анализ всех технических и экономических плюсов электротяги, посмотрим на контактную сеть.
Контактная сеть представляет из себя целый набор устройств: опоры, контактный провод, консоли, поддерживающие устройства, несущий трос, струны. Много всякого, а как оно работает?
Вдоль железной дороги, как правило, с правой стороны, на определенном расстоянии друг от друга (порядка 50 метров), в специальный фундамент в насыпи устанавливаются опоры, они могут быть бетонными или металлическими. На опоры устанавливаются консоли с изоляторами, между консолью и опорой, на консоль подвешивается сверху несущий трос, под ним подвешен непосредственно сам контактный провод.
Подвеска контактного провода к несущему тросу осуществляется, так называемыми, струнами, один конец струны закрепляется на несущем тросу, а к нижнему концу струны специальными хомутами крепится и закрепляется винтами контактный провод. Сам контактный провод не идеально круглый, а имеет специальное сечение, оно позволяет хомутам надежно закрепить его, не мешая токоприемникам электровозов свободно двигаться по нижней его части.
Контактный провод
На станциях все практически также, только контактная сеть располагается на жестких поперечинах или на гибких поперечинах, а поперечины устанавливаются сверху опор, которые находятся на больших расстояниях друг от друга, и между ними проложено много путей, это позволяет не устанавливать опоры контактной сети на каждом пути станции.
С целью обеспечения возможности снятия напряжения на отдельных путях перегонов и станций при сохранении питания электроэнергией других путей, что может оказаться необходимым не только при возникновении аварийных ситуаций, но и для обеспечения плановых работ на контактной сети, выполняемых со снятием напряжения, контактная сеть делится на отдельные участки (секции), электрически непосредственно не связанные между собой, не только на перегонах, но и на станциях. Это называется – секционированием.
Тяговая подстанция
Контактная сеть питается от тяговых подстанций, расположенных на определенном расстоянии на участках, в зависимости от рода тока. Железные дороги электрифицированы на постоянном токе, напряжением 3000 Вольт и на переменном токе, напряжением 25000 Вольт.
На границах между линиями, электрифицированными по системам постоянного и переменного тока, устраивают станции стыкования. Контактная сеть на таких станциях делится на три района: в одном контактная сеть всегда находится под напряжением постоянного тока, а в другом – всегда под напряжением переменного тока, а в третьем, называемом районом переключения, напряжение на каждом пути может быть тем или другим в зависимости от того, какого рода тока электровоз направляется на этот путь или находится на нем.
В настоящее время при электрификации предпочтение отдается переменному току, при этой системе благодаря высокому напряжению тяговые подстанции можно располагать на большем расстоянии одна от другой (через 40-60, а иногда и 80 километров), чем при постоянном токе (через 15-25 километров), общую площадь сечения проводов контактной сети можно существенно уменьшить (обычно 140 мм2, при постоянном токе она составляет 700 мм2 и даже протягивается второй провод).
Неоспоримыми положительными качествами системы переменного тока являются высокие тяговые свойства электровозов и отсутствие интенсивной коррозии подземных искусственных сооружений. Можно существенно увеличивать вес составов, а отсюда возрастает пропускная способность железных дорог, да и материальные затраты при электрификации переменным током ниже. Вообщем экономика двигает вперед научно-технический прогресс. Но есть у контактной сети переменного тока и существенный недостаток – она оказывает сильное индуктивное влияние на другие проводники электрического тока, находящиеся в зоне действия ее электромагнитного поля – воздушные и кабельные линии связи, телеуправления, радиовещания, силовые и осветительные, кабели питания автоблокировки и др. Приходится удалять их на большое расстояние или калибровать.
Контролирует и в оперативном порядке управляет устройствами контактной сети на дороге – энергодиспетчер.
Контактная сеть
Контактная сеть — комплекс устройств для передачи электроэнергии от тяговых подстанций к ЭПС через токоприёмники. Контактная сеть является частью тяговой сети и для рельсового электрифицированного транспорта обычно служит её фазой (при переменном токе) или полюсом (при постоянный токе); другой фазой (или полюсом) служит рельсовая сеть.
Контактная сеть может быть выполнена с контактным рельсом или контактной подвеской. Ходовые рельсы впервые были использованы для передачи электроэнергии движущемуся экипажу в 1876 русским инженером Ф. А. Пироцким. Первая контактная подвеска появилась в 1881 в Германии.
Основным элементами контактной сети с контактной подвеской (часто наз. воздушной) являются провода контактной сети (контактный провод, несущий трос, усиливающий провод и пр.), опоры, поддерживающие устройства (консоли, гибкие поперечины и жёсткие поперечины) и изоляторы. Контактные сети с контактными подвесками классифицируют: по виду электрифицированного транспорта, для которого контактная сеть предназначена,— магистрального, в т. ч. высокоскоростного, ж.-д., трамвая и карьерного транспорта, рудничного подземного транспорта и др.; по роду тока и номинальном напряжению питающегося от контактной сети ЭПС; по размещению контактной подвески относительно оси рельсового пути—для центрального (магистральный железнодорожный транспорт) или бокового (промышленный транспорт) токосъёма; по типам контактной подвески — контактные сети с простой, цепной или специальной подвеской; по особенностям выполнения — контактные сети перегонов, станций, для искусств, сооружений.
В отличие от др. устройств электроснабжения контактная сеть не имеет резерва. Поэтому к надёжности контактной сети предъявляют повышенные требования, с учётом которых осуществляются проектирование, строительство и монтаж, техническое обслуживание контактной сети и ремонт контактной сети.
Выбор общей площади сечения проводов контактная сеть обычно осуществляется при проектировании системы тягового электроснабжения. Все остальные вопросы решаются с помощью теории контактная сеть— самостоятельной научной дисциплины, становлению которой во многом способствовали работы сов. учёного И. И. Власова. Основан вопросами проектирования контактная сеть являются: выбор числа и марок её проводов в соответствии с результатами расчётов системы тягового электроснабжения, а также тяговых расчётов, выбор типа контактной подвески в соответствии с макс, скоростями движения ЭПС и др. условиями токосъёма; определение длины пролёта (главным образом по условию обеспечения её ветроустойчивости); выбор типов опор и поддерживающих устройств для перегонов и станций; разработка конструкций контактная сеть в искусств, сооружениях; размещение опор и составление планов контактная сеть станций и перегонов с согласованием зигзагов проводов и с учётом выполнения воздушных стрелок и элементов секционирования контактной сети (изолирующих сопряжений анкерных участков, секционных изоляторов и разъединителей). При выборе методов строительства и монтажа контактная сеть в ходе электрификации железных дорог стремятся, чтобы они в возможно меньшей степени отражались на перевозочном процессе при безусловном обеспечении высокого качества работ.
Основным производств, предприятия по сооружению контактной сети— строительно-монтажные поезда и электромонтажные поезда. Организация и методы технического обслуживания и ремонта контактной сети выбираются из условий обеспечения заданного высокого уровня надёжности контактной сети при наименьших трудовых и материальных затратах, безопасности труда работников районов контактной сети, возможно меньшего влияния на организацию движения поездов. Производств, приятием по эксплуатации контактной сети является дистанция электроснабжения.
Основные размеры (см. рис.), характеризующие размещение контактной сети относительно других пост, устройств ж. д.,— высота Н подвешивания контактного провода над уровнем верха головки рельса; 
Основные элементы контактной сети и размеры, характеризующие её размещение относительно других постоянных устройств магистральных железных дорог: Пкс — провода контактной сети; О — опора контактной сети; И — изоляторы.
расстояние А от частей, находящихся под напряжением, до заземлённых частей сооружений и подвижного состава; расстояние Г от оси крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети на уровне головок рельсов.
Совершенствование конструкций контактной сети направлено на повышение её надёжности при снижении стоимости строительства и эксплуатации. Ж.-б. опоры контактной сети и фундаменты металлической опор выполняются с учётом электрокоррозионного воздействия на их арматуру блуждающих токов. Увеличение срока службы контактного провода достигается, как правило, применением на токоприёмниках угольных контактных вставок.
При техническом обслуживании контактной сети на отечественных ж. д. без снятия напряжения используют изолирующие съёмные вышки, монтажные автомотрисы. Перечень работ, выполняемых под напряжением, был расширен благодаря применению двойной изоляции на гибких поперечинах, в анкерах проводов и др. элементах контактной сети Многие контрольные операции осуществляются средствами ихнего диагностирования, которыми оснащены вагоны-лаборатории. Оперативность переключений секционных разъединителей контактной сети значительно возросла благодаря применению телеуправления. Увеличивается оснащённость дистанций электроснабжения специализированным механизмами и машинами для ремонта контактной сети (например, для рытья котлованов и установки опор).
Повышению надёжности контактных сетей способствуют использование разработанных в нашей стране методов плавки гололёда, в т. ч. без перерыва движения поездов, электрорепеллентной защиты, ветроустойчивой ромбовидной контактной подвески и др. Для определения числа районов контактных сетей и границ участков обслуживания пользуются понятиями эксплуатационной длины и развёрнутой длины электрифицированных путей, равной сумме длин всех анкерных участков контактных сетей в заданных пределах. На отечественных железных дорог развёрнутая длина электрифицированных путей является учётным показателем для районов К. е., дистанций электроснабжения, отделений дорог, и более чем в 2,5 раза превышает эксплуатационных длину. Определение потребности в материалах на ремонтно-эксплуатационные нужды контактных сетей производится по её развёрнутой длине.
Контактной сетью называется специальная линия электропередачи, служащая для подвода электрической энергии к электроподвижному составу. Специфической ее особенностью является то, что она должна обеспечивать токосъем движущимся электровозам. Второй специфической особенностью контактной сети является то, что она, не может иметь резерва. Это обуславливает повышенные требования к надежности ее работы.
Контактная сеть состоит из контактной подвески пути, опор контактной сети, поддерживающих и фиксирующих в пространстве проводов контактной сети устройств. В свою очередь, контактная подвеска образуется системой проводов – несущего троса и контактных проводов. Для системы тяги постоянного тока имеется, как правило, два контактных провода в подвеске и один для системы тяги переменного тока. На рис. 6 приведен общий вид контактной сети.
Тяговая подстанция снабжает электроэнергией электроподвижной состав через контактную сеть. В зависимости от соединения контактной сети с тяговыми подстанциями и между контактными подвесками других путей многопутного участка в границах отдельной межподстанционной зоны различают следующие схемы: а) раз дельную двустороннюю; 
Рис. 1. Общий вид контактной сети
б) узловую; в) параллельную. 
а) 
в)
Рис. 2. Основные схемы питания контактных подвесок путей а) – раздельная; б) – узловая; в) – параллельная. ППС- пункты параллельного соединения контактных подвесок различных путей; ПС – пост секционирования; ТП – тяговая подстанция
Раздельная двусторонняя схема – схема питания контактных подвесок, при которой энергия в контактную сеть поступает с двух сторон, (смежные тяговые подстанции работают параллельно на тяговую сеть), однако между собой контактные подвески электрически не соединяются в границах межподстанционной зоны. Область применения такой схемы – питание участков электрической железной дороги с непротяженными межподстанционными зонами и сравнительно равномерным электропотреблением по направлениям.
Узловая схема – схема, отличающаяся от предыдущей наличием электрической связи между подвесками путей. Такая связь осуществляется при помощи так называемых постов секционирования контактной сети. Техническое оснащение постов секционирования контактной сети позволяет в случае необходимости устранять не только поперечную связь между подвесками путей, но и продольную, разбивая контактную сеть в границах межподстанционной зоны на отдельные электрически не связанные между собой секции. Это существенно повышает надежность работы системы тягового электроснабжения. С другой стороны наличие узла в нормальных режимах позволяет более эффективно использовать контактные сети путей для передачи электрической энергии к электроподвижному составу, что дает существенную экономию энергии при неравномерном электропотреблении по направлениям. Следовательно, область применения такой подвески – участки электрической железной дороги с протяженными межподстанционными зонами и значительной неравномерностью электропотребления по направлениям.
Параллельная схема – схема, отличающаяся от узловой схемы большим числом электрических узлов между контактными подвесками путей. Применяется при еще большей неравномерности потребления электроэнергии по путям. Такая схема особенно эффективна при вождении тяжелых поездов.
Электроподвижной состав
Электроподвижной состав, электрический подвижной состав (ЭПС) — электровозы, электропоезда и электросекции, оборудованные тяговыми электродвигателями, получающими питание от контактной сети или собственных аккумуляторных батарей. Различают контактный (неавтономный) и аккумуляторный (автономный) ЭПС, а также смешанный контактно-аккумуляторный, дизель-аккумуляторный и дизель-контактный ЭПС.
Наиболее распространён контактный ЭПС, к тяговым электродвигателям которого на магистральных железных дорогах энергия подводится через токоприёмник от контактного провода, а на линиях метрополитена — от контактного рельса. В обоих случаях обратным проводом служат рельсы, с которыми силовые цепи ЭПС соединяются через колёсные пары. По роду тока тяговой сети различают ЭПС постоянного и переменного тока. На магистральных железных дорогах нашей страны эксплуатируется ЭПС постоянного тока напряжением 3 кВ и переменного тока напряжением 25 кВ частотой 50 Гц, а также двухсистемный; на метрополитенах — постоянного тока напряжением 750 В. За рубежом, кроме того, применяется ЭПС постоянного тока напряжением 1,5 кВ, переменного тока напряжением 15 кВ пониженной частоты — 16⅔ Гц, а также многосистемный.
Для обеспечения движения тяговые электродвигатели с помощью тягового привода приводят во вращение колёсные пары. На ЭПС установлено электрооборудование, обеспечивающее питание тяговых электродвигателей, регулирование частоты вращения для создания необходимой силы тяги и скорости движения. Всё это оборудование составляет группу тягового электропривода. Кроме того, на ЭПС расположены вспомогательные машины, предназначенные для обслуживания собственных нужд локомотива или моторных вагонов, преобразователи для питания систем освещения, устройств сигнализации и подзарядки аккумуляторных батарей, нагреватели электропечи и другое оборудование.
Управление ЭПС осуществляется машинистом из кабины электровоза или с поста управления электропоезда (электросекции). Для этого на ЭПС установлены электрические аппараты и устройства, с помощью которых производятся переключения в цепях тяговых электродвигателей, необходимые для пуска, регулирования скорости движения, изменения направления движения, электрического торможения. Многие процессы управления ЭПС автоматизированы. Функции управления в этих случаях частично выполняют устройства и аппараты, надёжность работы которых обеспечивает оборудование защиты. Автоматизированы также операции управления, связанные с выполнением графика движения.
При эксплуатации ЭПС на отечественных железных дорогах применяется управление по системе многих единиц. Для контроля за работой аппаратуры и оборудования электровозов и моторных вагонов, соединённых по этой системе, кабины машиниста оборудованы специальной сигнализацией; схемы управления каждой единицей ЭПС выполнены так, чтобы при их параллельной работе не допускалось взаимных помех; обеспечена необходимая защита аппаратуры и автоматическая блокировка отключателей неисправных электродвигателей. Многосистемный ЭПС предназначен для работы на железнодорожных линиях (направлениях), электрифицированных по разным системам тягового электроснабжения, и имеет соответствующее тяговое электрооборудование. Смежные системы разделяются по контактной сети только изолирующими сопряжениями анкерных участков с нейтральными вставками.
Некоторые серии многосистемного ЭПС рассчитаны на полную мощность только при питании переменным током и на пониженную — при питании постоянным током. На многосистемном ЭПС устанавливают как однотипные токоприёмники, рассчитанные на съём наибольших токов, так и токоприёмники различных типов для соответствующих систем тягового электроснабжения.
Для международного сообщения на ЭПС устанавливают до четырёх токоприёмников с различными параметрами (число и конфинурация полозов, материал контактных вставок), соответствующих нормам различных стран.
К электроподвижному составу также относятся трамваи, троллейбусы, подвижной состав монорельсовых систем.