Высокоскоростной железнодорожный транспорт
Для снижения асимметрии загрузки питающей сети по фазам в ряде случаев применяется схема Скотта, основным достоинством которой считается снижение асимметрии. Однако практически этот эффект проявляется только в режиме равных нагрузок по плечам питания, что в реальных условиях почти не происходит. Изготовление силовых трансформаторов нестандартного исполнения установленной мощностью 60 MB-А приводит к таким увеличениям стоимости производства и
| Рис. 10.26. Схема поста секционирования, совмещенного с автотрансформаторным пунктом, высокоскоростной линии (Франция), электрифицированной по системе 2x25 кВ, 50 Гц: ATI, АТ2 — автотрансформаторы 50/25 кВ; IL1, IL2, IL3, IL4 — выключатели питающих линий; Т, Т2, ТЗ, Т4 — линейные разъединители; IP — выключатель перемычки; TSAI, TSA2 — трансформаторы собственных нужд |
| TtlQ> СР) |
n )—/l
-Q)Tt2
(Р)
_____ VI__________
| Рис. 10.27. Схема пункта параллельного соединения, совмещенного с автотрансформаторным пунктом, высокоскоростной линии 2x25 кВ, 50 Гц. Франция |
монтажа, которые сводят на нет указанное достоинство. Тем не менее, по разным причинам в Японии и Южной Корее продолжает применяться схема Скотта и ее модифицированный вариант — схема Вудбриджа. Следует отметить, что продолжаются разработки силовых трансформаторов с симметрирующим эффектом, например, в России по схеме профессора Р.Р. Мамошина. Но в любом варианте специальные схемы и конструкции силовых трансформаторов большой мощности для подстанций переменного тока имеют более высокую стоимость жизненного цикла по сравнению с типовыми однофазными трансформаторами.
|
|
|
Посты секционирования на высокоскоростных линиях системы 2x25 кВ, 50 Гц выполняются совмещенными с автотрансформаторными пунктами (рис. 10.26}.
Пост секционирования с нейтральной вставкой позволяет осуществлять консольное питание на межподстанционной зоне от различных фаз питающей энергосистемы, а также осуществлять параллельную работу соседних тяговых подстанций от одной фазы. Пункты параллельного соединения в системе 2x25 кВ, 50 Гц также совмещаются с автотрансформаторными пунктами, но в зоне его изолирующие сопряжения с нейтральной вставкой не используются (рис. 10.27}.
10.9. Контактная сеть
Контактная сеть является ответственным устройством высокоскоростной электрифицированной линии. Электрическая сеть должна обеспечивать устойчивую передачу электроэнергии и безыскровый токосъем, высокую безопасность и полностью исключать нарушение безопасности движения. Устройства контактной сети нере- зервируемы, поэтому при проектировании и сооружении для обеспечения надежности предусматриваются специальные провода и изоляторы, рациональные конструкции и схемы, высокопрочные и износостойкие материалы, принимаются повышенные коэффициенты запаса прочности.
|
|
|
Контактная сеть включает контактную подвеску, поддерживающие конструкции, опорные конструкции, коммутационные и защитные аппараты. На высокоскоростных линиях применяются компенсированные одинарные и двойные цепные контактные подвески с простыми и рессорными струнами.
Контактная подвеска обеспечивает наилучшие условия токосъема в том случае, когда токоприемник подвижного состава при движении по контактному проводу в пролете между точками его крепления к поддерживающим устройствам, сохраняет неизменное положение по высоте, а нажатие его на провод остается постоянным. Для выполнения этого режима взаимодействия токоприемника и контактной подвески необходимо:
— минимизировать стрелу провеса контактного провода и увеличивать массу подвески, связанную с контактным проводом;
— обеспечивать равноэластичную систему подвески контактных проводов, при которой во всех точках отжатие контактного провода токоприемником одинаково;
|
|
|
— стремиться к уменьшению количества сосредоточенных масс и жестких точек на контактном проводе;
— обеспечивать стабильное пространственное положение контактных проводов при ветровой нагрузке;
— согласовывать по динамическим параметрам контактную подвеску и токоприемник для обеспечения безыскрового токосъема и уменьшения износа элементов токоприемника и проводов контактной сети при высокой скорости их взаимодействия.
Основные конструктивные узлы и элементы контактной сети постоянного тока 3,0 кВ в зоне анкерной опоры компенсированной одинарной цепной подвески с рессорной струной показаны на рис. 10.28. Конструкции контактной сети однофазного переменного тока 2x25 кВ, 50 Гц высокоскоростных линий приведена на рис. 10.29,
Рис. 10.28. Общий вид высокоскоростной контактной сети КС-200 для линий постоянного токи 3,0 кВ российских железных дорог: 1 — контактный провод; 2 — несущий трос; 3 — усиливающий провод;
4 — рессорная струна; 5 — гибкая токопроводящая струна; 6 — провода продольной трехфазной линии 10 кВ, 50 Гц; 7 — изолированная консоль; 8 — стержневые изоляторы; 9 — сочлененный фиксатор; 10 — кронштейн; 11 — подвесной изолятор; 12 — металлическая опора; 13 — фундамент металлической опоры; 14 — оттяжки; 15 — анкеры; 16 —устройство автоматического натяжения контактных проводов (грузовой блочно-полиспастный компенсатор); 17 — устройство автоматического натяжения несущего троса; 18 — кронштейн и штыревые изоляторы линии продольного электроснабжения; 19 — волновод поездной радиосвязи; 20 — волоконно-оптический кабель связи (ВОЛС). Россия. 2005 г.
|
|
|
| б |
Рис. 10.29. Контактная сеть однофазного переменного тока 2x25 кВ, 50 Гц: а — двухпутный участок с несущими конструкциями с жесткой поперечиной; б — зона сопряжения анкерных участков. 2005 г.
10.30. Контактная подвеска на ВСМ в районе воздушной стрелки показана на рис. 10.31. На рис. 10.32, а приведена фотография металлической анкерной опоры рамного типа в зоне горловины станции двухпутной высокоскоростной линии Рим — Неаполь, электрифицированной по системе переменного тока 2x25 кВ, 50 Гц. Конструкция оконечной металлической опоры компенсированной контактной подвески с грузовыми компенсаторами барабанного типа показана на рис. 10.32, б.
Из приведенных на рисунках примеров конструктивного решения контактной сети для высокоскоростных железных дорог следует, что принципиальные исполнения контактной сети системы постоянного тока напряжением 3,0 кВ и однофазного переменного тока 2x25 кВ, 50 Гц совпадают. В то же время конструктивные модификации имеют существенные отличия. В табл. 10.4, для примера, приведены основные конструктивные параметры характерных контактных сетей однофазного переменного и постоянного тока. Данные таблицы позволяют отметить тенденции изменения параметров в зависимости от значения конструкционной скорости и системы эксплуатации.
Контактная подвеска переменного тока 25 кВ крепится к опорным конструкциям посредством изолированных консолей (рис.
| Высокоскоростной железнодорожный транспорт |
| б |
| Рис. 10.30. Контактная сеть: а — двухпутная ВСМ с максимальной скоростью движения 350 км/ч. Испания; б — ВСМ с максимальной скоростью движения 300 км/ч. Италия. 2010 г. |
Контактные провода в соответствии с ГОСТ 2584—75 изготавливаются различных марок: МФ — медный фасонный; МФО — медный фасонный овальный; НЛФ — низколегированный фасонный; Н71Ф0 — низколегированный фасонный овальный; Бр Ф — бронзовый фасонный, БрФО — бронзовый фасонный овальный. Профили контактных проводов показаны на рис. 10.34. Характеристики контактных проводов приведены в табл. 10.5.
| Рис. 10.31. Контактная подвеска на ВСМ с максимальной скоростью движения 300 км/ч в районе воздушной стрелки. Франция. 2000 г. |
В настоящее время все большее применение находят высокопрочные бронзовые провода. Их условно обозначают по следующей буквенно-цифровой системе, например, БрОлО,2Ф120 — бронзовый с присадкой 0,2% олова, фасонный сечением 120 мм2.
Легированные провода, обладая большей прочностью на разрыв и повышенной износостойкостью, имеют более высокое удельное электрическое сопротивление. Поэтому их применение в высокоскоростной электротяговой сети постоянного тока ограничено. Наоборот, для системы однофазного тока, где токовые нагрузки на порядок ниже, применение легированных проводов предпочтительно.
Гарантированный срок службы контактных проводов различен в зависимости от материала: для медных 5 лет, низколегированных 6 лет, бронзовых 10 лет. Этот срок службы зависит от количества проходов токоприемника (примерно 150 млн проходов).
Рис. 10.32. Устройство контактной сети системы 2x25 кВ, 50 Гц: а — итальянские BCM: 1 — анкеруемые контактный провод и несущий трос нечетного пути; 2 — то же четного пути; 3 — рабочие ветви контактной подвески нечетного и четного путей; 4 — изолированная консоль четного пути; 5 — изолированные консоли рабочей и анкеруемой ветвей контактной подвески, консоль для организации воздушной стрелки; 6 — устройство автоматического натяжения контактных проводов и несущих тросов (блочно-полиспастные грузовые компенсаторы); 7 — опорные конструкции рамного типа с жесткой поперечиной; 8 — питающий провод; 9 — обратный провод; 10 — трансформаторная подстанция нетяговых потребителей; 11 — надставки для крепления питающих проводов 2x25 кВ; 12 — питающие (фидерные) линии 2x25 кВ; б — испанские ВСМ — анкерная опора контактной подвески с грузовым компенсатором барабанного типа на тупиковом станционном приемо-отправочного пути. Испания. ВСМ Мадрид—Толедо. 2012 г.
Таблица 10.4
Сравнительные параметры контактных сетей высокоскоростных линий
| Характеризующие параметры | Система однофазного переменного тока | Система постоянного тока | |||
| Юго-Восточная линия TGV | Атлантическая линия TGV | Линия С.Петербург— Москва | |||
| Напряжение, кВ | 2x25 | 2x25 | 3,0 | ||
| Конструктивная скорость, км/ч | 280 | 300 | 200 | ||
| Напряжение проводов, кН | контактный провод | 15,0 | 20,0 | ||
| несущий трос | 14,0 | 14,0 | |||
| Материал проводов | контактный провод | Си 120 мм2 | Си 150 мм2 | 2хБрФ120 мм2 | |
| несущий трос | Bz 65 мм2 | Bz 65 мм2 | МБрФ120 мм2 | ||
| Провес контактного провода в пролете | 1/1000 | 1/1000 | |||
| Высота подвеса контактного провода на опоре, м | 4,95 | 5,08 | |||
| Тип подвески в опорной точке (простая, рессорная Y-типа) | Y-типа | простая | Y-типа | ||
| Конструктивная высота подвески, м | 1,4 | 1,4 | 1,8 | ||
| Струны | Bz12 мм2 | Bz 12 мм2 | |||
| Максимальная высота подъема фиксатора, мм | 240 | 400 | |||
| Максимальный пролет между опорами, м | 63,0 | 63,0 | 65 | ||
| Число устройств автоматического натяжения проводов | 2 | 2 | 2 | ||
| Эластичность (для длины пролета 63 м), мм/Н | в границах опоры | 0,4 | 0,21 | ||
| в середине пролета | 0,57 | 0,48 | |||
| Сечения контактной подвески в медном эквиваленте, мм2 | 156,9 | 186,3 | 360 | ||
| Масса контактной подвески на единицу длины, кг/м | 1,83 | 1,99 | |||
Рис. 10.33. Изолированная консоль: а — с распоркой фиксатора (1 — скоба; 2 — изолятор; 3 — тяга; 4 — кронштейн; 5 — основной фиксатор; 6 — распорка фиксатора; 7 — дополнительный фиксатор; 8 — стойка фиксатора; 9 — несущий трос; 10 — контактный провод); б — с поддерживающим тросом фиксатора (1 — изолятор; 2 — тяга; 3 — кронштейн; 4 — подкос; 5 — основной фиксатор; 6 — дополнительный фиксатор; 7, 8 — поддерживающие (ограничительные) тросы; 9 — несущий трос; 10 — контактный провод)
Таблица 10.5
Характеристики медных и низколегированных контактных проводов
| Марка | Площадь сечения, мм2 | Основные размеры, мм | Масса на единицу длины, кг/м | Удельная прочность на разрыв, Н/мм2 | Удельное электрическое сопротивление (пост.ток, 20 °C), Ом/км | ||||
| А | И | С | Медный | Низколе- гированый | Медные | Низколе- гированый | |||
| МФ, НЛФ | 85 | 11,76±0,22 | 10,8+0,1 | 1,3 | 0,755 | 405 | 470—500 | 0,208 | 0,218 |
| 100 | 12,81±0,25 | 11,8±0,11 | 1,8 | 0,890 | 405 | 470—500 | 0,176 | 0,185 | |
| 120 | 13,9±0,3 | 12,9±0,12 | 2,4 | 1,068 | 405 | 470—500 | 0,146 | 0,154 | |
| 150 | 15,5±0,32 | 14,5±0,13 | 3,2 | 1,335 | 405 | 470—500 | 0,117 | 0,123 | |
| МФО, НЛФО | 100 | 14,92±0,3 | 10,5±0,1 | 13 | 0,890 | 405 | 470—500 | 0,176 | 0,185 |
| 120 | 16,1±0,32 | 11,5+0,11 | 17 | 1,068 | 405 | 470—500 | 0,146 | 0,185 | |
| 150 | 18,86±0,35 | 12,50±0,12 | 27 | 1,395 | 405 | 470—500 | 0,117 | 0,185 | |
| Рис. 10.34. Профили контактных проводов: а — фасонный; б — фасонный овальный; в — с расположением канавки на бронзовом проводе; г — с расположением канавки на низколегированном проводе |
В качестве несущих проводов цепных подвесок применяют многопроволочные медные, биметаллические, бронзовые провода. В качестве усиливающих, питающих и отсасывающих проводов применяют многопроволочные алюминиевые и медные провода.
Рессорные тросы высокоскоростных подвесок выполняют из бронзового троса сечением 25 мм2 и выше. Струны, соединяющие несущий трос и контактные провода, могут изготавливаться звеньевыми из биметаллической проволоки диаметром 4 мм, гибкими из многожильного медного или бронзового провода сечением 10—16 мм2 или петлевыми. Применяются также в ряде случаев капроновые или лавсановые канаты диаметром 10—11 мм для рессорных струн и 3—6 мм для простых струн. На рис. 10.35 приведены некоторые типы гибких струн, применяемых для высокоскоростных контактных подвесок.
Изоляция токоведущих элементов от частей, находящихся под потенциалом земли, и отдельных элементов, находящихся под напряжением разных фаз, между собой служат тарельчатые и стержневые изоляторы. По назначению изоляторы могут быть подвесными (П), фиксаторными (Ф), секционирующими (С), консольными (К) и натяжными (Н).
Для изоляторов электротяговой сети применяется фарфор, стекло и полимеры. Основные электрические и механические параметры изоляторов приведены в табл. 10.6 и табл. 10.7 соответственно для фарфоровых и композитных (полимерных) материалов.
Фарфоровые изоляторы обладают высокой электрической прочностью, но механи-
| Рис. 10.35. Некоторые типы струн высокоскоростных контактных подвесок: а — обычная нетоковедущая струна; б — токоведущая струна; в, г — нерегулируемая токоведущая струна; д — регулируемая токоведущая струна для двух контактных проводов |
| Контактный |
| провод |
| д |
Таблица 10.6
Фарфоровые изоляторы для линий 25 кВ 50 Гц
| Тип изолятора | Применение | Параметры | |
| электрические | механические | ||
| Подвесной, стержневой | Контактная сеть Re 250...330 | Длина изолирующей поверхности 760 мм, 25 кВ | Разрушающая нагрузка 130 кН, рабочая нагрузка 27 кН |
| Консольный | Контактная сеть Re 250...330 | Длина изолирующей поверхности 760 мм, 25 кВ | Рабочий изгибающий момент 2,8 кН м |
Таблица 10.7
Полимерные изоляторы для линий переменного тока 25 кВ, 50 Гц и постоянного тока 3 кВ
| Тип изолятора | Применение | Параметры | |
| электрические | механические | ||
| Подвесной, стержневой | Контактная сеть | Длина изолирующей поверхности 1230 мм при напряжении 25 кВ | SML 135 кН |
| Консольный | То же | Длина изолирующей поверхности 1215 мм при напряжении 25 кВ | MDCL 1,9 кН STL 60 кН |
| Подвесной, стержневой | — | Длина изолирующей поверхности 320 мм при напряжении 3 кВ | SML 90 кН OML, 30 кН |
а
|
|
| б |
| Рис. 10.36. Сопряжение анкерных участков контактной сети: а — четырехпролетное сопряжение; б — пятипролетное сопряжение на двухпутном участке; в — изолирующее сопряжение: 1 — контактная подвеска основного пути; 2 — контактная подвеска отходящего пути; 3 — контактные подвески съезда; и D?— длины контактных подвесок съезда |
| 11 |/|| 1 1 1 , | . 1 3 |
| Jh |
|
|
| D, |
ческая прочность, особенно при работе на растяжение и изгиб, часто оказывается недостаточной. Поэтому, как правило, на высокоскоростных линиях применяют изоляторы нового поколения из полимерных материалов.
Сопряжения анкерных участков контактной сети высокоскоростных линий выполняются с целью обеспечения плавности перехода токоприемника с одной контактной подвески на другую в трех, четырех и пяти пролетах между смежными опорами (рис. 10.36).
В зонах сопряжения анкерных участков, питающихся от разных фаз, применяются изолирующие сопряжения с нейтральной вставкой (рис. 10.37).
Длина зоны нейтральной вставки определяется расстоянием между крайними токоприемниками обращающихся электропоездов (рис. 10.38).
| Рис. 10.37. Изолирующее сопряжение контактной сети с нейтральной вставкой переменного тока французских скоростных железных дорог (линия TGV-Nord): а — план; б — продольный профиль (расстояния указаны в метрах) |
Нейтральная зона
|
| Фаза 2 | |||
| Фаза 1 | ||||
| D>L | Секция перехода | о | Секция перехода | |
| Рис. 10.38. Условие для определения длины зоны нейтральной вставки |
10.10. Обеспечение надежного токосъема при высокоскоростном движении
Надежность токосъема определяется динамическими показателями качества взаимодействия токоприемников (рис. 10.39) и контактных подвесок. Свойства токоприемника определяются статической характеристикой, приведенной массой, коэффициентами сухого, вязкого трения, аэродинамической характеристикой. Статическая характеристика отражает зависимость активного Fj и пассивного F2 статических нажатий от положения полоза по высоте над уровнем опущенного токоприемника. Сила F1 представляет собой приведенное к поло-
| Рис. 10.39. Общий вид универсального токоприемника СХ для поездов TGV: 1 — изолятор; 2 — демпфер; 3 — верхняя штанга; 4 — полоз; 5 — контактные накладки; 6 — направляющий рог; 7 — подвеска; 8 — нижняя штанга; 9 — рама; 10 — пневматический привод; 11 — изолирующая трубка воздушной магистрали привода |
Взаимодействие контактного провода и токоприемника определяет надежность и качество передачи энергии и соответствующие этому ограничению показатели. Результат взаимодействия зависит от конструкции контактной подвески и токоприемников. В последнее время достигнуты значительные успехи в обеспечении качественного токосъема благодаря применению новых методов моделирования и результатов эксплуатационных измерений.
Для оценки свойств контакта необходимы объективные критерии:
— используемые при моделировании;
— применяемые при контроле состояния системы токосъема в условиях эксплуатации;
— воспроизводимые результаты.
Важнейшим критерием оценки взаимодействия является сила нажатия токоприемника на контактную подвеску. С помощью измерения силы нажатия могут и должны распознаваться дефектные места в контактной подвеске. Условиями надежной передачи электрической мощности при взаимодействии являются: наличие постоянного электрического и механического контакта без падения напряжения; незначительный износ контактного провода и контактирующих накладок; длительный срок службы при умеренных затратах на содержание; по возможности низкие капитальные затраты.
Теоретической основой взаимодействия являются положения теоретической механики о состоянии натянутой струны. Прикладное значение в данном случае имеет использование уравнения натянутой струны для определения силы нажатия токоприемника. Динамика взаимодействия позволяет оценивать отражение импульсных воздействий на контактную подвеску, оцениваемую коэффициентом отражения. Вместе с тем, важно оценить усиление импульсов механической нагрузки у токоприемника. С другой стороны, следует учитывать отражение импульсов.
Для получения результата оценки взаимодействия используются методы анализа уравнений состояния контактных подвесок при взаимодействии с токоприемниками. При моделировании преследуются определенные цели:
— прогнозирование сил нажатия токоприемника;
— формирование моделей частей контактной подвески и токоприемника;
— определение силы нажатия токоприемника в зависимости от места и времени;
— исследование новых конструкций контактной сети и токоприемника.
В процессе разработок контактных подвесок, отвечающих требованиям надежного и качественного токосъема, необходимо определить следующие параметры:
— систему конструктивного исполнения (выбор варианта сложной цепной подвески с рессорным тросом или без него, различные варианты струновых пролетов);
— марки и типы контактных проводов, струн, усилие натяжения проводов, износостойкость и электропроводимость материалов;
— динамические свойства фиксаторов;
— исполнение места возможных нарушений нормального прохождения токоприемников в цепных подвесках: пересечения контактных проводов, воздушные стрелки, секционные изоляторы, варьирование высоты контактных подвесок в продольном профиле.
Параметры, которые необходимо учитывать при разработке токоприемника (см. рис. 10.39):
— различное исполнение рычажных механизмов: однорычажные и двухрычажные;
— различное исполнение контактирующих элементов, отдельное подрессорива- ние, основание;
— различные амортизирующие и демпфирующие свойства;
— возможность одновременного контактирования с контактной сетью нескольких токоприемников в одном поезде;
— совпадение точности моделирования токоприемника с моделью контактной подвески.
При моделировании взаимодействия модель токоприемника выполняется на основе динамической системы с тремя приведенными массами (рис. 10.40).
Приведенная масса токоприемника представляет собой некоторую эквивалентную массу, которая при движении обладает та-
Рис. 10.40. Модель токоприемника с тремя приведенными массами: mj —масса полоза; т? — масса верхней штанги; т3 — масса нижней штанги; Cj, С2 — жесткость отдельных звеньев; dp d2, d3 — демпфирование; F„ — сила трения
кой же кинетической энергией, как и весь механизм токоприемника. Точка приведения расположена в плоскости контакта вставки токоприемника и контактного провода. Приведенная масса токоприемника определяется расчетным путем при его проектировании и экспериментально для готового изделия с использованием расчетных схем.
При подрессоривании полозов приведенная масса токоприемника зависит от свойств упругости полоза и кареток:
где т2 — приведенная масса подвижных рам; и?! — масса полоза и других элементов верхнего узла; (Oj — вынужденная частота колебаний полоза при движении токоприемника вдоль контактной подвески,
здесь — суммарная жесткость кареток.
Качественная передача энергии при движении поезда на высокой скорости достигается благодаря согласованному конструированию контактной подвески и токоприемника по условиям их совместной работы. Рассмотрим это на примере ВСМ Германии.
Испытания контактной подвески типа Re250 и токоприемника SBS65 германских железных дорог с двумя отдельными подрессоренными полозами на верхней раме показали, что токоприемник со статическим нажатием 70 Н вследствие динамического воздействия, включая аэродинамическую составляющую силы, создавал при скорости 250 км/ч среднее нажатие 190 Н и максимальное 300 Н. Стандартное отклонение контактного нажатия при этом достигало 26 Н.
Токоприемник SBS65 [рис. 10.41, о), как оказалось в результате исследований, непригоден для работы со скоростями выше 200 км/ч, что объясняется не только его плохими аэродинамическими характеристиками, но и большой приведенной массой и недостаточно эффективным подрес- сориванием полозов с резиновыми элементами. Установлено, что для обеспечения требуемого срока службы контактных проводов и контактирующих элементов токоприемника при высоких скоростях необходима новая конструкция токоприемника, которая при соответствующей контактной подвеске и скорости 300 км/ч не должна иметь среднего значения силы нажатия более 120 Н и стандартного отклонения от среднего значения более 20 %. Для предотвращения искрения оба полоза должны иметь одинаковую динамическую нагрузку. Необходимо также, насколько возможно, снизить суммарную массу токоприемника.
| Рис. 10.41. Скоростные характеристики токоприемников: а — контактное нажатие токоприемников типов SBS65 (кривые 1) и DSA350S (кривые 2); б — стандартное отклонение нажатия токоприемников SBS65, DSA350 и DSA350S |
Дополнительные исследования показали, что возможно дальнейшее улучшение динамических свойств токоприемников. На рис. 10.41, б приведены характеристики стандартного отклонения силы нажатия для различных токоприемников германских железных дорог. Как видно, для улучшенного токоприемника DSA350S отклонение с при скорости v < 250 км/ч уменьшено до 10— 14 Н. Данный токоприемник с контактной подвеской Re250 при v < 350 км/ч обеспечивает высокие показатели:
^стат = 95 H,Fmax=176H,Fmin = 78H,
F = 128 Н, ст = 18,2 Н.
ср
При локомотивном варианте формирования поездов высокоскоростное движение реализуется с одним поднятым токоприемником. В опытной поездке в мае 1988 г. поезда ICE (скорость 406,7 км/ч) при двух локомотивах был поднят только один токоприемник. Тяговые единицы в голове и хвосте поезда были соединены высоковольтной магистралью.
Связь обеих тяговых единиц через такую магистраль напряжением 15 кВ не является единственно возможной. На практике можно применить два токоприемника, например, при контактной подвеске Re250, располагаемые в составе на расстоянии 200—400 м (рис. 10.42). Из временной зависимости отжатия контактного провода следует, что второй токоприемник всегда находится в зоне колеблющейся контактной подвески и поэтому подвергается более интенсивной нагрузке. Это видно из характеристик, приведенных на рис. 10.42, в, по изменению сил нажатия позади идущего и впереди идущего токоприемников.
Как следует из данных исследований, при равной статической силе нажатия максимальные силы впереди и позади идущего токоприемника различаются значительно: соответственно 162 и 215 Н, а минимальная сила — 70 и 15 Н. При скорости движения выше 250 км/ч для позади идущего токоприемника стандартное отклонение превышает 24 Н. Для сохранения качества токосъема без возникновения электрической дуги при v> 250 км/ч необходимо статическую силу нажатия увеличивать, что вызовет дальнейшее повышение максимального нажатия и стандартного отклонения. Эти условия не позволяют при скорости выше 280 км/ч работать с двумя токоприемниками под контактной подвеской Re250.
Отжатие контактного провода в опорных точках не должно превышать установленного значения по условию безопасности прохода фиксаторного узла. Например, для германских железных дорог эта величина находится в пределах от 100 до 120 мм. При езде с двумя токоприемниками отжатие контактного провода зависит от расстояния между ними (рис. 10.43).
Конструкция контактной подвески и ее динамические свойства приводят к ограничению максимальной скорости движения с двумя токоприемниками. Это ограничение существенно зависит от расстояния между токоприемниками /т. Специальные
| ^стат^ОН |
| = 80 Н |
| F = 124 Н ф |
| Г|ср = 124 Н о = 15,0 Н |
| Рис. 10.42. Силы нажатия токоприемников и их стандартные отклонения при движении со скоростью 275 км/ч с двумя токоприемниками DSA350S под контактной подвеской Re250: а — позади идущий токоприемник; б — впереди идущий токоприемник; в — стандартное отклонение силы нажатия в контакте для обоих токоприемников |
| 10 вагонов |
| Электровоз 1 |
| Электровоз 2 |
Рис. 10.43. Временная зависимость отклонения контактного провода Ah при движении поезда со скоростью 270 км/ч с двумя токоприемниками: а — схема поезда с двумя токоприемниками, /т — расстояние между токоприемниками;
б — зависимость Ah = f(t)
скоростные контактные подвески, например, контактная подвеска ИеЗЗО германских железных дорог, обеспечивает движение с двумя токоприемниками до скорости 200 км/ч при /т = 34 м, а при /т = 240 м позволяют работать со скоростью до 350 км/ч.
Срок службы контактных проводов и контактных вставок зависит от следующих факторов:
— контактных сил между контактной вставкой и контактным проводом;
— материала, из которого изготовлены контактная вставка и контактный провод;
— частоты размещения и размеров контактных вставок;
— значения тока, протекающего через контакт;
— скорости движения поезда;
— влияния окружающей среды.
Последние три фактора непосредственно зависят от линии электроснабжения. Остальные — зависят от конструктивного исполнения и материалов элементов, образующих контакт. В качестве материала контактных проводов используется электролитическая (Е-Си) и легированная медь. Согласно европейским нормам (prEN50149), могут применяться следующие виды легированной меди: CuAg, CuSn, CuCd и CuMg (легирование серебром, оловом, кадмием и магнием), а также легирование несколькими компонентами CuCrZr и CuCrZrMg (хромом, цирконием и хромом, цирконием, магнием).
Еще в конце 30-х годов XX в. в Германии испытывался стальной провод в медной оболочке. В современных условиях сталемедный контактный провод встречается на японских железных дорогах. Медь при электрическом контакте образует под воздействием окружающей среды защитную пленку окиси СиО2 толщиной 5—20 мкм. Графит контактной вставки не разрушает эту пленку, она является токопроводящей и прочной.
Из перечисленных материалов контактных проводов, особенно для высокоскоростных дорог и мощного подвижного электрического состава, в наибольшей степени удовлетворяют поставленным требованиям чистая электролитическая медь (Е-Си), а также легированная медь CuAg и CuMg. Медь, легированная кадмием, не может рассматриваться из-за несовместимости с окружающей средой, a CuSn не имеет существенных преимуществ по сравнению с CuMg.
В последние годы фирмой AEG проводятся испытания различных материалов для контактных проводов на специализированном стенде в виде диска диаметром 2,0 м с закрепленным на нем проводом. Диск вращается с частотой около 1500 об/мин, что соответствует линейной скорости движения провода относительно контактирующей вставки примерно 500 км/ч. На стенде могут задаваться сила нажатия в пределах от 0 до 300 Н и переменный ток от 0 до 1000 А. С увеличением тока до определенного значения при прочих одинаковых условиях износ провода снижается вследствие смазывающего эффекта, который возникает при образовании графитовой пленки. При токе 100—150 А минимальный износ достигается при скорости движения около 200 км/ч. С повышением значения тока возрастает электрическая компонента износа, и общий износ провода увеличивается. Механическая компонента его преобладает и существенно возрастает с увеличением силы нажатия. Это подтверждает важность ограничения и поддержания постоянства силы нажатия в процессе эксплуатации контактной подвески.
Для увеличения срока службы контактного провода целесообразно использовать CuMg 0,5, износ которого при скорости движения 250 км/ч в два раза меньше, чем провода из CuAg 01.
Увеличение скорости движения вызывает вначале рост износа контактного провода при постоянных силе нажатия и токе. Максимум износа проявляется при скорости 150 км/ч, а затем он значительно снижается. Это благоприятное обстоятельство следует учитывать при проектировании контактной сети ВСМ.
В качестве материала контактных вставок токоприемника используют сталь, легированную медь, а также графит и металлизированный уголь. Эти материалы по раз-
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 485; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!