Контактная сеть предназначена для подачи электрической энергии от тяговых подстанций к электроподвижному составу и представляет собой совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприемникам электроподвижного состава. Она устроена таким образом, что обеспечивает бесперебойное снятие тока локомотивами при наибольших скоростях движения в любых атмосферных условиях.
Контактную сеть выполняют в виде воздушных подвесок. При движении локомотива токоприемник не должен отрываться от контактного провода, иначе нарушается токосъем и возможен пережог провода. Надежная работа контактной сети в значительной мере зависит от стрел провеса провода и нажатия токоприемника на провод.
Рис. 90. Цепная подвеска:
1 — опора; 2 — тяга; 3 — консоль; 4 — изолятор, 5 — несущий трос; 6 — контактный провод; 7 — струна; 8 — фиксатор; 9—изолятор
На железных дорогах поезда движутся с большими скоростями, поэтому провесы контактного провода должны быть минимальными. С этой целью применяют так называемые цепные подвески. В цепных подвесках (рис.90) контактный провод в пролетах между опорами подвешен не свободно, а на часто расположенных струнах, прикрепленных к несущему тросу. Благодаря этому требуется меньше опор, расстояние между ними достигает 70—75 м. Для уменьшения стрел провеса при сезонном изменении температуры оба конца контактного провода (иногда и несущего троса) оттягивают к опорам, которые называют анкерными, и через систему блоков и изоляторов к ним подвешивают грузовые компенсаторы. Наибольшая длина участков между анкернйми опорами устанавливается с учетом допустимого натяжения изношенного контактного провода и на прямых участках пути достигает 800 м.
Высота подвески контактного провода над уровнем верха головки рельса должна быть не ниже 6250 мм на станциях и 5750мм — на перегонах и в обоих случаях не выше 6800 мм. В горизонтальной плоскости контактный провод закреплен фиксаторами так, что относительно оси пути он подвешен зигзагообразно с отклонением у каждой опоры на ± 300 мм. Благодаря этому контактный провод достаточно устойчив против ветра и не перетирает контактные пластины токоприемников.
Рис 91. Профиль контактного провода МФ
Наиболее распространены медные фасонные (МФ) контактные провода из твердотянутой электролитической меди сечением 85, 100 и 150 мм2 (рис. 91). Их заменяют через 6—7 лет и более. Износ контактных проводов снижает сухая графитовая смазка полозов токоприемников, применение угольных полозов и износоустойчивых меднокадмие-вых и медномагниевых контактных проводов.
Несущие тросы биметаллические сечением до 95 мм2 и медные сечением до 120 мм2. С помощью изоляторов их подвешивают к консолям, укрепленным на опорах, или к жестким и гибким поперечинам, перекрывающим железнодорожные пути. Струны из сталемедной проволр-ки выполнены так, что они не мешают подъему контактного провода токоприемниками. Фиксаторы делают легкими и подвижными, чтобы при прохождении токоприемника не возникали удары.
Опоры применяют металлические (высотой до 15 м и более) и железобетонные (длиной до 13,6 м). Расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети на перегонах и станциях должно быть не менее 3100 мм. На существующих электрифицированных линиях, а также в особо трудных условиях на вновь электрифицированных линиях расстояние от оси пути до внутреннего края опор допускается не менее 2450 мм на станциях и 2750 мм на перегонах.
На крупных станциях контактные провода подвешены только на путях, предназначенных для приема и отправления поездов на перегоны с электротягой, а также на путях электровозных и моторвагонных депо. На промежуточных станциях, где маневры выполняются электровозами, контактной сетью оборудованы все пути. Над стрелочными переводами контактная сеть имеет воздушные стрелки, образуемые пересечением двух контактных подвесок.
Для надежной работы и удобства обслуживания контактную сеть делят на отдельные участки (секции) с помощью воздушных промежутков и нейтральных вставок (изолирующих сопряжений), а также секционных и врезных изоляторов. При проходе токоприемника электроподвижного состава по воздушному промежутку он кратковременно электрически соединяет обе секции контактной сети. Если по условиям питания секций это недопустимо, то их разделяют нейтральной вставкой, состоящей из нескольких последовательно включенных воздушных промежутков. Применение таких вставок обязательно на участках переменного тока, когда смежные секции питаются от разных фаз трехфазного тока. Длина нейтральной вставки устанавливается с таким расчетом, чтобы при любых комбинациях поднятых токоприемников подвижного состава полностью исключалось одновременное замыкание контактных проводов нейтральной вставки с проводами прилегающих к ней секций контактной сети. В отдельные секций выделяют перегоны и промежуточные станции, а на крупных станциях — отдельные группы электрифицированных путей. Соединяют или разъединяют секции секционными разъединителями, установленными на опорах контактной сети. Между соседними тяговыми подстанциями размещают посты секционирования, оборудованные автоматами или масляными выключателями для защиты контактной сети от коротких замыканий.
Для безопасности обслуживающего персонала и других лиц, а также для улучшения защиты от токов короткого замыкания заземляют или оборудуют устройствами защитного отключения металлические опоры и элементы, к которым подвешена контактная сеть, а также все металлические конструкции, расположенные ближе 5 м от частей контактной сети, находящихся под напряжением.
Для снабжения электроэнергией линейных железнодорожных и районных потребителей на опорах контактной сети дорог постоянного тока подвешивают специальную трехфазную линию электропередачи напряжением 10 кВ. Кроме того, в необходимых случаях на этих опорах размещают провода телеуправления тяговыми подстанциями и постами секционирования, низковольтных осветительных и силовых линий и др.
На электрифицированных дорогах рельсы используют для пропуска тяговых токов, поэтому верхнее строение пути на таких дорогах имеет следующие особенности:
а) для уменьшения электрического сопротивления рельсовых стыков с наружной стороны колеи к головкам рельсов прикреплены (приварены) стыковые соединители из медного троса;
б) применяют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами. Зазор между подошвой рельса и балластом делают не менее 3 см;
в) деревянные шпалы пропитывают креозотом, а железобетонные надежно изолируют от рельсов резиновыми прокладками;
г) рельсовые нити через определенные расстояния электрически соединяют между собой, что позволяет уменьшить сопротивление току;
д) линии, оборудованные автоблокировкой и электрической централизацией, имеют изолирующие стыки, с помощью которых образованы отдельные электрические рельсовые цепи этих систем. Чтобы пропустить тяговые токи в обход изолирующих стыков, устанавливают дроссель-трансформаторы или частотные фильтры.
Питающие и отсасывающие линии (сети) выполняют воздушными или кабельными. Для предохранения подземных металлических сооружений от повреждения блуждающими токами уменьшают сопротивление рельсовых цепей, улучшают их изоляцию от земли, а также устраивают специальную защиту.