ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ  УЗЛА  КРЕПЛЕНИЯ  КОНТАКТНЫХ  ПРОВОДОВ  ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ  ЖЕЛЕЗНЫХ  ДОРОГ  В  ПРОЦЕССЕ  ТОКОСЪЁМА

Дутов  Игорь  Григорьевич

аспирант  кафедры  «Электроснабжение  транспорта»,  Уральский  государственный  университет  путей  сообщения,  РФ,  г.  Екатеринбург

E -mail:  igrik.y.s@gmail.com

На  электрифицированных  участках  железных  дорог  постоянного  тока,  как  правило,  применяется  подвеска  с  двойным  контактным  проводом.  Данное  техническое  решение  обусловлено  необходимостью  увеличения  сечения  контактной  подвески  с  целью  передачи  повышенных  тяговых  токов  для  пропуска  как  пассажирских  скоростных,  так  и  грузовых  тяжеловесных  поездов.

На  рисунке  1  схематически  изображены  поддерживающие  устройства  опоры  контактной  сети,  фиксирующие  контактную  подвеску.

Рисунок  1.  Опора  контактной  сети  (1  —  стойка  опоры,  2  —  изоляторы,  3  —  консоль,  4  —  тяга  консоли,  5  —  основной  стержень  фиксатора,  6  —  дополнительные  фиксаторы,  7  —  несущий  трос,  8  —  контактные  провода)

Расстояние  между  контактными  проводами  составляет  0,04  м  [5],  следовательно,  они  являются  близко  расположенными  параллельными  проводниками,  по  которым  в  одном  направлении  протекает  ток  большой  величины.  В  этих  условиях,  как  известно  из  курса  физики,  в  проводниках  возникают  электродинамические  силы,  направленные  навстречу  друг  другу.  Это,  в  свою  очередь,  ведет  к  взаимному  притяжению  проводов.

Рассмотрим  более  подробно,  какие  процессы  протекают  в  фиксаторном  узле  в  этих  условиях.  Когда  на  участке  отсутствует  потребитель  электроэнергии,  и  тока  в  контактной  сети  нет,  физическая  система  фиксатор  —  контактный  провод  находится  в  состоянии  покоя.  При  появлении  же  на  участке  электроподвижного  состава  (ЭПС),  в  контактной  подвеске  начинает  протекать  ток,  появляются  силы,  воздействующие  на  контактные  провода.  Естественно,  при  появлении  новых  усилий,  система  пытается  найти  новое  положение  равновесия.  На  рисунке  2  показаны  силы,  действующие  на  фиксаторные  узлы  при  протекании  по  контактным  проводам  электротока.  Силы  P_лев.  и  P_прав.  —  электромагнитные  силы,  вызывающие  притяжение  контактных  проводов,  R_лев.  и  R_прав.  —  силы  реакции  левого  и  правого  фиксаторов,  F^рез_.лев.  и  F^рез_.прав.  —  результирующие  силы,  действующие  на  левый  и  правый  фиксаторы  соответственно.

Рисунок  2.  Силы,  воздействующие  на  фиксаторный  узел  при  протекании  тока  по  контактным  проводам

Как  видно,  тот  фиксатор,  который  удерживает  более  удаленный  от  оси  пути  контактный  провод,  будет  стремиться  поднять  его.  Фиксатор  же,  удерживающий  приближенный  к  оси  пути  провод  будет  стремиться  его  опустить.

В  таблице  1  приведены  результаты  расчётов  сил,  прилагаемых  к  фиксаторам  Р_ф  в  горизонтальной  плоскости  в  зависимости  от  величины  тягового  тока  [3].

Таблица  1.

Значение  силы  Р_ф  в  зависимости  от  величина  тягового  тока

Изменение  горизонтальных  составляющих  натяжения  фиксаторов  приводит  к  изменению  вертикальных,  что,  в  свою  очередь,  приводит  к  тому,  что  на  один  контактный  провод  будет  приходиться  большее  усилие  от  нажатия  токоприёмника,  а  на  другой  —  меньшее.  Разницу  можно  найти,  зная  угол  наклона  фиксатора  к  горизонтали.  При  нормативном  положении  фиксатора  (рис.  3)  длину  стержня  фиксатора  f  можно  принять  равной  1,2  м,  а  высоту  крепления  h  —  0,4  м.

Рисунок  3.  Положение  дополнительного  стержня  фиксатора

При  токе  2000А  изменение  реакции  фиксатора  на  нажатие  токоприемника  составит:

Следовательно,  при  нажатии  токоприемника  120  Н  на  ближний  к  опоре  контактный  провод  будет  приходиться  47,18  Н,  на  дальний  —  72,92  Н.  Это  вызовет  перераспределение  сопротивления  и  токов  контактных  пар  и  увеличение  их  износа  [7].

Для  оценки  достоверности  этого  предположения  был  выполнен  анализ  износа  контактных  проводов  на  участке  постоянного  тока  «Разъезд  200  км  —  Чашкино»  Березниковской  дистанции  электроснабжения  (ЭЧ-5)  Свердловской  железной  дороги  [2].

Сама  выборка  значений  остаточной  высоты  контактных  проводов,  полученная  при  измерениях,  занимает  довольно  большой  объём,  и  поэтому  в  данной  статье  не  приводится.  Для  исследования  были  взяты  только  результаты  замеров,  выполненных  под  фиксаторными  клеммами,  поскольку  описанная  выше  неравномерность  износа  контактных  проводов  должна  в  наибольшей  степени  проявляться  только  в  точках  фиксации.  Износ  проводов  в  других  жестких  точках  (под  зажимами  средней  анкеровки,  в  местах  крепления  электросоединителей  и  т.  д.)  в  рамках  данного  исследования  интереса  не  представляет  и  потому  не  рассматривался.  Анализ  проводился  в  соответствии  с  методиками,  изложенными  в  [1]  и  [4]  при  помощи  программного  комплекса  StatSoft  Statistica  6.

Несмотря  на  то,  что  рассматривался  исключительно  процесс  механического  износа,  анализ  показал,  что  некоторая  закономерность  в  картине  износа  контактных  проводов  всё-таки  прослеживается  и  подтверждает  выдвинутое  предположение.

Однако  не  следует  забывать,  что  все  процессы,  происходящие  в  фиксаторном  узле  и  описанные  выше,  возникают  только  в  том  случае,  когда  под  точкой  фиксации  электровоз  следует  в  режиме  тяги.  При  этом,  из-за  неравномерного  распределения  нажатия  токоприёмника  на  контактные  провода,  как  уже  было  сказано,  увеличивается  механический  износ  контактного  провода,  нажатие  на  который  увеличено.  Но  в  то  же  время,  между  тем  контактным  проводом,  нажатие  на  который  уменьшено,  и  токосъёмной  пластиной  появляется  риск  возникновения  электрической  дуги,  а  она,  в  свою  очередь,  повышает  интенсивность  электрического  износа  этого  провода.  Говорить  же  о  том,  какие  процессы,  электрические  или  механические,  оказывают  большее  воздействие  на  интенсивность  износа  контактных  проводов  достаточно  сложно  даже  в  конкретных  случаях.

Кроме  того,  положение  фиксатора  зависит  и  от  климатических  факторов.  Так,  при  увеличении  температуры  и  направлении  ветра  от  пути  к  опоре  (для  прямого  фиксатора)  разница  вертикальных  составляющих  будет  увеличиваться  [6].  Также  необходимо  отметить,  что  предлагаемая  методика  дает  оценку  влияния  тока  на  контактное  нажатие  снизу.  При  учёте  изгибной  жесткости  проводов  это  влияние  будет  сильнее.

Выводы:

В  моделях  взаимодействия  контактной  подвески  с  токоприемником,  используемых  для  оценки  износа  контактных  пар,  нужно  учитывать  влияние  тока  на  величину  нажатия.  При  этом  суммарное  усилие  на  фиксатор  зависит  от  величины  тока,  протекающего  в  контактных  проводах.  Так,  токи,  потребляемые  другими  электровозами  на  этой  же  подстанционной  зоне,  и  уравнительные  токи  между  подстанциями  увеличивают  результирующую  силу,  действующую  на  фиксаторы,  но  только  в  том  случае,  когда  их  величина  больше  встречной  составляющей  силы  тока  рассматриваемого  электровоза.  В  противном  случае  они  влияния  на  фиксаторный  узел  они  не  оказывают.  Кроме  того,  следует  учитывать  уклон  участка,  на  котором  расположена  опора  контактной  сети,  поскольку  с  увеличением  уклона  на  подъёме  растёт  ток,  потребляемый  ЭПС  и,  соответственно,  усугубляются  процессы  как  механического,  так  и  электрического  износа  проводов.

Для  того,  чтобы  износ  контактных  проводов  был  одинаковым,  необходимо,  чтобы  токоприёмник  воздействовал  на  них  с  равным  усилием.  Для  этого  при  регулировке  контактной  подвески  в  точках  фиксации  целесообразно  обеспечить  небольшую  разницу  в  высоте  подвеса  левого  и  правого  контактного  провода.  Её  значение  следует  определить  исходя  из  направленности  зигзага  контактной  подвески,  силы  нажатия  токоприёмника  и  среднего  значения  тягового  тока  для  участка.

В  заключение  следует  отметить,  что  в  данных,  использованных  для  выполнения  анализа  износа  контактных  проводов,  имелись  такие  точки,  в  которых  износ  КП  отсутствовал,  или  наоборот,  имел  слишком  большое  значение.  Это  говорит  о  значительном  влиянии  качества  регулировки  контактных  проводов  на  равномерность  их  износа.  К  слову,  по  этим  причинам  при  проведении  данного  анализа  из  выборки  было  исключено  порядка  17  %  значений.  Это  обстоятельство  лишний  раз  доказывает,  что  в  условиях  повышения  скоростей  движения  и  ужесточения  требований,  предъявляемых  к  надёжности  устройств  инфраструктуры,  большое  внимание  следует  уделять  как  высокой  точности  проектирования,  так  и  надлежащему  качеству  регулировки  контактной  сети.

Список  литературы:

1.Галкин  А.Г.,  Ефимов  А.В.,  Надёжность  и  диагностика  систем  электроснабжения  железных  дорог:  Учебник  для  вузов  ж/д  транспорта,  М.:  УМК  МПС  России  512  с.,  2000. 

2.Ефимов  А.В.,  Галкин  А.Г.,  Бунзя  А.В.  Разработка  и  испытание  устройства  удаления  гололеда  с  двойных  контактных  проводов  импульсно-резонансным  способом  //  Транспорт  Урала.  —  2007.  —  №  1.  —  С.  105—112.

3.Ефимов  А.В.,  Ефимов  Д.А.,  Дутов  И.Г.,  «Исследование  влияния  тягового  тока  на  работу  фиксаторов,»  Транспорт  Урала  №  3  (34),  стp.  77—80,  2012. 

4.Ефимов  А.В.,  Русакова  Е.А.,  «Математическая  модель  обобщенного  закона  распределения  результатов  измерений»,  Вестник  №  2  Российской  академии  транспорта,  стр.  149—152,  1999.

5.Контактная  сеть  и  воздушные  линии.  Нормативно-методическая  документация  по  эксплуатации  контактной  сети  и  высоковольтным  воздушным  линиям  —  СПРАВОЧНИК.  Департамент  электрификации  и  электроснабжения  Министерства  путей  сообщения  Российской  Федерации.  М.,  «ТРАНСИЗДАТ»,  2001  г.  —  512  с.

6.Марквардт  К.Г.  Контактная  сеть.  Учебник  для  ВУЗов  железнодорожного  транспорта.  М.:  Транспорт,  1994.  —  335  с.

7.Паранин  А.В.,  Ефимов  Д.А.  Расчет  распределения  тока  в  контактном  проводе  и  полозе  токоприемника  при  токосъеме  //  Транспорт  Урала.  —  2009.  —  №  4.  —  С.  81—84.