Сила тока в метро на рельсах

Сила тока в метро на рельсах

Конта́ктный рельс — жёсткий контактный провод или третий рельс, предназначенный для осуществления скользящего контакта с токоприёмником подвижного состава (электровоза, моторного вагона) изобретенный американским инженером Гранвиллом Вудсом.

Изготавливается из мягкой стали, форма и поперечные размеры схожи с формой и размерами обычных рельсов. Рельс крепится при помощи изоляторов к кронштейнам, которые в свою очередь монтируются на шпалы ходовых рельсов.

Содержание

Применение [ править | править код ]

Главное преимущество контактного рельса — надёжный токосъем при контакте с токоприёмниками моторных вагонов или электровозов, расположенными на ходовых частях колёсных тележек. Также исключаются колебание токоприёмников и отрыв их от контактного рельса, а следовательно, нарушение контакта и разрыв цепи тока, искрение и дугообразование, разрушающие контактные поверхности.

Основная область применения контактных рельсов — подземный железнодорожный транспорт, в частности, обеспечение движения поездов метрополитена. Реже данное технологическое решение применяется на открытых линиях при относительно невысоком напряжении (не более 3000 В).

Также контактный рельс применяется для обеспечения энергией подъёмного оборудования (например подъёмных кранов) и складских транспортных устройств, подвесных дорог, электроталей, станков, осветительных устройств и других подобных технических средств.

Различают два типа контактных рельсов:

  • боковой контактный рельс — закрыт сверху и с боков изоляционным коробом, а электропитание снимается проходящим снизу контактным башмаком (нижний токосъём).
  • нижний контактный рельс — изоляция отсутствует.

В зависимости от того, как расположена контактная поверхность, имеют место: нижний токосъём — контактная поверхность снизу; верхний токосъём — контактная поверхность сверху; боковой токосъём — контактный рельс повёрнут на 90 градусов, в результате чего контактная поверхность находится сбоку.

Достоинства [ править | править код ]

  • Использование контактного рельса в метрополитене вместо контактного провода позволяет уменьшить габариты тоннелей.
  • Контактный рельс обладает высокой надёжностью и долговечностью.
  • Прост в ремонте и обслуживании.
  • Низкое сопротивление постоянному току. Стандартные сечения контактного рельса — 5800 и 6600 мм 2 [1] , что примерно в 50-80 раз больше, чем у контактного провода (85, 100 и 120 мм 2 [2] ), поэтому сопротивление контактного рельса значительно ниже, чем контактного провода, даже несмотря на то, что удельное сопротивление стали в 6—8 раз выше, чем у меди (сопротивление проводника обратно пропорционально площади сечения).

Недостатки [ править | править код ]

(при применении на наземном транспорте)

  • Низкая электробезопасность.
  • Незащищённость от снежных заносов.
  • Скорость подвижного состава ограничена примерно 120 км/ч.
  • Высокое сопротивление переменному току. Сталь является ферромагнетиком, поэтому скин-эффект в ней выражен гораздо сильнее, чем в неферромагнитных металлах, например в меди глубина скин-слоя 9 мм, а в стали — всего 0,74 мм. Поэтому почти весь ток течет в поверхностном слое, общее сечение которого около 400 мм 2 , что эквивалентно медному проводу сечением

50 мм 2 — это меньше стандартного сечения контактного провода.

Контактные рельсы трамваев [ править | править код ]

Контактные рельсы применяются и в трамваях. Зачастую в таких трамваях применяется комбинированный тип электроснабжения — от контактного рельса и воздушной контактной сети, к примеру в городских трамваях Анже, Бордо, Рио-де-Жанейро.

Контактный рельс в метрополитенах постсоветского пространства [ править | править код ]

Материал, профиль, длина [ править | править код ]

Ввиду того, что контактный рельс является проводником электрического тока, его омическое сопротивление должно быть мало, поэтому при изготовлении контактного рельса используют низкоуглеродистую сталь, так как примесь углерода увеличивает электрическое сопротивление.

Нормальная длина контактного рельса составляет 12,5 м. На прямых и кривых участках радиусом 300 м и более в тоннелях контактные рельсы сваривают в плети длиной 100 м, на наземных участках длина плетей составляет 37,5 м, а на парковых путях и кривых радиусом менее 300 м — 12,5 м.

Подвеска контактного рельса [ править | править код ]

Установку контактного рельса осуществляют при помощи металлических опор-кронштейнов головкой вниз. Кронштейны в свою очередь крепятся к шпалам. При такой подвеске контактный башмак, установленный на тележке вагона и подтягиваемый пружинами вверх, скользит по головке рельса — нижний токосъем.

Кронштейны устанавливаются на определённом расстоянии друг от друга — обычно 4,5—5,4 м. В местах температурных стыков расстояние между кронштейнами уменьшается. По форме кронштейн представляет собой изогнутую деталь швеллерного профиля. В верхней части детали имеется отверстие и приварена так называемая «коробочка», а нижняя часть (так называемый «хвост») крепится к шпалам. Высота кронштейна, которая и определяет высоту контактного рельса, зависит от типа путевых рельсов.

Крепёжный узел, расположенный в верхней части кронштейна, обладает достаточной прочностью и обеспечивает надёжную изоляцию контактного рельса от кронштейна при помощи фарфоровых изоляторов и полиэтиленовых прокладок.

Стыки [ править | править код ]

Существуют два типа соединения контактных рельсов друг с другом:

  • сварные стыки
  • температурные стыки

Сварные стыки получают при помощи сварки рельсов контактно-сварочной машиной. После сварки стыки обрабатывают в соответствии с профилем поперечного сечения контактного рельса.

Температурные стыки получают путём соединения концов рельсов накладками, которые стягивают болтами. На тоннельных участках пути температурные стыки делают примерно через каждые 100 м (в стыках сварных плетей), на наземных участках — через 37,5 м (также в стыках сварных плетей), а на парковых путях — примерно через 37,5 м (не реже, чем через два стыка путевых рельсов). Зазор в температурных стыках зависит от длины плетей и температуры. Основным требованием к такому типу стыков является возможность относительно свободного перемещения концов рельсов в стыке при изменении температуры. Данное требование достигается за счёт наличия в рельсах и накладках овальных отверстий, а также за счёт малой затяжки болтов на одном из стыкуемых рельсов.

Для того, чтобы увеличить электропроводимость стыка, сверху приваривают четыре электросоединителя. Их конструкция не отличается от привариваемых электросоединителей стыков путевых рельсов.

Читайте также:  Hf 1251 yf 19 ремонт

Концевые отводы [ править | править код ]

Концевые отводы предназначены для плавного захода контактного башмака под контактный рельс и плавного схода с него в местах разрыва. Рабочая поверхность концевого отвода на некотором расстоянии от стыка сохраняет свою высоту относительно головок путевых рельсов, а затем постепенно повышается до конца отвода с определённым уклоном.

Подвеска концевых отводов осуществляется при помощи кронштейнов, которыми подвешивается контактный рельс. Отводы присоединяются к контактному рельсу при помощи обычных стыков без зазоров.

Разрывы в контактном рельсе [ править | править код ]

Разрывы устраивают в следующих случаях:

  • для разделения на изолированные секции; в этом случае разрыв должен быть больше, чем расстояние между токоприёмниками одного вагона
  • в местах расположения стрелок; чтобы избежать перерыва в электропитании, в месте расположения стрелки ставят отрезок контактного рельса с другой стороны пути
  • на переездах (на наземных линиях)

Защитный короб [ править | править код ]

Из-за того, что контактный рельс представляет повышенную опасность для человека при прикосновении к нему, так как он находится под высоким напряжением, для обеспечения безопасности людей применяют специальные защитные короба. Короба устанавливаются на контактный рельс по всей его длине и закрывают его сверху и с боков, а в местах переходов через контактный рельс (например, сходные мостики в торцах станций) поверх короба устанавливаются диэлектрические резиновые полосы или коврики.

Проведение ремонтных работ на контактном рельсе или в непосредственной близости от него возможно и разрешено инструкциями только при снятом с него напряжении и включении короткозамыкателей или установке закоротки, которые предохранят людей от поражения электрическим током при случайной подаче напряжения на контактный рельс.

Из чего же складываются эти 825 В?
Номинальное напряжение на токоприемниках поезда должно быть 750 В, а средняя величина падения напряжения в элементах тяговой сети (кабели, контактный рельс, ходовые рельсы) принимается за 10 процентов, то есть равна 75 В.

Артерии метрополитена

Если бы мы к каждой главе давали подзаголовки, то тут написали бы: электроэнергия — жизненная сила метрополитена. При этом не было бы никакого преувеличения, поскольку метрополитен, его механизмы и устройства полностью электрифицированы. Все, начиная от миниатюрных электронных приборов до мощных электродвигателей поездов, эскалаторов, вентиляции и водоотливных насосов, нуждается в электроэнергии. Как бы ни совершенна была техника, без надежного питания электроэнергией она бессильна.

Пожалуй, в этом смысле устройства электроснабжения подобны кровеносным артериям, питающим метрополитен.

Уже на подходе к вестибюлю метро пассажир видит светящуюся красную букву М. Он входит в вестибюль и пользуется разменным автоматом. Спускается по лестнице, ступени которой в зимнее время подогреваются электронагревательными элементами, проходит через автоматический контрольный пункт, следящий с помощью различных реле за правильностью оплаты проезда, спускается по эскалатору, приводимому в движение электродвигателем.

И вот пассажир в ожидании поезда стоит на платформе. Вокруг светло, чисто, свежий воздух в любое время года, тепло и прохлада, создаваемые микроклиматом.

Электропоезд за минимальное время домчит пассажира до нужной ему станции, и он, вновь воспользовавшись эскалатором, поднимется на поверхность, кстати, его выход на улицу так же зафиксирует пропускной автомат…

И чтобы все это действовало — разменивало, опускало, везло, поднимало, пропускало,— требуется электроэнергия.

Мы напомнили только о тех устройствах и механизмах, которые, если так можно выразиться, зримо сопровождают пассажира, а сколько для него остается невидимым и просто неизвестным: приборы сигнализации, централизации блокировки, устройства автотелеуправления движением электропоездами, санитарно-техническая аппаратура и т. д. А большой комплекс механизмов для ремонта пути, сооружений. Длинный перечень того, где необходима электроэнергия в метро, можно было бы продолжать долго.

Все так называемые потребители электроэнергии составляют восемь основных групп.

1. Электропоезда. Самый крупный потребитель, почти 3/4 всей энергии идет на тягу поездов.

2. Освещение станций, тоннелей, наземных линий и служебных помещений.

3. Эскалаторное хозяйство.

4. Санитарно-технические устройства.

5. Устройства сигнализации, централизации, блокировки и связи.

6. Электродепо, заводы, мастерские, лаборатории.

7. Электрифицированный инструмент и механизмы для производства работ на станциях и в тоннеле.

8. Собственные нужды подстанций (отопление, освещение, вентиляция, агрегаты для зарядки аккумуляторных батарей).

Каждая из этих групп имеет свой «характер», предъявляет свои условия и требования к системе энергоснабжения.

Для питания электропоездов необходим постоянный (выпрямленный) ток напряжением 825 В. Система постоянного тока определяется теми положительными качествами, которыми обладают тяговые двигатели вагонов.

Из чего же складываются эти 825 В?

Номинальное напряжение на токоприемниках поезда должно быть 750 В, а средняя величина падения напряжения в элементах тяговой сети (кабели, контактный рельс, ходовые рельсы) принимается за 10 процентов, то есть равна 75 В.

Максимальное напряжение на контактном рельсе должно быть не выше 975 В, минимальное — не ниже 550. Тяговая нагрузка имеет непостоянную величину и носит ярко выраженный пиковый характер. Семивагонный состав в момент пуска потребляет ток примерно 5000 А, но по мере разгона величина его уменьшается, а при следовании «на выбеге» равна 0.

Большинство потребителей получают электроэнергию круглосуточно. Только поездам она подается во время движения. После окончания движения во время «ночного окна» контактный рельс обесточивается. И рано утром снова подается напряжение.

Станции, тоннели, наземные участки линий и служебные помещения освещаются светильниками, получающими в нормальном режиме переменный ток от трансформаторов понизительных или совмещенных тяговопонизительных подстанций.

В подземных сооружениях для освещения применяется напряжение 127 В, на наземных участках — 220. Чем объясняется разница? Дело в том, что при прекращении питания переменным током часть освещения станций и тоннелей должна автоматически переключаться на питание от аккумуляторных батарей напряжением 115-150 В.

Читайте также:  Error illegal character u00bb

Нагрузка от осветительных устройств в течение суток имеет примерно постоянную величину. В период «ночного окна» часть освещения вестибюлей и станций отключают, зато включается освещение в тоннелях.

Двигатели эскалаторов потребляют переменный ток напряжением 380/400 В. Характер нагрузки зависит от количества пассажиров и режима работы машин, в ночное время она нулевая.

От переменного тока напряжением 380 и 220 в работают санитарно-технические установки: вентиляция, отопление, водоотливные насосные устройства и др.

Что же касается устройств СЦБ и связи, то они в количественном отношении весьма незначительный потребитель. Но крайне ответственный. Такой потребитель ни при каких условиях не может допустить перерыва питания. И он постоянно получает его от специальных трансформаторов, установленных на тяговопонизительных и понизительных подстанциях, в виде переменного тока напряжением 400, 220 и 127 В.

Электродепо, заводы, лаборатории, мастерские питаются от понизительных подстанций переменным током напряжением 127, 220, 380 в и 825 в выпрямленным.

Электрифицированный инструмент и механизмы работают от трансформаторов совмещенных тяговопонизитель-ных и понизительных подстанций напряжением 127, 220, 380 в переменного тока.

Основные потребители электроэнергии — поезда, освещение, эскалаторы, водоотливные установки, устройства автоматики и телемеханики для движения поездов, связи, автоматические системы обнаружения и тушения пожара, противопожарные установки — по надежности электроснабжения относятся к электроприемникам 1-й категории. Они допускают минимальные по времени перерывы в энергоснабжении. Это происходит при необходимости автоматического ввода резервного питания (устройства освещения, СЦБ и связи) или в то время, которое необходимо электродиспетчеру для включения или переключений в устройствах питания, идущих от Мосэнерго.

И в самом деле, поезда могут на 5-6 секунд иметь перерыв электропитания, он никоим образом не отразится на движении.

А устройства освещения и СЦБ? Конечно же нет. Если вдруг такое случится, то не больше чем на десятые доли секунды.

Вот он, «характер» энергоснабжения метрополитена…

Управляют системой энергоснабжения квалифицированные специалисты — электродиспетчеры. Располагая средствами телемеханики, они контролируют работу системы, постоянно находясь в контакте с поездными бригадами, а также с диспетчерами эскалаторной и электромеханической служб. В электросистеме метрополитена в части надежности и бесперебойности предъявляются жесткие требования. Они диктуются самой спецификой деятельности подземной магистрали. А за счет чего эта надежность системы обеспечивается, какие условия оказываются решающими? Таких условий четыре.

1. Есть необходимые резервы во всех звеньях.

2. Имеются устройства автоматики, телемеханики и электрической защиты.

С помощью устройств автоматики поддерживается заданный режим. Аппаратура телемеханики позволяет одному человеку — диспетчеру — управлять электроснабжением целой линии. С помощью телеуправления он постоянно контролирует работу агрегатов и подстанций, получает информацию о нагрузках агрегатов, производит необходимые переключения на подстанциях и в тоннеле и т. д. Устройства электрической защиты в случае отклонения от нормального режима могут предотвратить аварийную ситуацию или локализовать ее.

3. Правильная организация эксплуатации всех устройств системы (осмотры, профилактические испытания, периодические плановые ревизии, различного вида ремонты и др.).

4. Профессиональные знания и добросовестное выполнение своих обязанностей каждым работником. По сути, в этом специфика метрополитена, где, как правило, бригады состоят из 2-3 человек, а многие работы проводятся единолично.

В этих условиях необходима строгая технологическая дисциплина и сознательное отношение к выполнению любого задания. Работники службы электроподстанций и сетей обеспечивают эти требования. Достаточно сказать, что по вине устройств электроснабжения крайне редко отмечаются сбои графика движения.

Небольшой исторический экскурс позволит нам поближе познакомиться с этой службой, почувствовать ее напряженный трудовой пульс.

Службе электроподстанций и сетей одной из первых на Московском метрополитене было присвоено высокое звание коллектива коммунистического труда. В 1935 году в службе насчитывалось 348 человек, а в 1985-м — более 1500 человек.

Незадолго до открытия метрополитена было организовано Управление службы. И в связи с тем, что в тот период электротехническое хозяйство было сравнительно невелико, в состав службы входили и эскалаторы, и сантехнические установки.

Первые несколько месяцев руководящие должности в управлении занимали в основном специалисты Метро-строя, Метропроекта и Могэса-Мосэнерго.

Во главе каждой тяговой подстанции стояли начальник и мастер. Понизительные подстанции были разбиты на три группы.

На всех тяговых и понизительных подстанциях устанавливалось круглосуточное дежурство, чтобы постоянно следить за работой оборудования. Не было автоматики и устройств телеуправления. Дежурили на подстанциях работники метрополитена и электротехнической промышленности. Специально подготовленных кадров еще не хватало. Опыт монтажников помогал работникам службы быстрее осваивать сложное оборудование и схемы подстанций.

Тогда же проводились различные испытания ртутных выпрямителей, быстродействующих выключателей и другой аппаратуры.

Первый период, который условно назван «освоением», продолжался около полутора лет и дал много нового и полезного коллективу службы. И большой вклад в это внесли Б. Г. Жданов, В. Г. Гурвич, А. С. Карасев, Г. А. Плетнев, О. А. Москвин, В. В. Харитонов, К. П. Николаев, М. Г. Харитонов и другие.

В начале 1937 года структура службы изменилась. Сан-технические установки отошли к сооруженцам. В Управлении службы были ликвидированы отделы тяговых и понизительных подстанций.

Инженерно-технический состав и рабочие-рационализаторы провели значительные мероприятия по повышению надежности работы всех элементов электрохозяйства метро. Впервые в СССР была разработана и внедрена защита кабелей постоянного тока напряжением 825 В, реконструированы аноды ртутных выпрямителей, что повысило их нагрузочные и перегрузочные способности.

Хотелось бы остановиться отдельно еще на одной серьезной работе.

Проектная мощность энергетического хозяйства предусматривала максимальный график движения поездов в 24 пары шестивагонными составами. Однако уже в 1938 году размеры движения достигли максимального проектного графика, пассажироперевозки — 300 миллионов человек в год.

Читайте также:  Двоичный код каждой цифры

Естественно, появилась нужда в дальнейшем росте графика. В связи с этим необходимо было провести расчеты максимальных и средних нагрузок выпрямительных агрегатов, а также испытания и расчеты по токам короткого замыкания в контактной сети и тока уставок быстродействующих выключателей 825 В. Одновременно были проведены реконструктивные работы. И уже в 1938 году ввели новый график — 34 пары поездов в час.

Параллельно шли испытания и делались расчеты с целью выяснения: можно ли увеличить количество вагонов в поезде до восьми?

С первых дней эксплуатации на повестку дня встал вопрос о создании новых и совершенствовании имеющихся средств автоматики и разработке устройств телемеханики. Впервые телемеханика на столичном метрополитене была опробована 21 мая 1939 года, а через год на автотелеуправлении впервые в Советском Союзе — без местного дежурного персонала — работали все тяговые подстанции Горьковской линии.

Великая Отечественная война временно прервала работы по телемеханизации электросистемы. Но они сразу же возобновились после войны. И к 1967 году вся система была полностью телемеханизирована.

Много профессионального умения, инженерной смекалки и творческой инициативы внесли в разрешение этой проблемы работники службы электроподстанций и сетей Е. А. Каминский (автор первой системы телемеханики, которая эксплуатируется до сих пор), В. М. Киеня, В. Ф. Мерзлов, М. В. Минаева, В. Г. Круть, Ф. А. Винокурский и другие.

Хотелось бы более детально объяснить читателям, почему столь важное значение придавали на метрополитене внедрению в систему электроснабжения автотелеуправления.

И тут, видимо, трудно обойтись без некоторых параллелей.

В наш век телемеханика прочно вошла в жизнь. Мы даже представить себе не можем бытовой холодильник без автоматического регулирования температуры. Нас не удивляет программное управление станками. И даже — космическая телемеханика. Все это воспринимается как само собой разумеющееся.

Но ведь все когда-то начиналось с нуля. И первые, самые примитивные по устройству и конструкции изделия всегда оказывались самыми сложными по затрате творческого труда. А что дает развитие и внедрение этих изделий, становилось ясным спустя годы, иногда и десятилетия.

Новое в технике возникает, развивается и входит в жизнь, когда оно необходимо. Именно так случилось с автотелеуправлением на метрополитене. Причем речь идет не об автоматике как таковой и не о телемеханике, а об их чрезвычайно строго и тщательно продуманном сочетании, которое и образует систему автотелеуправления.

При создании и внедрении автотелеуправления пришлось решить ряд технических, организационных и правовых вопросов.

Во-первых, предстояло найти необходимые технические решения.

Во-вторых, выработать систему технического и технологического обслуживания (виды и содержание осмотров, ревизий, профилактики, испытаний).

В-третьих, создать систему оперативного использования средств автотелеуправления (диспетчеризация, взаимодействие диспетчерского и ремонтного персонала, организация скорой технической помощи и Т. п.).

В-четвертых, подготовить кадры как технического, так и оперативного персонала значительно более квалифицированного, чем при местном управлении. На подстанциях нет местного дежурного персонала, но есть дежурный электродиспетчер, который в своей работе руководствуется телесигналами. А все оборудование систематически осматривают, тщательно регулируют, испытывают.

В-пятых, решить и узаконить ряд правовых положений, так как автотелеуправление (равно как и электрическая централизация стрелочных переводов) кардинально изменяет порядок оперативных действий, что непосредственно касается безопасности обслуживания. Так, на телеуправляемых подстанциях некому ночью «разбирать схему» для создания видимых разрывов в линиях контактной сети. Аналогично, при диспетчерской централизации, не может быть и речи о запирании приводов стрелочных переводов.

Следовательно, возникла необходимость не только найти другие полноценные средства, гарантирующие безопасность, но и узаконить их. Однако новые средства управления вводились на метрополитене впервые. Не было ни правил, ни инструкций, ни аналогов. Кроме того, на метрополитене существовало особо неблагоприятное условие: контактный рельс доступен для прикосновения, что сильно усложняет дело.

В таких условиях принятие решения об изменении правил эксплуатации требовало не только настойчивости, но и большой смелости. К чести бывших в то время начальника службы Е. Б. Френкеля, начальника цеха защиты и автоматики (ныне ДЗА) А. Г. Мельникова и главного электродиспетчера В. Г. Гурвича, они взяли на себя всю полноту ответственности. И теперь, когда со дня ввода в эксплуатацию первого устройства телеуправления прошло не одно десятилетие, у энергетиков метрополитена есть право сказать, что они не подвели этих смелых людей.

Времена недоверия к автоматике давно прошли. Сегодня запись в диспетчерском журнале 1939 года: «…на подстанции все нормально, за исключением того, что один из фидеров переведен на автоматику» — звучит как анекдот.

Слово «телемеханика» вошло в широкое употребление.

Автотелемеханизация увлекла многих. Особенно активными ее участниками были Ф. В. Васильев, Е. Е. Ганцева, Н. В. Мерцалов, О. А. Москвин, В. Ф. Мерзлов, В. Н. Мос-ковченко, В. Д. Островский, А. Ф. Пальтов, В. Г. Петров.

Первой в СССР автотелеуправляемой тяговой подстанцией была Т7 «Маяковская». Автотелеуправление на ней было внедрено 14 мая 1940 года, в канун 5-й годовщины Московского метрополитена. Летом 1940 года на новое управление перевели Т8 «Динамо», а осенью — Т9 «Аэропорт». Таким образом, все подстанции одной линии («Площадь Свердлова» — «Сокол») работали без дежурного персонала, и в их числе Т9, питавшая тупиковые фидера, не имеющие «подстраховки» со смежных подстанций.

Во время Великой Отечественной войны телемеханика была отключена. Вновь ее ввели в эксплуатацию в 1945 году, но на значительно более совершенной основе. Все работы по автотелеуправлению в дальнейшем мет

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector