Пережог проводов и тросов контактной сети

  Главная      Учебники - Энергетика     Монтаж, эксплуатация и ремонт контактной сети (Беляев И.А.) - 1964 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..

 

 

Провода и тросы контактной сети

 

 

Пережог проводов и тросов контактной сети

 

 

Наряду с износом контактный провод в процессе эксплуатации подвержен пережогам. Если износ контактного провода — непременное следствие эксплуатации, то пережоги проводов связаны с недостатками защиты контактной сети и электроподвижного состава, с конструктивным несовершенством отдельных узлов сети (воздушных промежутков, секционных изоляторов) и тяжелыми метеорологическими условиями (гололедом).

Анализ случаев пережогов контактных проводов на дорогах постоянного тока показал, что они происходят как при открытой электрической дуге, так и при контакте между полозом и проводом. Дуга появляется при закорачивании полозом пантографа на воздушных промежутках и секционных изоляторах контактных проводов, находящихся под большой разностью потенциалов, при опускании пантографа под нагрузкой, при соприкосновении контактного провода с заземленными предметами (например, с оторванными листами крыш грузовых вагонов), при гололеде на контактном проводе и т. д. Пережоги проводов при контакте между полозом
пантографа и проводом происходят обычно при коротких замыканиях на электроподвижном составе.

Вопросы пережога контактных проводов были экспериментально исследованы во Всесоюзном научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта канд. техн. наук С. Д. Соколовым.

Исследование пережога при горении дуги между полозом пантографа и контактным проводом показало, что минимальное время

пережога не зависит от схемы питания (односторонняя или двусторонняя), так как оно очень мало и провод не успевает заметно нагреться проходящим через него током.

Однако при одностороннем питании вероятность пережога контактного провода меньше, чем при двустороннем, так как в первом случае дуга выдувается и часто гаснет, а во втором случае силы, действующие на дугу, взаимно уравновешиваются и дуга становится неподвижной.

Проведенные опыты показали, что время пережога медных контактных проводов марок МФ-100, МФО-100 и МФ-85 почти одинаково, а время пережога стале-алюминиевого провода марки ПКСА-100/215 значительно больше (рис. 41). Время пережога биметаллического сталемедного провода марки СМФ-100 также превышает время пережога медных проводов того же сечения, но разница заметно уменьшается при больших токах, когда увеличивается глубина проплавления и начинает плавиться стальная сердцевина провода.

Повышенная термоустойчивость проводов со сталью объясняется тем, что предел прочности стали снижается при значительно более высокой температуре, чем предел прочности меди. В связи с этим на нагрев провода и его разрыв требуется больше времени.

Значительно большее время пережога имеют также бронзовые контактные провода и медные двойные. Так, время пережога меднокадмиевого овального провода сечением 100 мм22 почти в 1,5 раза больше времени пережога медного провода МФ-100. Время пережога двойного провода марки МФ-100 в 2,5 2,8 раза превышает время пережога одного провода, хотя для токов менее 2 000 а
это время может быть и одинаковым.

 

 

 

Рис. 41. Зависимость времени пережога от тока для контактных проводов марок МФ-Ж(1), МФО-100(У) и ПКСА-100/215(2)

 

 

 

Опыты показали, что полярность контактного провода не оказывает заметного влияния на время пережога,

Исследованиями установлено, что термоустойчивость контактного провода при воздействии на него электрической дуги характеризуется числом ампер-секунд (рис. 42), необходимых для его пережога. Если время действия тока недостаточно для разрыва провода, то на его поверхности появляются кратеры; с увеличением числа ампер-секунд глубина проплавления увеличивается, а прочность на растяжение снижается. На проводе марки МФ-100 при 250 а-сек и более появляются значительные кратеры и небольшие

шейки (при нормальном натяжении); при 400 а -сек возможны разрывы провода, происходящие через несколько секунд после исчезновения дуги.

Допускается такое число ампер-секунд, при котором не образуется заметных шеек на проводе и прочность его снижается не более чем на 40%; для контактного провода марки МФ-100 допускается 250 а-сек и меньше (рис. 43).

Для уменьшения числа ампер-секунд и, следовательно, уменьшения вероятности пережогов и степени повреждения провода дугой применяют групповую быстродействующую сеточную защиту от токов короткого замыкания. Вследствие ограничения числа анодов выпрямителей, питающих место короткого замыкания, сеточная защита позволяет использовать сглаживающий реактор для снижения в несколько раз амплитуды и продолжительности тока короткого замыкания.

При токах от 400 до 3 000 а для пережога провода требуется наименьшее число ампер-секунд. Поэтому серьезное внимание должно быть уделено защите от минимальных токов короткого замыкания.

 

 

 

 

Рис. 42. Зависимость ампер-секунд (при которых происходит пережог) от тока для контактных проводов марок МФ-100(1), БрФО-100(2), СМФ-100(З),ПКСА-100/215(4) и двойного контактного провода
марки МФ-100(5)

 

 

 

 

 

Рис. 43. Зависимость прочности провода (в долях нормального временного сопротивления ар ) от ампер-секунд после воздействия на него дуги:
малые точки—появление кратеров на поверхности; большие точки—появление кратеров с образованием небольшой шейки
 

 

 

В системах защиты нужно применять аппаратуру и оборудование, сокращающие общее время действия защиты (для установившихся значений токов 2 000—3 000 а это время не должно превышать 0,12— 0,08 сек).

Наряду с совершенствованием защиты тяговых подстанций следует улучшать защиту электроподвижного состава, добиваясь селективности действия защиты, дальнейшего ограничения амплитуды аварийных токов и времени их действия.

 

 

 Исследования пережогов контактного провода при опускании пантографа под нагрузкой показали, что вероятность пережога зависит главным образом от величины тока. При подъеме пантографа с включенной нагрузкой пережоги провода происходили только в тех случаях, когда полоз после соприкосновения с проводом на некоторое время отскакивал от него.

На электрифицированных дорогах большое количество пережогов контактных проводов происходит при наличии контакта полоза с проводом (короткие замыкания на электроподвижном составе). Экспериментальное исследование пережога при наличии контакта показало, что при местном нагреве термоустойчивость контактного провода характеризуется энергией, необходимой для его нагрева до температуры, при которой он разрывается. В том случае, когда между полозом и проводом дуга не возникает, эта энергия прямо пропорциональна произведению квадрата тока на время (а*а сек), так как переходное сопротивление в месте контакта приблизительно постоянно.

Термоустойчивость провода зависит не только от тока, материала и формы контактного провода, но и от материала контактиру-

ющих элементов полоза, схемы питания, состояния контакта «полоз — провод» (качества поверхности контактирующих элементов, давления полоза на провод), окружающей температуры, скорости ветра, натяжения провода.

Исследования показали, что для пережога провода при медных контактных пластинах требуется большое время. Так, даже для

провода марки МФ-85 при двух рядах медных пластин на полозе оно достигает (в зависимости от тока) десятков и сотен секунд (рис. 44,а). Время пережога при одностороннем питании и каком-либо токе 1 примерно такое же, как и при двустороннем симметричном питании и токе 2. Для двустороннего несимметричного питания времена пережога находятся в области, заключенной между крайними кривыми, приведенными на рис. 44,а. Разрывы провода при двустороннем питании происходят в месте контакта с полозом, а при одностороннем — на некотором расстоянии от него.

 



Время пережога во много раз больше времени действия устройств защиты тяговой подстанции. Поэтому происходящие в практике пережоги проводов при неподвижных полозах, оборудованных медными пластинами, в случае короткого замыкания на электроподвижном составе объясняются или замедленным срабатыванием защиты, или фактическим появлением дуги, что возможно при значительном увеличении сопротивления

контакта «полоз — провод» из-за перекоса полоза или снижения статического давления до 4 кг и менее.

Применение угольных вставок уменьшает время, необходимое для пережога провода в месте контакта (рис. 44, б), и, следовательно, число а2сек. Время пережога зависит от сопротивления вставок: чем оно больше, тем меньше время пережога. При металло-угольных вставках с удельным сопротивлением р =4,1 ом*мм2 и токах более 1 500 а для пережога провода МФ-85 (при температуре воздуха 4=31 — 35° С) требовалось всего

 

 

При токах более 1 000 а схема питания почти не влияет на время пережога, так как провод не успевает заметно нагреться, а нагревается место контакта. Если ток менее 1 000 а, то схема питания влияет на время пережога, но меньше, чем при медных пластинах. Снижение давления пантографа на провод до 4—2 кГ вызывает заметное уменьшение времени его пережога.

Таким образом, на дорогах постоянного тока при нормальной работе защиты применение угольных вставок не должно вызывать пережогов проводов во время коротких замыканий на электроподвижном составе. Если же при этом не сработают быстродействующие выключатели на электроподвижном составе, то возможны подплавы контактного провода до 1,5 мм и даже пережоги.

На дорогах переменного тока применение угольных вставок также не должно вызывать пережогов контактного провода в месте контакта, если ток короткого замыкания отключается выключателем электроподвижного состава (общее время срабатывания выключателя менее 0,1 сек).

Пережог может возникнуть тогда, когда ток короткого, замыкания отключается фидерным выключателем подстанции, например, при отказе выключателя электроподвижного состава или коротких замыканиях в зоне, не защищенной им (пробой пантографного изолятора). Это объясняется тем, что защита фидеров контактной сети имеет выдержку времени, в результате чего общее время срабатывания выключателей (0,5—0,7 сек) превышает время, необходимое для пережога. Чтобы исключить возможность пережогов, нужно применять защиту без выдержки времени; целесообразно также иметь фидерный выключатель переменного тока с общим временем срабатывания 2—3 периода.

Проведенные испытания позволили установить величины длительно допустимого тока в месте неподвижного контакта полоза с одним контактным проводом (табл. 2).
 

 

Таблица 2

 

Эти данные позволяют, в частности, сделать практический вывод о том, что при съеме тока электровозами постоянного тока для отопления пассажирских вагонов во время стоянки следует поднимать оба пантографа, если они оборудованы полозами с угольными вставками. При отоплении пассажирских поездов на пантографах должны устанавливаться угольные вставки с удельным сопротивлением не более 7 ом-мм2/м.

Как было сказано выше, на контактной сети постоянного тока большое число пережогов контактных проводов происходит при замыкании полозом пантографа на воздушных промежутках и секционных изоляторах проводов, находящихся под большой разностью потенциалов. При заезде электропоезда на отключенный (не-заземленный) участок защита от токов* короткого замыкания не срабатывает, так как возникшая дуга поддерживается рабочим током. Защита сработает лишь в случае касания оборвавшимся под воздействием дуги проводом заземленных элементов.

Для предотвращения пережогов контактных проводов в этих случаях целесообразно: устанавливать на воздушных промежутках автоматическую сигнализацию, срабатывающую при понижении напряжения или его снятии на одной из секций контактной сети и требующую прохода воздушного промежутка с опущенными пантографами; применять на воздушных промежутках контактные провода с повышенной термоустойчивостью (марок БрФ-100, СМФ-100, ПКСА-100/215), двойные провода и провода повышенного сечения; на участках с малыми скоростями движения поездов допустимо защищать контактные проврда в переходных пролетах воздушных промежутков экранами из уголковой стали.

Устройство автоматической сигнализации, предложенной в 1954 г. инженерами И. А. Беляевым и Е. И. Межевичем, заключается в том, что к контактным подвескам, в месте сопряжения которых образован воздушный промежуток, подключаются реле минимального напряжения, вторые концы обмоток которых через добавочные сопротивления соединяются с тяговым рельсом. Контакты реле минимального напряжения включены в цепь пульс-пары, питаемой от
трансформатора 220/110/16 — 10 в через выпрямительный мостик. Пульс-пара служит для подачи пульсирующего напряжения на лампы сигнального указателя «Опустить пантограф».

При отсутствии напряжения в одной из контактных подвесок на воздушном промежутке, что может привести к пережогу контактного провода при проходе пантографа, реле минимального напряжения срабатывает и в результате этого напряжение от пульс-пары подается на лампы сигнального указателя.

Загорание ламп, образующих горизонтальную полосу сигнального указателя, мигающим светом является приказом (для локомо-тивных бригад) пройти воздушный промежуток с опущенными пантографами.

Схема расположения основных элементов автоматической сигнализации на воздушных промежутках двухпутного участка приведена на рис. 45. Из рассмотрения этого рисунка видно, что реле минимального напряжения подключаются практически не непосредственно к проводам контактных подвесок, а к шлейфам продольных секционных разъединителей.
 

 

 

Рис. 45. Схема расположения основных элементов автоматической сигнализации на воздушных промежутках двухпутного участка:
1 — сигнальный указатель «Опустить пантограф»; 2—шкаф с реле минимального
напряжения и добавочными сопротивлениями; 3— релейный шкаф с пульс-парой

 

 

 


Опущенные пантографы электроподвижного состава (при работе на нескольких пантографах) поднимают после прохода воздушного промежутка задним пантографом.

При наличии напряжения в обеих секциях контактной сети лампы сигнального указателя не горят и опускать пантографы не требуется.

Применение данной сигнализации не исключает необходимости разработки такой конструкции воздушного промежутка, которая бы обеспечивала надежное гашение возникающей дуги.

Одним из возможных решений является включение в контактный провод в месте схода с него полоза пантографа легких секционных изоляторов с дугогасительными рогами (например, секционных изоляторов со вставками из стеклопластика). Другим решением может быть оборудование отходящих ветвей контактных проводов на

воздушных промежутках специальными защитными устройствами, исключающими возможность дугового поражения проводов контактных подвесок.

В качестве примера рассмотрим выполнение воздушных промежутков с защитными устройствами, примененное на бельгийских дорогах. Основными элементами защитного устройства на таких воздушных промежутках (рис. 46) являются: шунт 4, представляющий собой отрезок контактного провода, пристыкованный к контактному проводу 3 цепной подвески; изолирующие трубки 5, надетые на контактные провода 3 и шунт 4, рога 6, закрепленные на шунте 4.
 

 

 

Рис. 46. Схема установки защитного устройства на воздушном промежутке (при двойных цепных подвесках):
1—несущий трос; 2 — вспомогательный провод; 3 — контактные провода; 4 — шунт;
5 — изолирующие трубки; 6 — рога

 

 


Шунт 4 устанавливают в месте перехода пантографа с секции, находящейся под напряжением, на - обесточенную секцию с тем, чтобы возникшая дуга перемещалась не по контактному проводу, а по шунту. Дойдя до изолирующих трубок, дуга перебрасывается на рога, где удлиняется и гасится.

Изолирующие трубки (рис. 47), устанавливаемые на контактные провода (при применении двойного контактного провода оба провода пропускаются в одну трубку) и шунт, изготовляются из асбоцемента или пиерита—материала, аналогичного материалу, используемому для искрогасителей выключателей. Электрическая прочность этой изоляции вполне достаточна, так как на изолирующие трубки приходится только часть напряжения дуги; термические качества этих изоляционных материалов также удовлетворительны, что особенно важно, так как изолирующие трубки должны выдерживать высокую температуру дуги.

Натяжение шунта принимается равным половине натяжения контактного провода. Пониженное натяжение обусловливает меньшие деформации провода шунта, связанные с нагревом его дугой.

При испытании воздушного промежутка с защитными устройствами постоянный ток, вызывающий дугу, достигал 940 а\ несмотря на малую скорость движения поезда при опытах (до 26 км/ч), дуга разрывалась на рогах во всех случаях.

Близкое к рассмотренному выполнение воздушного промежутка было предложено на Восточно-Сибирской дороге Б. И. Поповым,

Для предупреждения пережога контактных проводов при заездах на отключенные секции контактной сети, разделенные секционными изоляторами, в тех случаях, когда по условиям движения возможен проход электроподвижного состава на выбеге и когда одна из секций часто отключается и заземляется (например, на путях электродепо и погрузочно-разгрузочных путях), целесообразно устройство секционных изоляторов с нейтральными вставками. Практически это выполняется путем последовательного соединения двух типовых малогабаритных секционных изоляторов без нейтральных вставок.

Способы борьбы с пережогами контактных проводов при гололеде описаны ниже, в параграфе «Эксплуатация контактной сети в тяжелых метеорологических условиях».
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..