Работа устройств контактной сети в условиях эксплуатации
Все элементы контактной сети — опоры и их арматура, провода, тросы,
изоляторы, переключающие и защитные устройства — подвержены, как и любые
другие технические средства, физическому и моральному старению. Если
моральное старение зависит от общего технического прогресса, то
физическое во многом обусловлено качеством эксплуатационного содержания
контактной сети и электроподвижного состава.
Чтобы продлить срок службы тех или иных устройств контактной сети и
обеспечить их надежное состояние, необходимо знать, как работают эти
устройства в различных эксплуатационных условиях.
Провода и тросы контактной сети
Наибольшему изменению в эксплуатационных
условиях подвержен контактный провод, который изнашивается в процессе
токосъема. Износ контактного провода зависит от многих факторов:
количества проходов пантографов, материала и формы сечения провода,
материала контактирующих элементов полоза пантографа, площади контакта
«полоз — провод», величины и рода снимаемого тока, давления пантографа
на провод, сорта и вида смазки полозов, конструктивного выполнения
контактной подвески и пантографов, метеорологических условий и т. д.
Наиболее важными из этих факторов являются материал контактного провода
и контактирующих элементов пантографа, вид смазки полозов и величины
снимаемых пантографами токов.
Большей износостойкостью по сравнению с широко применяемым в настоящее
время контактным проводом из твердотянутой электролитический меди
обладают бронзовые провода (из меди с легирующими присадками: кадмием,
магнием и др.). Так, в условиях работы наших дорог срок службы
медно-кадмиевого контактного провода и 2 раза превышает срок службы
медного. Поэтому применение бронзовых проводов является одним из главных
путей уменьшении потерь меди на электрифицированных дорогах.
Износ контактного провода существенно влияет на эксплуатационные расходы
по контактной сети. На дорогах постоянного тока удельные
эксплуатационные расходы, связанные с периодической заменой изношенного
провода новым, составляют примерно
2 руб. на каждые 1 000 пантографо-км пробега электровоза, а годовые—
примерно 70 руб/км • год. Поэтому стремятся увеличить срок службы
контактного провода различными средствами, в том числе увеличением норм
предельного износа провода до его смены.
Однако с увеличением износа провода возрастают потери электроэнергии.
Годовые эксплуатационные расходы, связанные с этими потерями и зависящие
от размеров перевозок и сечения контактной сети, составляют сотни и
тысячи рублей на 1 км сети.
Контактная подвеска проектируется так, чтобы контактный провод было
выгодно доводить до предельного износа. Если это требование в
эксплуатации не обеспечивается, то усиливают сечение подвески с помощью
алюминиевых проводов. Необходимость изменения нормы износа контактного
провода определяется соответствующим расчетом.
В связи с этим применение бронзовых контактных проводов, которые наряду
с повышенной износостойкостью обладают повышенным электросопротивлением
и более дороги, в ряде случаев может оказаться экономически
неоправданным. Для оценки эффективности мероприятий по увеличению срока
службы контактного провода необходимы технико-экономические расчеты.
Для уменьшения износа контактного провода очень важно правильно выбрать
материал контактирующих элементов полозов пантографов. Наименьший износ
провода происходит при угольных вставках, изготовляемых из угля,
получаемого на основе пе-кового или нефтяного кокса, и обладающих
хорошей полирующей способностью. Для получения определенных качеств
вставок к углю добавляют графит, сажу и пр. Исходные материалы
представляют собой порошки, связанные смолой.
Угольные вставки применяются на ряде зарубежных дорог,
электрифицированных по системе как переменного (ГДР, ФРГ, Австрия,
Швеция, Швейцария), так и постоянного тока (Бельгия, Голландия, Алжир,
Дания и др.). По инициативе Всесоюзного научно-исследовательского
института железнодорожного транспорта (ЦНИИ МПС) с 1961 г. применяют
угольные вставки и в Советском Союзе.
Обладая хорошей полирующей способностью, эти вставки достаточно
износостойки: на дорогах постоянного тока их пробег достигает 75000 км,
на дорогах переменного тока — более 150000 км.
Относительно высокое переходное сопротивление в контакте «вставка —
провод» является недостатком угольных вставок. В связи с этим ведутся
работы по созданию угольно-графитовых и металлоугольных вставок,
которые, обладая меньшим сопротивлением, обеспечили бы съем больших
тяговых токов электровозами постоянного тока.
Перспективно также применение на полозах пантографов электроподвижного
состава пластин, получаемых методами металлокерамики. Благодаря
значительному содержанию графита такие пластины без дополнительной
смазки хорошо полируют рабочую поверхность контактного провода,
увеличивая его срок службы.
Снижение износа контактного провода и уменьшение расхода пантографной
меди могут быть получены заменой среднего ряда медных контактных пластин
полоза стальными. При этом стальные пластины предназначаются для
полировки рабочей поверхности контактного провода, а медные — для защиты
стальных от искрения при токосъеме.
Эксплуатационные наблюдения показали, что на тех участках дорог, где нет
сильных гололедов, рабочая поверхность стальных пластин в процессе
эксплуатации приобретает зеркальную полировку, уменьшая износ
контактного провода и увеличивая пробег полозов. На тех же участках, где
периодически бывает гололеде сильным искрением при токосъеме, полировка
стальных пластин в этот период исчезает и образуются наплывы с
твердостью, превышающей твердость основного металла. Усиленный износ
провода в этот период сводит на нет уменьшение его износа за счет
эксплуатации сталемедных пластин в условиях нормального токосъема.
Такие результаты эксплуатации позволяют в настоящее время рекомендовать
полозы с совместным расположением стальных и медных пластин лишь для
дорог, проходящих по негололедным районам. Однако возможно, что при
других марках стали такие полозы будут применимы и в гололедных районах.