Контактные провода и несущие тросы

Контактные провода являются одним из основных элементов контактной сети. От правильного выбора их материалов, площади сечения и конструкции зависят технико-экономические показатели, стоимость сооружения и эксплуатации контактной сети.

► Материал для контактных проводов должен обладать:

– высокой механической прочностью,

– износостойкостью (твердостью),

– электропроводностью,

– нагревостойкостью (теплопроводностью).

Высокая механическая прочность проводов позволяет натягивать их с большими усилиями (натяжением), что повышает ветроустойчивость контактных подвесок, улучшает качество токосъема (особенно при высоких скоростях движения поездов), обеспечивает устойчивую работу цепной подвески.

Высокая электропроводность способствует снижению потерь электроэнергии в контактных подвесках.

Термостойкий материал сохраняет при высоких температурах нагрева прочность и твердость.

Для электрифицированных железных дорог используют контактные провода фасонного (рис. А) и фасонного овального профиля (рис. Б) с двумя продольными желобками для захвата головки провода зажимами.

Достоинством овальных проводов является их повышенный на 10 % допустимый длительный ток (ввиду большего периметра профиля и, как следствие, лучшего охлаждения) и меньшее аэродинамическое сопротивление. Последнее очень важно, так как позволяет при проектировании новых линий увеличивать длину пролета, а на эксплуатируемых линиях, где пролет уже выбран, иметь повышенную ветроустойчивость контактной сети.

Контактные провода изготовляют следующих марок:

МФ — медный фасонный; МФО — медный фасонный овальный;

БрФ— бронзовый фасонный; БрФО— бронзовый фасонный овальный;

НлФ — низколегированный[4] фасонный.

Рисунок – Профиль фасонного (А) и фасонного овального

(Б) контактного провода

К марке провода добавляют его номинальную площадь сечения в мм². Тогда обозначение провода, например, низколегированного фасонного сечением 100 мм² будет НлФ-100.

Бронзовые контактные провода на верхней части сечения (головке) должны иметь одну отличительную канавку, а низколегированные — две канавки, расположенные симметрично относительно вертикальной оси.

В обозначениях низколегированных и бронзовых контактных проводов на трафарете барабана после букв Нл и Бр указывают легирующий компонент и расчетный процент его содержания, например:

- НлОл 0,04Ф-100 — низколегированный с присадкой олова (0,04%), фасонным сечением 100мм²;

- БрЦр 0,5Ф-100 — бронзовый с присадкой циркония (0,5 %), фасонный сечением 100 мм² .

В низколегированных контактных проводах, кроме олова (0,03-0,06 %), в качестве легирующих компонентов применяют

- магний (0,04 — 0,06%),

- цирконий (0,04 — 0,06%),

- кремний (0,03 — 0,06%)

- титан (0,01 — 0,04 %).

В бронзовых контактных проводах:

- магний (0,15 — 0,3 %),

- кадмий (0,08 — 1,1 %),

- цирконий (0,4 — 0,6 %),

- а также магний (0,1 — 4),2 %) вместе с цирконием (0,1 — 4),2 %).

Бронзовые контактные провода по сравнению с медными и низколегированными имеют более высокую износостойкость, прочность и термостойкость, но меньшую проводимость, что вызывает увеличение потерь электроэнергии в контактной сети. Поэтому в качестве легирующих добавок к меди рекомендуется использовать недорогие и недефицитные металлы, которые, повышая износостойкость контактных проводов, незначительно уменьшают их проводимость.

Предприятия-изготовители поставляют бесстыковые медные, низколегированные (с легирующими компонентами в меди 0,01 — 0,08 %) и бронзовые (с легирующими компонентами в меди более 0,08 %) контактные провода. Их изготовляют методом непрерывного литья с последующей прокаткой. Этот метод позволяет получить контактный провод бесстыковым, т.е. без мест соединения (пайкой, сваркой) на всей строительной длине провода.

На главных путях перегонов и станций применяют контактные провода сечением 100, 120 и 150 мм², на станционных путях— сечением 85 мм². Отклонение фактической площади сечения провода от номинального не более +2…-1%.

Марки контактных проводов для конкретных условий эксплуатации выбирают в зависимости от допустимых температуры нагрева проводов:

- для медных контактных проводов допустимая температура нагрева 95⁰С;

- для низколегированных 110⁰С;

- для бронзовых — 120⁰С.

Температура нагреваконтактных проводов (⁰С) зависит от значения и длительности тяговых токов, температуры окружающего воздуха, а также от скорости воздушного потока, который обдувает провода. Следовательно, для нагрева контактных проводов наиболее тяжелыми условиями будут: максимальная температура окружающего воздуха +40 ⁰С и минимальная скорость ветра 1м/с.

В эксплуатации под влиянием нагрева тяговыми токами и растягивающих нагрузок происходит разупрочнение проводов (уменьшаются временное сопротивление при растяжении и твердость). Скорость разупрочнения проводов зависит от температуры нагрева и ее длительности, а также от механического растяжения.

При нагреве медных контактных проводов до температуры 120⁰С у них начинается повышенное разупрочнение, появляется явление ползучести (неупругого растяжения). В этом отношении низколегированные контактные провода имеют преимущества по сравнению с медными. Введение легирующих добавок в небольших количествах в медь при изготовлении низколегированных проводов создает направленное упрочнение материала провода. Поэтому низколегированные контактные провода допускают более высокую температуру нагрева (110⁰С) в течение всего срока их службы и более высокое сопротивление разрыву.

Границей максимального нагрева проводов может служить температура, при которой начинает проявляться ползучесть. Эта температура составляет:

+ 140⁰С для медных,

+ 150⁰С для низколегированных

+ 160⁰С для бронзовых контактных проводов.

В эксплуатации наблюдаются отдельные однократные нагревы контактных проводов различной продолжительности до температур 70 — 100⁰С. В основном же температуры нагрева контактных проводов не превышают 50 — 70⁰С; при таких температурах изменение свойств проводов происходит очень медленно.

Срок службы контактных проводов зависит от многих факторов, в том числе:

– от качества токосъема,

– состояния поверхности трения контактного провода и токосъемного элемента,

– типа контактной подвески, качества ее монтажа и регулировки,

– натяжения в проводах,

– технических параметров токоприемников и других причин.

Усредненный срок службы контактного провода на участках постоянного тока 18… 22 года, на участках переменного — более 50 лет.

Несущие тросы

Несущие тросы цепных контактных подвесок должны обладать:

- большой механической прочностью,

- невысоким коэффициентом температурного линейного удлинения (чтобы не вызывать больших изменений стрел провеса контактных проводов)

- быть атмосферостойкими.

В качестве несущих тросов применяют неизолированные многопроволочные моно - и биметаллические, а также комбинированные провода.

Рисунок - Конструкции многопроволочных проводов:

А – монометаллические (1-6-12); Б– биметаллические;

В(1-6-12-18); Г – комбинированные(1-6-12).Сталь внутри, медь снаружи.

▒ Многопроволочные провода изготавливают из круглых проволок, причем в центре помещают одну центральную проволоку, на которую навивают один или несколько повивов(слоев) проволок в зависимости от требуемой площади сечения провода. При одной проволоке в центре и равном диаметре всех проволок первый повив имеет шесть проволок, а каждый последующий на шесть проволок больше. Таким образом, при одном повиве провод состоит из семи, а при двух — из 19 (1 + 6 + 12) проволок. Все проволоки одного повива должны иметь одинаковый диаметр, диаметры проволок отдельных повивов могут быть различными.

Монометаллические провода(А) свивают из проволок, изготовленных из одного металла (медные М, бронзовые Бр, стальные С).

Медные провода в качестве несущих тросов применяют на электрифицированных участках постоянного тока, т.е. там, где требуется большая электрическая проводимость несущего троса. Минимальный срок службы медных проводов составляет 50 лет.

Стальные канаты ранее применялись для несущих тросов контактных подвесок, фиксирующих тросов, оттяжек опор контактной сети и в качестве троса компенсатора. Стальные канаты заменяют в плановом порядке, при реконструкции и обновлении. Для компенсаторов используют многопроволочные коррозионностойкие стальные канаты диаметром 9,5 — 11,0 мм.

Стальные канаты имеют высокую механическую прочность, однако ввиду того, что они подвержены атмосферной коррозии, срок их службы не превышает 20 лет, а в зонах с повышенным загрязнением и повышенной влажностью — не более 10 лет.

Даже применение оцинкованной проволоки для изготовления стальных канатов не обеспечивает достаточно надежной их защиты от коррозии, особенно в местностях, расположенных вблизи моря, промышленных предприятий. Для защиты от коррозии в эксплуатации их периодически покрывают атмосферостойкими антикоррозионными смазками.

Биметаллические провода(Б) свивают из биметаллических проволок, имеющих сердцевину из одного, а оболочку из другого металла (сталемедные ПБСМ). Используют когда большая проводимость несущего троса не требуется - на участках переменного тока и станционных путях.

▒ Одним из способов снижения расхода меди при электрификации железных дорог может быть замена сталемедных и медных несущих тросов сталеалюминевыми B практике это направление не получило распространения. Выпуск проводов ПБСА прекращен.

Комбинированные провода(В) свивают из проволок, изготовленных из разных металлов, либо из биметаллических проволок и проволок, изготовленных из одного металла (Г), например сталеалюминевые АПБСА, сталемедные АПБСМ.

Материал несущего троса определяется конструкцией цепной подвески, необходимой площадью сечения всех ее проводов (обычно в медном эквиваленте), месторасположением электрифицированной линии и другими условиями.

Условные обозначения многопроволочных проводов, используемых в качестве несущих тросов, состоят из буквенной и цифровой частей. Буквы указывают материал и конструкцию провода: М - медный; Бр - бронзовый; С - стальной; ПБСМ -биметаллический сталемедный; АСМ -комбинированный сталемедный; АПБСА -комбинированный из алюминиевых и биметаллических сталеалюминевых проволок.

Цифры указывают на номинальную площадь сечения провода в квадратных миллиметрах. Например, М-120 означает: провод медный сечением 120 мм². (25,35,50,70,95,120 мм²)

На электрифицированных линиях России применяют в основном медные М и биметаллические сталемедные ПБСМнесущие тросы.

Звеньевые струны цепных подвесок выполняют из сталемедной проволоки диаметром 4 мм.