3.6. Жесткие и полужесткие контактные токопроводы

 

Кроме гибких подвесок к контактным токопроводам относятся так же любые ненапряженные самонесущие токопроводящие и контактные устройства (контактные рельсы, желобчатые токопроводы и др.). Они могут обладать такими же динамическими характеристиками, как и гибкие подвески, а также удовлетворять требованиям, которые им недоступны: малогабаритность, легкоразборность, наличие аварийного резерва. Конструкции самонесущих контактных токопроводов различаются схемами и габаритами несущих балок, устройством токосъемных элементов, разборных модулей, их сечением, стыковыми и концевыми узлами, подвесами к поддерживающим кронштейнам и т.п.

Определение параметров и характеристик токопроводов основывается на статическом и динамическом расчетах упругих не разрезных балок, подвешенных более чем на двух опорах. Однако кроме прочностных показателей они должны выдерживать определенные значения температурных удлинений (зазоры в стыках), стрел провеса, ординат высотного положения концевых отводов (воздушные стрелки) и т.д.

Использование того или иного типа токопровода определяется видом электроподвижного состава и местом их монтажа.

На магистральных железных дорогах контактный токопровод с верхним подвесом применяется на станциях с дебаркадерами (Дания), в депо для электропоездов (Германия), тоннелях (Япония). Третий контактный рельс для открытых участков применяется для электровозов и электропоездов в Англии.

В метрополитенах разных стран используются расположенные рядом с ходовым рельсом третий (четвертый) специальный контактный рельс с токосъемом с нижней (Россия) или верхней (Швеция) его поверхности, а также токопроводы, подвешенные наверху под сводом тоннеля.

В трамвайных сетях (Франция, г. Бордо) начали внедрять напольный контактный токопровод в виде изолированной с трех сторон шины, располагаемой на уровне земли по оси пути. При этом напряжение на него подается только при наезде трамвая по сигналу электронного датчика; ток снимается токоприемниками, находящимися под кузовом вагона (рис. 3.35).

На монорельсовых видах транспорта с пневматическим или магнитным подвесом используют жесткие токопроводы, количество которых соответствует числу питающих ЭПС фаз плюс заземление. Могут применяться контактные рельсы метрополитена или специальные желобчатые токопроводы, как на московской монорельсовой линии «Тимирязевская» — «Ботанический сад».

 

Рис. 3.35. Схема наземного контактного токопровода с автоматическим подключением для электроснабжения трамвая во Франции: 1 — сигнальная линия с датчиками ЭПС; 2 – секция токопроводящей шины; 3 — токоприемник; 4 — ЭПС (трамвай)

 

Контактные рельсы образуют жесткую контактную подвеску (сеть), у которой при проходе токоприемника не изменяется первоначальная ордината точек рабочей поверхности. Рельсы имеют специальный профиль и изготавливаются из стали с пониженным электрическим сопротивлением. Применяются также комбинированные рельсы — сталеалюминиевые. При токосъеме с нижней поверхности рельс закрывают с трех сторон коробом (деревянным или пластмассовым) для защиты от возникновения гололедных образований на контактных рельсах наземных участков и парковых путей электродепо, а также для защиты персонала от случайных прикосновений к контактному рельсу, находящемуся под напряжением. На стрелках используются концевые и боковые отводы (рис. 3.36), обеспечивающие проход токоприемников по воздуху.

Существуют также конструкции (Германия, г. Эрфурт) верхних жестких токопроводов, изготовленных в виде алюминиевой коробчатой шины, к нижней части которой крепят медный контактный провод (рис. 3.37).

Полужесткие токопроводы (модули) выполняют из труб с прикрепленными к ним контактным проводами. Концы таких эластичных балок стыкуются на упругом Подвесе поддерживающего устройства, что обеспечивает равноэластичность в пролете.

Рис. 3.36. Схема расположения контактного рельса и концевого отвода на стрелочном переводе (а), вид сбоку концевого отвода метрополитена (6): 1 — контактный рельс; 2 — концевой отвод;   З — ходовой рельс

 

 

Рис. 3.37. Сечение жесткого комбинированного токопровода воздушной контактной подвески (Германия): 1 — контактный провод: 2 — алюминиевый профиль

 

В заключение необходимо отметить, что зарубежными и отечественными специалистами, в том числе Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС), все больше внимания уделяется совершенствованию существующих и разработке новых конструкций контактных токопроводов, которые получают широкое распространение в системах электроснабжения метрополитена, железных дорог и новых видов транспорта.

3.7. Силовые кабели

 

Кабельные линии электрических сетей прокладывают в земле, под водой и на воздухе. Условия их работы и применение в хозяйстве электроснабжения были рассмотрены выше. Хотя кабельные линии значительно дороже воздушных и эксплуатация их сложнее, однако в отдельных случаях применение кабелей является единственно возможным способом передачи электроэнергии потребителям, расположенным, например, на территории плотной застройки (города, поселки, промышленные предприятия). Пересечения ЛЭП с железнодорожными путями и водоемами также удобнее осуществлять кабельными линиями.

По числу токопроводящих жил различают одно- , двух- , трех- и четырехжильные кабели. Одножильные кабели применяют главным образом в линиях переменного и постоянного тока напряжением 110 кВ и выше. Их используют также в качестве отсасывающих линий рельсовых цепей электрических железных дорог постоянного тока. Двухжильные кабели применяют в линиях постоянного тока. Область применения трехжильных кабелей значительно шире. Их используют в кабельных линиях трехфазного тока всех напряжений до 35 кВ включительно. Наконец, четырехжильные кабели прокладывают в четырехпроводных сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ.

Трехжильный кабель на напряжение до 10 кВ (рис. 3.38) в общем виде состоит из сегментообразных токопроводящих жил, свитых из отдельных проволок или целиковых. Жилы кабеля имеют фазную изоляцию, поверх которой наложена общая поясная изоляция. Свободное пространство между жилами заполняют специальными наполнителями во избежание образования газовых включений. Свинцовая, алюминиевая или пластмассовая оболочка герметизирует кабель, предотвращает высыхание его изоляции и всасывание влаги внутрь кабеля. Для защиты от действия кислот и щелочей, содержащихся в грунте, оболочку покрывают несколькими слоями кабельной бумаги или пластмассовых лент, так называемой «подушкой». От возможных механических повреждений кабель защищают броней из стальной ленты, поверх которой накладывают наружные защитные покровы разной конструкции для предохранения от химической коррозии. При прокладке кабеля в помещениях, каналах и тоннелях джутовые наружные покровы во избежание распространения огня при возможном пожаре снимают.

Рис. 3.38. Трехжильный бронированный кабель (а) и его сечение (б): 1 — токопроводящие жилы;  2 — фазная изоляция; 3 — заполнитель; 4 — поясная изоляция; 5 — оболочка; 6 — подушка; 7 — стальная броня; 8 — наружный защитный покров

 

Фазную и поясную изоляцию кабелей выполняют из электроизоляционных материалов: пластмассы, пропитанной кабельной бумаги, жидкого масла (маслонаполненные кабели), газа (газонаполненные кабели) и т.д. Особенно широкое распространение получила пластмассовая изоляция, которую применяют практически для кабелей всех напряжений (вплоть до 500 кВ). Кабели напряжением до 1 кВ, как правило, имеют экструдированную пластмассовую изоляцию из полиэтилена или поливинилхлорида, кабели напряжением 6—10 кВ — бумажную или пластмассовую изоляцию.

Трехфазные кабели напряжением 20—З5 кВ изготавливают с металлическими экранами для каждой жилы в отдельности. Такая конструкция кабеля создает радиальное электрическое поле с равномерным распределением напряженности по поверхности жил и в слоях изоляции, что повышает электрическую прочность кабеля и препятствует переходу однофазных замыканий на землю в многофазные короткие замыкания.

Кабели на напряжения 110 кВ и выше изготавливают одножильными с покрытием стальной броней или в трубе (газо- или маслонаполненные) с пластмассовой, масляно-бумажной и масляной изоляцией. Маслонаполненные кабели могут работать при низком (до 10⁵ Па), среднем (2÷4·10⁵ Па) или высоком (10 – 15·10⁵ Па) давлении. Наиболее распространенными в настоящее время являются маслонаполненные кабели среднего давления и кабели с пластмассовой изоляцией.

Обозначения марок кабелей соответствуют их конструкции. Например, кабели с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами имеют марки ААГ, АСБГ, ААБ и АСГ. Первая буква обозначает материал жил (А — алюминий), вторая — материал оболочки (А — алюминий, С — свинец), буква Г — отсутствие защитных покровов. Кабели, бронированные стальными лентами, имеют в марке букву Б (броня). В марках кабелей с медными жилами буквы, обозначающие название материала жил, не ставят.

При пересечении трассы электрической железной дороги постоянного тока для предохранения от коррозии блуждающими токами кабель заключают в асбестоцементные трубы, пропитанные гудроном или битумом. Если число кабелей велико, их прокладывают в каналах или тоннелях. Из-за повышенной опасности пожаров в тоннелях часто прокладывают кабели на открытых эстакадах.

Соединять кабели друг с другом и присоединять их к аппаратам необходимо так, чтобы гарантировалась надежная работа всей кабельной линии. Для предотвращения попадания в кабель влаги, кислот и других реагентов, ухудшающих изоляцию, соединяемые концы кабеля герметически заделывают с помощью специальных кабельных соединительных муфт. Для соединения кабелей напряжением до 1 кВ применяют чугунные соединительные муфты, в сетях 6 и 10 кВ — свинцовые. Специальные конструкции соединяемых и концевых муфт из термоусаживающихся электроизоляционных материалов разработаны для кабелей низкого и высокого напряжения с пластмассовой и бумажной изоляцией.

Если кабель необходимо соединить с воздушной линией, применяют специальную концевую муфту (рис. 3.39). Конец кабеля предварительно разделывают и заключают в разъемный корпус муфты. Токоведущие жилы кабеля соединяют с наружными медными штырями, проходящими через стержневые изоляторы. По окончании монтажа муфту закрывают крышкой и заливают кабельной массой. С помощью скоб муфту укрепляют на стене, опоре ВЛ или металлической конструкции.

 

Рис. 3.39 Концевая муфта трехжильного кабеля на напряжение до 10 кВ: 1— корпус; 2 — токопроводящие жилы; 3 — изоляторы; 4 — медный стержень; 5 — скобы для крепления

 

Внутри помещений для оконцевания кабелей до 10 кВ применяют концевые заделки различной конструкции.