TRAKCJA ELEKTRYCZNA

SIEĆ TRAKCYJNA

ELEMENTY KONSTRUKCJI I OSPRZĘT SIECI TRAKCYJNEJ

KONSTRUKCJE WSPORCZE
  Siec trakcyjna zawieszona jest na konstrukcjach wsporczych. Stosuje się zarówno zawieszenia indywidualne jak i grupowe. Do zawieszeń indywidualnych stosuje się słupy trakcyjne żelbetowe lub stalowe. Do zawieszeń grupowych stosuje się bramki stalowe, słupy z wysięgiem przez dwa tory, słupy z dwoma wysięgami lub maszty połączone liną poprzeczną. Słupy stalowe wykonane są w postaci kratownic lub rur. Słupy trakcyjne rurowe mają częste zastosowanie w trakcji tramwajowej. Aby zapobiec korozji słupów stalowych pokrywa się je powłokami malarskimi, które jednak odznaczają się niską trwałością. Innym sposobem jest pokrywanie cynkiem już w czasie produkcji. Dobrą jakością wyróżniają się słupy ze stali Patinax, w której zastosowano domieszkę miedzi do stali, dzięki temu słupy nie ulegają korozji. Słupy trakcyjne są znormalizowanych wymiarów, tylko w szczególnych przypadkach stosuje się konstrukcje o innych wymiarach. Ze względu na obciążenia słupy dzielą się na przelotowe, krzyżowe i kotwowe.


  Nad dość sporymi grupami torów oraz nad rozjazdami stosuje się bramki lub maszty. Bramka to dwa słupy wykonane w postaci kratownic połączone ze sobą belką poprzeczną, do której umocowany jest osprzęt do podtrzymywania sieci jezdnej. Oprócz typowych bramek zastosowanie mają również inne bramki o większej rozpiętości przęsła. Budowle takie wykonywane są z elementów prefabrykowanych. Maszty są stosowane nad bardzo licznymi grupami torów. Są to dwie konstrukcje kratowe połączone ze sobą poprzecznie zawieszoną liną, do której mocuje się osprzęt podtrzymujący sieć jezdną. Mogą one osiągać wysokość do kilkudziesięciu metrów. Zarówno bramki jak i maszty ze względu na rozmiary są montowane na miejscu ich stawiania. Łączone są za pomocą śrub lub spawane, dawniej nitowane.


  Aby konstrukcje wsporcze nie ulegały korozją pokrywa się je warstwą ochronną w postaci farby nawierzchniowej lub minii. Najlepszym sposobem jest cynkowanie jednak ten sposób jest drogi oraz kłopotliwy w wykonaniu. Stal Patinax zawiera domieszkę miedzi dzięki temu jest odporna na korozję.

  Słupy, bramki oraz maszty mocowane są do fundamentów. Fundament stanowi bryła betonowa, która powstaje w wyniku wlania betonu to formy umieszczonej w ziemi. Często stosuje się fundamenty prefabrykowane w postaci bloków umieszczonych w wykopie. Wysokość ustawienia fundamentu musi być określona. Mierzy się ją od główki szyny i wynosi ona 540 mm poniżej poziomu główki szyny. Poziom ten zwany jest teoretycznym poziomem ziemi.
Konstrukcje mocuje się do fundamentu poprzez osadzenie jej w fundamencie, klinowanie i zalanie betonem, lub też mocuje się ją do fundamentu przy pomocy śrub. Oprócz tego wykonuje się "główkę", która ma zapobiec szkodliwemu działaniu warunków atmosferycznych szczególnie na dolną część konstrukcji.
Niektóre konstrukcje mogą znajdować się w nieco niedogodnym położeniu, bądź też spełniają one ważną rolę, np. słupy kotwowe. Dlatego dodatkowo fundamenty zbroi się betonem lub też buduje się je w postaci dwóch bloków.

  Wszystkie konstrukcje wsporcze są numerowane. Numer konstrukcji wsporczej składa się z dwóch liczb, z których górna oznacza kilometr linii, na którym konstrukcja się znajduje, a dolna kolejność konstrukcji na danym kilometrze. Słupy indywidualne znajdujące się przy torze nieparzystym otrzymują numer nieparzysty, natomiast słupy stojące przy torze parzystym mają numer parzysty. Bramki i maszty otrzymują jeden numer. Numery wymalowane są na konstrukcji wsporczej na żółtym tle, a cyfry są koloru czarnego.

. PRZEWODY
  W sieci trakcyjnej przewody można podzielić ze względu na zadania, które spełniają:
- przewody służące do przenoszenia sił mechanicznych i nie przewodzące prądu - liny nośne;
- przewody służące do przenoszenia sił mechanicznych i przewodzące prąd - przewody wzmacniające;
- przewody przewodzące tylko prąd, które są obciążone tylko własnym ciężarem - przewody jezdne.

Liny nośne

  Liny nośne zasadniczo mają za zadanie przenosić siły mechaniczne. Wykonuje się je z miedzi twardej (oznaczenie C) lub krzemobrązu (KB), można spotkać także liny nośne wykonane z miedzi kadmowej (CuCd) oraz stalowe (F). Liny stalowe mimo, że były ocynkowane ulegały korozji i z czasem w ramach napraw i modernizacji wymieniano je na liny z miedzi twardej. Liny nośne wykonane są jako sploty drutów. Liny służące do zawieszeń podłużnych wykonane są jako sploty z 19 drutów w dwóch warstwach, z czego pierwsza warstwa oplatająca rdzeń wykonana jest z 6 splotów, a druga nawinięta w przeciwnym kierunku (zapobiega to rozkręceniu się splotów pod naciągiem) wykonana jest z 12 splotów. Przekroje lin nośnych wynoszą 70, 95 i 120 mm². Liny nośne służące do zawieszeń poprzecznych wykonane są z 37 splotów (nawiniętych w trzech warstwach 6+12+18) i mają przekrój 185 mm². Obliczona minimalna siła rozrywająca uzależniona jest od rodzaju liny. Przykładowo minimalna siła rozrywająca liny z miedzi kadmowej o przekroju 70 mm² wynosi 2422 daN, a liny stalowej o tym samym przekroju 11780 daN. Rezystancja na km tych samych lin wynosi kolejno 0,261 W i 3,09 W. Masa liny z miedzi kadmowej wynosi 637 kg/km, natomiast liny stalowej 580 kg/km.


Przewody jezdne

  Przewody jezdne wykonuje się z miedzi twardej (oznaczenie Djp - drut jezdny profilowy z miedzi twardej) i miedzi z domieszkami niklu, tytanu i cyny (DjpM - drut jezdny profilowy z miedzi modyfikowanej). Przewody jezdne z domieszkami mają lepsze właściwości wytrzymałościowe i są bardziej odporne na wysokie temperatury. Przekrój przewodu jezdnego ma kształt okrągły z wycinkami (rowkami) w górnej części służącymi do umocowania zacisków i różnych uchwytów. Dolna część przewodu jezdnego nazywana jest częścią roboczą. Część robocza nie może mieć żadnych uszkodzeń, gdyż w szybkim czasie może to doprowadzić do zerwania przewodu. Przekroje przewodów jezdnych wynoszą 100 mm² i 150 mm² (większe obciążenia prądowe). Przewody jezdne o przekroju 100 mm² charakteryzują się następującymi właściwościami: siła rozrywająca nie mniej niż 3295 daN, prąd obciążenia długotrwałego 600 A, masa ok 890 kg/km, rezystancja maksymalna 0,186 W/km.


Przewody wzmacniające

  Przewody wzmacniające stosuje się na linach o dużym natężeniu ruchu pociągów, gdzie przewodność elektryczna liny nośnej i przewodu jezdnego nie wystarcza do prawidłowego przesyłu energii. Przewód ten zawiesza się na konstrukcjach wsporczych i prowadzi równolegle do sieci jezdnej łącząc go co kawałek z przewodem jezdnym (zwykle co 300 m). Jako przewód wzmacniający może służyć lina nośna z miedzi twardej o przekroju 120 mm². Spotkać można także przewody wzmacniające wykonane z lin stalowo-aluminiowych o przekrojach 95, 185, 240 mm². Przekrój przewodu stalowo-aluminiowego pokazany jest na rysunku.


Przewody do połączeń elektrycznych

  Przewody do połączeń elektrycznych stosuje się do łączenia przewodów sieci jezdnej w przęsłach naprężenia, łączenia sieci jezdnej z odgromnikami, odłącznikami, przewodami wzmacniającymi. Przewody te muszą mieć możliwie jak najmniejszą rezystancję przejścia, która wynosi 0,190 W dla linki o przekroju 95 mm² lub 0,097 W dla linki o przekroju 185 mm². Linki wykonuje się ze splotu 37 drutów. Połączenia elektryczne sekcji w przęsłach naprężenia realizuje się w taki sposób, że przewody jezdne łączy się z linami nośnymi, następnie liny nośne łączy się z linami nośnymi drugiej sekcji, lub jeśli sekcje są połączone odłącznikiem sekcyjnym to liny nośne łączy się z nożami odłącznika. Zaciski wykonuje się z brązu i pokrywa warstwą cyny podobnie końcówki przewodów dla równomiernego rozpływu prądu w drutach linki. Wnętrza zacisków uszczelnia się minią naturalną lub wazeliną techniczną co zapobiega dostawaniu się do ich wnętrza zanieczyszczeń powodujących wzrost rezystancji.


IZOLATORY
  Każdy izolator niezależnie od konstrukcji ma za zadanie elektryczne oddzielanie dwóch odcinków tak, aby potencjał jednego z nich nie pojawił się na drugim odcinku. W trakcji elektrycznej izolatory mają podobne zadania jak w sieciach energetycznych. Jednak izolatory trakcyjne pracują w trudniejszych warunkach. Zadaniem izolatorów stosowanych w sieci trakcyjnej jest:
- oddzielanie sieci trakcyjnej od konstrukcji wsporczych;
- izolowanie sieci sąsiednich torów zawieszonych na tych samych konstrukcjach (izolacja poprzeczna);
- izolowanie sąsiednich odcinków (sekcji) biegnących nad tym samym torem (izolacja podłużna).
  Izolatory stosowane w trakcji są narażone na drgania, działania dynamiczne spowodowane ruchem pociągów oraz większe zanieczyszczenia (szczególnie w trakcji mieszanej). Poza tym izolatory te muszą zapewniać szczególne bezpieczeństwo w stosunku do pojazdów szynowych i być wytrzymałe mechanicznie. Z tych powodów izolatory te nieco różnią się w konstrukcji od tych stosowanych w sieciach energetycznych.
  Bardzo dobrym izolatorem jest porcelana, która jest odporna na ściskanie. Izolatorem, który narażony jest na ścisk jest izolator mocujący ukośnik. Z kolei na siły rozrywające jest narażony izolator kotwowy. Musi on być tak skonstruowany, aby porcelana i materiał, który łączy metal z porcelaną były dobrze ściśnięte co uniemożliwia jego rozerwanie. Można to uzyskać stosując odpowiednie kształty okuć, które służą do mocowania izolatora. Izolatory te muszą zapewniać wytrzymałość mechaniczną nawet w przypadku zniszczenia porcelany.


  Aby izolatory spełniały stawiane im zadania muszą same też być chronione przed działaniem szkodliwych czynników jak korozja elektrolityczna. W wyniku korozji w izolatorze osadza się produkt, który może rozrywać od środka izolator. Aby tego uniknąć izolator zabezpiecza się od środka elementem sprężystym, lub też stosuje się dwa kołpaki.
  W trakcji stosuję się także izolatory, które stosowane są w energetyce. Takimi izolatorami są izolatory wsporcze.
Do budowy izolatorów oprócz porcelany stosuje się tworzywa sztuczne: żywice epoksydowe i poliestrowe, które się wzmacnia włóknem szklanym. Żywice epoksydowe dodatkowo wypełniane są politetra-fluoroetylenem oraz wypełniaczem mineralnym. Charakteryzują się one dużą wytrzymałością na ściskanie, rozrywanie, nie zatrzymują wody oraz są bardziej odporne na wyładowania powierzchniowe.

OSPRZĘT
  Osprzęt instalacyjny służy do łączenia ze sobą przewodów, mocowania wysięgów do konstrukcji wsporczych oraz do podwieszania przewodów. W zależności od rodzaju zadania jakie ma spełniać osprzęt stosuje się różne rozwiązania, które umożliwiają przenoszenie sił mechanicznych, przewodzenie prądu, a także izolują.
Najczęściej do łączenia elementów stosuje się śruby, które dodatkowo zabezpiecza się podkładkami sprężystymi, przeciwnakrętkami oraz podkładkami miedzianymi, które są naginane na nakrętkę w celu ochrony śruby przed samoodkręceniem.
Łączenie elementów śrubami stosuje się tam gdzie jest to konieczne, w innych przypadkach zazwyczaj używa się zatrzasków, które są łatwiejsze w obsłudze niż śruby, które podczas prac sprawiają kłopoty a ich odkręcanie lub przykręcanie jest pracochłonne.

  Do łączenia wysięgów z konstrukcjami wsporczymi stosuje się różnego rodzaju obejmy, śruby hakowe, czasem wierci się otwory. Elementy te muszą być łatwe w montażu, a także zapewniać możliwość regulacji położenia.
W zależności od kierunku działania sił, izolatory mocuje się za pomocą uchwytów (siły rozrywające) oraz wsporników (siły ściskające). Uchwyty wykonuje się z kabłonków lub płytek zapewniających swobodę ruchu, a wsporniki mocuje się za pomocą śrub.
W sieci jezdnej osprzęt nie tylko ma za zadnie łączenie, czasem także przewodzenie prądu. W takiej sytuacji elementy stosowane do łączenia muszą zapewniać dużą powierzchnię styku, odporność na korozję, a także muszą posiadać małą rezystancję.

- przewody obciążone własnym ciężarem i przewodzące prąd łączone są za pomocą złącz falistych lub rurowych;
- do łączenia przewodów o różnych przekrojach stosuje się zaciski śrubowe. Dodatkowo przewód w miejscu styku ze złączem pokrywa się wazeliną techniczną lub wypełnia się minią naturalną, które zapobiegają przedostawaniu się wilgoci między żyły;
- do połączenia elektrycznego przewodu jezdnego z liną nośną stosuje się zaciski klinowe;
- gdy trzeba łączyć przewody wykonane z różnych materiałów stosuję się zaciski dwumetalowe (bimetalowe);
- do łączenia konstrukcji wsporczej z przewodem uszyniającym stosuje się zaciski przelotowe.

  W zależności od wielkości sił mechanicznych stosuje się inne rodzaje złącz. Tam gdzie przewody obciążone są własnym ciężarem stosuje się pętle, które przytwierdza się za pomocą złączki lub uchwytu śrubowego.
Gdy przewody przenoszą większe siły mechaniczne wtedy stosuje się mocniejsze złącza w postaci klinów zapewniających zaciskanie się przewodu. Złącze wykonane jest w postaci dwóch uchwytów połączonych śrubą rzymską, podobnie skonstruowane są uchwyty końcowe. W celu lepszego połączenia elektrycznego czasem stosuje się w złączu bocznik.

  Przewody łączy się ze sobą za pomocą prasy hydraulicznej na zimno. Innym sposobem jest spawanie i zgrzewanie jednak stosowanie urządzeń do tego celu jest kłopotliwe w przypadku gdy sieć wisi.
Do mocowania liny nośnej do konstrukcji wsporczej stosuje się uchwyty podwieszeniowe, przewody jezdne mocowane są do wieszaków za pomocą uchwytów wieszakowych.

ZASADY KONSTRUKCJI SIECI JEZDNEJ | SPOSOBY ZAWIESZANIA SIECI NA KONSTRUKCJACH | KOTWIENIA PRZEWODÓW SEKCJONOWANIE | ROZJAZDY SIECIOWE | PUNKT ZASILAJĄCY | IZOLACJA PODŁUŻNA KONSTRUKCJE SPECJALNE | SIEĆ POWROTNA | PRĄDY BŁĄDZĄCE | ZABEZPIECZENIA | DANE TECHNICZNE

Poniżej znajdują się odnośniki do poszczególnych zagadnień związanych z trakcją elektryczną:

SIEĆ TRAKCYJNA | OGÓLNE INFORMACJE | SYSTEMY ZASILANIA | SILNIKI TRAKCYJNE | PODSTACJE TRAKCYJNE AUTOMATYKA I STEROWANIE | ELEKTRYFIKACJA I EKSPLOATACJA | HAMOWANIE ELEKTRYCZNE