Контактные провода

Контактные провода являются одним из основных элементов кон­тактной сети. От правильного выбора их материалов, 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, натревостой костью (теплопроводностью). Высокая механи­ческая прочность проводов позволяет давать им большие натяжения. Это повышает ветроустойчивость контактных подвесок, улучшает ка­чество токосъема, особенно при высоких скоростях движения поездов, обеспечивает устойчивую работу цепной подвески в течение всего пе­риода ее эксплуатации. Высокая электропроводность проводов спо­собствует снижению потерь электрической энергии-в контактных под­весках. Термостойкий материал сохраняет при высоких температурах нагрева прочность и твердость.

В Советском Союзе выпускают бесстыковые медные.низколегнрованиые (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 и прокат­ки катанки (методом НЛП). Этот метод позволяет получить кон­тактный провод бесстыковым, т. е. без мест соединения (пайкой. сваркой) на всей строительной длине провода.

Для электрифицированных железных дорог используют контакт­ные провода фасонного (рис. 18) и фасонного овального профиля (рис. 19) с двумя продольными желобками для захвата головки провода зажимами. Достоинством овальных проводов является их повышен­ный на 10 % допустимый длительный ток (ввиду большего периметра профиля н поэтому 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. К марке провода добавляют его номинальную площадь сечения. Тогда обозна­чение провода, например, низколегированного фасонного сечением 100 мм¹ будет НЛФ-ІОО.

-24-

Бронзовые контактные провода на верхней части сечения (голов­ке) должны иметь одну отличительную канавку (рис. 20, а), а низко­легированные — две канавки, расположенные симметрично относи­тельно вертикальной оси (рис. 20, б). В обозначениях низколегиро­ванных и бронзовых контактных проводов на трафарете барабана после букв НЛ и Бр указывают легирующий компонент и расчетный процент его содержания, например: НЛОлО,04ФО-100 — низколеги­рованный с присадкой олова (0,04%), фасонный, овальный, сечением 100 мм², БрЦрО,5Ф-100 — бронзовый с присадкой циркония (0,5 %), фасонный, сечением 100 мм².

В низколегированных контактных проводах, кроме олова (0,03— 0,06 % Sn), в качестве легирующих компонентов применяют также маг­ний (0,04—0,06 % Mg), цирконий (0,04—0,06 % 2г), кремний (0,03— 0,06 % Si) и титан (0,01—0,04 % Ті); в бронзовых контактных прово-Дах —магний (0,15—0,3% Mg), кадмий (0,08—1,1.% Cd), цирконий (0,4—0,6 %), а также магний (0,1—0,2 %) вместе с цирконием (0,1— 0,2 %). Бронзовые контактные провода по сравнению с медными и низ­колегированными имеют более высокую износостойкость, прочность, и термостойкость, но меньшую проводимость и более высокую стои­мость. Меньшая проводимость вызывает увеличение расхода электро­энергии на тягу поездов. Поэтому в качестве легирующих добавок к м еди стараются использовать недорогие и недефинитные металлы, ко-

-25-

торые бы, повышая изно­состойкость контактных проводов, незначительно-уменьшали их проводи­мость. Влияние легирую­щих добавок (примесей) на электрическую проводи­мость проводов (проводи­мость чистой меди 100 74) показано на рис. 21.

На железных дорогах Советского Союза приме­няют контактные провода сечением 85,100 и 150мм¹, провода сечением 85 мм¹ — на станционных путях.

Номинальные сечения, размеры, допустимые отклонения и расчет­ная пасса контактных проводов должны соответствовать указанным на рис. 18 и 19 я в табл. 1. Отклонение фактического сечения провода от номинального должно быть в пределах + 2... — 1 %.

Марки контактных проводов по их химическому составу для кон­кретных условий эксплуатации выбирают в зависимости от допусти­мий наибольшей температуры нагрева проводов и допустимого меха­нического напряжения.

Для медных контактных проводов марок МФ и МФО допускаемая температура нагрева проводов принята равной 95 °С, а допустимое механическое напряжение 117,7 МПа; для низколегированных прово­дов марок НЛФ и НЛФО эти показатели соответственно равны 110 °С и 127,4 МПа; для бронзовых контактных проводов марок БрФ и БрФО — 130 °С и 137,2 МПа.

Механические характеристики медных и низколегированных кон­тактных проводов должны соответствовать значениям, указанным в табл. 2, а бронзовых — в табл. 3.

Электрические сопротивления проводов постоянному току при температуре + 20 °С должны быть не более значений, указанных в табл. 4.

-26-

-27-

Коэффициент температурного линейного удлинения медных, низ­колегированных и бронзовых контактных проводов а равен 17-10^-6 1/^0С, а модуль упругости Е = 130 ГПа.

Важной характеристикой контактных проводов является их твер­дость. У новых медных контактных проводов твердость равна 95— 120 НВ, у низколегированных 105—135 НВ, у бронзовых 110—140 НВ.

В эксплуатации под влиянием нагрева тяговыми токами н 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 напряжения растяжения.

При нагреве медных контактных проводов из меди МО до темпера­туры 120 °С у них начинается повышенное разупрочнение, появля­ется явление ползучести (неупругого растяжения). В этом отношении низколегированные контактные провода имеют преимущества по срав­нению с медными проводами как из меди МО, изготовленными мето­дом НЛП, так и из меди Ml, изготовлявшимися ранее на петлевом стане. Введение легирующих добавок в небольших (не более требуе­мого количества примесей для меди Ml) количествах в меди при изго­товлении низколегированных контактных проводов создает направлен­ное упрочнение материала провода. Поэтому низколегированные кон­тактные провода допускают более высокую температуру нагрева 110 °С в течение всего срока их службы и более высокое напряжение растяжения 130 МПа.

Наиболее стабильные свойства низколегированных проводов по­лучаются при их легировании оловом.

Границей максимального нагрева проводов может служить темпе­ратура, при которой начинает проявляться у них ползучесть. Этатемпература составляет + 140 °С для медных, + 150 °С для низколе­гированных и + 180 ^СС для бронзовых контактных проводов.

В эксплуатации обычно наблюдаются отдельные однократные на­гревы контактных проводов различной продолжительности до темпе­ратур 70—100 "С. В основном же температуры нагрева контактных проводов не превышают 50—70 °С," а при таких температурах изменение свойств проводов происходит очень медленно.

Температура нагрева контактных проводов (О, °С) зависит от значения и длительности тяговых токов, температуры окружающего воздуха 1щах. а также от скорости воздушного потока, который обду­вает провода. Чем выше скорость воздушного потока, тем больше про­вод охлаждается. Следовательно, при нагреве контактных проводов наиболее тяжелые условия будут при максимальной температуре окру­жающего воздуха t_max и минимальной скорости ветра U_mln.

При тепловых расчетах проводов минимальную скорость воздуш­ного потока v_min обычно принимают равной 1 м/с, а максимальную тем­пературу окружающего воздуха t_max принимают равной + 40 °С.

Допустимые токовые нагрузки на контактные провода определяют до тепловым характеристикам проводов с учетом расчетной максималь-

-28-

ной температуры воздуха t_max и минимальной скорости ветра 0_Ш1В в районе электрифицированной линии.

Тепловая характеристика провода представляет собой зависимость превышения установившейся температуры провода над температурой окружающей среды от значения длительно протекающего по нему тока (рис. 22). Сравнение тепловых характеристик проводов МФ-85, МФ-100, МФО-100 и МФ-150 показывает, что на допустимую токо­вую нагрузку провода влияет не только площадь сечення провода, но и его профиль, а при двух контактных проводах — еще и расстояние между их осями. Как видно из рис. 22, при допустимом превышении температуры провода над температурой окружающей среды 60 °С токовая нагрузка для провода МФ-85 составит 540 А, для проводов МФ-100 и МФО-100 — соответственно 600 и 660 А, для провода МФ-150 —750 А.

При двух контактных проводах имеет место тепловое экранирова­ние, которое начинает существенно сказываться при расстоянии между осями проводов меньше 60 мм. Следовательно, при расчетах допусти­мой плотности тока для двойного контактного провода 2МФ-100 не­обходимо учитывать расстояния между осями проводов. Это относит­ся, например, к ромбовидным контактным подвескам, в которых про­вода в средней части пролета располагают на расстоянии 50—100 мм один от другого.

По мере изнашивания контактного провода плотность тока возра­стает по линейному закону, а допустимая токовая нагрузка на остав­шееся сечение провода уменьшается. При превышении температуры провода над температурой окружающей среды 60 °С и скорости ветра 1 м/с допустимую токовую нагрузку на провод МФ-100 с износом 40 % принимают 420 А вместо 600 А для неизношенного.

-29-

Термостойкость контактного провода при воздействии на него электрической дуги измеряется кулонами (Кл) и зависит от значения тока и марки провода. Если значения 0 больше, чем наиденные по кривым рис. 23, to возможен пережог провода. Как видно из этого рисунка, в области значений тока до 4000 А для пережога медных кон­тактных проводов МФ-100 и МФО-100 необходимо 300—600 Кл, а бронзового провода БрКдФО-100 — не менее 700—1100 Кл, т. е. почти в 2 раза больше. В этом отношении бронзовые контактные про­вода имеют преимущество перед медными.

Целесообразность применения бронзовых контактных проводов устанавливают на основании технико-экономических расчетов, в ко­торых учитывают как единовременные затраты, так и текущие экс­плуатационные расходы, включая амортизационные отчисления.

Срок службы медных контактных проводов должен быть не менее 6 лет, низколегированных — 8 лет, бронзовых — 15 лет.

Дата добавления: 2015-09-03