«ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ Утверждено Департаментом кадров и учебных заведений МПС России в качестве учебника для студентов техникумов и колледжей железнодорожного транспорта Москва 2003 1 УДК ...»

Гидромуфтами называют устройства, передающие энергию от ведущего вала к ведомому через жидкость, заключенную в замкнутом объеме, без изменения вращающего момента. Принцип действия гидромуфты заключается в следующем. Рабочая жидкость (масло), поступившая от насосного колеса, действует на лопатки турбинного колеса и приводит его и ведомый вал во вращение, причем значение вращающего момента не изменяется.

Гидромуфты, следовательно, используют в гидропередачах только для соединения ведущего и ведомого валов. На современных тепловозах применяются гидравлические передачи различных типов, рассчитанные на передачу как малых, так и больших мощностей. Однако широкого применения в тепловозостроении гидропередача пока еще не нашла.

Электрическая передача получила самое широкое распространение в тепловозостроении. Она удовлетворяет эксплуатационным требованиям, предъявляемым к локомотивам, и сохраняет постоянство мощности при изменении силы тяги и скорости движения. Это достигается путем изменения режима работы входящих в нее электрических машин. Электрическая передача дает возможность сочленять несколько тепловозов (секций) для управления с одного пульта, т.е.

обеспечивает работу по системе многих единиц.

На тепловозах применяют электрические передачи трех видов.

Передача постоянного тока (рис. 13.10), в которой и тяговый генератор Г и тяговые электродвигатели М выполнены в виде машин постоянного тока, наиболее проста, не имеет промежуточных звеньев, обладает высоким КПД и хорошими регулировочными качествами. Однако в связи с увеличением секционной мощности тепловозов генераторы постоянного тока (более 3000 кВт) не всегда обеспечивают норРис. 13.10. Схема передачи коллектор, т.е. нормальную коммутацию. Поэтому в последнее время получила широкое распространение передача переменно-постоянного тока (рис. 13.11), в которой применен Рис. 13.11. Схема передачи тяговый синхронный генератор Г переменно-постоянного тока Для преобразования переменного тока в постоянный между генератором и двигателями включена выпрямительная установка ВУ. При дальнейшем увелиРис. 13.12. Схема щим становится тяговый двигатель. Поэтому в перспективе намечается применение передач переменного тока (рис. 13.12), в которых и тяговые двигатели выполнены в виде машин переменного тока. Для нормальной работы таких двигателей требуется одновременно регулировать напряжение и частоту переменного тока. Поэтому в цепь включается преобразователь частоты ПЧ.

13.6. Электрические машины тепловоза На тепловозах применяют электрические машины различных видов: тяговые (главные) генераторы, вспомогательные и стартеры-генераторы для питания вспомогательных агрегатов, тяговые электродвигатели, возбудители и подвозбудители, электродвигатели привода различных механизмов (насосов, вентиляторов и т.п.). Тяговые генераторы и тяговые электродвигатели относятся к основным электрическим машинам тепловозов с электропередачей, а остальные машины — к вспомогательным.

Тяговый генератор. Он превращает механическую энергию дизеля в электрическую для питания тяговых электродвигателей. При запуске дизеля тяговый генератор выполняет роль стартера, т.е. раскручивает коленчатый вал до наименьшей частоты вращения, при которой обеспечивается самовоспламенение поданного в цилиндры дизеля топлива.

На тепловозах применяют генераторы самовентилирующиеся и с принудительной вентиляцией. В первом случае вентилятор крепят к валу или корпусу якоря генератора, а во втором привод вентилятора осуществляется от коленчатого вала дизеля или от электродвигателя. Генераторы сравнительно малой мощности (до 1300 кВт) имеют самовентиляцию, воздух для охлаждения всасывается из-под капота или дизельного помещения. Тяговые генераторы большой мощности имеют принудительную вентиляцию. Охлаждающий воздух засасывается через люки в боковых стенках кузова тепловоза и проходит через специальные фильтры.

Устройство тяговых генераторов различных типов имеет свои особенности. Наиболее типичными являются генераторы ГП311Б постоянного тока и ГС501А переменного тока.

Тяговый генератор типа ГП-311Б постоянного тока установлен на тепловозах серии ТЭ10. Основные части генератора — станина и якорь. В станине размещены главные и добавочные полюсы. Якорь включает вал, корпус якоря, сердечник, обмотку, коллектор и детали крепления. Генератор имеет один подшипниковый щит со стороны коллектора, в котором смонтирован роликовый подшипник и установлены щеткодержатели. Современные тяговые генераторы тепловозов имеют якоря с укороченным валом.

Тяговый синхронный генератор типа ГС501А является двенадцатиполюсной машиной с активной мощностью 2190 кВт. Он имеет принудительную осевую вентиляцию с забором воздуха извне и очисткой его специальными фильтрами. Вход воздуха — со стороны привода, выброс — со стороны токосъемных колец через боковые патрубки щита.

Для перспективных магистральных тепловозов и газотурбовозов, чтобы уменьшить общие габаритные размеры и массу, упростить привод и улучшить компоновку оборудования, тяговые и вспомогательные синхронные генераторы выполняют в виде единого электрогенераторного агрегата.

Тяговые электродвигатели. Все тяговые электродвигатели по конструкции принципиально одинаковы. Различия их в основном заключаются в способе закрепления (подвески) на тележке, размещении и способе подачи смазки в моторно-осевые подшипники. Наиболее типичными из выпускаемых и осваиваемых на перспективу являются электродвигатели ЭД-118Б и ЭД-125Б. Они представляют собой четырехполюсные реверсивные электрические машины постоянного тока последовательного возбуждения с независимой принудительной вентиляцией, работают с номинальной мощностью в широком диапазоне частоты вращения якоря. По конструкции тепловозные электродвигатели аналогичны электровозным (см. рис. 12.16).

Некоторые принципиальные отличия свойственны шестиполюсным тяговым электродвигателям ЭД126 тепловозов 2ТЭ121: они имеют рамное подвешивание; вал их якоря полый.

Существенные отличия по конструкции и принципу работы имеет создаваемый для опытных тепловозов с электропередачей переменного тока тяговый асинхронный электродвигатель ЭД900. Он проще по конструкции.

Возбудители и вспомогательные генераторы. Возбудители предназначены для питания постоянным током обмотки независимого возбуждения тягового генератора непосредственно или через выпрямительную установку (синхронные), а вспомогательные генераторы — для питания различных нагрузок собственных нужд тепловоза (заряд аккумуляторной батареи, питание цепей управления и освещения, электродвигателей привода насосов, вентиляторов и др.). На тепловозах применяют возбудители постоянного тока с продольно-расщепленными (ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1, ТЭМ2) или с поперечно-расщепленными полюсами (ТЭ3), синхронные высокочастотные возбудители трехфазного тока (ТЭ10 первых выпусков) и генераторы постоянного тока нормального исполнения, имеющие две обмотки возбуждения (ТЭ10, 2ТЭ10Л, ТЭП60, ТЭ40). На тепловозах с передачей переменно-постоянного тока в качестве возбудителя используют синхронные генераторы однофазного тока повышенной частоты с независимым возбуждением. Вспомогательные генераторы являются машинами постоянного тока с параллельным возбуждением. Часто возбудитель и вспомогательный генератор объединяют в одну электрическую машину, имеющую общий вал якорей, — это двухмашинный агрегат. Он имеет разъемную станину, шесть главных и пять добавочных полюсов.

Якоря возбудителя и вспомогательного генератора различаются только длиной. В средней части вала якорей установлено вентиляторное колесо, прогоняющее воздух для охлаждения машины.

Синхронный подвозбудитель ВС 652. Он предназначен для питания через амплистат и выпрямитель обмотки независимого возбуждения, представляет собой четырехполюсную синхронную машину.

Стартер-генератор ПСГ. В режиме двигателя его используют для пуска дизеля на некоторых тепловозах при питании от аккумуляторной батареи, затем — в качестве вспомогательного генератора для питания различных потребителей собственных нужд тепловоза. Он представляет собой машину постоянного тока, аналогичную по устройству генератору.

Аккумуляторная батарея. Питание тягового генератора при пуске дизеля и цепей управления и освещения при неработающем дизеле осуществляется от аккумуляторной батареи емкостью 450 А-ч. На тепловозах применяют кислотные (свинцовые) и щелочные (железоникелевые) аккумуляторные батареи, которые состоят из последовательно соединенных элементов. Щелочные аккумуляторные батареи саморазряжаются медленнее, чем свинцовые, и имеют большой срок службы. Однако они обладают меньшими коэффициентами отдачи и энергии, большим весом и стоимостью.

13.7. Электрические аппараты тепловоза Электрические аппараты классифицируют по назначению: аппараты управления, автоматического регулирования, защиты, измерительные приборы и др. В зависимости от напряжения аппараты разделяются на высоковольтные, работающие в силовой цепи при напряжении до 900 В, и низковольтные, работающие в цепях управления, освещения и вспомогательных приборов при напряжении 75 и 110 В. Основные электрические аппараты размещены в высоковольтной камере.

Аппараты управления. К ним относятся: контроллер, реверсор, кнопочные выключатели, контакторы, реле управления, реле перехода и др.

Контроллеры машиниста служат для регулирования мощности дизеля. Они имеют по 8, 15 или 16 рабочих позиций. При повороте рукоятки контроллера на ту или иную позицию при помощи электропневматических клапанов и регулятора частоты вращения задается определенная весовая подача топлива на рабочий ход поршня и тем самым устанавливается соответствующая частота вращения коленчатого вала. Контроллер имеет две рукоятки: главную и реверсивную. Главная рукоятка регулирует режимы работы тепловоза, реверсивная — изменяет направление движения. Обе рукоятки сблокированы между собой.

Направление движения тепловоза изменяется реверсором, который изменяет направление тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей. Кнопочные выключатели и тумблеры предназначены для включения и выключения цепей управления, освещения и вспомогательных машин. Контакторы электропневматические и электромагнитные служат для замыкания и размыкания (под током) цепей, по которым протекают большие токи или которые обладают значительными индуктивностями. Реле управления служит для включения и выключения цепей управления. Реле перехода предназначено для автоматического переключения тяговых электродвигателей с одной схемы соединения на другую или включения и выключения контакторов возбуждения тяговых двигателей.

Аппараты автоматического регулирования. К ним относятся регуляторы напряжения, амплистат. Регуляторы напряжения служат для поддержания постоянного напряжения вспомогательного генератора. Амплистат представляет собой магнитный усилитель с внутренней обратной связью. Он применяется для регулирования величины тока возбуждения тягового генератора или возбудителя.

Аппараты защиты. К этим аппаратам относятся: блокировочный или тяговый магнит сервомотора регулятора частоты вращения, реле давления масла, реле заземления, реле боксования, реле ограничения тока, температурное реле и др. Блокировочный магнит управляет клапаном, перекрывающим перепускной канал под силовым поршнем сервомотора регулятора частоты вращения вала дизеля, он вводит в работу дизель или останавливает его.

Реле давления масла предназначено для снятия нагрузки с дизеля или остановки его при снижении давления масла в системе дизеля ниже допустимой величины. Реле давления воздуха служит для автоматического включения и выключения полупроводникового блока пуска компрессора в зависимости от давления сжатого воздуха в магистрали.

Реле заземления снимает нагрузку с тягового генератора при пробое изоляции на корпус. Реле боксования служит для снижения нагрузки тяговых электродвигателей при боксовании колес и для подачи сигнала машинисту о боксовании колес тепловоза.

Экипажная часть тепловоза состоит из следующих основных узлов: главной рамы, кузова и ходовых частей, к которым относятся тележки с колесными парами, буксами, рессорным подвешиванием, тормозной рычажной передачей.

Главная рама тепловоза. Она представляет собой сварную конструкцию, на которую опираются кузов, силовая установка и вспомогательное оборудование. Рама, кроме того, передает тяговые и тормозные силы к составу. Основными элементами рамы, например тепловоза типа ТЭ10М, являются двутавровые балки, соединенные поперечными перегородками из листа толщиной 10—12 мм, а по концам — литыми стяжными ящиками, в которых размещены автосцепки. Хребтовые балки усилены по верхним и нижним полкам накладными поясами. Хребтовые балки, поперечные перегородки, продольные полосы и настильные листы образуют жесткую коробчатую конструкцию рамы, обладающую необходимой прочностью в продольном и поперечном направлениях как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. С помощью поперечных скреплений к хребтовым балкам крепят обносной швеллер. Со стороны кабины машиниста он изогнут дугой, что придает тепловозу обтекаемую форму. В двух местах на продольной оси рамы снизу приварены шкворни, через которые передаются тяговые усилия от тележек. Рама опирается на тележки четырьмя сферическими опорами.

Автосцепное устройство. Это устройство размещено в главной раме и предназначено для сцепления секций тепловозов, тепловоза с составом, передачи продольных растягивающих и сжимающих сил, смягчения ударных нагрузок при сцеплении и в процессе движения.

Кузов тепловоза. По форме кузов может быть капотного или вагонного типа, по воспринимаемым нагрузкам — несущей и ненесущей конструкций. Все маневровые тепловозы имеют кузова капотного типа, магистральные — вагонного. Кузов ненесущей конструкции имеют грузовые тепловозы ТЭ3, 2ТЭ10В, 3ТЭ10М, 2ТЭ и др. Его сварной каркас из швеллеров и уголков с наружной стороны обшит листовой сталью толщиной до 3 мм. С внутренней стороны к швеллерам и уголкам крепят деревянные бруски, а к ним — обшивку (съемные стальные листы толщиной 1 мм). На всей длине кузова по бокам имеются оконные проемы, на крыше — люки, предназначенные для снятия и установки различных узлов и агрегатов при ремонте.

У кузова несущей конструкции (тепловозы ТЭП60, ТЭП70, 2ТЭ121) крышу, боковые стенки, каркас кабины машиниста и аппаратную камеру сваривают в единую цельную конструкцию. При этом для снижения массы применяют профили из низколегированных сталей и алюминиевых сплавов.

Тележки. Главная рама тепловоза опирается на тележки. По числу осей тележки бывают двух- или трехосные. Тепловозы с электрической передачей в большинстве своем имеют трехосные тележки, а с гидропередачей — двухосные. Трехосные тележки выполняют сварными. Они имеют раму, опоры, буксы, колесные пары, рессорное подвешивание и тормозное оборудование (рис. 13.13).

Для уменьшения сил, действующих вдоль осей колесных пар при входе в кривые участки пути и движении в них с высокими скоростями, ставят упругие упоры в буксах, а на пассажирских тепловозах ТЭП60, ТЭП70 применяют маятниковое подвешивание кузова. Кузов этих тепловозов опирается на каждую тележку через опоры: две центральные маятниковые и четыре боковые (рис. 13.14). Такая конструкция опоры обеспечивает возможность поперечного перемещения кузова относительно тележек, облегчая прохождение кривых участков пути с повышенными скоростями.

У тепловозов с гидравлической передачей конструкция рамы тележки определяется системой передачи от гидроагрегатов к раздаточному редуктору.

1 — буксовый узел; 2 — колесный центр; 3 — бандаж; 4 — подвеска;

5 — комплект пружин; 6 — тяга; 7 — кронштейн; 8 — рычажная передача тормоза; 9 — буксовый поводок; 10 — кронштейн подвески тяговых электродвигателей Колесные пары и буксы тепловозов. Колесные пары и буксы грузовых тепловозов выполнены так же, как у электровоза, только зубчатое колесо на оси одно.

Применение рамного подвешивания тяговых двигателей на тепловозах ТЭП60, ТЭП70, 2ТЭ внесло ряд особенностей в конструкцию колесной пары (рис. 13.15). Для уменьшения массы ось имеет сквозное по длине отверстие диаметром 70 мм. В колесном центре предусРис. 13.14. Маятниковое подвешивание мотрены два прилива с отверстиями, в которые 1 — боковые опоры; 2 — центральные маятнизапрессовывают ведущие ковые опоры; 3 — возвращающие аппараты; пальцы. Каждый центр — кузов тепловоза; 5 — стакан; 6 — стойки имеет еще по два отверстия большого диаметра:

через них проходят пальцы привода эластичной муфты. Полый вал передает вращающий момент от тягового двигателя к колесной паре через две эластичные муфты (по одной с каждой стороны).

В процессе движения тепловоза пальцы привода полого вала перемещаются относительно пальцев ко- колесо; 3 — ось колесной пары; 4 — полый лесной пары; перемещения вал; 5 — колесный центр; 6 — бандажные компенсируются специаль- колеса; 7 — бандажи ными резиновыми амортизаторами. Буксовый узел этих тепловозов, как и тепловозов ТЭ10М, бесчелюстного типа.

13.9. Газотурбовозы, турбопоезда, дизель-поезда, автомотрисы, дрезины, мотовозы Газотурбовоз. По сравнению с поршневыми газотурбинные двигателями имеют ряд преимуществ: газовая турбина может работать на низкосортном жидком топливе (мазуте); в одном силовом агрегате концентрируется большая мощность при небольших габаритных размерах; число деталей в турбине значительно меньше, чем в поршневом двигателе, следовательно, сокращаются ремонтные расходы и стоимость; отсутствие поверхностей трения, иной принцип охлаждения деталей позволяют уменьшить расход смазки по сравнению с поршневым двигателем.

Газовая турбина представляет собой тепловой лопаточный двигатель, который состоит из двух основных элементов: соплового аппарата с направляющими лопатками и вращающегося рабочего колеса (ротора) с рабочими лопатками.

В газотурбовозах применяют силовые газотурбинные локомотивные установки двух видов: простейшую газотурбинную установку и свободнопоршневой генератор газа (СППГ). Однако, как показала опытная эксплуатация, газотурбовоз с простейшей газотурбинной установкой обладает низким КПД — 10—12%. Созданные опытные газотурбинные установки с СППГ имеют более высокий КПД, но по своим размерам и массе уступают дизелям.

Турбопоезд. Внимание к внедрению турбопоездов для скоростного сообщения объясняется тем, что при возрастании скорости движения особое значение приобретает снижение массы как самого подвижного состава, так и его силового оборудования, в качестве которого используют турбореактивные двигатели.

Дизель-поезда. Их применяют для обслуживания пригородного пассажирского движения на неэлектрифицированных участках железных дорог; состоят они из вагонов (три, четыре, шесть), часть которых (обычно крайние) имеют силовые установки — это моторные (М) вагоны, остальные вагоны прицепные (П).

Дизель-поезд серии ДР1 имеет цельнонесущие с легкими металлическими каркасами кузова моторных и прицепных вагонов. Снаружи кузова обшиты металлическими гофрированными листами толщиной 1,4—2,5 мм. В пассажирском отделении применены люминесцентное освещение, принудительная вентиляция. Отопление вагона в холодное время года осуществляется за счет теплоты воды, охлаждающей дизель.

Кузов моторного вагона опирается на две двухосные бесчелюстные тележки с мягким пружинным рессорным подвешиванием и гидравлическими гасителями колебаний. Рама тележки сварная Н-образной формы. Обе колесные пары ведущие, имеют двухступенчатые осевые редукторы. Поддерживающие тележки аналогичны моторным, только не имеют осевых редукторов. Передняя часть моторного вагона сделана обтекаемой формы. Здесь расположена кабина машиниста, в которой размещен пульт управления. Из кабины машиниста имеется выход в машинное отделение, где находятся главный дизель, дизель-электростанция, гидропередача, от которой приводится во вращение зарядный генератор и воздушный компрессор.

Между машинным отделением и пассажирским помещением расположены тамбур и служебное отделение с двумя диванами, которое может использоваться как почтово-багажное или для других целей.

В пассажирском помещении установлены двусторонние полумягкие диваны. Входные двери для пассажиров двустворчатые раздвижные с пневматическим приводом, управляемые из кабины машиниста.

Дизель-поездом управляют из кабины машиниста с помощью контроллера и электропневматической аппаратуры. Пуск дизеля осуществляется пусковым стартером от щелочной аккумуляторной батареи. Для зарядки аккумуляторной батареи, питания цепей освещения и управления имеется генератор постоянного тока. Зарядный генератор, генератор для питания двигателя вентилятора, компрессор размещены под полом моторного вагона на специальной раме, подвешенной на болтах с резиновыми амортизаторами к главной раме вагона. Привод этих агрегатов осуществляется от коробки перемены передач. Дизель-поезд оборудован воздушной вентиляционно-отопительной системой, использующей тепло охлаждающей воды дизеля для отопления вагонов.

В качестве силовой установки применен четырехтактный V-образный дизель. Гидропередача ГДП-100 смонтирована на одной раме с дизелем и состоит из механического редуктора, двух гидротрансформаторов и реверсивного механизма. От вала реверса вращающий момент передается через карданные валы на осевые редукторы колесных пар ведущей тележки. Основные технические данные дизель-поездов приведены в Приложении, табл. 16. Дисковые тормоза обеспечивают дизель-поезду тормозной путь 900 м при торможении со скорости 120 км/ч.

Автомотрисы. Их применяют для перевозки пассажиров на линиях с небольшими пассажиропотоками и для служебных целей.

Широко распространена двухосная служебная автомотриса АС-1А с карбюраторным бензиновым двигателем внутреннего сгорания ГАЗ-51. Его коленчатый вал через коробку передач, карданный вал и осевой редуктор связан с движущей колесной парой. На сети дорог РФ используются автомотрисы АЧ-2, приобретенные в Чехословакии, мощностью 736 кВт, скоростью 120 км/ч и числом мест 70.

Автодрезины. Грузовые автодрезины нашли большое применение в путевом хозяйстве железных дорог. Они выполнены на платформах с бортами, на которые можно укладывать элементы верхнего строения пути (рельсы, шпалы, стрелочные переводы, рельсовые скрепления) и другие материалы, необходимые для доставки к месту производства работ. Грузовые автодрезины оборудованы грузоподъемными устройствами (кранами). Получили широкое распространение автодрезины АГМ, АГМу, ДГКу-5 и др. Наряду с грузовыми автодрезинами, особенно на электрифицированных участках железных дорог, для текущего содержания и аварийно-восстановительных работ на контактной сети используют монтажно-восстановительные автодрезины ДМ.

Мотодрезины. Они представляют собой самодвижущиеся повозки с двигателем мотоциклетного типа, механической передачей и стальными штампованными колесами. Мотодрезина ИД-1 (инспекторская дрезина) предназначена только для перевозки пассажиров, мотодрезина ТД-5 (транспортная дрезина) — для перевозки пассажиров, а также грузов на специальных прицепах.

Мотовозы. Их используют для маневровой работы на подъездных путях промышленных предприятий, подвоза материалов при ремонте пути на перегонах и для других работ в линейных хозяйствах железнодорожного и промышленного транспорта. Широко применяют мотовозы МЭС, ТГК-1, ТГК-2 и др. На мотовозах первых выпусков в качестве силовой установки применяли бензиновые двигатели автомобильного типа, а в последнее время — дизели мощностью до 220 кВт. На мотовозах используется, как правило, механическая или гидромеханическая передача. При механической передаче применяют коробки перемены передач, как правило, с четырьмя-пятью ступенями. Связь между двигателем и ведущими осями осуществляется с помощью либо карданного вала, либо цепной передачи. Применение гидромеханической передачи с автоматическим переключением ступеней скорости, наличие двух режимов работы (маневрового и поездного) обеспечивают высокую эффективность мотовоза.

Мотовоз-электростанция (МЭС). Он представляет собой тепловоз с электрической передачей, оборудованный электростанцией переменного трехфазного тока промышленной частоты мощностью 200 кВт. Дизель 1Д12 мощностью 220 кВт приводит в действие генератор постоянного тока МПТ 49/25, который питает тяговые электродвигатели. От МЭС получают электрическую энергию электроприводы путевых машин.

Рельсовый автобус PA1. Рельсовый автобус предназначен для перевозки пассажиров на малодеятельных участках железных дорог пригородного и межобластного сообщения. На его базе могут быть созданы:

командно-штабной вагон, автономный передвижной медицинский пункт, лаборатория, мастерская, вагон для инспекционных поездок.

Рельсовый автобус (рис. 13.16) представляет собой самоходную транспортную единицу с двумя кабинами управления. Силовая установка, обслуживающие системы, тяговый привод расположены под полом вагона между тележками. Крутящий момент передается на две оси одной тележки.

Оборудование пассажирского вагона и кабины машиниста системой отопления, системой принудительной вентиляции, двойными оконными стеклопакетами и надежной тепло-звукоизоляцией обеспечивает необходимые удобства для пассажиров, а наличие автоматической локомотивной сигнализации, устройства контроля бдительности, контрольно-диагностической системы управления, устройства блокировки управления при переходе машиниста из одной кабины в другую, автоматически открывающихся дверей, надежной тормозной системы делают поездку максимально безопасной. Рельсовый автобус РА1 имеет конструкционную скорость 100 км/ч, мощность 310 кВт.

Паровозы. Паровоз (рис. 13.17) — простой и надежный локомотив, работающий на недорогом топливе, для ремонта его не требуется сложное оборудование. Однако паровоз имеет низкий коэффициент полезного действия, ограничения по мощности котла не позволяют создать локомотивы, способные справиться с растущими грузопотоками. Применение же электрической и тепловозной тяги позволило в короткий срок значительно повысить пропускную и провозную способности линий.

Физическая основа названных достоинств и недостатков паровоза заключается в простом, но неэффективном способе превращения химической энергии топлива в механическую работу движущих колес.

Паровоз состоит из трех основных частей: парового котла, паровой машины и экипажа. Котел служит для превращения воды в пар высокого давления, способный совершать механическую работу.

В машине пар отдает имеющийся в нем запас энергии и заставляет вращаться колеса паровоза. Экипаж объединяет отдельные части паровоза и передает силу тяги от колесных пар паровоза поезду. Каждый паровоз везет на себе или на прицепляемом к нему тендере запас воды и топлива, необходимый для получения пара.

Котел — наиболее объемная часть паровоза (рис. 13.18). В части котла, примыкающей к кабине машиниста и называемой топкой 1, сжигается топливо, как правило, каменный уголь. Воздух, необходимый для горения, поступает в топку снизу (сплошные стрелки), а выходит из нее через трубы 2, проходящие через воду, заполняющую котел. Вода, нагреваясь, испаряется (штриховые стрелки). Пар сушится и подается в цилиндр 4 паровой машины, где в результате расширения совершает механическую работу, передвигая поршень 3 и вращая соединенные с ним кривошипно-шатунным механизмом движущиеся колеса 5.

Наибольшая сила тяги паровоза определяется силой сцепления движущих колес с рельсами. Чем больше число движущих или сцепных колес и значительнее масса, приходящаяся на каждое из них, тем больше будет сила тяги. Сцепная масса наряду с размерами котла и машины — один из самых важных параметров для определения скорости и массы состава, который может везти паровоз.

Паровая машина может потреблять столько пара, сколько его вырабатывает котел, производительность которого вполне определенна и характеризуется форсировкой котла — количеством пара в килограммах, которое дает котел в течение 1 ч c 1 м2 поверхности нагрева.

При трогании с места наличие достаточной мощности позволяет паровозу развивать большую силу тяги, ограничиваемую только сцеплением с рельсами. При небольших скоростях движения паровоза цилиндры машины не могут полностью использовать весь пар, получаемый от котла, т.е. они ограничивают способность паровоза совершать определенную работу. С увеличением скорости возрастает расход пара и может наступить такой момент, когда котел паровоза будет не в состоянии обеспечить паром цилиндры. Необходимо использовать пар в цилиндрах более экономично. Для этого укорачивают ход поршня, на протяжении которого пар поступает в цилиндр, уменьшают так называемую отсечку. Но при этом снижается полезная сила тяги. Таким образом, для паровоза существует три вида ограничения силы тяги: по сцеплению, котлу и машине.

Мощность паровозов, которые серийно выпускали в СССР, достигала у грузовых 15000 кВт, у пассажирских — 2000 кВт, нагрузка от движущих осей на рельсы не превышала 210 кН, конструкционная скорость составляла у грузовых 85 км/ч, а у пассажирских — 125 км/ч.

Глава 14. Локомотивное хозяйство 14.1. Технические средства локомотивного хозяйства В составе каждого отделения дороги могут быть одно или несколько основных и оборотных локомотивных депо в зависимости от протяженности его участков и объема работы.

Локомотивное депо — это основное производственное подразделение локомотивного хозяйства. Их сооружают на участковых, сортировочных и пассажирских станциях, выбираемых на основе технико-экономического сравнения различных вариантов. Депо, имеющие приписной парк локомотивов для обслуживания грузовых или пассажирских поездов, локомотивные здания, мастерские и другие технические средства для производства текущего ремонта, технического обслуживания и экипировки, называют основными. Оборотным называют депо, находящееся в конце тягового плеча, где оборачиваются локомотивы для обратного следования в основное депо. В оборотном депо размещают пункты технического обслуживания и экипировки локомотивов, экипировочные устройства и дома отдыха локомотивных бригад.

Наряду с ними в целях совершенствования организации ремонта и лучшего использования производственных мощностей на дорогах создают и ремонтные базы — депо, специализированные по видам ремонта и типам локомотива.

По виду тяги различают тепловозные, электровозные, моторвагонные, дизельные и смешанные депо. В крупных железнодорожных узлах предусматривают отдельные локомотивные депо для грузовых и пассажирских локомотивов.

Размещение и техническое оснащение локомотивных депо должны обеспечивать установленные размеры движения поездов, эффективное использование локомотивов, высокое качество их технического обслуживания и ремонта, высокую производительность труда.

Наряду с оснащением локомотивных депо устройствами и оборудованием для ремонта и технического обслуживания локомотивов, большое внимание уделяется гигиеническим условиям и технике безопасности труда рабочих. При депо имеются санитарно-бытовые помещения с гардеробными, душевыми, столовыми, техническими кабинетами и комнатами для занятий, другие помещения. Цехи депо оборудованы отоплением, приточно-вытяжной вентиляцией, имеют рациональное естественное и искусственное освещение.

Руководит работой локомотивного депо начальник. Примерная организационная структура такого депо показана на рис. 14.1.

В комплекс сооружений и технических устройств локомотивного хозяйства входят следующие объекты: депо основные электровозные, тепловозные, паровозные и моторвагонные с цехами, мастерскими, служебными и бытовыми помещениями; пункты технического обслуживания, совмещенные с экипировкой локомотивов; устройства для наружной очистки, обмывки и продувки локомотивов на открытой площадке или в закрытом стойле с производственными и служебно-бытовыми помещениями; установки для реостатных испытаний тепловозов с электрической передачей на открытой площадке; устройства для экипировки локомотивов на открытой площадке или в закрытых стойРис. 14.1. Примерная организационная структура основного лах с производственными и служебно-бытовыми помещениями; устройства для экипировки локомотивов на приемо-отправочных путях станции с производственными и служебно-бытовыми помещениями;

склады топлива и смазки; дома отдыха локомотивных бригад; пути для стоянки локомотивов, готовых к работе и запасных; пути ходовые, обгонные, экипировочные и служебные; устройства для поворота локомотивов. При реорганизации работы железнодорожного транспорта предусматривается разделение локомотивных депо на эксплуатационные и ремонтные.

По форме периметра здания депо бывают прямоугольные (рис. 14.2, а), ступенчатые (рис. 14.2, в) и веерные (рис. 14.2, б, г). В локомотивных депо предусмотрены специализированные стойла следующего назначения: для технического обслуживания (ТО-2 и ТО-З) и текущего ремонта (ТР-1, ТР-2, ТР-3), обточки колесных пар без выкатки, одиночной выкатки колесно-моторных блоков, реостатных испытаний тепловозов и окраски. В зависимости от объема работы в депо может быть Рис. 14.2. Схемы зданий локомотивных депо прямоугольного (а), веерного без круга (б), ступенчатого (в) и веерного с кругом (г) полная или только частичная номенклатура стойл. Число стойл определяют расчетом исходя из необходимости выполнения всех видов обслуживания локомотивов.

Современные депо насыщены подъемно-транспортным оборудованием: мостовыми кранами, кран-балками, электропогрузчиками, электрокарами; различными моечными и очистными машинами, позволяющими производить обмывание полного комплекта узлов и деталей локомотива, поступившего в текущий ремонт.

Надежная работа современных локомотивов с электрической передачей во многом зависит от состояния электрических машин и особенно тяговых двигателей и генераторов. Поэтому содержанию, ремонту и испытаниям электрических машин уделяют большое внимание. В электромашинных цехах депо, где выполняется текущий ремонт, предусмотрено специальное оборудование: станки для обработки коллекторов, балансировки роторов, бандажировки якорей, различные прессы, сушильные печи, оборудование для пропитки и стенды для испытания машин, оборудования и испытательные стенды для ремонта и испытания электроаппаратов электровозов, тепловозов, электропоездов и дизель-поездов.

Тепловозные депо, кроме того, оснащены стендами для испытаний топливной аппаратуры дизелей, секций холодильников, компрессоров и другого оборудования. Испытание и регулирование дизель-генераторов производят на жидкостных нагрузочных реостатах трех типов:

для дизелей мощностью 736, 1470 и 2200 кВт. Нашли применение установки для испытания дизель-генераторов тепловозов с отдачей электрической энергии в сеть. В локомотивных депо в аккумуляторных отделениях производят осмотры и ремонты аккумуляторов, тренировочные заряды-разряды и окончательный заряд. Предусмотрена возможность подзарядки батарей без снятия их с локомотивов.

Уделяется внимание оформлению как депо в целом, так и отдельных цехов, рабочих мест.

14.2. Обслуживание локомотивов и организация их работы Законченным технологическим циклом работы поездного локомотива принято считать полный оборот — время в часах, затрачиваемое локомотивом на обслуживание одной пары поездов на участке железнодорожной линии установленной протяженности. Поэтому способы обслуживания поездов локомотивами классифицируются в зависимости от установленного порядка обращения — езды локомотива с поездами за период полного оборота.

Основным способом обслуживания поездов локомотивами на участках обращения является обслуживание локомотивов сменными (неприкрепленными) бригадами.

Участком обращения локомотивов называют железнодорожную линию в границах между оборотными пунктами, на протяжении которой имеется не менее одного промежуточного пункта смены локомотивных бригад. Оборотным пунктом называют станцию, на которой прибывшие локомотивы отправляются с поездами только во встречном направлении.

Ездой на участке обращения называют такой порядок обслуживания поездов локомотивами, при котором локомотивы следуют без отцепки от составов на протяжении всей длины участка обращения, а локомотивные бригады сменяются на промежуточных станциях — пунктах смены. Различают езду на коротких, удлиненных и разветвленных участках обращения.

Электровозы и тепловозы грузового и пассажирского движения обслуживаются, как правило, сменными бригадами. На протяжении всего участка обращения локомотива через 7—8 ч непрерывной работы в заранее установленных пунктах происходит смена бригад. При обслуживании локомотивов сменными бригадами возможно максимально использовать подвижной состав.

На моторвагонном подвижном составе и на маневровых локомотивах применяют, как правило, прикрепленную езду, т.е. к локомотиву прикрепляют постоянные локомотивные бригады.

Прикрепленная езда применяется с разрешения МПС на электровозах и тепловозах грузового и пассажирского движения, где она экономически целесообразна.

Способы обслуживания поездов локомотивами устанавливают, исходя из местных условий и наименьшей потребности в локомотивах на заданные размеры движения.

Участки, в пределах которых обращаются локомотивы, называют тяговыми плечами. Длину тяговых плеч устанавливают для локомотива каждого типа в зависимости от способа обслуживания их локомотивными бригадами и возможностей локомотива для следования с поездами без отцепки по техническим нуждам.

Исходя из условий эксплуатационной работы, размещения депо, пунктов смены локомотивных бригад, пунктов экипировки и наилучшего использования локомотивного парка применяют три способа обслуживания тяговых плеч локомотивами: кольцевой, плечевой и петлевой. При кольцевом способе (рис. 14.3, а) локомотивы, работая по кольцу, заходят в основное депо только для ремонта. При петлевом способе (рис. 14.3, б) локомотив, проведя поезд по двум тяговым плечам, возвращается на станцию, где находится основное депо, отцепляется от поезда и заходит на территорию депо. При плечевом способе обслуживания (рис. 14.3, в) локомотив по возвращении из оборотного депо каждый раз заходит на территорию основного депо.

Высокие эксплуатационные свойства электровозов и тепловозов, в том числе возможность совершать большие пробеги между экипировками и ремонтами, позволяют организовать эксплуатацию локомотивов на участках большой протяженности. Появились участки обращения и зоны обслуживания поездов локомотивами.

Участок обращения Б—В (рис. 14.3, г) обслуживается локомотивами одного или нескольких депо и состоит из нескольких участков работы бригад. Обязательным признаком участка обращения является наличие между станциями основного и оборотного депо хотя бы одного пункта смены бригад. Зона обслуживания (рис. 14.3, д) — это два или более направлений с примыкающими Рис. 14.3. Схемы обслуживания локомотивами тяговых плеч:

к ним железнодорожными ответвлениями, обслуживаемыми локомотивами одного или нескольких депо и включающими в себя несколько участков смены локомотивных бригад.

Участки и зоны обращения могут находиться в пределах нескольких отделений дороги, дороги в целом и нескольких дорог. При эксплуатации локомотивов на участках и зонах обращения значительно возрастает роль отделений дорог и служб движения управления в организации наиболее эффективного использования локомотивного парка.

Экипировка локомотивов — это снабжение их песком, смазкой, обтирочным материалом, а тепловозов, кроме того, — топливом и водой.

Экипировочные устройства, как правило, располагают в пункте оборота, на территории основных локомотивных депо, приемо-отправочных путях участковых станций. Для грузовых и пассажирских локомотивов, работающих на участках обращения большой протяженности, где смена локомотивных бригад производится в нескольких линейных пунктах, экипировочные устройства размещают на тяговой территории основного депо и станциях оборота, а в необходимых случаях — на приемо-отправочных путях станций смены локомотивных бригад.

Техническое обслуживание ТО-2 локомотивов на станциях оборота, как правило, совмещают с экипировкой и производят в закрытых стойлах. В тех же случаях, когда для технического обслуживания могут быть использованы существующие здания депо, расположенные на значительном расстоянии от экипировочных устройств, допускается раздельное выполнение операций по техническому обслуживанию и экипировке.

Расположение экипировочных устройств должно удовлетворять наиболее быстрой подготовке локомотивов. При электрической тяге предусматривают помещения для сушки и хранения песка, устройства для его механизированной подачи на электровозы; устройства для слива, хранения, подогрева и выдачи смазки; для приготовления воды, используемой в аккумуляторных батареях; помещения для хранения и выдачи обтирочных материалов. Имеются смотровые канавы для осмотра ходовых частей локомотивов, площадки для выхода на крышу экипируемых электровозов, электрическая аппаратура, обеспечивающая ввод в депо и вывод из него электровозов под пониженным напряжением, а на открытых площадках — снятие напряжения с контактного провода, устройства по обмывке и продувке электровозов.

При тепловозной тяге не строят площадки для осмотра крышевого оборудования, но кроме перечисленных устройств, необходимых для экипировки электровозов, предусматривают склады топлива для слива, хранения, подогрева и подачи дизельного топлива на тепловоз.

При экипировке моторвагонного подвижного состава и дизельпоездов, кроме того, используют установки для внутренней уборки.

Для снабжения локомотивов, а также моторвагонного подвижного состава песком необходимо иметь установки для сушки и приготовления сухого песка, склад сухого песка, раздаточные бункера, оборудованные приспособлениями для пневматической подачи сухого песка от пескосушильной установки на склад и со склада в раздаточные бункера. Склад сырого песка размещают на открытой площадке, вместимость его должна быть не менее 500 м3 (для районов с суровыми климатическими условиями строят закрытые склады топлива и сырого песка).

Механизированную очистку от пыли и грязи и обдув локомотивов и моторвагонного подвижного состава выполняют в открытых или закрытых стойлах, оборудованных машинами для обмывки и натирки специальной пастой кузовов, а также ходовых частей. Закрытые стойла сооружают при крупных депо, главным образом в депо, выполняющих текущий ремонт ТР-3.

Все экипировочные устройства и служебно-технические здания должны удовлетворять требованиям Правил техники безопасности и производственной санитарии.

Территории, на которых размещены экипировочные устройства, резервный парк и склады топлива, необходимо содержать в состоянии, обеспечивающем условия их нормальной эксплуатации. Дороги и проходы должны отвечать технологическим требованиям и противопожарным нормам.

Механическое и электрическое оборудование, работающие под давлением агрегаты, котельные и компрессорные установки содержат в полном соответствии с установленными для них действующими техническими правилами.

Участок контактного провода над экипировочной позицией, где персонал выходит на крышу электровоза, должен быть отделен от остальной контактной сети, т.е. секционирован, и оборудован необходимой блокировкой и двухцветовой сигнализацией о снятии и подаче напряжения.

14.4. Система технического обслуживания и ремонта Основой стратегии управления техническим состоянием локомотивного парка на сети дорог является планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта. Система эксплуатации, технического обслуживания, текущего и капитального ремонтов тягового подвижного состава (СТОР) введена на дорогах для обеспечения устойчивой и бесперебойной работы ТПС, предотвращения повреждений узлов и агрегатов локомотивов МВПС, выполнения графика движения поездов, соблюдения безопасности движения, эффективного использования локомотивов и снижения эксплуатационных расходов.

Техническое обслуживание предназначено для снижения интенсивности изнашивания деталей и узлов, своевременного выявления неисправностей и предупреждения отказов путем диагностики без разборки, а также для поддержания локомотивов в работоспособном состоянии в соответствии с требованиями ПТЭ в течение межремонтных плановых пробегов. Техническое обслуживание является профилактическим плановым мероприятием, регламентированным правилами и нормативами МПС России.

Техническое обслуживание производится в процессе эксплуатации локомотивов бригадами слесарей пунктов технического обслуживания (ПТО) и локомотивными бригадами.

Техническое обслуживание ТО-1, TO-2, TO-3 служит для предупреждения появления неисправностей тягового подвижного состава в эксплуатации, поддержания его в работоспособном и надлежащем санитарно-гигиеническом состоянии, обеспечения пожарной безопасности и безаварийной работы, а также заданного уровня комфортности пассажирских перевозок, осуществляемых электропоездами, дизель-поездами и автомотрисами.

Техническое обслуживание ТО-4 выполняется для обточки бандажей колесных пар (без выкатки их из-под локомотива и моторвагонного подвижного состава) с целью поддержания оптимальной величины проката, толщины и крутизны гребней. Разрешается совмещать обточку бандажей с производством ТО-З и текущих ремонтов ТР-1, ТР-2.

Техническое обслуживание ТО-5 выполняется для подготовки ТПС в запас МПС или резерв управления железной дороги (с консервацией для длительного хранения), к эксплуатации после изъятия из запаса МПС или резерва управления дороги или прибывшего в недействующем состоянии после постройки, ремонта или дислокации, к отправлению на капитальный или текущий ремонт. ТО- учитывается по нормативам трудоемкости и продолжительности, утвержденным железной дорогой, дифференцированным по видам назначения и типам тягового подвижного состава.

Текущий ремонт всех видов производится в локомотивных депо:

ТР-1 (малый периодический) — в основном депо приписки локомотива; ТР-2 (большой периодический) и ТР-3 (подъемочный ремонт) — в депо приписки, если имеются соответствующие ремонтные цеха, либо в ремонтных депо, если в депо приписки таких цехов нет. Текущий ремонт ТР-1, ТР-2 и ТР-З выполняется для поддержания работоспособности ТПС, восстановления основных эксплуатационных характеристик и обеспечения их стабильности в межремонтный период между выполнением ревизий, ремонта, регулировки, испытаний и замены групп деталей, узлов и агрегатов.

Капитальный ремонт КР-1 выполняется для восстановления эксплуатационных характеристик, частичного восстановления ресурса заменой и ремонтом изношенных, неисправных агрегатов ТПС.

Капитальный ремонт КР-2 выполняется для восстановления исправности ТПС, его эксплуатационных характеристик, ремонта агрегатов, узлов и деталей, полной замены проводов, кабелей и оборудования с выработанным ресурсом на новые.

Капитальный ремонт КРП выполняется (по технической документации МПС или перечню, согласованному с заводом) для восстановления исправности ТПС, его эксплуатационных характеристик и продления срока службы за счет ремонта агрегатов, узлов и деталей, полной замены проводов, кабелей и оборудования с выработанным ресурсом на новые.

Объем работ при техническом обслуживании, текущем и капитальном ремонте регламентируется Правилами, Инструкциями и другой нормативно-технической документацией, утвержденной МПС России, ЦТ МПС, управлением дороги и службой локомотивного хозяйства.

Техническое обслуживание и ремонт автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН) и устройств контроля бдительности машиниста осуществляется в соответствии с требованиями инструкций ЦШ-ЦТ/302, ЦШ-ЦТООЗ и Указания МПС России от 06 июля 1995 г. № Н-549у.

Техническое обслуживание ТО-1 выполняется силами локомотивных бригад в соответствии с перечнем работ, разработанным депо приписки ТПС. При ТО-1 проводится экипировка и уборка локомотивов и моторвагонного подвижного состава.

TO-2 производится в пунктах технического обслуживания, укомплектованных штатом слесарей, оснащенных необходимым оборудованием, приспособлениями и инструментом, обеспеченных технологическим запасом деталей и материалов. ТО-2 маневровых, вывозных передаточных и хозяйственных локомотивов выполняется ремонтными бригадами или слесарями с участием локомотивных бригад. ТО- маневровых, вывозных, передаточных и хозяйственных локомотивов на станциях, удаленных от депо и ПТОЛ, производится силами локомотивных бригад или с привлечением ремонтного персонала. Осмотр механического оборудования на смотровой канаве должен производиться не реже одного раза в декаду.

ТО-2 электропоездов выполняется ремонтными бригадами, локомотивными бригадами с участием слесарей или силами локомотивных бригад.

TO-3, TO-4 и TO-5, TP-1, TP-2 и ТР-3 выполняется в депо приписки комплексными и специализированными бригадами. При необходимости допускается их выполнение в других депо дороги.

Капитальные ремонты КР-1, КР-2, КРП производят на ремонтных заводах, а при необходимости допускается их выполнение на собственных дорожных базах.

Перечни работ по ТО и ТР утверждаются начальником службы локомотивного хозяйства дороги. Ремонт по устранению последствий отказов тягового подвижного состава в межремонтный период (неплановый ремонт) выполняется специально выделенными для этой цели бригадами слесарей.

При ремонте локомотивов и моторвагонного подвижного состава неисправные, изношенные детали, узлы и оборудование заменяют. В депо и на заводах широко применяют крупноагрегатный метод ремонта. С этой целью установлен необходимый технологический запас оборудования и узлов.

Средние нормы пробега между ремонтами и осмотрами локомотивов устанавливаются приказом Министра путей сообщения. По мере совершенствования методов ремонта, повышения надежности работы локомотивов межремонтные пробеги могут быть увеличены.

Раздел III. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Глава 15. Общие сведения об электроснабжении электрифицированных железных дорог 15.1. Электрифицированные дороги России Электрификация железных дорог России (СССР) ведет отсчет с 1926 г., с открытия движения пригородных электропоездов на участке Баку—Сабунчи—Сураханы протяженностью 19 км. В России первый электрифицированный участок Москва—Мытищи протяженностью 17,7 км введен в эксплуатацию в 1929 г. Первоначально на электрическую тягу поездов преимущественно переводились пригородные участки с интенсивным движением и горные линии, где паровозная тяга лимитировала провозную способность. В 1933 г.

на электротягу был переведен первый магистральный участок Кизел—Чусовская Свердловской дороги (112,5 км).

Интенсивная электрификация стальных магистралей страны началась в 1956 г., когда был принят Генеральный план электрификации железных дорог, рассчитанный на 15 лет. В этот период в отдельные годы было электрифицировано более 2 тыс. км. В настоящее время удельный вес перевозок на электрической тяге в России составляет 74,9 % при протяженности электрифицированных магистралей 45,6 % общей сети железных дорог. Сегодня сеть железных дорог России близка к оптимальным показателям электрификации, которые специалисты оценивают как 50 % по протяженности и 80—82 % по объему перевозок.

С развитием науки и техники совершенствовалась и система электроснабжения. Если в период 1926—1959 гг. электрификация железнодорожных магистралей страны осуществлялась только на постоянном токе, то начиная с 1959 г. началось широкое внедрение системы переменного тока. В результате на 1 января 1998 г. в России протяженность железных дорог, электрифицированных на переменном токе, была на 5,2 % больше, чем на постоянном токе. Общая протяженность электрифицированных железнодорожных линий на постоянном и переменном токе составляет более 40 тыс. км.

Применение более экономичной по капитальным вложениям системы переменного тока при электрификации новых участков, примыкающих к эксплуатируемым линиям постоянного тока, станет возможным при освоении производства электровозов двойного питания.

Общие сведения об электроснабжении. Железнодорожный транспорт потребляет более 7 % энергии, вырабатываемой электростанциями Российской Федерации. В основном ее расходуют на тягу поездов и частично на питание нетяговых потребителей (депо, станций, мастерских, а также районных потребителей).

Устройства электроснабжения железных дорог должны обеспечивать: бесперебойное движение поездов (при требуемых размерах движения); надежное электропитание различных устройств железнодорожного транспорта; электроснабжение всех потребителей железнодорожного транспорта.

Подвижной состав электрифицированных железных дорог и система электроснабжения составляют единую электрическую цепь. В систему электроснабжения электрифицированных дорог (рис. 15.1) входят устройства, составляющие ее внешнюю и тяговую части.

Первая представляет собой мощную энергетическую систему с крупными электрическими станциями, районными трансформаторными подстанциями, сетями и линиями электропередачи. Электроэнергия, вырабатываемая на электРис. 15.1. Принципиальная схема электростанциях, передается по трансформаторным под- 1 — тепловая электростанция; 2 — гидстанциям энергосистемы роэлектростанция; 3 — атомная электротрехфазного тока, от кото- станция; 4 — районная трансформаторная подстанция; 5 — районная линия рых получают питание повысокого напряжения; 6 — тяговая подтребители промышленносстанция; 7 — питающая линия; 8 — конти, сельского хозяйства, же- тактная сеть; 9 — линия, связывающая Система тягового электроснабжения состоит из тяговых подстанций и электротяговой сети, устройство которых определяется применяемой системой электрической тяги. Тяговое электроснабжение должно обеспечивать бесперебойное питание электроподвижного состава. Чтобы в случае прекращения подачи электроэнергии не останавливались электровозы и электропоезда на перегоне, не нарушался график движения, предусматривается резервирование отдельных элементов системы. Качество подаваемой системой электроснабжения электрической энергии оценивают уровнем напряжения, а на участках переменного тока, кроме того, — синусоидальностью напряжения, тока и частотой. Низкое качество энергии приводит к нарушению нормальной работы ЭПС: снижаются скорость движения и масса поезда, возникают боксование, броски тока, перегрев и пробой изоляции электрических машин и др.

Крупные электрические станции — тепловые, гидравлические и атомные — вырабатывают электрическую энергию трехфазного переменного тока напряжением 6—21 кВ. Этот род тока удобен в отношении производства и распределения электрической энергии и питания асинхронных двигателей, получивших наибольшее распространение в промышленности. Для передачи электрической энергии в энергосистемы напряжение на подстанциях повышают до 35—750 кВ в зависимости от длины линии электропередачи.

Вблизи мест потребления электроэнергии напряжение на трансформаторных подстанциях понижают до 110—220 кВ и ток подают в районные сети высокого напряжения. К этим сетям наряду с другими потребителями подключены также тяговые подстанции электрифицированных железных дорог и трансформаторные подстанции дорог с тепловозной тягой. Чтобы обеспечить надежное питание электрической тяги и районных потребителей, как правило, стремятся иметь двустороннее питание тяговых потребителей от двух независимых источников — электростанций или районных подстанций.

В отдельных случаях тяговые подстанции питают от одного источника по двум параллельным линиям электропередачи или по одной двухцепной линии. Участки контактной сети присоединяют к соседним тяговым подстанциям так, что бы они тоже получали двустороннее питание. При этом подстанции и контактная сеть загружены равномернее и меньше, что способствует снижению потерь электроэнергии в контактной сети и мощности тяговых подстанций.

Конструкции контактной подвески и токоприемников с учетом взаимодействия ЭПС и пути должны обеспечивать надежную работу электрифицированных участков в любых климатических условиях.

15.2. Системы тока и напряжения контактной сети Железные дороги могут быть электрифицированы по системе постоянного или переменного тока. Однако в обоих случаях на электроподвижном составе используются тяговые двигатели постоянного тока. Система тяги на трехфазном переменном токе не получила распространения из-за того, что очень сложно изолировать близкорасположенные провода двух фаз контактной сети (третья фаза — рельсы). Это приводит к ограничению напряжения в сети и скоростей движения из-за особенностей конструкции контактной подвески. Как правило, применяют систему питания электроподвижного состава однофазным переменным током, который непосредственно на локомотивах преобразуют в постоянный ток. Применение однофазных тяговых двигателей на локомотивах переменного тока возможно только при снижении частоты напряжения в 2-3 раза по сравнению с промышленной частотой 50 Гц.

В России протяженность электрифицированных железных дорог по обеим системам тока превышает 40 тыс. км. Установлен номинальный уровень напряжения на токоприемниках ЭПС: 3 кВ при постоянном и 25 кВ при переменном токе.

Основными параметрами системы электроснабжения электрифицированных железных дорог являются мощности тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь сечения контактной подвески. Нагрузочная способность важнейших элементов электроснабжения (трансформаторов, выпрямителей, контактной сети) зависит от допускаемой температуры их нагрева, определяемой значением и длительностью протекающего тока.

Система постоянного тока получила распространение во многих странах мира. Основным достоинством ее является использование на ЭПС тяговых двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением, свойства которых в большой мере отвечают требованиям тяги.

Тяговые подстанции на электрифицированных дорогах постоянного тока выполняют две основные функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный ток. Для этой цели используют трансформаторы, выпрямители и другое оборудование. Широко применяют полупроводниковые выпрямители, которые обладают высокой надежностью, простотой устройства, обслуживания и управления, компактностью. Все оборудование переменного тока размещают на открытых площадках тяговых подстанций, а выпрямители и вспомогательные агрегаты — в закрытых помещениях. От тяговых подстанций электроэнергию по питающим линиям подают в контактную сеть. Относительно низкое напряжение (3 кВ) является основным недостатком системы постоянного тока, которое лимитируется максимальным допустимым напряжением, подаваемым непосредственно из сети на тяговые двигатели без промежуточного преобразования его на локомотиве. Кроме того, при этой системе возникают значительные блуждающие токи, под действием которых происходит электрокоррозия подземных металлических сооружений. Для снижения ее требуются специальные защитные устройства. Для поддержания нужного уровня напряжения на токоприемниках локомотивов тяговые подстанции размещают близко друг от друга (10—20 км), а для передачи больших токов приходится увеличивать площадь сечения проводов контактной подвески.

При росте грузооборота строят дополнительные тяговые подстанции, увеличивают площадь сечения контактной сети (подвешивают усиливающие провода и др.), чтобы повышение числа и массы поездов не вызывало резкого падения напряжения и, следовательно, скоростей движения поездов. Радикальным способом устранения недостатков электроснабжения постоянного тока является создание системы регулирования напряжения в контактной сети.

Система однофазного тока промышленной частоты 50 Гц (напряжением 25 кВ) значительно проще и экономичней. Более высокое напряжение в контактной сети и соответственно меньшие токи в ней позволяют в 2,5-3 раза уменьшить площадь сечения проводов контактной сети на один путь, увеличить расстояние между тяговыми подстанциями. Установленные на ЭПС тяговые трансформаторы позволяют снизить напряжение на тяговых электродвигателях (по сравнению с системой постоянного тока), вследствие чего можно уменьшить толщину изоляции обмотки двигателей и увеличить их мощность на 25—30 % (при тех же габаритных размерах) и включить тяговые двигатели параллельно. Такое соединение улучшает тяговые свойства электровоза и снижает склонность колесных пар к боксованию. Тяговые подстанции в этой системе превращаются в обычные трансформаторные, вследствие чего упрощается автоматизация управления ими.

Однако питание однофазным током промышленной частоты от системы внешнего электроснабжения трехфазного тока приводит к неравномерной загрузке (несимметрии) ее фаз. Это ведет к недоиспользованию мощности генераторов электростанций, ограниченной высоким нагревом более нагруженных фаз. Ухудшается качество энергии, отпускаемой потребителям, что снижает допустимые нагрузки различных асинхронных двигателей.

К тому же возникают мешающее электромагнитное влияние на линии связи и другие, идущие вдоль полотна железной дороги металлические коммуникации: в них наводятся значительные ЭДС, опасные для изоляции устройств и обслуживающего персонала.

Помехи, создаваемые в линиях связи, мешают нормальной работе, что вызывает необходимость каблировать линии связи.

Система переменного тока 2 25 кВ позволяет повысить напряжение в контактной сети, т. е. снимает ограничения пропускной способности по устройствам электроснабжения грузонапряженных линий. При этом не изменяется конструкция электровозов, так как между рельсами и контактным проводом сохраняется напряжение 25 кВ. Контактный провод подключен через линейный автотрансформатор к питающему проводу, расположенному на опорах контактной сети, напряжение в котором по отношению к контактному составляет 50 кВ.

На участке, электрифицированном по системе 2 25 кВ, линейные автотрансформаторы установлены на межподстанционной зоне через 8—15 км. Число их определяется расстоянием между тяговыми подстанциями, заданными тяговыми нагрузками и номинальной мощностью автотрансформаторов. Сторона низкого напряжения каждого автотрансформатора присоединена к контактной подвеске и рельсам, а вывод обмотки высшего напряжения — к питающему проводу. Коэффициент трансформации автотрансформаторов системы 2 25 кВ можно принять равным 2.

Система 2 25 кВ имеет ряд преимуществ по сравнению с системой 25 кВ. Сопротивление тяговой сети снижается примерно в 2 раза, потери напряжения, электроэнергии в тяговой сети — в 2-2,5 раза, уменьшается индуктивное влияние на линии связи. Регулирование коэффициентов трансформации линейных автотрансформаторов позволяет поддерживать заданный уровень напряжения в контактной сети. Это дает возможность устойчиво реализовать на электровозах необходимую мощность и поднять скорость движения поездов. В свою очередь уменьшение потерь напряжения в тяговой сети способствует удлинению межподстанционных зон, а значит, снижению капитальных затрат на электрификацию железных дорог.

Схемы электроснабжения электрифицированных железных дорог.

Электрифицированные дороги относятся к самым ответственным потребителям электроэнергии (первой категории); поэтому они, как правило, должны иметь питание не менее чем от двух независимых источников. Если невозможно выполнить это требование, допускается осуществлять питание по двум одноцепным линиям передачи на разных опорах от одного источника питания, что также повышает надежность системы тягового электроснабжения. Схемы питания тяговых подстанций выбирают с таким расчетом, чтобы при выходе из строя одной из электростанций (трансформаторной подстанции) или линии электропередачи на участке длиной 150— 200 км прерывалась подача электроэнергии не более чем на одну тяговую подстанцию. Тяговые подстанции подразделяются на подстанции постоянного и переменного тока.

Подстанции постоянного тока размещают на расстоянии 15— 20 км одна от другой, а переменного — на расстоянии 40—50 км, располагая их обычно в районе железнодорожной станции. На тяговых подстанциях постоянного тока устанавливают понижающие трансформаторы, полупроводниковые выпрямители для преобразования переменного тока в постоянный, а также аппаратуру и устройства, необходимые для включения и выключения различных цепей и защиты оборудования от токов короткого замыкания, перегрузок и перенапряжений. Напряжение, поступающее от первичной системы электроснабжения, например 110 кВ, понижающие cиловые трансформаторы снижают до 10—11 кВ. Затем через распределительное устройство переменного тока это напряжение подается к тяговым трансформаторам, понижается ими до 3,3 кВ и поступает на преобразователь. От преобразователей в контактную сеть идет постоянный ток при напряжении 3,3 кВ.

На подстанциях переменного тока для питания тяговых и нетяговых потребителей используют трехфазные двух- и трехобмоточные (или однофазные) понижающие трансформаторы.

По конструктивному исполнению подстанции бывают стационарные и передвижные. Последние применяют для замены отдельных преобразователей, выводимых в длительный ремонт, или целиком стационарной подстанции в случае выхода ее из строя.

По способу управления подстанции делят на: автотелеуправляемые, когда контроль и регулирование их работы осуществляются специальной аппаратурой телеуправления с диспетчерского пункта; автоматические, когда на подстанции нет дежурного персонала, но управляет ею оператор дистанционно с пункта, расположенного вблизи подстанции: полуавтоматические, когда имеется частичная режимная автоматика, а на подстанции находится дежурный персонал, выполняющий операции по переключению оборудования вручную или дистанционно с пульта управления.

В настоящий период времени на сети дорог применяется автоматизированная система управления тягового электроснабжения с применением ЭВМ (АСУЭ).

Напряжение контактной сети. Согласно ПТЭ уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава должен быть не менее 21 кВ при переменном токе, 2,7 кВ при постоянном токе и не более 29 кВ при переменном токе и 4 кВ при постоянном токе. На отдельных участках с разрешения МПС России допускается уровень напряжения не менее 19 кВ при переменном токе и 2,4 кВ при постоянном токе.

Номинальное напряжение переменного тока на устройствах СЦБ должно быть 110, 220 или 380 В. Отклонения от указанных величин номинального напряжения допускаются в сторону уменьшения не более 10 %, а в сторону увеличения — не более 5 %.

Тяговая сеть состоит из контактной и рельсовой сетей, питающих и отсасывающих линий.

Контактная сеть. На магистральных железных дорогах электроэнергию к токоприемникам электровозов и электропоездов подводят по воздушной контактной сети. Контактная сеть представляет собой совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприемникам электроподвижного состава. К основным элементам контактной сети относятся несущие, контактные и усиливающие провода, детали крепления этих проводов и изоляторы, поддерживающие устройства и опоры. Контактная сеть устроена таким образом, что обеспечивает бесперебойный токосъем локомотивами при наибольших скоростях движения в любых атмосферных условиях. Она должна быть долговечной и простой в конструктивном исполнении. В связи с тем, что контактная сеть не имеет резерва, к ее устройствам предъявляют высокие требования по надежности. Надежность контактной сети обеспечивается высокой механической прочностью ее конструктивных элементов, износостойкостью контактного провода, разделением (секционированием) на отдельные несвязанные участки на перегонах и станциях (группы путей и т.д.).

Наиболее распространены медные фасонные (МФ) контактные провода из твердотянутой электролитической меди сечением 85, 100 и 150 мм2. Их заменяют через 6-7 лет и более. Износ контактных проводов снижает сухая графитовая смазка полозов токоприемников, применение угольных полозов и износостойких медно-кадмиевых и медно-магниевых контактных проводов.

Несущие тросы биметаллические имеют сечение до 95 мм2, медные — до 120 мм2. С помощью изоляторов их подвешивают к консолям, укрепленным на опорах, или к жестким и гибким поперечинам, перекрывающим железнодорожные пути. Струны из сталемедной проволоки выполнены так, что они не мешают подъему контактного провода токоприемниками. Фиксаторы делают легкими и подвижными, чтобы при прохождении токоприемника не возникали удары. Опоры применяют металлические (до 15 м и более) и железобетонные (до 15,6 м).

Расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети на перегонах и станциях должно быть не менее 3100 мм. Опоры в выемках должны устанавливаться вне пределов кюветов.

В особо сильно снегозаносимых выемках (кроме скальных) и на выходах из них (на длине 100 м) расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети должно быть не менее 5700 мм. Перечень таких мест определяется начальником железной дороги.

На существующих линиях до их реконструкции, а также в особо трудных условиях на вновь электрифицируемых линиях расстояние от оси пути до внутреннего края опор допускается не менее 2450 мм — на станциях, 2750 мм — на перегонах.

Все указанные размеры установлены для прямых участков пути. На кривых участках эти расстояния должны увеличиваться в соответствии с габаритным уширением, установленным для опор контактной сети.

Контактную сеть выполняют в виде воздушных подвесок. При движении локомотива токоприемник не должен отрываться от контактного провода, иначе нарушается токосъем и возможен пережог провода. Надежная работа контактной сети в значительной мере зависит от стрел провеса провода и нажатия токоприемника на провод.

На железных дорогах поезда движутся с большими скоростями, поэтому провесы контактного провода должны быть минимальными.

Виды контактных подвесок. На железных дорогах применяют в основном цепные контактные подвески: одинарные, двойные и одинарные с рессорными тросами (рис. 15.2).

По способу натяжения проводов различают некомпенсированные, полукомпенсированные и компенсированные цепные подвески. В цепных подвесках (рис. 15.3) контактный провод в пролетах между опорами подвешен не свободно, как в простых (трамвайных) контактных подвесках, а на часто расположенРис. 15.2. Цепные контактные подвески — одинарная (а), двойная (б) и одинарная 1 — контактный провод; 2 — струна; 3 — несущий трос; 4 — вспомогательный изолятор; 5 — несущий трос; 6 — контакт- ки независимые друг от друный провод; 7 — струны; 8 — фиксатор; га участки. На концах этих уменьшения стрел провеса при сезонном изменении температуры оба конца контактного провода (иногда и несущего троса) оттягивают к анкерным опорам и через систему блоков и изоляторов к ним подвешивают грузовые компенсаторы (рис. 15.4). Наибольшая длина участков между анкерными опорами устанавливается с учетом допустимого натяжения изношенного контактного провода и на прямых участках пути достигает 800 м и более.

В некомпенсированной цепной подвеске провода жестко закрепляют на анкерных опорах. Натяжение в них и стрела их провеса меняются в зависимости от температуры, ветровой нагрузки и гололеда.

В полукомпенсированной цепной подвеске с помощью грузовых компенсаторов автоматически поддерживается натяжение контактного провода при изменении метеорологических условий, а несущий трос жестко закреплен на опорах. При такой подвеске расстояние между опорами обычно равно 60—70 м. Применение рессорного троса в полукомпенсированной подвеске позволяет обеспечить надежный токосъем при скоростях движения до 120 км/ч.

При компенсированной подвеске в контактном проводе и несущем тросе автоматически поддерживается практически постоянное натяжение. Компенсированная подвеска обеспечивает нормальный токосъем при скоростях движения до 160 км/ч и выше.

В целях более равномерного износа пластин токоприемника контактный провод на прямых участках располагают зигзагообразно, смещая его на 300 мм у каждой опоры в ту или другую сторону от оси Рис. 15.4. Схема анкеровки контактного провода (а) и общий вид анкеровки 1 — опора; 2 — натяжной трос; 3 — грузы компенсатора; 4 — ограничитель; 5 — неподвижный блок; 6 — подвижной блок; 7 — несущий трос; 8 — контактный пути. В кривых участках пути зигзаг не должен превышать 400 мм.

Чем больше радиус кривой, тем меньше зигзаг контактного провода.

Высота подвески контактного провода над уровнем верха головки рельса должна быть на перегонах и станциях не ниже 5750 мм, а на переездах не ниже 6000 мм. В исключительных случаях на существующих линиях это расстояние в пределах искусственных сооружений, расположенных на путях станций, на которых не предусматривается стоянка подвижного состава, а также на перегонах с разрешения МПС России может быть уменьшено до 5675 мм при электрификации линии на переменном токе и до 5550 мм — на постоянном токе. Высота подвески контактного провода не должна превышать 6800 мм.

Устройства секционирования контактной сети. В местах примыкания перегонов к станции и в отдельных случаях на перегонах применяют изолирующие сопряжения анкерных участков (рис. 15.5), которые обеспечивают так называемое продольное секционирование конРис. 15.5. Схема изолирующего сопряжения анкерных участков в трех про- тактной сети. Между анкернылетах на прямом участке пути (ось пути ми опорами 1 устанавливают показана штрихпунктирной линией) две переходные опоры 2, образующие переходный пролет. В этом пролете создается воздушный промежуток между контактными подвесками соседних анкерных участков.

При такой конструкции изолирующего сопряжения токоприемник в переходном пролете на воздушном промежутке вначале в пролете l0 идет по одному рабочему контактному проводу, затем в пролете lп — по двум, соединяя электрически на это время соседние анкерные участки контактной сети, и далее переходит на другой рабочий провод (в пролете l0). На одной из переходных опор сопряжения с воздушным промежутком устанавливают продольный секционный разъединитель 3 (с ручным или моторным приводом) для соединения или разъединения секций контактной сети. Так, станционную контактную сеть соединяют с контактной сетью перегона, когда возникает необходимость подать в нее питание при повреждении станционной питающей линии (фидера), или отключают контактную сеть станции, если повреждена контактная сеть на перегоне и необходимо снять напряжение на участке, не прекращая движения по станционным путям.

При питании отдельных участков от разных фаз переменного тока применяют сопряжение анкерных участков с нейтральной вставкой (рис. 15.6). Конструктивно оно состоит из двух воздушных промежутков, расположенных последовательно. Нейтральную вставку 1 проектируют так, чтобы при любых сочетаниях поднятых токоприемников электровозов и электропоездов исключалась возможность одновременного замыкания обоих воздушных промежутков, т.е. соединения различных секций контактной сети.

Для разделения контактной сети станций на электрически независимые участки применяют секционные изоляторы. Электрическое соРис. 15.6. Схемы сопряжения анкерных участков с нейтральной вставкой при электрической (а) и моторвагонной (б) тяге для одного пути двухпутного участка единение или разъединение отдельных секций контактной подвески, а также фидеров тяговых подстанций с участками контактной сети осуществляют продольными секционными разъединителями 2.

Стыкование участков переменного и постоянного тока. Стыкование таких участков осуществляют на наших железных дорогах одним из двух способов. Первый способ — это секционирование контактной сети станции стыкования с переключением отдельных секций на питание от фидеров постоянного или переменного тока, второй — применение электроподвижного состава двойного питания, т.е. на электровозе происходит переключение с постоянного тока на переменный и наоборот.

Контактная сеть станций стыкования имеет группы изолированных секций: постоянного тока, переменного тока и переключаемые. В переключаемые секции подается электроэнергия через так называемые пункты группировки. Контактную сеть с одного рода тока на другой переключают специальными переключателями с моторными приводами, устанавливаемыми на пунктах группировки. К каждому пункту подведены две питающие линии переменного тока и две — постоянного от тяговой подстанции постоянно-переменного тока.

Фидеры соответствующего рода тока этой подстанции подключают также к контактной сети горловин станции стыкования и прилегающих перегонов.

Для исключения возможности подачи на отдельные секции контактной сети тока, не соответствующего находящемуся там подвижному составу, а также выезда ЭПС на секции контактной сети с другой системой тока переключатели блокируют друг с другом и с устройствами централизованного управления стрелками и сигналами станции стыкования. Управление переключателями включают в единую систему маршрутно-релейной централизации управления стрелками и сигналами станции. Дежурный по посту, собирая какой-либо маршрут, одновременно с установкой стрелок и сигналов в требуемое положение производит соответствующие переключения в контактной сети.

Маршрутная централизация на станциях стыкования имеет систему счета заезда и выезда электроподвижного состава на участки пути переключаемых секций контактной сети, что предотвращает попадание его под напряжение другого рода тока. Для защиты оборудования устройств электроснабжения и электроподвижного состава постоянного тока при попадании на них в результате каких-либо нарушений напряжения переменного тока имеется специальная аппаратура. На ЭПС постоянного тока, имеющем заезды на станции стыкования, круглый год должны быть включены грозовые разрядники.

Электровозы двойного питания ВЛ82 и ВЛ82м эксплуатируются пока не на всей сети железных дорог России. Целесообразность применения электровозов двойного питания или станций стыкований определяется технико-экономическими расчетами.

Снятие напряжения с контактной сети. Напряжение с контактной сети снимают, отключая соответствующие разъединители. Все переключения, за исключением переключений разъединителей депо и экипировочных устройств на станционных путях, где осматривают крышевое оборудование ЭПС, производят по приказу энергодиспетчера. Только в аварийных случаях при отказе всех видов связи разъединители отключают без приказа энергодиспетчера, но с последующим его уведомлением.

Работник, производящий переключение разъединителей с дистанционным или ручным управлением, получив приказ энергодиспетчера, повторяет его. Энергодиспетчер, убедившись, что приказ принят правильно, утверждает его, указывает время и сообщает свою фамилию. Работник, который переключает разъединитель, обязан:

– проверить исправность заземления пульта дистанционного управления;

– убедиться в наличии питания цепей управления и в исправности сигнальных ламп;

– проверить соответствие номера разъединителя и его исходного положения названным в приказе.

После переключения по загоранию сигнальной лампы необходимо убедиться в том, что переключение состоялось, и уведомить об этом энергодиспетчера.

При переключении разъединителей с ручным приводом соответствие номера разъединителя указанному в приказе устанавливают по надписи на приборе. До переключения осматривают разъединитель и заземление привода, чтобы убедиться в их исправности и соответствии исходного положения разъединителя названному в приказе. Убедившись в правильности переключения (по положению контактов разъединителя), закрывают замок привода и уведомляют энергодиспетчера.

Переключают разъединители электромонтеры контактной сети, имеющие квалификационную группу не ниже II, или работники других служб, прошедшие специальный инструктаж и испытания в комиссии района контактной сети по практическому знанию основных требований Правил техники безопасности при переключении. При телеуправлении энергодиспетчер переключает все устройства со щита управления.

Разъединители контактной сети в депо и на других путях осмотра и экипировки ЭПС переключают работники депо. Порядок переключений устанавливает начальник отделения дороги.

Контактная сеть для скоростного движения. Питание контактной сети переменного тока от тяговых подстанций на Российских и ряде зарубежных железных дорог предусматривается от трехфазных трансформаторов. При этом одна фаза присоединяется к рельсовой цепи и контуру заземления подстанции, а две другие фазы присоединяются к контактной подвеске слева и справа от подстанции. Между этими фазами располагается нейтральная вставка — участок контактной подвески, отделенный от каждой из фаз воздушным изолирующим сопряжением. Нейтральная вставка — беспотенциальный участок, и электроподвижной состав проходит ее по инерции.

По условиям эксплуатации железных дорог переменного тока недопустимо прохождение нейтральной вставки и изолирующих сопряжений электроподвижным составом при включенной токовой нагрузке. Несоблюдение этих условий приводит к возникновению открытой электрической дуги на изолирующих сопряжениях и короткому замыканию между фазами тягового трансформатора, пережогу контактной подвески открытой дугой и в конечном счете к падению ее на рельсы. Поэтому длина нейтральной вставки должна быть больше, чем расстояние между крайними токоприемниками ЭПС при любом сочетании включенных токоприемников. Такое исполнение контактной сети является вынужденной мерой, но принято на многих железных дорогах мира.

В последнее время в ряде стран организовано движение поездов со скоростью 200—300 км/ч. С точки зрения ведения скоростных поездов, существование нейтральных вставок приводит к тому, что машинист через каждые 13—18 мин следования поезда вынужден отключать и через 1—2 мин вновь включать выключатели ЭПС. Недостатки такого способа соединения контактной сети достаточно очевидны.

Рассмотрим описание одного из вариантов решения проблемы, в котором не требуется отключать ЭПС при переходе с одной питающей фазы на другую (рис. 15.7). Контактная подвеска 1, питающаяся от фазы А, и контактная подвеска 2, питающаяся от фазы В подстанции, соединяются между собой через автотрансформатор 3 и параллельно подключенный к нему контактный провод высокого сопротивления 4. Провод присоединяется отпайками 5 к обмотке автотрансформатора. Число отпаек определяется допустимым уровнем напряжения на токоприемнике электровоза. Поскольку контактный провод высокого сопротивления и параллельно подключенный к нему автотрансформатор включены При движении ЭПС слева направо до места подключения автотрансформатора на него подается напряжение от фазы А по контактной подвеске и фазы С нейным напряжением. По мере передвижения локомотива по проводу высокого сопротивления напряжение на его токоприемнике будет плавно изменяться от одного линейного напряжения к другому, что позволяет питать тяговые двигатели без перерыва.

Минимальное значение напряжения, при котором обеспечивается работа тяговых двигателей не будет ниже 21 кВ — допустимой величины по условиям движения ЭПС.

15.4. Эксплуатация устройств электроснабжения Требования к устройствам электроснабжения. Устройства электроснабжения должны обеспечивать надежное электроснабжение:

– электроподвижного состава для движения поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и интервалами между ними при требуемых размерах движения;

– устройств СЦБ, связи и вычислительной техники как потребителей электрической энергии 1 категории. С разрешения МПС России до завершения переустройства допускается электроснабжение этих устройств по II категории;

– всех остальных потребителей железнодорожного транспорта в соответствии с установленной МПС России категорией.

При наличии аккумуляторного резерва источника электроснабжения автоматической и полуавтоматической блокировки он должен быть в постоянной готовности и обеспечивать бесперебойную работу устройств СЦБ и переездной сигнализации в течение не менее 8 ч при условии, что питание не отключалось в предыдущие 36 ч.

Время перехода с основной системы электроснабжения автоматической и полуавтоматической блокировки на резервную или наоборот не должно превышать 1,3 с.

Для обеспечения надежного электроснабжения должны проводиться периодический контроль состояния сооружений и устройств электроснабжения, измерение их параметров вагонами-лабораториями, приборами диагностики и осуществляться плановые ремонтные работы.

Устройства электроснабжения должны защищаться от токов короткого замыкания, перенапряжений и перегрузок сверх установленных норм.

Металлические подземные сооружения (трубопроводы, кабели и т.п.), а также металлические и железобетонные мосты, путепроводы, опоры контактной сети, светофоры, гидроколонки и т.п., находящиеся в районе линий, электрифицированных на постоянном токе, должны быть защищены от электрической коррозии.

Тяговые подстанции линий, электрифицированных на постоянном токе, а также электроподвижной состав должны иметь защиту от проникновения в контактную сеть токов, нарушающих нормальное действие устройств СЦБ и связи.

В пределах искусственных сооружений расстояние от токонесущих элементов токоприемника и частей контактной сети, находящихся под напряжением, до заземленных частей сооружений и подвижного состава должно быть не менее 200 мм на линиях, электрифицированных на постоянном токе, и не менее 350 мм — на переменном токе.

В особых случаях на существующих искусственных сооружениях с разрешения МПС России может допускаться уменьшение указанных расстояний.

Взаимное расположение опор контактной сети, воздушных линий и светофоров, а также сигнальных знаков должно обеспечивать хорошую видимость сигналов и знаков.

На крупных станциях контактные провода подвешены только на путях, предназначенных для приема и отправления поездов на перегоны с электротягой, а также на путях электровозных и моторвагонных депо. На промежуточных станциях, где маневры выполняются электровозами, контактной сетью оборудованы все пути. Над стрелочными переводами контактная сеть имеет воздушные стрелки, образуемые пересечением двух контактных подвесок.

С целью безопасности обслуживающего персонала и других лиц, а также для улучшения защиты от токов короткого замыкания заземляют или оборудуют устройствами защитного отключения металлические опоры и элементы, к которым подвешена контактная сеть, а также все металлические конструкции, расположенные ближе 5 м от частей контактной сети, находящихся под напряжением.

Для снабжения электроэнергией линейных железнодорожных и районных потребителей на опорах контактной сети дорог постоянного тока подвешивают специальную трехфазную линию электропередачи напряжением 10 кВ. Кроме того, в необходимых случаях на этих опорах размещают провода телеуправления тяговыми подстанциями и постами секционирования, низковольтных осветительных и силовых линий и др.

Безопасность обслуживающего персонала и других лиц и увеличение надежности защиты контактной сети от токов короткого замыкания обеспечивается заземлением устройств, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции или соприкосновения их с оборванными проводами. Заземляют все металлические опоры и конструкции, расположенные на расстоянии не менее 5 м от контактной сети. В зоне влияния контактной сети переменного тока заземляют также все металлические сооружения, на которых могут возникнуть опасные наведенные напряжения.

Особенности верхнего строения пути на электрифицированных линиях. На электрифицированных дорогах рельсы используют для пропуска тяговых токов, поэтому верхнее строение пути на таких дорогах имеет следующие особенности:

– к головкам рельсов с наружной стороны колеи прикреплены (приварены) стыковые соединители из медного троса, вследствие чего уменьшается электрическое сопротивление рельсовых стыков;

– применяют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами. Зазор между подошвой рельса и балластом делают не менее 3 см;

– деревянные шпалы пропитывают креозотом, а железобетонные надежно изолируют от рельсов резиновыми прокладками;

– рельсовые нити через определенные расстояния электрически соединяют между собой, что позволяет уменьшить сопротивление току;

– линии, оборудованные автоблокировкой и электрической централизацией, имеют изолирующие стыки, с помощью которых образованы отдельные блок-участки. Чтобы пропустить тяговые токи в обход изолирующих стыков, устанавливают дроссель-трансформаторы или частотные фильтры.

Питающие и отсасывающие линии (сети) выполняют воздушными или кабельными. Для предохранения подземных металлических сооружений от повреждения блуждающими токами уменьшают сопротивление рельсовых цепей, улучшают их изоляцию от земли, а также устраивают специальную защиту.

Требования к эксплуатации устройств электроснабжения. Тяговые подстанции, контактная сеть, мастерские, ремонтно-ревизионный участок, складское хозяйство и др. находятся в ведении участков энергоснабжения (дистанции электроснабжения), которые обслуживают 150—250 км линий при постоянном токе или 200—300 км при переменном. Тяговые подстанции бывают с ручным и телемеханическим управлением. В первом случае, управление и контроль за работой оборудования осуществляет эксплуатационный персонал, находящийся на подстанциях. Применение телемеханики для дистанционного управления с поста энергодиспетчера основными объектами электроснабжения привело к повышению производительности труда и сокращению штатов. Широкое распространение получили метод обслуживания подстанций оперативными бригадами и дежурство на дому. Наиболее совершенными системами телеуправления устройствами электроснабжения является комплекс «Лисна» и МСТ–95, разрабатывается АСУЭ на интегральных схемах, микропроцессорах и других новейших элементах.

Эксплуатацию контактной сети, а также проводов линий продольного электроснабжения, высоковольтных линий СЦБ и линий напряжением до 400 В на перегонах осуществляют районы контактной сети. В составе дистанции имеется несколько таких районов протяженностью 30—50 км эксплуатационной длины. На дежурных пунктах районов расположены помещения для персонала, мастерские, гаражи для автомотрис (автодрезин) и автолетучек, склады. Дежурный пункт располагают таким образом, чтобы был обеспечен быстрый выезд восстановительной автомотрисы (автодрезины) на линию.

Для оперативных переговоров с энергодиспетчером и работниками других служб дежурные пункты оборудованы селекторной диспетчерской и другой связью. Переговоры с местами производства работ ведутся с использованием переносных телефонов, включаемых в провода линий связи, или телефонов, установленных у сигналов автоблокировки, или радиосвязи автомотрис.

Энергодиспетчерская группа руководит бесперебойным питанием электрической энергией контактной сети. В подчинении дежурного энергодиспетчера находятся работники тяговых подстанций, районов контактной сети и персонал, обслуживающий линии электропередачи.

Работники районов контактной сети проверяют состояние контактной сети, обеспечивают ее текущее содержание, ремонтируют и восстанавливают. Ряд работ по обслуживанию и ремонту сети выполняется без снятия напряжения и перерыва движения поездов. При производстве таких работ особое внимание уделяют соблюдению правил техники безопасности.

И КОМПЛЕКСНАЯ МЕХАНИЗАЦИЯ

ПЕРЕРАБОТКИ ГРУЗОВ

Глава 16. Транспортно-складские комплексы 16.1. Назначение и техническое оснащение транспортно-складских комплексов Транспортно-складские комплексы (ТСК) устраивают на станциях со значительным объемом грузовых операций, выполняемых на местах общего пользования.

Транспортно-складской комплекс (грузовой район) представляет собой часть станционной территории, на которой находится комплекс сооружений и устройств и путевое развитие, предназначенные для приема, погрузки, выгрузки, выдачи, сортировки и временного хранения грузов, а также для непосредственной их передачи с одного вида транспорта на другой.

В зависимости от характера работы различают транспортноскладские комплексы специализированные и общего типа. К первым относятся крупные контейнерные терминалы, специализированные базы для выгрузки навалочных, лесных, тяжеловесных грузов. На транспортно-складских комплексах общего типа перерабатывается широкая номенклатура грузов (тарно-штучные, тяжеловесные, контейнеры, навалочные и др.).

На транспортно-складском комплексе общего типа располагаются все основные пункты и устройства грузового хозяйства для переработки грузов: закрытые и крытые склады, платформы, контейнерные площадки, сортировочные платформы, площадки для тяжеловесных и навалочных грузов, повышенные пути, эстакады, весы, габаритные ворота. Транспортно-складской комплекс оснащен подъемно-транспортными машинами и устройствами для механизации погрузочно-разгрузочных и складских работ, соответствующим путевым развитием (погрузочно-разгрузочными и выставочными путями), подъездами и проездами для автотранспорта, техническими средствами пожарно-охранной сигнализации, осветительной сетью, водопроводом, канализацией и др.

На транспортно-складском комплексе размещают различные вспомогательные и служебные помещения (конторы, пункты для обслуживания и ремонта погрузочно-разгрузочных машин, санитарно-бытовые помещения и др.).

Большое внимание уделяется благоустройству транспортноскладского комплекса. Его территория должна быть ограждена и оборудована противопожарными средствами и связью. У ворот транспортно-складского комплекса оборудуется контрольно-пропускной пункт для обеспечения пропускного режима.

На железнодорожных станциях, выполняющих операции по погрузке и выгрузке вагонов, строят механизированные транспортно-складские комплексы (грузовые дворы), где предусматривается полная механизация переработки грузов и многих вспомогательных операций (открытие и закрытие люков полувагонов, передвижение вагонов у складов и др.).

На транспортно-складском комплексе осуществляется специализация погрузочно-разгрузочных фронтов (складские пути, предназначенные непосредственно для погрузки или выгрузки) и складов по родам грузов (тарно-штучные, навалочные, контейнерные, тяжеловесные, лесоматериалы и др.).