КОНТАКТНАЯ СЕТЬ Российский патент 2008 года по МПК H02H7/26 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроснабжению электрифицированных железных дорог, и может найти применение в контактных сетях, имеющих устройства для защиты от коротких замыканий при нарушении изоляции на опорах контактной сети.

Известна контактная сеть, содержащая размещенные на каждой опоре несущий трос, струны, контактный провод, консоль, тягу, стержни фиксатора, металлические элементы крепления на опоре, при этом несущий трос, струны, контактный провод, консоль, тяга и стержни фиксатора отделены от металлических элементов крепления на опоре посредством изоляторов [1].

Известна также контактная сеть, содержащая размещенные на каждой опоре несущий трос, струны, контактный провод, консоль, тягу, стержни фиксатора, металлические элементы крепления на опоре, при этом несущий трос, струны, контактный провод отделены от металлических элементов крепления на опоре посредством изоляторов [2].

Описанная в [1] и [2] контактная сеть характеризуется относительно низкой надежностью, так как она не обеспечивает защиту опор от тока короткого замыкания, приводящего к сгоранию и разрушению опоры, при пробое изоляторов и попадании высокого напряжения контактного провода и несущего троса на опору, при этом ток короткого замыкания протекает от источника питания, установленного на тяговой подстанции через контактный провод и несущий трос, через опору, землю, рельс, и возвращается к источнику питания.

Известна контактная сеть, содержащая размещенные на каждой опоре несущий трос, струны, контактный провод, консоль, тягу, стержни фиксатора, металлические элементы крепления на опоре, а также заземляющий проводник, соединяющий элементы металлических креплений на опоре с рельсом и обеспечивающий протекание тока короткого замыкания при пробое изоляторов и защиту опоры [3].

Однако защитный заземляющий проводник, обеспечивающий защиту опоры контактной сети от тока короткого замыкания при пробое изоляторов, создает при исправных изоляторах цепь протекания токов утечки: рельс - защитный заземляющий проводник - элементы крепления на опоре - опора - земля, проводящую к электрической коррозии анкерных болтов фундаментов металлических опор и арматуры железобетонных опор, способствующую повреждению опоры вследствие потери ее механической прочности [4].

Для предотвращения этого явления применяются устройства, обеспечивающие заземление на рельс через защитные устройства, препятствующие утечке тока с рельсов через цепь протекания токов утечки в землю. К числу таких защитных устройств относятся диодные или тиристорные заземлители с искровым промежутком, обеспечивающие индивидуальную защиту каждой опоры или нескольких опор с использованием дополнительного провода группового заземления [5].

Описанные в [5] защитные заземляющие устройства являются «приемлемым решением проблемы защиты опор контактной сети на участках постоянного тока от коррозии».

К недостаткам контактной сети описанной конструкции следует отнести «наличие дорогостоящего троса группового заземления со значительной площадью сечения, отсутствие контроля его целостности, а также наличие дорогостоящих диодных заземлителей и необходимость их проверки в линейных условиях. Кроме того, наличие в цепи короткого замыкания сопротивления троса группового заземления при коротких замыканиях вызывает снижение тока короткого замыкания...», что может привести к неотключению поврежденного изолятора опоры и к развитию последствий возникшей опасной ситуации. Ненадежная работа искровых промежутков состоит в сваривании (оплавлении) медных контактных шайб (электродов), необходимости периодических проверок искровых промежутков и т.д., что, в свою очередь, приведет к снижению надежности всей контактной сети в целом [6].

Известна также контактная сеть, содержащая размещенные на каждой опоре несущий трос, струны, контактный провод, консоль, тягу, стержни фиксатора, при этом несущий трос, струны, контактный провод отделены от металлических элементов крепления на опоре указанных элементов посредством изоляторов, и дополнительный провод, соединенный через искровые промежутки с опорами на защищаемой зоне контактной сети, по концам и в середине которой устанавливаются блоки защиты, состоящие из входного устройства и короткозамыкателя, устанавливаемого между контактной сетью и рельсом [7].

При пробое изолятора на какой-либо опоре пробивается расположенный на ней искровой промежуток, и дополнительный провод в этой точке оказывается под напряжением контактной сети, которое через входное устройство подается на короткозамыкатели, происходит их срабатывание и замыкание контактной сети на рельс. Ток короткого замыкания вызывает отключение быстродействующих выключателей и снятие напряжения с контактной сети защищаемой зоны.

Контактная сеть в соответствии с [7], имеющая защиту опор, изолированных от рельса (ЗОИР), обладает недостатками, присущими контактной сети с защитой группового заземления с диодным заземлителем, - при пробое изолятора одной опоры напряжение контактной сети через дополнительный провод попадает на все опоры защищаемой зоны, что может вызвать пробой искровых промежутков в разных концах защищаемой зоны, что, в свою очередь, неизбежно приведет к появлению перетекающих токов в дополнительном проводе. Ток, стекающий с рельсов в дополнительный провод (или наоборот - с дополнительного провода в рельс), может достигать нескольких ампер в зависимости от поездной ситуации. Ток такой величины, стекающий с дополнительного провода в подземную часть опор и фундаментов, вызывает интенсивную электрическую коррозию подземной части, так как превышает предельно допустимый ток (0,04 А) в десятки, а в некоторых случаях и в сотни раз.

К другим недостаткам ЗОИР следует отнести

- наличие помех или низкого уровня сигнала входного устройства, способных вызвать ложное срабатывание или несрабатывание короткозамыкателя;

- срабатывание короткозамыкателя вблизи тяговой подстанции из-за малого сопротивления электрической цепи короткого замыкания, приводящее к возникновению больших токов короткого замыкания, а следовательно, и снижению надежности, долговечности и вероятности безотказной работы быстродействующих выключателей и силового оборудования тяговой подстанции;

- сложность отыскания неисправных изоляторов на защищаемой зоне вследствие того, что ток, протекающий через поврежденные изоляторы, ограничен сопротивлением входного устройства и составляет всего несколько сотен ампер; ток такой величины в большинстве случаев не приводит к видимым разрушениям изоляторов; разрушения происходят после многократной подачи напряжения, в этом случае последствия разрушения изоляторов приводят к более серьезным повреждениям на контактной сети.

Наиболее близкой к заявляемой контактной сети по технической сущности и достигаемому результату является контактная сеть, содержащая размещенные на каждой опоре несущий трос, струны, контактный провод, консоль, тягу, стержни фиксатора, при этом несущий трос, струны, контактный провод отделены от металлических элементов крепления на опоре указанных элементов посредством изоляторов, между металлическими элементами крепления и опорой установлены соединенные между собой радиопередатчик и датчик напряжения, обеспечивающие фиксацию появления напряжения на опоре при пробое изолятора и передачу радиосигнала на отключение электропитания контактной сети [8].

Наличие между металлическими элементами крепления и опорой соединенных между собой радиопередатчика и датчика напряжения позволяет в случае пробоя изолятора фиксировать появление напряжения на конкретной опоре и осуществить передачу радиосигнала на отключение электропитания контактной сети. Однако отсутствие радиосвязи между соседними опорами не позволяет фиксировать момент пробоя изолятора на одной из опор оборудованием соседней опоры, что, в конечном счете, является следствием недостаточно высокой надежности всей контактной сети в целом.

Изобретением решается задача создания контактной сети, характеризующейся высокой надежностью благодаря исключению возможности искусственного короткого замыкания контактной сети с рельсом, отключения быстродействующих автоматов на защищаемой зоне без токов короткого замыкания, указания поврежденного изолятора и без повреждения опоры, а также наличию радиосвязи между соседними опорами контактной сети.

Для решения поставленной задачи в контактной сети, содержащей размещенные на каждой опоре несущий трос, струны, контактный провод, консоль, тягу, стержни фиксатора, при этом несущий трос, струны, контактный провод отделены от металлических элементов крепления на опоре указанных элементов посредством изоляторов, а между металлическими элементами крепления и опорой установлены соединенные между собой радиопередатчик и датчик напряжения, обеспечивающие фиксацию появления напряжения на опоре при пробое изолятора и передачу радиосигнала на отключение электропитания контактной сети, предложено, согласно настоящему изобретению, на каждой опоре разместить введенный приемник радиосигнала, образующий с радиопередатчиком радиоприемно-передающее устройство, обеспечивающее при пробое изолятора на одной из опор передачу радиосигнала на приемник радиосигнала, установленный на соседней опоре и далее последовательно - на приемники радиосигнала, установленные на других опорах, до приемника, обеспечивающего отключение электропитания контактной сети.

Изобретение поясняется на примере выполнения чертежами, где на фиг.1 - функциональная схема заявляемой контактной сети, а на фиг.2 - схема подключения датчика напряжения.

Контактная сеть 1 содержит размещенные на каждой опоре 2 несущий трос 3, струны 4, контактный провод 5, консоль 6, тягу 7, стержни фиксатора 8. Опора 2 устанавливается вблизи рельса 9. Металлические элементы крепления 10 на опоре 2 отделены от размещенных на опоре элементов: несущего троса 3, струн 4, контактного провода 5, консоли 6, тяги 7, стержней фиксатора 8 посредством изолятора 11.

Между металлическими элементами крепления 10 и опорой 2 установлен датчик напряжения 12, выход которого подключен ко входу радиопередатчика 13, снабженного радиопередающей антенной 14.

Первый выход радиоприемника 15, снабженного радиоприемной антенной 16, подключен ко входу блока отключения 17 контактной сети 1 от источника электропитания 18, а второй выход радиоприемника 15 подключен к блоку индикации 19. Приемник радиосигнала 20 установлен на каждой опоре 2, соединен с радиопередатчиком 13, образуя радиоприемно-передающее устройство 21, соединенное с радиоприемной антенной 14, являющейся одновременно и радиопередающей антенной.

При возникновении аварийной ситуации (возникновении перенапряжения и, следовательно, пробое изолятора 11) датчик напряжения 12 фиксирует превышение напряжения и будучи соединенным с радиопередатчиком 13 передает эту информацию на радиопередатчик 13.

Полученная в виде радиосигнала информация через радиопередающую антенну 14 радиопередатчика 13 поступает на радиоприемную антенну 16 приемника радиосигнала 20, расположенного на соседней опоре. Далее этот сигнал поступает на радиоприемную антенну следующей соседней опоры до тех пор, пока он не дойдет до радиоприемной антенны 16 радиоприемника 15, расположенного, например, на тяговой подстанции. Далее этот сигнал поступает на блок индикации 19 и сигнализирует о том, что на опоре с конкретным номером поврежден изолятор. Эта же информация с радиоприемника 15 поступает на блок отключения 17 контактной сети и отключает ее от источника электропитания 18.

Выполнение контактной сети в соответствии с предлагаемым решением позволит повысить ее надежность относительно простыми средствами, исключая при этом ложное срабатывание или несрабатывание вообще отключающей аппаратуры (короткозамыкателя), при этом существенно упрощается процесс отыскания неисправных изоляторов в контактной сети, так как вся информация о выходе из строя соответствующего изолятора присутствует на блоке индикации. Наличие на каждой опоре приемника радиосигнала позволит оперативно последовательно передать информацию о повреждении на одной из опор и обеспечить оперативное отключение электропитания контактной сети.

В соответствии с заявляемым решением в ООО НПП «Электромаш» разработана техническая документация блока защиты, содержащего радиопередатчик и датчик напряжения, изготовлен его опытный образец.

Испытания опытного образца подтвердили его работоспособность и широкие возможности его практического применения в будущем.

Источники информации

1. Н.Л.Соколов \\ Контактная сеть \\ Учебное иллюстрированное пособие для студентов техникумов, колледжей и учащихся образовательных учреждений железнодорожного транспорта, осуществляющих начальную профессиональную подготовку. М.: Маршрут, 2003, с.3, рис.1а.

2. То же, с.33, рис.1б.

3. То же с.35, рис.2.

4. П.М.Шичкин, А.А.Порцелан, А.В.Котельников. Защита контактной сети постоянного тока при различных способах заземления опор. М.: «Транспорт», 1977, с.13-14.

5. То же, с.15.

6. То же, с.17, 23-27.

7. Свидетельство на полезную модель № 16146, МПК Н02Н 7/26, 2001 г.

8. Патент на полезную модель № 56386, МПК Н02Н 7/26, 2006 г.

Изобретение относится к электротехнике. Изобретением решается задача создания контактной сети, характеризующейся высокой надежностью благодаря исключению возможности искусственного короткого замыкания контактной сети с рельсом, отключения быстродействующих автоматов на защищаемой зоне без токов короткого замыкания, указания поврежденного изолятора и без повреждения опоры, а также наличию радиосвязи между соседними опорами контактной сети. Для этого контактная сеть содержит размещенные на каждой опоре несущий трос, струны, контактный провод, консоль, тягу, стержни фиксатора, при этом несущий трос, струны, контактный провод отделены от металлических элементов крепления на опоре указанных элементов посредством изоляторов, а между металлическими элементами крепления и опорой установлены соединенные между собой радиопередатчик и датчик напряжения, обеспечивающие фиксацию появления напряжения на опоре при пробое изолятора и передачу радиосигнала на отключение электропитания контактной сети, кроме того, на каждой опоре размещен введенный приемник радиосигнала, образующий с радиопередатчиком радиоприемно-передающее устройство. 2 ил.

Контактная сеть, содержащая размещенные на каждой опоре несущий трос, струны, контактный провод, консоль, тягу, стержни фиксатора, при этом несущий трос, струны, контактный провод отделены от металлических элементов крепления на опоре указанных элементов посредством изоляторов, а между металлическими элементами крепления и опорой установлены соединенные между собой радиопередатчик и датчик напряжения, обеспечивающие фиксацию появления напряжения на опоре при пробое изолятора и передачу радиосигнала на отключение электропитания контактной сети, отличающаяся тем, что на каждой опоре размещен введенный приемник радиосигнала, образующий с радиопередатчиком радиоприемно-передающее устройство.