transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Sieć trakcyjna 3 kV DC > Ogólne informacje o sieci

1) Wstęp
Koleje w Polsce zasilane są prądem elektrycznym dostarczanym do nich za pośrednictwem sieci trakcyjnej, która składa się z sieci jezdnej (napowietrznej) i sieci powrotnej (torów). Podział ten jest konieczny ze względów fizycznych, gdyż aby istniał przepływ prądu koniczne jest istnienie obwodu połączonego odbiornikem energii, którym jest elektryczny pojazd trakcyjny. W systemie zasilania prądem stałym biegun dodatni (+) doprowadzony jest do sieci jezdnej, a biegun ujemny (-) do szyn.
Prąd w ten sposób płynie z podstacji takcyjnej biegunem dodatnim do sieci jezdnej. Z sieci jezdnej poprzez odbierak prądu (pantograf) dochodzi do układów elektrycznych pojazdu trakcyjnego, a z nich wraca przez koła jezdne szynami do bieguna ujemnego podstacji trakcyjnej.


2) Sieć jezdna (napowietrzna)
To część sieci trakcyjnej, która podwieszana jest do konstrukcji wsporczych nad torami. Głównymi jej elementami są przewody jezdne podwieszane za pomocą wieszaków do lin nośnych.



Sieć jezdna składająca się z powyższych trzech elementów nazywa się siecią łańcuchową. Nazwa ta wyniknęła z ukształtowania liny nośnej w przęśle, a mianowicie krzywej łańcuchowej.

Wśród sieci kolejowych w Europie można czasem spotkać sieć płaską czyli taką, która składa się jedynie z przewodu jezdnego podwieszonego do konstrukcji wsporczych z użyciem podwieszenia trójkątnego (delta). Rozwiązanie to powoduje, że przewód jezdny nie jest sztywno przytwierdzony do konstrukcji wsporczej. Lina podwieszająca natomiast stanowi odpowiednik liny nośnej lecz występuje tylko w rejonie podwieszenia.
Takie rozwiązanie przedstawiają poniższy schemat i fotografia:


Sieć płaska z podwieszeniem trójkątnym (delta)

Kliknij aby powiększyć   
Sieć płaska


W Polsce sieć płaską można spotkać jedynie w halach naprawczych i postojowych taboru. Na szlakach eksploatowanych przez PKP PLK SA eksploatowane są jedynie sieci łańcuchowe.



Sieci łańcuchowe
Na PKP eksploatuje się wyłącznie sieci łańcuchowe pojedyncze. Jednak na niektórych trasach kolejowych Europy zastosowane są sieci łańcuchowe podwójne (bardzo nieliczne). Poniższy schemat przedstawia sieć łańcuchową pojedynczą i podwójną:


Przęsło sieci łańcuchowej pojedynczej i podwójnej

W niniejszym opisie uwzględniona jest wyłącznie sieć łańcuchowa pojedyncza, jako stosowana na szlakach kolejowych PKP Polskie Linie Kolejowe SA.



a) Przewody jezdne - to druty miedziane o przekroju w przybliżeniu okrągłym z dwoma podłużnymi rowkami w górnej ich części. Miedź zapewnia dobrą przewodność prądu oraz dużą wytrzymałość na rozrywanie i naprężanie udarowe, jak również jest odporna na ścieranie.

Kliknij aby powiększyć   
Przekrój przewodu jezdnego



Rowki umożliwiają podwieszenie przewodu jezdnego za pośrednictwem uchwytów zaciskowych bez naruszania części ślizgowej, po której ślizga się ślizgacz odbieraka prąd.


Ogólny schemat uchwytu zaciskowego na przewodzie jezdnym

Kliknij aby powiększyć   
Uchwyt zaciskowy z ramieniem odciągowym



Na sieci PKP stosuje się przewody jezdne typu DJP 120 o przekroju 120mm2 lub DJP 100 o przekroju 100mm2. Nad jednym torem przewody mogą występować podwójnie lub pojedynczo w zależności od typu sieci.

Minimalna wysokość zawieszania przewodów jezdnych ponad główkę szyny według przepisów obowiązujących na PKP S.A. wynosi 4,90 m. Możliwe jest zejście z przewodami jezdnymi do wysokości 4,85 m na liniach lokalnych, gdzie są małe prędkości kursowania pociągów.
Wysokość normalna zawieszenia przewodów jezdnych według przepisów wynosi 5,60 m.

Kliknij aby powiększyć   
Tabliczka informująca o zmniejszonej
wysokości zawieszenia przewodów jezdnych



Przewody jezdne produkowane są w długościach nie przekraczających 1500m. Stąd między innymi wynika stosowanie odcinków naprężania (opis w dalszej części) nie przekraczających tej właśnie tej długości.
Jeżeli wystąpi konieczność połączenia przewodów jezdnych ze sobą stosuje się w takiej sytuacji złączki przewodów. Złączki mogą być śrubowe, albo klinowe. Przykład złączki klinowej, która jest nowszym rozwiązaniem, łatwiejszym w montażu i eksploatacji, przedstawia poniższa fotografia.

Kliknij aby powiększyć   
Złączka klinowa



Przewody jezdne w złączce klinowej są mocowane (zaciskane) za pomocą specjalnych wkładek klinowych wstawianych odpowiednio między przewód jezdny, a korpus złączki. W złączce śrubowej natomiast przewody jezdne są mocowane poprzez ich dociśnięcie śrubami do korpusu złączki.



b) Wieszak - jest to linka przymocowywana górnym końcem do liny nośnej, a dolnym do przewodu jezdnego za pomocą specjalnych uchwytów wieszakowych.

 
Uchwyt mocowania wieszaka do liny nośnej

Kliknij aby powiększyć   
Uchwyt mocowania wieszaka do DJP (opis na pow.)




Przykładowe rodzaje wieszaków:

Kliknij aby powiększyć   
Wieszak normalnej długości pojedynczy


Powyższy wieszak stosuje się w przęsłach o normalnej wysokości konstrukcyjnej.


Kliknij aby powiększyć   
Wieszak krótki pojedynczy


Kliknij aby powiększyć   
Wieszak krótki podwójny


Powyższe wieszaki stosuje się w przęsłach o zmniejszonej wysokości konstrukcyjnej (np. pod wiaduktami, w tunelach).

W sieci trakcyjnej eksploatowanej na PKP stosuje się również wieszaki ślizgowe - ich opis znajduje się w dziale omawiającym sieć półskompensowaną.



c) Lina nośna - to splot linek miedzianych (lub stopów miedzi) z rdzeniem głównym w środku. Zapewnia to dobre przewodzenie prądu elektrycznego oraz dużą wytrzymałość na siły rozrywające.
Podobnie jak przewody jezdne lina nośna może występować pojedynczo lub podwójnie w zależności od typu sieci.




d) Wysokość konstrukcyjna sieci jezdnej to odległość między przewodem jezdnym (przewodami jezdnymi), a liną nośną (linami nośnymi) w miejscu ich podwieszenia.


Wysokość konstrukcyjna sieci jezdnej

Montaż konstrukcji wsporczych oraz zawieszanie na nich sieci odbywa sie przy użyciu specjalnych pojazdów sieciowych (szynowych i drogowych). Kilka zdjęć takich pojazdów podczas prac sieciowych zamieszczam poniżej.
Opis pojazdów sieciowych można znaleźć w dziale: Pojazdy sieciowe

Kliknij aby powiększyć   
Pociąg sieciowy podczas prac


Kliknij aby powiększyć   
Montaż sieci z pociągu sieciowego


Kliknij aby powiększyć   
Samochód sieciowy z pantografem pomiarowym


Kliknij aby powiększyć   
Pociąg sieciowy - prace przy naprężaczach


Kliknij aby powiększyć   
Samochód sieciowy


Kliknij aby powiększyć   
Montaż przewodu wzmacniającego






3) Typy sieci jezdnych

a) Sieć łańcuchowa z jednym przewodem jezdnym i jedną liną nośną:



Sieć stosowana na trasach o małych prędkościach jazdy pociągów, na torach stacyjnych i postojowych.

Kliknij aby powiększyć   
Sieć łańcuchowa z jednym przewodem i jedną lina nośną





b) Sieć łańcuchowa z dwoma przewodami jezdnymi i jedną liną nośną:



Sieć stosowana na trasach o prędkościach do 120 km/h. Poprzez zastosowanie dwóch przewodów jezdnych sieć lepiej współpracuje z odbierakiem prądu i dodatkowo umożliwia większe pobory prądu przez pojazdy trakcyjne.

Kliknij aby powiększyć   
Sieć łańcuchowa z dwoma przewodami i jedną lina nośną



W omawianym rodzaju sieci lina nośna podtrzymuje obydwa przewody jezdne. Kolejne wieszaki są mocowane do przewodów jezdnych naprzemiennie - jeden wieszak zaczepiany jest do prawego przewodu jezdnego, a kolejny do lewego - następny natomiast znowu do prawego, itd.


Naprzemienne podwieszanie przewodów jezdnych

Kliknij aby powiększyć   
Naprzemienne podwieszanie przewodów jezdnych



Ponieważ w omawianym rodzaju sieci do liny nośnej podwieszane są dwa przewody jezdne, musi w związku z tym być zastosowana podwójna ilość wieszaków w stosunku do sieci z jednym przewodem jezdnym. Porównaj ilość wieszaków na schematach i na poniższej fotografii.

Kliknij aby powiększyć   
Ilość wieszaków w sieci jedno i dwuprzewodowej




Wśród sieci z jedną lina nośną i dwoma przewodami jezdnymi można się spotkać z odmiennym sposobem podwieszenia sieci do konstrukcji wsporczych. Zastosowanie podwieszenia typu "Y" w omawianym typie sieci przedstawia poniższy schemat.



Zastosowanie podwieszenia typu "Y" dodatkowo wyrównuje elastyczność sieci (środek przęsła / miejsce podwieszenia). Zastosowanie linki uealstyczniającej podwieszenia "Y" powoduje "wyrównanie" zwisu liny nośnej, a im mniejszy zwis liny nośnej tym elastyczność sieci jest równomierna na całym przęśle.
Podwieszenie typu "Y" stosuje się przy rozpiętościach przęseł większych niż 45 m. Przy mniejszych rozpiętościach przęseł jego pozytywne działanie jest znikome.

Kliknij aby powiększyć   
Zawieszenie typu "Y"






c) Sieć łańcuchowa z dwoma przewodami jezdnymi i dwoma liniami nośnymi:
Ten typ sieci stosowany jest na liniach kolejowych przystosowanych do jazdy pociągów z dużymi prędkościami (ponad 120 km/h) i jest udoskonaleniem zawieszenia uelastyczniającego typu "Y".
Lina nośna podwieszana do konstrukcji wsporczych nazywana jest liną główną, natomiast druga zwana jest liną uelastyczniającą (odpowiednik igreka).
Sieć z dwoma przewodami jezdnymi i dwoma linami nośnymi zastosowana jest przykładowo na Centralnej Magistrali Kolejowej (CMK).
W omawianym typie sieci stosuje się przęsła naprężania sześciosłupowe, w których każda para - przewód jezdny / lina nośna, kotwione są do osobnej konstrukcji wsporczej (opis w dziale: kotwienie i naprężanie).

Kliknij aby powiększyć   
Zawieszenie 2x DJP i 2x lina nośna






d) Dodatkowe informacje na temat sieci z dwoma przewodami jezdnymi (b i c):
Ślizgający się po podwieszanych naprzemian przewodach jezdnych ślizgacz odbieraka prądu "omija" miejsca ich podwieszeń czyli porusza się po łukach, co jest korzystne, gdyż miejsca podwieszeń nie są narażone na dodatkowe drgania/unoszenia powodowane dociskiem pantografu, przez co wydłuża się ich trwałość.
Powyżej opisaną sytuację prawidłowej współpracy pantografu z siecią jezdną przedstawia poniższy rysunek:




W sieciach z podwójnymi przewodami jezdnymi stosuje się uchwyty odległościowe, które chronia przed uderzaniem przewodów jezdnych o siebie pod wpływem naporu wiatru.

Kliknij aby powiększyć   
Uchwyt odległościowy



 



4) Sieć powrotna
To szyny torów, po których porusza się pociag. Do nich dochodzą kable powrotne łączace je z biegunem (-) podstacji trakcyjnej.
Dla polepszenia przepływu prądu i utrzymania ciągłosci połączenia w pewnych odstępach tory i szyny połączone są ze sobą połączeniami elektrycznymi.


Schemat przykładowych połączeń sieci powrotnej


Kliknij aby powiększyć   
Połączenie międzytokowe


Kliknij aby powiększyć   
Połączenie międzytorowe



Kable powrotne danego fragmentu toru zbierane są w skrzyniach zbiorczych (punktach powrotnych), skąd przewodem biegną do biegunu minusowego transformatora podstacji takcyjnej.

Kliknij aby powiększyć   
Kable powrotne



Poniższa fotografia przedstawia dławik torowy, który umożliwia przepływ prądu stałego od sieci trakcyjnej, natomiast zatrzymuje prąd przemienny od obwodów torowych związanych z urządzeniami SRK (np. izolacja torowej / zwrotnicowej obwodów niezjaętości torów) . W środku skrzyni znajdują się cewki z płaskowników miedzianych zatopione w oleju i kondensator tworzący filtr LC dla prądu.

Kliknij aby powiększyć   
Skrzynia dławika torowego


Na łączeniach szyn w torze stykowym stosuje się specjalne łączniki podłużne, dzięki którym prądy powrotne przepływają do podstacji z ominięciem miejsca mechanicznego połączenia szyn. Chodzi o zapewnienie ciągłosci toru prądowego dla prądów powrotnych oraz jak namniejszej rezystancji dla ich przepływu.

Kliknij aby powiększyć   
Łącznik szynowy podłużny


Kliknij aby powiększyć   
Łącznik szynowy podłużny - spawany


W torach bezsytykowych, czyli takich, w których szyny są ze sobą spawane lub zgrzewane nie ma potrzeby stosowania łaczników. Jednak w obydwu przypadkach stosuje się rozwiązania zabezpieczajace rprzed przepływem prądów błądzących do gruntu. Przy podkładach betonowych pomiędzy stopkę, szyny, a podkład oraz element kotwienia szyny stosuje się przekładki izolacyjne. Przy podkładach drewnianych sam materiał podkłądu traktuje się jako element izolujacy.

 
Podkładki izolacyjne