Sieć trakcyjna 3 kV DC > Ogólne informacje o sieci

1) Wstęp
Elektryczne poajzdy kolejowe w Polsce zasilane są prądem elektrycznym w systemie prądu stałego 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.
Z sieci jezdnej poprzez odbierak prądu (pantograf) energia elektryczna doprowadzana jest do układów elektrycznych pojazdu trakcyjnego, a z nich obwód elektryczny przez koła jezdne jest zamykany szynami toru do bieguna ujemnego podstacji trakcyjnej.


Odbierak prądu na dachu pojazdu trakcyjnego


Schemat zasilana sieci trakcyjnej prądu stałego
A - podstacja trakcyjna
B - kabel zasilający
x - odłącznik kabla zasilacza (na słupie trakcyjnym)
C - kabel powrotny

Kliknij tutaj i zobacz opis kolejowych odbieraków prądu.

Kliknij tutaj i zobacz opis sieci trakcyjnej z zastosowaniem trzeciej szyny prądowej.


Przykładowy plan sieci 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. Przęsłem sieci określa się odległość pomiędzy sąsiednimi miejscami podwieszenia sieci jezdnej do konstrukcji wsporczych


Przęsło sieci jezdnej łańcuchowej
1 - lina (liny) nośna
2 - wieszaki
3 - przewód (przewody jezdne)

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 rozwiązania przedstawiają poniższy schemat i fotografia:


Sieć płaska z podwieszeniem trójkątnym (1) i dodatkowymi wieszakami (2)

   
Sieć płaska z podwieszeniem trójkątnym (delta) - Węgry (system 25 kV)


Sieć płaska na stacji - przewód jezdny montowany do zawieszeń poprzecznych - Francja (system 25 kV)


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 płaskie stosowane są powszechnie w sieciach trakcyjnych tramwajowych - zobacz i trolejbusowych - zobacz.


Sieci łańcuchowe
W Polsce eksploatuje się wyłącznie sieci łańcuchowe pojedyncze. Jednak na niektórych trasach kolejowych Europy zastosowane są sieci łańcuchowe podwójne (bardzo nieliczne - np. we Francji dla systemu 1,5 kV DC). Poniższy schemat przedstawia sieć łańcuchową pojedynczą i podwójną:


Przęsło sieci łańcuchowej pojedynczej i podwójnej
1 - lina nośna
2 - wieszak przewodu jezdnego
3 - przewód jezdny
4 - wieszak liny nośnej pomocniczej
5 - lina nośna pomocnicza

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.

   
Przekrój przewodu jezdnego


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

 
Uchwyty zaciskowe z ramieniami odciągowymi

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 obowiązujących przepisów 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 wynosi 5,60 m.

   
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, przedstawiają poniższe fotografie.

   
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.


Przykładowa złączka śrubowa


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


 
Uchwyt mocowania wieszaka do DJP (opis na pow.)


Przykładowe rodzaje wieszaków:

   
Wieszak normalnej długości pojedynczy

Powyższy wieszak stosuje się w przęsłach o normalnej wysokości konstrukcyjnej.

   
Wieszak krótki pojedynczy

   
Wieszak krótki podwójny

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

W sieci trakcyjnej eksploatowanej w Polsce stosuje się również wieszaki ślizgowe - ich opis znajduje się w dziale omawiającym sieć półskompensowaną (naprężanie i rodzaje sieci - zobacz).


Wieszak ślizgowy


c) Lina nośna - to splot drutów 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.

 
Lina nośna (pod nią przewód jezdny)

 
Szpule z linami nośnymi na pojeździe seiciowym


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


h - 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

   
Pociąg sieciowy podczas prac

   
Montaż sieci z pociągu sieciowego

   
Samochód dwudrogowy sieciowy z pantografem pomiarowym

   
Pociąg sieciowy - prace przy urządzeniach naprężających

   
Samochód dwudrogowy sieciowy

   
Montaż przewodu uszynienia grupowego

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.

 
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.

   
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


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.

   
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 bardziej równomierna na całym przęśle.
Podwieszenie typu "Y" stosuje się przy rozpiętościach przęseł większych niż 45 m. Przy mniejszych rozpiętościach przęseł jego wpływ na poprawę parametrów sieci nie ma wpływu.

 
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 - zobacz).

   
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 np. na skutek naporu wiatru lub drgań wywołanych przejazdem odbieraka prądu.

 
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
A - połączenia międzytokowe
B - połączenia międzytorowe
C - kabel powrotny podstacji


   
Połączenie międzytokowe

   
Połączenie międzytorowe


Kable powrotne danego fragmentu toru zbierane są w skrzyniach zbiorczych (punktach powrotnych), skąd przewodem biegną do szyny zbiorczej minusowej podstacji takcyjnej.

   
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 niezajętości torów) . W środku skrzyni znajdują się cewki z płaskowników miedzianych zatopione w oleju i kondensator tworzący filtr LC dla prądu.

   
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.

   
Łącznik szynowy podłużny

   
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 prrzed 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 podkładu traktuje się jako element izolujacy.

 
Podkładki izolacyjne