Sieć trakcyjna 3 kV DC > Sekcjonowanie

Sekcjonowanie jest to podział sieci jezdnej na niezależne elektrycznie odcinki. Podział taki ma na celu możliwość wyłączenia zasilania na danych fragmentach sieci bez konieczności wyłączania zasilania na całym obszarze zasilania, Drugim zadaniem sekcjonowania jest zapewnienie odpowiedniej wartości napięcia w sieci trakcyjnej zgodnie z obowiązującymi tolerancjami. Sekcjonowanie powoduje, że nie następują zbyt duże spadki napięcia w sieci, ponieważ kolejne odcinki zasilane są przez kolejne punkty zasilające.
W sieci kolejowej rozróżnia się dwa rodzaje sekcjonowanie: sekcjonowanie podłużne i poprzeczne. 
Sekcjonowanie podłużne to takie, które dzieli elektrycznie sieć tego samego toru i realizowane jest poprzez izolowane przęsła naprężania, sekcyjne przerwy izolowane (tzw. przerwy powietrzne) lub izolatory sekcyjne. Sekcjonowanie poprzeczne to elektryczny podział między sobą sieci jezdnych sąsiednich torów.

1) Sekcjonowanie podłużne
Ten typ sekcjonowania pozwala dzielić sieć na odcinki zasilania w wyniku czego możliwe jest utrzymanie mniej więcej równomiernego obciążenia sieci, jak również wyłączanie zasilania tylko na wybranych odcinkach sieci.


Schemat przykładowego sekcjonowania podłużnego na szlaku i stacji
OS - odłączniki sieciowe (zasilanie np. z podstacji trakcyjnej - zobacz opis zasilania sieci - tutaj)
Z - odłączniki sekcyjne (tzw. zwieracze)

a) Izolatory sekcyjne
W zakresie izolatorów sekcyjnych można się spotkać z dwoma rodzajami izolatorów sekcyjnych. Starszymi i obecnie wycofywanymi z eksploatacji są izolatory sekcyjne ceramiczne. Ich wadą jest duża masa oraz trudność z regulacją prawidłowej współpracy z odbierakiem prądu, co wymusza ograniczenie prędkości przejazdu pod izolatorem do 50 km/h.

 
Izolatory sekcyjne ceramiczne (opis na powiększeniach)


Ślizgacz obieraka prądu pod izolatorem

W nowobudowanych lub modernizowanych odcinkach sieci stosuje się nowoczesne izolatory z częścią izolującą wykonaną z tworzywa sztucznego (np. szkłolaminatu). Zaletą tego typu izolatorów jest ich niska masa (około 25 kg), a dopuszczalna prędkość przejazdu pociągów pod izolatorem wynosi do 100 km/h, a przy najnowocześniejszych konstrukcjach nawet 160 km/h. Do przeprowadzenia ślizgacza odbieraka prądu pod częścią izolującą izolatora (łagodne przejście nakładek ślizgowych z jednego odcinka zasilania na drugi) służą prowadnice - stabilizują one ślizgacz pantografu podczas prześlizgu i zabezpieczają przed zahaczeniem ślizgu o konstrukcję izolatora.
W nowoczesnych izolatorach sekcyjnych prowadnice zakończone są rożkami wydmuchowymi, na których gaszony jest samoczynnie łuk elektryczny, który może powstać podczas przesuwu ślizgacza pomiędzy odcinkami zasilania, gdy przejazd pojazdu trakcyjnego odbywa się z poborem prądu.
Bez zastosowania rożków wydmuchowych łuk nie byłby odpowiednio gaszony, a jego powstanie mogłoby doprowadzić do uszkodzenia izolatora sekcyjnego.


   
Przykładowe nowoczesne izolatory sekcyjne z częścią izolacyjną, z tworzywa sztucznego (opis na 1 i 2 powiększeniu)

   
Szczegóły konstrukcji przykładowych izolatorów

Ze względu na to, że zarówno lina nośna jak i przewód jezdny są pod napięciem, aby sekcjonowanie podłużne było kompletne, konieczne jest zastosowanie izolatorów w obu tych częściach sieci. W przewód jezdny wpina się izolator sekcyjny ceramiczny lub z tworzywa sztucznego, natomiast w linę nośną izolator cięgnowy lub ceramiczny kotwowy.

 
Izolatory sekcyjne nad przejściami zwrotnicowymi: 1 - ceramiczny, 2 - z tworzywa sztucznego


b) Izolowane przęsła naprężania
Na szlakach powszechnie stosuje się sekcjonowanie podłużne z zastosowaniem izolowanych przęseł naprężania. Przęsła naprężania to miejsca, w których kończy się jeden odcinek sieci, a zaczyna kolejny (zobacz opis - tutaj) poprzez krzyżowanie z tym pierwszym. Na końcach odcinków zastosowane są kotwienia, czyli miejsca, gdzie przewody / liny danego odcinka się kończą i są zakotwione do konstrukcji wsporczych takich jak słupy trakcyjne, mury budynków (obiektów).


Przykładowe przęsła naprężania
1 - izolowane przęsła naprężania
2 - zwarte przęsło naprężania
z - odłącznik sekcyjny (tzw. zwieracz)
me - mostek elektryczny - stałe połączenie elektryczne sieci

W izolowanych przęsłach naprężania na przewody jezdne mogą być założone specjalne osłony termiczne, które są zabezpieczeniem na wypadek powstania łuku elektrycznego, który może powstać podczas gdy ślizgacz pantografu traci kontakt z kończącym się odcinkiem sieci. Osłony termiczne zabezpieczają przed ryzykiem przepalenia się przewodów jezdnych.

   
Osłony termiczne na przewodach jezdnych

c) Sekcyjne przerwy izolacyjne - przerwy powietrzne
Rzadziej stosowanym rozwiązaniem w sekcjonowaniu podłużnym, głównie z powodu rozmiaru i komplikacji budowy są sekcyjne przerwy izolacyjne, zwane przerwami powietrznymi. Stosuje się je na przelotowych przęsłach sieci głównie w przypadku, gdy nie ma możliwości zlokalizowania przęsła naprężania w miejscu, gdzie potrzebne jest wprowadzenie izolacji, a dodatkowo prędkość szlakowa uniemożliwia zastosowania izolatora sekcyjnego. Dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu izolatorów w przewodach jezdnych, linie nośnej oraz wieszakach przewodów jezdnych, uzyskuje się pełne odseparowanie elektryczne części sieci jezdnej tego samego odcinka naprężania sieci. Warto zauważyć, że w omawiamy rozwiązaniu występuje wspólna lina nośna dla przewodów jezdnych obydwu odcinków sieci. Dodatkowo końce sieci dwuprzewodowych są połączone z przewodami przeciwnej sieci jezdnej z zastosowaniem pojedynczych przewodów dodatkowych. Przewody dodatkowe mają na celu zapewnienie odpowiedniego przekroju sieci pod względem obciążenia elektrycznego, tak by nie dochodziło do nadmiernego przeciążania elektrycznego w przęśle.


Schemat sekcyjnej przerwy izolacyjnej przerwy powietrznej
A - izolatory - tu: kotwowe ceramiczne
B - izolatory w wieszakach
C - przewody dodatkowe

   
Sekcyjna przerwa izolacyjna - przerwa powietrzna (opis na powiększeniach)

     
W związku z ryzykiem powstania łuku elektrycznego podczas przejazdu pod obszarem sekcjonowania podłużnego oraz ryzyka uszkodzenia np. izolatorów (szczególnie ceramicznych), czy też nakładek ślizgowych odbieraków prądu, na sieci PKP PLK SA obowiązuje przepis zobowiązujący prowadzących pojazdy kolejowe do przejazdu pod odcinkami izolowanymi na wybiegu, czyli z wyłączonym napędem. Przepis taki wprowadzono, aby nie wprowadzać zamieszania przy obowiązku wyłączania poboru energii podczas przejazdu pociągu tylko pod niektórymi izolatorami sekcyjnymi, co doprowadzałoby do popełniania pomyłek. Miejsce, po którym należy sprowadzić nastawnik jazdy do pozycji "0" w celu przejechania pod sekcjonowaniem bez poboru prądu oznacza się wskaźnikami We8a, We8b lub We8c.

 
Wskaźniki We8a, We8b, We8c
Oznaczają miejsce, przez które elektryczny pojazd trakcyjny powinien przejeżdżać bez pobierania prądu z sieci trakcyjnej: przy jeździe po torze, przy którym jest ustawiony wskaźnik (We8a), przy jeździe na tor odgałęziający się w prawo od toru, przy którym ustawiony jest wskaźnik (We8b) oraz przy jeździe na tor odgałęziający się w lewo od toru, przy którym ustawiony jest wskaźnik (We8c).
Wskaźniki We8a, We8b i We8c ustawia się w odległości 30 m przed miejscem, pod którym należy przejeżdżać bez pobierania prądu.


Odpowiednie wskaźniki (We9a i We9b) umieszcza się również za miejscem, przez które należy przyjechać bez pobierania prądu z sieci. Informują one maszynistę kiedy może rozpocząć ponowną jazdę z pobrem prądu.

 
Wskaźniki We9a, We9b
Oznaczają miejsce, od którego elektryczny zespół trakcyjny (We9a) lub lokomotywa elektryczna (We9b) mogą jechać pobierając prąd z sieci trakcyjnej.
Wskaźnik We9a ustawia się w odległości 200 m, a wskaźnik We9b w odległości 30 m za miejscem, przez które należy przyjeżdżać bez pobierania prądu z sieci.


   
Wskaźniki: We8a, We9b i We9a (opis na 1 i 2 powiększeniu)
 

Na niektórych konstrukcjach wsporczych przy których znajduje się sekcjonowanie podłużne montowane są odłączniki sekcyjne, zwane też zwieraczami sekcyjnymi. Ich zasada działania jest analogiczna do odłączników sieciowych natomiast stosuje się je w celu połączenia lub rozłączenia napięcia na odcinkach izolowanych przez element sekcjonowania podłużnego na przykład dla utrzymania ciągłości zasilania gdy odcinek zasilania jest podzielony sekcyjnie bez użycia zasilacza i wtedy energia elektryczna jest przekazywana z odcinka zasilanego zasilaczem na odcinek bez zasilacza.
Odłączniki sekcyjne stosuje się również dla zabezpieczenia ciągłości zasilania na wypadek awarii zasilania jednej z podstacji trakcyjnych. Poprzez zwarcie styków odłącznika sekcyjnego następuje złączenie dotychczas rozdzielonych (odizolowanych od siebie) odcinków zasilania (odcinków sekcyjnych) i przejęcie zasilania obydwu odcinków zasilania przez sprawną podstację, aż do momentu usunięcia awarii w podstacji uszkodzonej.


Schemat sekcjonowań podłużnych z zastosowanymi odłącznikami sekcyjnymi
1 - izolator sekcyjny
2 - izolowane przęsło naprężania
3 - sekcyjna przerwa izolacyjna - przerwa powietrzna

 
Przykładowe odłączniki sekcyjne:
OKZ:
A - podstawa odłącznika
B - izolatory
C - szyny prądowe - przyłącza kabli
D - szyna ruchoma ze szczęką (stykami)
E - regulacja zacisku szczęki (styków)
F - cięgno rurowe napędu
G - napęd ręczny

RNT:
A - podstawa nieruchoma
B - postawa ruchoma
C - dźwignia napędu z cięgnem rurowym
D - izolatory
E - szyny prądowe
F - zestyk ze szczękami
G - rożki


  
Izolator sekcyjny z odłącznikiem sekcyjnym i odłącznik sekcyjny typu OKZ (opis na powiększeniach)

   
Odłącznik sekcyjny typu OKZ (1) i typu RNT (2 i 3)

   
Izolowane przęsła naprężania z odłącznikami sekcyjnymi typu OKZ (1) i typu RNT (2) - opis na powiększeniu

   
Odłączniki sekcyjne typu RNT (1 i 2) i typu OKZ (3) zwierające zasilanie sąsiednich przęseł (opis na 1 powiększeniu)

Na torach stacyjnych lub postojowych dla dodatkowego zabezpieczenia stosuje się odłączniki sekcyjne ze stykiem uszyniającym. Otwarcie odłącznika powoduje połączenie sieci jezdnej, na której zostało odłączone zasilanie, z siecią powrotną, czyli szynami toru. Ten odcinek sieci został w ten sposób uszyniony (uziemiony). Pojawienie się na nim napięcia spowoduje wywołanie zwarcia i natychmiastowe rozłączenie zasilania przez urządzenia zabezpieczające w podstacji trakcyjnej.


Przykładowe odłączniki sekcyjne ze stykami uszyniającymi
A - szyna prądowa kabli od odcinka zasilanego
B - szyna prądowa kabli od odcinka niezasilanego (tor ślepy)
C - szyna prądowa kabli uszyniających

   
Przykładowy odłącznik sekcyjny ze stykiem uszyniającym

Do napedu odłączników stosowane są napędy ręczne jak również automatyczne (silnikowe).
Numery odłączników sekcyjnych są trzycyfrowe np. 101, 102, 103... natomiast odłączniki sieciowe mają numerację dwucyfrową np. 10, 20, 30...

   
Skrzynia napędu automatycznego odłącznika

Jeżeli cięgno rurowe odłącznika zostanie przesunięte z położenia górnego w położenie dolne, styki odłącznika zostaną zwarte, w wyniku czego połączenie elektryczne międzysekcyjne zostaje załączone, a odłącznik z odcinkiem niezasilanym sieci nie jest uszyniony. Podczas manewru odwrotnego, gdy cięgno rurowe zostanie przesunięte z położenia dolnego do górnego, nastąpi rozwarcie styków zasilania i zwarcie styków uszynienia.

2) Sekcjonowanie poprzeczne
Polega na rozdzieleniu elektrycznym konstrukcji wsporczych poprzez zastosowanie izolatorów pomiędzy konstrukcjami wsporczymi, a wysięgnikami podwieszenia sieci. Sekcjonowanie poprzeczne jest również widoczne w zawieszeniach porzecznych, w których jedna konstrukcja wsporcza podwieszająca kilka sieci jezdnych jest podzielona elektrycznie (poprzez izolatory), tak że każda sieć jezdna jest niezależnie podwieszona elektrycznie mimo wspólnego podwieszenia mechanicznego.

 
Sekcjonowanie poprzeczne (izolatory dzielcze) w zawieszeniu poprzecznym 

     
Sekcjonowanie poprzeczne - sieci podwieszone przez izolowane wysięgniki

   
Izolatory wysięgników