transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Dokładny opis budowy sieci trakcyjnej 0,6 kV DC > Ogólne informacje

1) Wstęp:
Sieć trakcyjna tramwajowa jest bardzo zróżnicowana z powodu dużej różnorodności infrastruktury miejskiej. Opis sieci trakcyjnej umieszczony w tym dziale skupia się na najważniejszych jej elementach budowy, działania i pomija niektóre mniej istotne lub rzadko stosowane rozwiązania techniczne.

Tramwaje zasilane są energią elektryczną dostarczaną 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 czyli dwóch biegunów elektrycznych - dodatniego i ujemnego - połączonych odbiornikiem energii, którym jest tramwaj. Typowa sieć trakcyjna ma doprowadzony potencjał dodatni (+) do sieci jezdnej, a ujemny (-) do szyn. Wyjątkiem w biegunowości sieci trakcyjnej są: Łódź, Częstochowa, Elbląg, Grudziądz i Gorzów Wielkopolski, w których sieć jezdna ma doprowadzony potencjał ujemny, a tory potencjał dodatni.

Opis zasilania sieci w podrozdziale dotyczącym zasilania - zobacz.


2) Sieć jezdna (napowietrzna)
To część sieci trakcyjnej, która zawieszana jest nad torem. Głównym jej elementem jest przewód jezdny, po którym ślizga się odbierak prądu pobierając energię elektryczną.
Przewód jezdny może występować sam i taką sieć jezdną nazywamy siecią płaską lub może być podwieszany do liny nośnej za pomocą specjalnych linek zwanych wieszakami. Ten rodzaj sieci nazywamy siecią łańcuchową.

Kliknij aby powiększyć 
Sieci płaskie

Kliknij aby powiększyć   
Sieci łańcuchowe

Sieci płaskie stosuje się z reguły nad skrzyżowaniami, na pętlach, czy też w miejscach gdzie np. ze względu na wysokość, nie jest możliwe zamontowanie sieci łańcuchowej (pod wiaduktami, w tunelach itp.). Ten typ sieci można również spotkać w centrach zabytkowych miast, tak aby zminimalizować wpływ widoczności sieci jezdnej na walory zabytków.
Sieć płaska może występować jeszcze w wykonaniu sztywnym jako tzw. sieć sztywna. Poniżej zdjęcia z zastosowanej tzw. sieci jezdnej sztywnej w postaci profilu (szyny) zawieszonego nad torami.

Kliknij aby powiększyć  Sieć jezdna sztywna w miejscu przejścia w klasyczny przewód jezdny

Kliknij aby powiększyć  Sieć jezdna sztywna w hali peronowej - Łódź - Piotrkowska Centrum


Sieci łańcuchowe, dzięki podwieszeniu przewodu jezdnego do liny nośnej, umożliwiają zachowanie lepszego wyprofilowania przewodu w płaszczyźnie pionowej. Dzięki temu możliwa jest jazda z większymi prędkościami, gdyż zapewniona jest lepsza współpraca ślizgaczy odbieraków prądu z przewodami trakcyjnymi. Dla sieci łańcuchowych określa się tzw. wysokość konstrukcyjną, czyli odległość między przewodem jezdnym, a liną nośną w miejscu ich podwieszenia. Ich nazwa wyniknęła z ukształtowania liny nośnej w przęśle, a mianowicie krzywej łańcuchowej.


h - wysokość konstrukcyjna sieci jezdnej
(zawieszenie do wysięgnika słupa / do lin zawieszenia poprzecznego


Sieci jezdne mocuje się nad torem za pośrednictwem konstrukcji wsporczych. Zobacz opis: konstrukcji wsporczych, podwieszania oraz kotwienia i naprężania sieci. 


a) Przewód jezdny - to pręt miedziany o przekroju w przybliżeniu okrągłym z dwoma podłużnymi rowkami w górnej jego części.
Rowki służą do mocowania do przewodu jezdnego różnego rodzaju uchwytów, wieszaków, jak również oznaczeń.
W sieci tramwajowej stosuje się przewody jezdne typu DJP100 przekroju 100 mm2 lub DJP120 o przekroju 120 mm2 zgodne z normą PN-E-90090.
Wykonanie z miedzi zapewnia dobrą przewodność prądu oraz dużą wytrzymałość na rozrywanie i naprężanie udarowe, jak również na ścieranie.

Kliknij aby powiększyć   
Przekrój przewodu jezdnego DJP 100


   
Przewód jezdny zamontowany w uchwycie podwieszającym

Takie ukształtowanie przewodów jezdnych powoduje, że od górnej strony mogą być podwieszone, a od dołu zapewniona jest ich strefa robocza, po której ślizgają się ślizgi odbieraków prądu (pantografów).

   
Odbieraki prądu na dachach

 
Nakładki ślizgowe ślizgaczy odbieraków prądu, stykające się z przewodem jezdnym





Zobacz opis odbieraków prądu - tutaj.


Przewody jezdne produkowane są w długościach nie przekraczających 1500 m. Dostarczane są od producenta na szpulach. Monterzy instalujący sieć jezdną odpowiednio rozwijają przewód jezdny ze szpuli montując go do podwieszeń. Jeżeli wystąpi konieczność połączenia przewodów jezdnych ze sobą stosuje się w takiej sytuacji złączki przewodów.
W złączce śrubowej przewody jezdne są mocowane poprzez ich dociśnięcie śrubami do korpusu złączki.

Kliknij aby powiększyć 
Przykładowe złączki śrubowe do montażu liniowego

  
Przykładowe złączki zaciskowe do łączenia równoległego

Nominalna wysokość zawieszania przewodu jezdnego ponad główką szyny według normy PN-K 92002 powinna wynosić 5,5 m. Dla tego wymiaru dopuszczona jest tolerancja +0,1 / - 0,25 m . W szczególnych przypadkach może on być zawieszany na niższej wysokości (np. pod niskimi wiaduktami), lecz nie powinien przebiegać on niżej niż 4,5 m. Dla sieci rozwieszonej na obszarze zajezdni dopuszcza się wysokość 5 m. 
Przy niskim zawieszeniu przewodów jezdnych często stosuje się je w układzie podwójnym (dwa przewody podwieszone równolegle względem siebie) w celu zapewnienia lepszej współpracy ślizgów odbieraka prądu

 
Podwójne przewody jezdne i przejazd tramwaju pod niskim wiaduktem


Podwójne przewody jezdne na odcinku obniżonej wysokości sieci jezdnej


Uchwyt odległościowy podwójnych przewodów jezdnych

W warunkach niskich temperatur dochodzi do oszronienia lub oblodzenia przewodów jezdnych. W wyniku takiego zjawiska, pojazdy tramwajowe mają problem z odebraniem energii elektrycznej, z przewodów jezdnych. Warstwa lodu powoduje, że ślizgi odbieraków prądu nie mają bezpośredniego styku z przewodem. W efekcie tego dochodzi do powstawania łuków elektrycznych, które stanowią zagrożenie dla sieci jak i ślizgaczy odbieraków prądu, gdyż powodują wypalanie się tych elementów.
Ze względu na powyższe, niektórzy operatorzy posiadają specjalne wagony techniczne, wyposażone w instalację do nanoszenia specjalnego środka, zabezpieczającego przed zamarzaniem przewodów. Gdy zapowiadane są przymrozki, wagon z takim wyposażeniem wyjeżdża na trasy i poprzez zabudowany na dachu specjalny pantograf, wyposażony w dysze natryskowe, nanosi środek na przewody jezdne.

 
Przykładowy wagon techniczny wyposażony w specjalny pantograf do natryskiwania środka zabezpieczającego przed zamarzaniem




b) Wieszak - jest to linka miedziana o przekroju 10 mm2, przymocowana górnym końcem do liny nośnej, a dolnym do przewodu jezdnego za pomocą specjalnych uchwytów wieszakowych.

Kliknij aby powiększyć  
Wieszak pojedynczy 


Kliknij aby powiększyć  
Wieszaki podwójne: wieszak z zawieszeniem suwliwym (1), zawieszone przez uchyty rolkowe (2)


Kliknij aby powiększyć  
Przykładowy uchwyt wieszakowy liny nośnej 


Kliknij aby powiększyć  
Przykładowy uchwyt wieszakowy przewodu jezdnego



Zerwana linka wieszaka


c) Lina nośna wykonywane są w formie regularnie splecionych miedzianych (lub ze stopów miedzi) drutów twardych o przekroju 95 mm2.

   
Lina nośna

Liny nośne są dostarczane od producenta na szpulach tak samo jak i przewody jezdne.
Połączenie dwóch końców lin nośnych ze sobą jest realizowane poprzez uchwyty zaciskowe typu "U". Obydwa końce lin nośnych w takiej sytuacji nakłada się na siebie i ściska uchwytami śrubowymi.


Połączenie lin nośnych uchwytami zaciskowymi typu U

 

Przęsłem sieci określa się odległość pomiędzy sąsiednimi miejscami podwieszenia sieci jezdnej do konstrukcji wsporczych. Maksymalna dopuszczalna rozpiętość przęseł dla sieci płaskich wynosi 38 m, a dla sieci łańcuchowych 65 m.


Schemat przęsła na przykładzie sieci łańcuchowej

Sieci jezdne montuje się, a później utrzymuje z wykorzystaniem pojazdów sieciowych z podwoziem przystosowanym do jazdy po drogach, ale również torach (pojazdy dwudrogowe).

 
Podwieszanie liny nośnej i liny po podwieszeniu

   
Tymczasowe podwieszenia na czas przeciągania i mocowania przewodów / lin

   
Montaż przewodu jezdnego (1 i 2) i przewód jezdny na szpuli (3)

 
Sieci jezdne tuż po zamontowaniu (błyszcząca się miedź jeszcze przed zabrudzeniem i spatynowaniem)


Kliknij aby powiększyć  
Samochód sieciowy (dwudrogowy)


 
Przykładowe podwozia samochodów sieciowych dwudrogowych z widocznymi kołami obrzeżowymi (szynowymi)




3) Sieć powrotna
Sieć powrotną stanowią szyny torów oraz połączenia elektryczne tych elementów służące doprowadzeniu prądu zwanego prądem powrotnym z obwodu elektrycznego tramwaju do podstacji trakcyjnej (opis w dziale zasilania sieci trakcyjnej). Bardzo istotne jest to, aby sieć powrotna stanowiła dla przewodzonych prądów jak najmniejszy opór elektryczny oraz ograniczała do minimum rozchodzenie się prądów błądzących, czyli prądów, które upływają do ziemi w sposób niekontrolowany i trudnymi do określenia drogami. Przepływ tokami szynowymi prądów powrotnych (roboczych) o dużej wartości, powoduje wystąpienie spadku napięcia pomiędzy szynami, a podstacją trakcyjna, którego efektem może być właśnie przepływ prądów błądzących do gruntu. Wartość prądów błądzących jest tym większa im większą opór przepływu prądu dla prądu elektrycznego stanowią toki szynowe. Prądy błądzące wpływają negatywnie np. na elementy metalowe znajdujące się w gruncie, doprowadzając do ich przyspieszonej korozji. Niską rezystancję dla toków szynowych uzyskuje się przez odpowiednie metaliczne połączenie kolejnych szyn (starsze połączenia łubkowe z mostkami elektrycznymi, lub powszechnie obecnie stosowane połączenia spawane) oraz przez zastosowanie elementów izolacyjnych w ramach zabudowy nawierzchni torowej pomiędzy szynami, a elementami wsporczymi (np. podkładami). W przypadku nawierzchniach, w których szyny nie są zabudowane, istotne jest również ich czyszczenie, tak, aby zabrudzenia, które występują na torach, takie jak np. liście, ziemia, chwasty itd. nie stawały się materiałami, ułatwiającymi upływy prądów błądzących.

 


Połączenie łubkowe szyn i widoczny mostek elektryczny połączenia szyn


Połączenie spawane szyn

Poniżej zdjęcia przykładowych rozwiązań w zakresie izolacji szyn od podłoża. Izolacje bardzo często stanowią materiały pełniące jednocześnie funkcje mocowanie szyn i amortyzacji drgań. Więcej informacji o nawierzchniach torowych tramwajowych można znaleźć tutaj.

 
Przekładka izolacyjna pomiędzy szyną, a podkładem

 
Szyna zabudowana w otulinie


Szyna zabudowana z wykorzystaniem żywicznej elastycznej masy zalewowej

Dla polepszenia przepływu prądów powrotnych i wyrównania obciążenia prądowego w odstępach co około 100 - 200 m sąsiadujące szyny torów łączy się ze sobą elektrycznymi połączeniami międzytorowymi, natomiast szyny, każdego toru łączy się między sobą elektrycznymi połączeniami międzytokowymi.
Do powyżej opisanych połączeń elektrycznych wykorzystuje się obecnie kable w izolacji, zakończone specjalnymi końcówkami z otworami, umożliwiającymi ich przymocowanie śrubami do szyjek szyn.


Schemat połączeń elektrycznych kablowych
A - połączenia międzytokowe
B - połączenie międzytorowe


Kliknij aby powiększyć   
Połączenia elektryczne kablowe (opis na powiększeniu)

  Kliknij aby powiększyć   
Otwór w szynie i mocowanie kabla

Można również spotkać połączenia starszego typu, wykonane z metalowych płaskowników spawanych do stop szyn. W takim rozwiązaniu istnieje ryzyko odkruszenia się spawu, co spowoduje pogorszenie wyrównania prądowego sieci powrotnej. Poza tym nieizolowane płaskowniki ułatwiają przepływ prądom błądzącym.

Kliknij aby powiększyć   
Połączenia elektryczne płaskownikowe