transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Dokładny opis budowy sieci trakcyjnej 0,6 kV DC > Zasilanie i sekcjonowanie sieci

1) Ogólne informacje o zasilaniu
Zasilanie sieci trakcyjnej tramwajowej realizowane jest prądem stałym o napięciu znamionowym 600 V (z tolerancją -200 V / +150 V), dostarczanym z podstacji trakcyjnej do przewodu jezdnego za pośrednictwem kabli zasilających.

Jak już było wspomniane w ogólnym opisie, do sieci jezdnej, w większości miast doprowadzony jest potencjał dodatni, natomiast szyny torów, czyli sieć powrotna mają potencjał ujemny (wyjątki stanowią sieci w: Łodzi, Częstochowie, Elblągu, Grudziądzu i Gorzowie Wielkopolskim, gdzie (+) jest w szynach, a (-) w sieci jezdnej).
W niektórych krajach do zasilania tramwajów wykorzystywane jest napięcie 750 V DC.


Schemat klasycznego zasilania


Tramwaj odbiera energię elektryczną z przewodu jezdnego za pomocą odbieraka prądu (pantografu). Nakładki ślizgowe (ślizgi) odbieraka prądu, które stykają się z przewodem jezdnym wykonane są z grafitu - nakładki elektrografitowe (węglowe). Prawidłowy docisk ślizgacza odbieraka prądu do przewodu jezdnego powinien wynosić około 70-90N. Docisk realizowany jest przez sprężyny zabudowane w konstrukcji odbieraka prądu.
Dokładny opis odbieraków prądu zamieszczony jest tutaj.

 
Odbierak prądu (pantograf) i nakładki ślizgowe elektrografitowe podczas styku z przewodem jezdnym

 

Poniższy schemat przedstawia przykładowy układ zasilania i sekcjonowania fragmentu sieci trakcyjnej trasy tramwajowej z zastosowaniem wspólnego zasilania dla obydwu torów linii dwutorowej. Jest to powszechnie stosowany układ zasilania trakcyjnego w komunikacji tramwajowej. Wymienione na nim pozycje są szczegółowo opisane w niniejszym rozdziale w ramach poniższych opisów.

 
Przykładowy schemat zasilania i sekcjonowania fragmentu sieci trakcyjnej ze wspólnym zasilaniem sieci jezdnych
A - punkt zasilający jednokablowy
B - punkt zasilający dwukablowy
C - punkt zasilający dwukablowy (rezerwowy)
D - punkt zasilający trójkablowy
E - punkt powrotny trójkablowy
F - punkt powrotny dwukablowy
G - izolatory sekcyjne z odłącznikiem (zwieraczem) sekcyjnym
H - odcinek sekcyjny zasilania


W sieci trakcyjnej Tramwajów Warszawskich stosowane jest na niektórych trasach (i rozpowszechniane) niezależne zasilanie sieci jezdnych poszczególnych torów. Taki układ komplikuje zakres instalacji i obwodów zasilania trakcyjnego, jednak wpływa na większe możliwości w zakresie sterowania obciążeniem sieci oraz wyłączania zasilania na przykład tylko jednej sieci na linii dwutorowej, pozostawiając możliwość jazdy drugim torem. Ma to duże znaczenie w sytuacjach awaryjnych dla ograniczania do możliwego minimum ograniczeń w ruchu tramwajowym.


Przykładowy schemat zasilania i sekcjonowania fragmentu sieci trakcyjnej z niezależnym zasilaniem sieci jezdnych
A - punkt zasilający dwukablowy z rezerwowym zasilaczem drugiej sieci jezdnej
B - punkt zasilający dwukablowy
C - izolatory sekcyjne z niezależnymi odłącznikami (zwieraczami) sekcyjnymi
D - punkt powrotny dwukablowy



2) Podstacje trakcyjne
Podstacje trakcyjne to budynki energetyczne, w których następuje przetworzenie napięcia prądu przemiennego z sieci energetycznej przemysłowej (miejskiej) na prąd stały, którym zasilane są pojazdy trakcyjne. Zasilanie podstacji realizowane jest średnim napięciem o wartości najczęściej 15 kV. Można spotkać sieci, w których napięcie to wynosi 20 kV lub czasem 6 kV. W Krakowie na dzień 01 sierpnia 2022 roku są 32 podstacje trakcyjne. W Warszawie na dzień 01 lipca 2006 roku jest 41 podstacji trakcyjnych.


Uproszczony schemat przykładowej podstacji
RSN - rozdzielnia średniego napięcia (AC)
SZR - układ samoczynnego załączania rezerwy
T - transformatory trakcyjne
PT - prostowniki trakcyjne
RPS - rozdzielnia prądu stałego
SPS - szyna prądu stałego
WS - wyłączniki szybkie
OZ - odłączniki zasilaczy
ZT - zasilacze trakcyjne - kable do punktów zasilających sieci trakcyjnej
KP - kable powrotne - połączone z szynami toru
TPW - transformator potrzeb własnych (zasilanie podstacji)
RNN - rozdzielnia niskiego napięcia - zasilanie własne podstacji


   
Przykałdowe budynki podstacji trakcyjnych - podstacje naziemne


Przykładowa podstacja trakcyjna - podziemna

Do podstacji trakcyjnej doprowadza się dwie linie zasilania z sieci energetycznej: główną oraz rezerwową. Zasadniczo podstacja jest zasilana z głównej linii zasilania, natomiast w przypadku jej awarii, możliwe jest przełączenie zasilania poprzez układ SZR (Samoczynnego Załączenia Rezerwy), który steruje wyłącznikiem zasilania rezerwowego. Linie zasilające wyposażone są oczywiście w liczniki energii elektrycznej. Podstacje wyposaża się w układ zasilania potrzeb własnych, który zapewnia energie elektryczną do sterowania pracą podstacji, oświetlenia, gniazd wtykowych, wentylacji itd. Do tego celu stosuje się transformatory potrzeb własnych (energetyczne) z napięciem wyjściowym 0,4 kV AC, które następnie jest przetwarzane na niższe wartości napięć - np. 230 V AC, czy 220 V DC. Podstacje mogą mieć też przyłącza 0,4 kV AC z miejskiej sieci energetycznej.

Ilość zespołów transformatorowych jest zależna od wymaganej mocy podstacji, a więc obszaru zasilania jaką dana podstacja zasila. Powszechnie spotyka się podstacje zawierające od 1 do 6 zespołów.
O ilości zespołów w podstacji świadczy najczęściej ilość bram inspekcyjnych, przez które można w razie konieczności wyjąć transformatory z budynku.


Podstacja z czetema zespołami transformatorów trakcyjnych

W nowoczesnych podstacjach stosowane są zespoły transformatorowe suche wykonane w izolacji żywicznej z uzwojeniami miedzianymi. Do prostowania prądu stosuje się powszechnie prostowniki diodowe (dawniej rtęciowe), pracujące w układzie podwójnego mostka 3-fazowego (12-pulsowe). Przykładowo moc jednego transformatora może wynosić np. 1600 kVA, co przekłada się na parametry współpracującego z nim prostownika następująco - znamionowe napięcie prostownika: 660 V DC przy prądzie znamionowym 1600 A z możliwością przeciążenia do 2400 A przez 2 h, 3200 A przez minutę i 7200 A przez 15 sek. Inny przykład wydajności zespołu prostownikowego dla transformatora 1200 kVA: 660 V DC przy prądzie znamionowym 1200 A z możliwością przeciążenia do 1800 A przez 2 h, 2400 A przez minutę i 5400 A przez 15 sek.

Ze względu na pracę zespołów transformatorowych konieczne jest zapewnienie im odpowiedniego chłodzenia jak również wentylacji całego budynku podstacji. W budynku zabudowuje się przepustnice nawiewowe i wywiewowe, na przykład z żaluzjami sterowanymi elektrycznie. Dzięki temu utrzymana jest wentylacja grawitacyjna. W przypadku gdy temperatura w podstacji przekroczy określoną wartość, następuje uruchomienie wentylacji mechanicznej w postaci układu wentylatorów.
Budynek podstacji wyposażony jest również w układ ogrzewania.

 
Przykładowe układy wentylacji


Podstacje trakcyjne wyposaża się również w baterie akumulatorów, służące do zasilania awaryjnego obwodów zabezpieczeń, sterowania i sygnalizacji w przypadku awarii głównego zasilania. Baterie te wchodzą w zakres obwodów potrzeb własnych, w ramach tzw. siłowni prądu stałego o napięciu 220 V. Stosowane baterie akumulatorów mają pojemność przynajmniej 30 Ah. 

Nowoczesne podstacje sterowane są w oparciu o układy mikroprocesorowe i zdalną diagnostykę. Podstacje mogą być sterowane ręczne przez obsługę na miejscu, automatyczne oraz zdalnie np. z centralnej dyspozytorni. Zarządzanie zdalne odbywa się poprzez systemy telemechaniczne (transmija radiowa, pakietowa transmisja danych) jak również magistrale światłowodowe. Podstacje wyposaża się również w układy detekcji pożaru oraz monitoringu wizyjnego.


Antena do zdalnego sterowania

Każda podstacja posiada zabezpieczenia, które rozłączają dopływ prądu do sieci w przypadku awarii sieci (np. zerwanie / doziemienie) lub na skutek przeciążeń (zbyt duży pobór prądu przez tramwaje).
Za rozłączanie / załączanie zasilania odpowiadają wyłączniki szybkie. W ich skład wchodzi między innymi wyzwalacz posiadający cewkę ze zworą w środku. Jeśli prąd w sieci przekroczy wartość nastawioną, zwora uderza w zamek i otwiera wyłącznik. Wartości dla wyłączników szybkich mogą być ustawiane na prąd od 1200 do 3500 A i napięcie 900 V w zależności od podstacji i nasilenia ruchu na trasach z niej zasilanych. Rozłączenie zasilania nastąpi również na skutek zwarcia w sieci trakcyjnej np. w wyniku przebicia izolatora na konstrukcji wsporczej lub zetknięcia się sieci jezdnej z powrotną (np. zerwanie sieci).
W przypadku rozłączenia zasilania układ UPL (Układ Próby Linii) wykonuje pomiar oporności sieci jezdnej w stosunku do szyn. Jeżeli izolacja okaże się prawidłowa układ SPZ (Samoczynne Ponowne Załączanie) automatycznie załączy zasilanie. Jeżeli natomiast wynik próby linii będzie negatywny, zostanie przeprowadzony kolejny pomiar. W sumie pomiary, a więc i próby załączenia zasilania, mogą powtórzyć się trzykrotnie. Przy czwartym negatywnym rezultacie wyłącznik szybki zostanie zablokowany na stałe i konieczna będzie ingerencja obsługi w celu jego odblokowania i załączenia zasilana (oczywiście po wcześniejszym sprawdzeniu stanu sieci trakcyjnej). Przeciążenie sieci może być spowodowane na przykład zbyt dużą ilością składów tramwajowych ruszających jednocześnie.


Układ sterowania zasilacza na szafie rozdzielni prądu stałego

Energia elektryczna z bieguna dodatniego prostownika przekazywana jest do szyny prądu stałego, od której poprzez wspomniane wcześniej wyłączniki szybkie, a następnie odłączniki zasilaczy, odchodzą kable zasilające,  doprowadzające energię elektryczną do poszczególnych punktów zasilających, zlokalizowanych na trasach tramwajów. Odłączniki umożliwiają wyłączenie zasilania przez dany zasilacz.
Od szyn torów do szyny minusowej podstacji biegną natomiast kable powrotne.


 
Szpula z kablem i kabel w przekroju


Kable zasilające i powrotne podczas układania


Kable przed zasypaniem - przykryte folią

 


3) Punkty zasilające
Punkty zasilające to miejsca w których następuje zasilanie sieci jezdnej napięciem doprowadzonym kablami zasilającymi z podstacji trakcyjnej.

Klknij aby powiększyć  
Przykładowe punkty zasilające (opis na powiększeniach)


Punkt zasilający zasila jedną sekcję zasilania. Sekcje te są od siebie odizolowane izolatorami sekcyjnymi. W ramach jednej sekcji zasilania może występować kilka odcinków zasilania również oddzielonych od siebie izolatorami sekcyjnymi.


Schemat przykładowego układu zasilania sieci jezdnej z podziałem na odcinki sekcyjne i rejony zasilania podstacji

Dzięki zastosowaniu w podstacji trakcyjnej wyłączników zasilaczy możliwe jest ręczne wyłączenie zasilania w danej sekcji zasilania bez konieczności pozbawiania zasilania całego rejonu zasilania danej podstacji.
Podział sieci jezdnej za pośrednictwem izolatorów sekcyjnych nazywa się sekcjonowaniem podłużnym. Opis sposobów sekcjonowania opisany jest w dalszej części.


Punkty zasilające mogą być jedno, dwu lub trzykablowe. Ilość doprowadzonych kabli zasilających jest zależna od obciążeń prądowych, występujących w sekcji, którą dany punkt zasila.


Przykładowe schematy połączeń punktów zasilających
A - punkt jednokablowy
B - punkt dwukablowy
C - punkt trójkablowy


Kliknij aby powiększyć   
Kable z podstacji doprowadzone do punktu zasilającego 2 kablowego

 
Kable wychodzące na słupie z rur osłonowych uszczelnione pianką poliuretanową


Kable zasilające doprowadzone do poszczególnych punktów zasilających, przyłączone są do odłączników sieciowych, które działają równolegle do wyłączników zasilaczy i wyłączników szybkich z tą różnicą, że odłączniki sieciowe nie posiadają urządzeń pomiaru prądu i komór gaszenia łuków elektrycznych i dlatego powinny być odłączane w stanie bezprądowym, czyli po wcześniejszym odłączeniu zasilania wyłącznikiem zasilacza (opis w dalszej części).

Kliknij aby powiększyć   
Punkt zasilający 1 kablowy
(1 kabel zasilający i 1 odłącznik sieciowy)


Kliknij aby powiększyć   
Punkt zasilający 2 kablowy
(2 kable zasilające i 2 odłączniki sieciowe)


Kliknij aby powiększyć  
Punkt zasilający 3 kablowy
(3 kable zasilające i 3 odłączniki sieciowe)



Można również spotkać rozwiązania, w których przykładowo punkt zasilający dwukablowy ma jeden odłącznik, czyli, że dwa kable zasilające z podstacji podpięte są do jednego odłącznika. Taki układ jest powszechnie stosowany w Warszawie, w tym na odcinkach z niezależnym zasilaniem sąsiednich sieci jezdnych.


Punkt zasilający dwukablowy z jednym odłącznikiem sieciowym


Punkt zasilający dwukablowy jednej sieci jezdnej na linii dwutorowej

 
Punkt zasilający dwukablowy jednej sieci jezdnej z rezerwowym zasilaczem sieci sąsiedniego toru (opis na pow.)

 

Ilość odłączników, a co się z nimi wiąże zasilaczy (kabli zasilających) jest zależna od obciążenia prądowego na danym odcinku, od długości odcinków zasilania (zob. sekcjonowanie) itp. Każdy przypadek jest w sumie do indywidualnego rozpatrzenia, gdyż różnorodność sieci trakcyjnej (szczególnie właśnie miejskiej), uniemożliwia przyjęcie jednego schematu dla wszystkich jej elementów.

Od odłączników sieciowych odchodzą kable (zasilacze), połączone z sieciami jezdnymi za pomocą specjalnych zacisków. Zacisk zasilający służy do przyłączenia kabla do przewodu jezdnego, natomiast zacisk podwójny przytwierdza kabel do liny nośnej. Dawniej do przyłączenia kabli do liny nośnej stosowano uchwyty śrubowe typu "U".
W większości przypadków sieci jezdne obydwu równoległych torów zasilane są nierozłącznie dlatego od odłączników sieciowych każdego z kabli zasilających odchodzą co najmniej dwa kable. Każdy z nich jest przyłączony do sieci jezdnej danego toru.

Kliknij aby powiększyć   
Przyłącza zasilania sieci jezdnej (zasilacze)

Kliknij aby powiększyć   
Przykładowe zaciski kablowe zasilające - przewód jezdny 

Kliknij aby powiększyć   
Przykładowe zaciski kablowe - lina nośna 




4) Odłączniki sieciowe
Są to aparaty łącznikowe, pozwalające na załączanie / odłączanie napięcia w sieci trakcyjnej. Zainstalowane są one na słupach trakcyjnych lub obiektach pomiędzy kablem zasilającym, doprowadzającym napięcie z szyny prądu stałego podstacji, a krótkimi kablami zasilającymi (zasilaczami) połączonymi z siecią jezdną. Poniżej przedstawione są trzy najpopularniejsze odłączniki jakie można spotkać w polskich sieciach trakcyjnych. 

a) Odłącznik typu OKZ - to starego typu odłącznik jednobiegunowy typu nożowego, składający się z podstawy (ramy), izolatorów wsporczych, szyn prądowych z miejscami do przykręcenia kabli i szyny ruchomej ze szczęką (tzw. noża).


Ogólny schemat odłącznika typu 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


Przykładowy punkt zasilający z odłącznikami typu OKZ

Klknij aby powiększyć    
Odłączniki typu OKZ (opis na 1 powiększeniu)

Klknij aby powiększyć  
Napęd ręczny odłącznika (opis na powiększeniu)


b) Odłącznik typu U
To nowoczesny typ jednobiegunowych odłączników produkcji czeskiej firmy Elektroline. Aparaty te składają się z podstawy ruchomej, na której poprzez izolator, zamontowany jest zespół szczęk wykonanych z odpowiednio wyprofilowanych blach (szyn prądowych) oraz podstawy ruchomej, na której przez izolator zamontowany jest, wykonany z blachy, łącznik w kształcie litery "U" - tzw. zwora. Odłącznik wyposażony jest również w rożki gaszące (wydmuchowe) wykonane z pręta miedzianego DJP (analogicznego jak przewód jezdny). Rożki służą do gaszenia łuku elektrycznego, który może powstać w przypadku otwierania odłącznika pod obciążeniem (gdy płynie przez niego prąd).
Znamionowa obciążalność prądowa wyłącznika wynosi 2000 A.


Ogólny schemat odłącznika typu U
A - podstawa nieruchoma
B - podstawa ruchoma
C - cięgno napędu
D - szczęki nieruchome
E - śruby regulacji szczęk
F - łącznik "U" ruchomy
G - rożki
H - szyny prądowe - przyłącza kabli
I - osłony zestyków


  
Przykładowy punkt zasilający z odłącznikami typu U


Odłącznik typu U (opis na powiększeniu)


Kliknij aby powiększyć      Kliknij aby powiększyć   
Szczęki stałe i łącznik (zwora) ruchomy odłącznika typu U


    
Do realizacji napędu odłącznika wykorzystywane są cięgna rurowe wykonane z materiału kompozytowego (szkłolaminatu), połączone z jednej strony z podstawą ruchomą odłącznika, a z drugiej z napędem (ręcznym lub automatycznym).

Kliknij aby powiększyć 
Cięgna napędowe odłącznika (opis na powiększeniach)


Prowadnik cięgna rurowego na słupie

Kliknij aby powiększyć   
Wahaczowy prowadnik cięgna zintegrowany z łącznikiem cięgien 


 
Napęd ręczny odłącznika typu U w pozycjach otwarty / zamknięty (opis 1 na powiększeniu)

 

 

c) Odłącznik typu RNT
To nowoczesny jednobiegunowy odłącznik produkowany przez polską firmę ZPRE "Jedlicze". Aparat ten składa się z podstawy nieruchomej i podstawy ruchomej. Na postawach poprzez izolatory zamontowane są szyny prądowe zakończone zestykami. Do szyn prądowych przykręcone są rożki z prętów miedzianych (DJP), których zadaniem jest wygaszanie łuku elektrycznego, powstałego przy otwieraniu odłącznika. Znamionowa obciążalność prądowa wyłącznika w zależności od konfiguracji wynosi nawet 3500 A.


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



Przykładowy punkt zasilający z odłącznikami typu RNT

   
Odłącznik typu RNT (opis na powiększeniu)


Napęd ręczny odłącznika typu RNT (opis na powiększeniu)


Sterowanie odłącznikami
Sterowanie odłącznikami może być ręczne poprzez napędy ręczne zamontowane na słupach (jak wyżej opisane) lub z zastosowaniem napędów automatycznych (silnikowych), sterowanych zdalne np. z podstacji lub centrum zarządzania zasilaniem trakcyjnym. Przy napędach ręcznych otwarcie / zamknięcie odłącznika polega na odblokowaniu rękojeści napędowej i odpowiednim jej przesunięciu (do góry lub na dół). W wyniku tego przesunięcia cięgno rurowe napędu odpowiednio odciągnie lub połączy styki odłącznika.
Napędy elektryczne to urządzenia elektromechaniczne, zasilane najczęściej napięciem 230 V AC, których napęd silnikowy poprzez odpowiednią przekładnię (najczęściej ślimakową), realizuje odpowiedni ruch posuwisto - zwrotny cięgna napędowego, zgodnie ze zdalnym sygnałem sterowania.


Punkt zasilający z napędami automatycznymi (silnikowymi)

 
Przykładowa skrzynia z napędem silnikowym odłącznika i tabliczka znamionowa


Przykładowy panel sterowania napędami odłączników silnikowych

Skrzynie napędów silnikowych wyposażone są w interfejsy umożliwiające, na wypadek awarii sterowania elektrycznego, ręczne sterowanie odłącznikiem z wykorzystaniem np. korby.

Otwieranie / zamykanie odłącznika powinno odbywać się w stanie bezprądowym, to znaczy, że podczas manewru odłączania / załączania zasilania napięcie powinno być odłączone w podstacji za pomocą wyłącznika zasilacza, tak aby na stykach odłącznika nie było prądu. Taka kolejność działania jest wskazana dla przedłużenia trwałości odłączników sieciowych.
Odłączanie / załączanie zasilania pod obciążeniem może wywołać powstanie łuku elektrycznego podczas rozwierania styków odłącznika. Łuki takie mogą doprowadzić do nadpalania się styków.
W nowoczesnych odłącznikach stosuje się rożki gaszące (wydmuchowe), które przejmują na siebie powstający łuk elektryczny, nie niszcząc przy tym styków. Wygląda to w ten sposób, że gdy styki są połączone (zasilanie jest załączone) rożki obydwu styków również są ze sobą połączone (nachodzą na siebie). Gdy zaczynamy rozwierać styki (powierzchnie stykowe nie stykają się) rożki nadal utrzymują połączenie i dopiero po pełnym otwarciu styków, rożki się rozchodzą (rozłączają) i pomiędzy nimi powstaje łuk elektryczny, który jest wygaszany przez coraz większą przerwę powietrzną pomiędzy rożkami.
Odłączanie zasilania gdy odłącznik jest pod napięciem powinno być wykonywane tylko w sytuacjach szczególnych - gdy jest to naprawdę konieczne.





5) Sekcjonowanie sieci
W zakresie sieci trakcyjnych rozróżnia się dwa rodzaje sekcjonowania. Sekcjonowanie poprzeczne, czyli izolacja sąsiednich sieci jezdnych w ramach konstrukcji wsporczych (zobacz opis konstrukcji wsporczych - tutaj) oraz sekcjonowanie podłużne.

Sekcjonowanie podłużne polega na podzieleniu sieci jezdnej na sekcje / odcinki zasilania. Podział taki ma na celu możliwość odłączenia od zasilania tylko fragmentu sieci na danej trasie bez konieczności odcinania dopływu energii na wszystkich trasach. Jednak najważniejszym zadaniem sekcjonowania podłużnego 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 niezależne punkty zasilające. Gdyby sieć trakcyjna nie była podzielona na odcinki zasilania, następowałyby duże różnice wartości napięcia na jej długości. W miejscu zasilania napięcie byłoby prawidłowe natomiast im dalej od niego, wartość napięcia obniżałaby się wraz z odległością. Zjawisko takie związane jest z opornością sieci, ale również z poborem energii elektrycznej, wynikającym z poruszających się tramwajów. Podczas rozruchu pojazdy tramwajowe pobierają energię o dużych wartościach, co doprowadza do spadku napięcia. Z kolei przy hamowaniu elektrodynamicznym, nowoczesne tramwaje mają możliwość rekuperacji energii, czyli oddawania do sieci, produkowanej energii, co powoduje wzrost wartości napięcia w sieci (zobacz opis hamowania elektrodynamicznego - tutaj). W związku z powyższymi zjawiskami sieć jest podzielona w takich miejscach, aby na każdym odcinku było utrzymane mniej więcej jednakowe napięcie z tolerancją -200 V / + 150 V w stosunku do wartości napięcia znamionowego 600 V.
W krakowskiej sieci trakcyjnej na dzień 1 listopada 2004 roku było 148 odcinków zasilania.


Przykład wyłączenia zasilania na jednym odcinku sieci (kolor czerwony)


Film przedstawia przykładowe zmiany wartości napięcia w sieci trakcyjnej (wskazanie Un) podczas rozruchu (spadek przez pobór prądu) i hamowania elektrodynamicznego - ED (wzrost napięcia dzięki rekuperacji)

Izolatory sekcyjne zwane potocznie przerywaczami, to elementy, które powodują rozdział sieci na odcinki zasilania, bez zakłócania przy tym współpracy ślizgacza odbieraka prądu, ślizgającego się po przewodach jezdnych. Montuje się je podłużnie pomiędzy dwa przewody jezdne odcinków sieci o osobnym zasilaniu. Część izolująca izolatora sekcyjnego ma długość około 70 cm i wykonana jest np. z tarnamidu, poliamidu lub szkłolaminatu. Są to materiały nieprzewodzące napięcia elektrycznego. Istotne jest, że długość odcinka izolowanego musi być większa niż szerokość ślizgacza odbieraka prądu, tak by nie dochodziło do zwarcia sąsiednich odcinków przez odbierak prądu.
Podczas przejazdu ślizgacza odbieraka prądu z jednego odcinka zasilania na drugi, pod izolatorem może powstać łuk elektryczny, który szkodliwie wpływa na materiał izolacyjny, powodując jego wypalanie, co w konsekwencji może doprowadzić do uszkodzenia izolatora sekcyjnego. Powstanie łuku elektrycznego wpływa również negatywnie na nakładki ślizgowe odbieraków prądu, a sam spadek, a następnie wzrost napięcia pod obciążeniem prądowym jaki następuje w miejscu stosowania izolatora, może doprowadzić do uszkodzenia aparatury elektrycznej w tramwaju. Trzeba również zauważyć, że wartości napięć na sąsiednich odcinkach zasilania (rozdzielanych przez izolator) mogą być różne, z powodu różnego obciążenia sieci jakie może występować. Aby ograniczyć niszczenie izolatora na skutek łuków elektrycznych, w jego konstrukcji stosuje się rożki, które przejmują na siebie i wygaszają powstały łuk elektryczny.
Zgodnie z przepisami obowiązującymi w komunikacji tramwajowej, dla uniknięcia powyższych niekorzystnych zjawisk, przejazd odbieraka prądu pod izolatorem sekcyjnym powinien odbywać się na wybiegu, czyli bez uruchomionego napędu (rozruchu).  Dzięki temu wystąpienie łuków elektrycznych na ślizgaczu jest ograniczane do minimum. Jeżeli łuk już powstanie, to jest gaszony na wspomnianych rożkach wydmuchowych (gasikowych).
Gdy motorniczy przypadkowo przejedzie pod izolatorem na rozruchu (z poborem prądu dla celów trakcyjnych), poza błyskiem na ślizgaczu odbieraka prądu, w wagonie odczuwalne jest mocne szarpnięcie związane z chwilowym zanikiem rozruchu (wjazd na izolator) i ponownym jego załączeniem, po wjechaniu na odcinek zasilany.


Izolator sekcyjny i znak informujący o jego umiejscowieniu

 
Schemat przykładowego, nowoczesnego izolatora sekcyjnego
A - elementy izolacyjne kompozytowe
B - osłony elementów izolacyjnych
C - rożki do gaszenia łuku elektrycznego
D - uchwyty do podwieszenia izolatora
E - przewód jezdny
Elementy B tworzą komorę dla wydmuchu łuku elektrycznego 

   
Przykładowy izolator sekcyjny (opis na powiększeniu
)

W starszego typu tramwajach, podczas przejazdu przez izolator, dochodzi do chwilowego zgaśnięcia oświetlenia. Spowodowane jest to właśnie zanikiem zasilania w sieci trakcyjnej na odcinku izolowanym. Nowoczesne tramwaje posiadają w ramach obwodów zasilania pokładowego (przetwornic pokładowych) specjalne obwody podtrzymania zasilania np. poprzez kondensatory, które powodują, że mimo chwilowego zaniku napięcia w sieci, oświetlenie, czy klimatyzacja działają bez przerwy. W starszych pojazdach, w których takich układów nie ma lub np. oświetlenie zasilane jest bezpośrednio z sieci trakcyjnej (żarówki połączone szeregowo), zjawisko migania występuje powszechnie.



Poniżej przykłady innych izolatorów z podstawowymi opisami ich budowy.

 



 


Przykładowe izolatory (opisy na powiększeniach)


W przypadku sieci jezdnej łańcuchowej, lina nośna jest również pod napięciem. Dlatego konieczne jest jej sekcjonowanie, czyli analogicznie jak z przewodem jezdnym podzielenie na odcinki. Elementy izolacyjne umieszcza się pomiędzy dwoma odcinkami liny nośnej osobnego zasilania nad izolatorem sekcyjnym przewodu jezdnego.

 
Izolatory typu sprzączkowego na linie nośnej

Podczas jazdy tramwajem motorniczy musi obserwować lokalizację izolatorów, by przejeżdżać pod nimi na wybiegu (o czym była mowa wcześniej). Bardzo istotne jest również, aby nie zatrzymał ślizgacza odbieraka prądu na izolatorze, gdyż wtedy tramwaj traci zasilanie trakcyjne. W takiej sytuacji, w pojazdach niewyposażonych w układ jazdy z baterii akumulatorów, konieczne jest przepchnięcie wagonu tak, by odbierak prądu znalazł się ponownie na przewodzie jezdnym.


Funkcja załączania jazdy bateryjnej na pulpicie

Z powyższych powodów motorniczy musi odpowiednio oceniać położenie odbieraka prądu względem izolatora, do którego się zbliża. W zależności od modelu tramwaju odbieraki prądu mogą być montowane na dachach w różnych miejscach. Najkorzystniejsza z punktu widzenia prowadzenia tramwaju jest lokalizacja odbieraka nad pierwszym wózkiem, czyli tuż za kabiną. Im pantograf znajduje się dalej, tym trudniej ocenić jego pozycję.



Położenie odbieraków prądu w odniesieniu do izolatorów i pozycji motorniczego


Przejazd tramwaju pod izolatorem na wybiegu - odbierak prądu (pantograf) na środkowym członie wagonu


Izolatory sekcyjne, jak było wspomniane, dzielą sieć jezdną na odcinki zasilania (odcinki sekcyjne). W celu zapewnienia redundancji zasilania i zapewnienia ciągłości zasilania na trasie, przy izolatorach sekcyjnych mogą być stosowane odłączniki sekcyjne, zwane też zwieraczami sekcyjnymi. Ich budowa i zasada działania są analogiczne do odłączników sieciowych, natomiast stosuje się je w celu przeniesienia napięcia pomiędzy odcinkami rozdzielanymi przez izolator. Taka sytuacja może mieć miejsce na przykład gdy wystąpi awaria punktu zasilającego jednego z odcinków. W takiej sytuacji punkt zasilający sprawnego odcinka, przejmuje również zasilanie sąsiadującego odcinka sieci, w którym wystąpiła awaria. Po usunięciu awarii zepsutego zasilacza, rozwiera się odłącznik sekcyjny i załącza się odłącznikiem sieciowym już sprawny punkt zasilający.
Rozmieszczenie odłączników sekcyjnych ma na celu zapewnienie możliwie dużej ilości konfiguracji zasilania, tak by było możliwe ograniczenie do minimum utrudnień w ruchu na wypadek awarii zasilania w danym rejonie.

 
Izolatory sekcyjne z odłącznikiem sekcyjnym (opis na powiększeniu)


Schemat przykładowego zwierania odcinka odłącznikiem sekcyjnym

A - stan normalny zasilania
B - awaria zasilania odcinka (czerwony)
C - zasilanie z kolejnego odcinka - zamknięty odłącznik sekcyjny (Z), otwarty odłącznik sieciowy (O)

Odłączniki sekcyjne mogą mieć napęd ręczny jak również silnikowy, sterowany zdalnie (analogicznie jak wcześniej opisane odłączniki sieciowe - zasilające).

 
Odłącznik sekcyjny otwarty i kable doprowadzone do przewodów jezdnych rozdzielanych izolatorem



 
Schematy przykładowych połączeń kablowych przy stosowaniu odłączników sekcyjnych w układzie wspólnego zasilania sieci jezdnych sąsiednich torów

Ilość kabli pomiędzy odłącznikiem, a siecią jezdną jest zależna od zastosowanego przekroju przewodów i występującego obciążenia sieci.

Odłączniki sekcyjne mogą również cały czas pracować w pozycji zamkniętej dla utrzymania ciągłości zasilania, gdy na daną sekcję zasilania (dany zasilacz) przypada kilka odcinków zasilania (sekcyjnych).
Zwieranie izolatorów może się odbywać za pośrednictwem opisanych powyżej odłączników sekcyjnych lub poprzez zamontowanie linki "mostkującej" izolator - połączenie nią sąsiednich przewodów jezdnych. Drugie rozwiązanie stosowane jest w sytuacjach awaryjnych, gdy izolator nie jest wyposażony w odłącznik.
Niektóre izolatory celowo nie są wyposażone w odłączniki, gdyż na przykład znajdują się na granicy zasilania podstacji trakcyjnych lub z innych względów zwieranie rozdzielanych przez nie odcinków nie jest potrzebne.

W sytuacji, gdy izolator sekcyjny oddziela od siebie odcinek zasilany od odcinka nieposiadającego zasilacza, to w takim układzie stosuje się odłączniki sekcyjne ze stykiem uszyniającym.
Takie rozwiązanie można spotkać na przykład, na pętlach posiadających tzw. żeberko torowe (ślepy tor), jak również na zajezdniach. Uszynienie jest dodatkowym zabezpieczeniem dla personelu obsługującego wagon. Gdyby na takim odcinku, przy otwartym odłączniku sekcyjnym pojawiło się napięcie, to nastąpi natychmiastowe zwarcie w sieci i rozłączenie zasilania przez zabezpieczenia w podstacji trakcyjnej. Styk uszyniający odłącznika łączy, przewód trakcyjny z szynami toru, czyli przeciwnym potencjałem.  

Kliknij aby powiększyć  
Pętla z torem ślepym (tzw. żeberkiem) i zastosowanym odłącznikiem ze stykiem uszyniającym (opis na pow.)



Przykładowe odłączniki ze stykami uszyniającymi
1 - odłącznik typu OKZ
2 - odłącznik typu U
3 - odłącznik typu I
4 - odłącznik typu RNT-U
A - szyna prądowa kabli od odcinka zasilanego
B - szyna prądowa kabli od odcinka niezasilanego (tor ślepy)
C - szyna prądowa kabli uszyniających
(opis budowy odłączników w ramach schematów odłączników sieciowych)


Kliknij aby powiększyć   
Odłącznik sekcyjny typu OKZ ze stykiem uszyniającym (opis na powiększeniu)

 
Odłącznik sekcyjny typu U ze stykiem uszyniającym i napędem silnikowym na zajezdni (opis na powiększeniu)

 
Napędy silnikowe i cięgna rurowe odłączników na zajezdni


Odłącznik sekcyjny typu I ze stykiem uszyniającym (opis na powiększeniu)

Odłącznik typu I ma budowę zbliżoną do odłącznika typu U tylko nie posiada układu podwójnych zestyków z łącznikiem "u" (zworą) lecz pojedynczy zestyk.

 

Odłączniki sieciowe (zasilające) i odłączniki sekcyjne (zwieracze) mogą występować blisko siebie. Poniżej przykłady takich rozwiązań, gdzie po przeanalizowaniu okablowania można określić, które odłączniki jaką pełnią funkcję.

 
Odłączniki sieciowe, odłączniki sekcyjne i okablowanie (opis na powiększeniu)

 

 

 

6) Zabezpieczenie odgromowe
Zabezpieczeniem odgromowym sieci trakcyjnej są odgromniki, które instaluje się na konstrukcjach wsporczych, w miejscach gdzie występują otwarte końce sieci jezdnej oraz tam, gdzie znajdują się odłączniki bez styku uszyniającego. W przypadku pojawienia się w sieci trakcyjnej przepięcia o znacznej wartości, następuje zadziałanie odgromnika i odprowadzenie ładunku do szyn. Odgromnik działa na zasadzie warystora.

Kliknij aby powiększyć  
Odgromniki na słupach trakcyjnych (opis na 1 powiększeniu)


 

 


7) Elektryczne połączenia wyrównawcze i mostki w sieci jezdnej
Dla poprawienia przewodności elektrycznej sieci jezdnej oraz równoważenia jej obciążenia elektrycznego, stosuje się specjalne połączenia wyrównawcze między przewodami jezdnymi / linami nośnymi. Wykonywane są one jako odpowiednio ukształtowane połączenia elastyczne z linki miedzianej o przekroju dostosowanym do przekroju łączonych sieci lecz nie mniejszym niż 70 mm2. Elastyczność tych połączeń jest wymagana ze względu na ruchy sieci wynikające ze współpracy z odbierakami prądu oraz występujących zmian temperatury. Tak samo wykonywane są połączenia pomiędzy sieciami np. na skrzyżowaniach, rozjazdach czy przęsłach naprężania (tzw. mostki elektryczne). Połączenia te zapewniają zasilane elektryczne pomiędzy np. krzyżującymi się sieciami.

Kliknij aby powiększyć    
Elektryczne wyrównawcze połączenie sieci jezdnych sąsiednich torów


  Kliknij aby powiększyć 
Elektryczne wyrównawcze połączenie między przewodem i liną nośną

 
Mostki elektryczne pomiędzy sieciami łańcuchowymi

 
Mostki elektryczne pomiędzy przewodami jezdnymi sieci płaskich

 
Elektryczne wyrównawcze połączenie sieci łańcuchowych sąsiednich torów dodatkowo z mostkami pomiędzy przewodami danych sieci

 

 


8) Punkty powrotne
Odprowadzenie prądu powrotnego z szyn do podstacji trakcyjnej jest realizowane za pośrednictwem kabli powrotnych. Kable powrotne biegną w gruncie z podstacji trakcyjnej do poszczególnych punktów powrotnych zlokalizowanych przy trasach tramwajowych. Ilość punktów powrotnych jest zależna od przekroju przewodów i obciążenia sieci. Ilość punktów powrotnych nie musi odpowiadać ilości punktów zasilających. Z reguły punktów powrotnych jest mniej.

W skład punktów powrotnych wchodzą skrzynie zbiorcze punktu powrotnego oraz zespół kabli powrotnych.
W skrzyniach zbiorczych na specjalnych szynach zbiorczych łączą się kable przyłączone do poszczególnych szyn toru z kablami powrotnymi biegnącymi do podstacji.

   
Punkt powrotny - skrzynka zbiorcza, kable powrotne i skrzynka osłonowa przy szynie

   
Przykładowe skrzynki zbiorcze


Skrzynki osłonowe (jeżeli występują) mają za zadanie osłonę przyłączy kabli montowanych do szyn toru. W przypadku gdy tory zasypane są tłuczniem lub znajdują się w jezdni, skrzynki umożliwiają bezproblemową inspekcję przyłączy.

Kliknij aby powiększyć    
Skrzynka osłonowa przyłączy kabli do szyn

Kable ze skrzynek zbiorczych do przyłączy biegną w gruncie, w osłonach rurowych. Przykładowe takie osłony prezentują poniższe fotografie.

Kliknij aby powiększyć  
Przykładowe prowadzenie kabli biegnących do szyn

   
Kable połączone z szyną

Można też spotkać rozwiązanie, w którym nie stosuje się skrzynek osłonowych. Kable doprowadza się do blachy przyspawanej do spodu stopy szyny. W blasze tej wykonana jest odpowiednia dla punktu powrotnego liczba otworów, do których mocuje się końcówki kabli. Takie rozwiązanie pokazuje poniższa fotografia.

Kliknij aby powiększyć   
Przyłącza kabli do szyny bez skrzynki osłonowej


Punkty powrotne mogą być jedno, dwu, trzy lub czterokablowe. Ilość doprowadzonych kabli jest uwarunkowana poborem prądu jaki występuje na danym odcinku sieci. Poniższa fotografia przedstawia przykładowy punkt powrotny trójkablowy.


Punkt powrotny trójkablowy - skrzynie zbiorcze (opis na powiększeniu)


Kable zasilające i powrotne podczas układania


W rozwiązaniu ze skrzynkami osłonowymi, w celu zamocowania kabli do szyn, w szyjkach szyn wykonuje się otwory. Następnie do otworów mocuje się końcówki przewodów za pośrednictwem pierścieni i śrub. Obok otworów do przymocowania końcówek kabli, wykonuje się otwory służące do przykręcenia skrzyń osłonowych.

 
Wiercenie otworu w szyjce szyny i gotowe otwory


   
Przykładowe skrzynki osłonowe przykręcone do szyn