STUDIUL REŢELEI DE CONTACT - EUEDIA

Click here to load reader

  • date post

    21-Oct-2021
  • Category

    Documents

  • view

    0
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of STUDIUL REŢELEI DE CONTACT - EUEDIA

Microsoft Word - L1_EX2~1.DOCSTUDIUL REELEI DE CONTACT
1. Introducere
Dup modul de alimentare cu energie, exist trei tipuri de vehicule de traciune electric: vehicule neautonome, la care sursa de alimentare este exterioar vehiculului, alimentarea cu
energie fiind fcut de la o linie sau in de contact a sistemului de traciune electric; vehicule autonome, cu surs proprie de energie (baterii de acumulatoare, pil electric cu
combustie, motor termic – generator electric); vehicule hibride (cu cel puin dou surse de alimentare, cel puin una fiind pe vehicul).
Sistemul de alimentare pentru vehiculele electrice neautonome are scopul de a asigura alimentarea vehiculelor cu energie electric la parametrii de calitate cerui de motoarele de traciune i de echipamentele auxiliare. În principiu, sistemele constau din substaii de traciune, din liniile de contact în c.c. sau c.a. i din diversele echipamente, materiale i sisteme de msur. Alimentarea de la o linie de contact prin intermediul captatorului de curent (folosit de la începutul traciunii electrice) a rmas în principiu la fel, dezvoltrile tehnologice adugând îns un nivel tot mai ridicat în privina puterilor vehiculate, a siguranei i a vitezei de deplasare.
Începuturile sistemelor de traciune sunt legate de alimentarea în c.c. datorit forelor mari de traciune oferite de motoarele de c.c., mai ales la pornire. În transportul urban se folosete sistemul de 600Vcc sau 750 Vcc, iar pentru transportul suburban i interurban se folosete sistemul de 1500 Vcc i cel de 3000 Vcc.
Limitele de putere ale sistemului de c.c. au dus la dezvoltarea sistemelor de curent alternativ, mai întâi la frecvene de 25 Hz i 16,66 Hz (Austria, Germania) i apoi (dup dezvoltarea tehnologiilor specifice electronicii de putere) la frecvena de 50 Hz i 25 kV, devenit cel mai folosit sistem din transportul electric feroviar.
Tabelul 1 Valori admise ale tensiunilor în linia de contact
Sistem de traciune U min [V] Un [V] U max [V] c.a. 16 2/3 Hz 12000 15000 17250
c.a. 50 Hz 19000 25000 27500
c.c.
Sistemul de traciune trifazat, dezvoltat la începutul traciunii electrice, mai este astzi
folosit doar în Elveia i nordul Italiei, în zone muntoase cu decliviti mari i pe trasee izolate sau turistice.
Captarea curentului poate fi elastic (reea de contact) sau rigid (in de contact). Reeaua de contact este o reea electric aerian montat deasupra cii de rulare i de la
care vehiculul preia energia prin intermediul unui captator sau culegtor de curent. De notat c unele vehicule (metrou i unele trenuri) sunt alimentate printr-o in de contact, situat la nivelul solului.
Studiul reelei de contact
2
2. Reeaua de contact pentru tramvaie i troleibuze 2.1 Alimentarea liniei de contact Reelele de transport electric urban sunt alimentate în curent continuu de la substaii de
traciune. Substaiile de traciune ST sunt alimentate de la liniile de înalt tensiune LIT ale sistemului energetic trifazat de 110 kV sau 220 kV i 50 Hz. În substaii (fig. 1) are loc reducerea nivelului tensiunii trifazate printr-un transformator coborâtor TC la valorile dorite, precum i convertirea curentului alternativ trifazat în curent continuu (folosind redresorul RD). Pentru un grad sporit în alimentarea cu energie, în substaii pot exista dou grupuri de for, unul fiind în funciune iar cellalt fiind rezerv.
Tensiunile standardizate la linia de contact în c.c. sunt de 750 V, dar în unele instalaii se
mai gsesc tensiunile de 500, 550 i mai ales 600 V (standard SR CEI 850). Variaiile de tensiune în raport cu tensiunea nominal la linia de contact (admise de publicaia CEI nr. 38) sunt cuprinse între –33% i +20%. In oraele cu tramvaie i troleibuze se pot utiliza aceleai substaii pentru alimentarea ambelor tipuri de vehicule. Alimentarea liniei de contact se realizeaz în general de la ambele capete (alimentare bilateral). Schema alimentrii unilaterale este mai sigur în exploatare, îns conduce la seciuni de conductori i pierderi de energie mai mari.
Fig. 1 Alimentarea liniei de contact în c.c. pentru tramvaie i troleibuze.
Pentru reducerea cderilor de tensiune în linia de contact, în cazul liniilor cu cale dubl (cazul cel mai des întâlnit) liniile de contact sunt legate în paralel (fig. 2) prin puni. În general barele pozitive ale substaiei ST sunt legate la linia de contact sau la ina de contact, întoarcerea curentului fiind asigurat prin inele cii de rulare care sunt legate la barele negative. În cazul troleibuzelor pentru alimentare se folosesc dou fire de contact izolate fa de pmânt.
Laborator Traciune Electric
CR
Punte
LC1
LC2
Fig. 2 Legare prin puni a dou linii paralele. În cazul când lungimea liniei de contact este mare iar configuraia reelei complex,
alimentarea se face de la dou sau mai multe substaii. In aceast situaie, domeniile de alimentare a firului de contact de la diverse substaii sunt delimitate de izolatoare de secie (posturi de secionare PS, fig. 1), care asigur atât întreruperea, izolarea electric a dou secii vecine, cât i trecerea culegtorului de curent al unitii motoare. La rândul sau, fiecare domeniu este împrit în tronsoane sau secii in lungime de 500÷2000 m, secii de asemenea delimitate de izolatori i alimentate separat. Aceast dispoziie permite ca fiecare sector alimentat separat sa poat fi deconectat în caz de avarie, fr a prejudicia funcionarea sectoarelor vecine.
Reeaua de contact este format din: firul sau linia de contact; echipament de suspensie, format din console, sârme i cabluri dispuse transversal sau longitudinal fa de calea de rulare; supori, care pot fi stâlpi, ziduri sau alte elemente de prindere.
2.2 Firul de contact Firul de contact se execut, în cele mai multe cazuri, din cupru electrolitic, dintre metale
cuprul fiind un foarte bun conductor electric dar i foarte rezistent la factori precum coroziune, ap, substane chimice, condiii grele de vreme (poate prelua tensiuni mecanice mari) i se poate alia uor cu diverse elemente. Astfel, pentru a se mri rezistena la uzur a cuprului, acesta se poate alia cu cadmiul sau magneziu. De asemenea se mai folosesc fire de contact compuse din dou pri, cupru cu bronz, aluminiu cu oel, cupru cu oel, în care partea conductoare este cuprul sau aluminiul, iar partea de contact i rezisten – bronzul i oelul. De notat c pentru catenare complexe, necesarul de cupru poate ajunge pân la aproape 5 tone pe kilometru, în transportul electric fiind folosit circa 5% din cuprul folosit în Europa. Forma seciunilor poate fi circular, cu i fr renur, eliptic, în forma de opt sau de opt turtit (figure 3).
Fig. 3 Seciune printr-un fir de contact cu renur (din cupru respectiv din cupru i oel)
Studiul reelei de contact
4
Întrucât linia de contact este supus la un ecart de temperatur de cca. 70o C (-30...+40oC), pentru a nu avea eforturi de întindere sau sgei prea mari în firul de contact se execut periodic reglajul tensiunii de întindere cu aparate de reglare.
Tabelul 2. Caracteristici ale firelor de contact
Tipul firului de contact
TTF 100 100 ± 4 12,0 36 3,5 890
Dac axul cii de rulare este în aliniament firul de contact este montat în zig-zag, pentru ca patina pantografului s fie utilizat pe toata lungimea ei. Zig-zagul liniei de contact reprezint abaterea normal spre stânga i spre dreapta axei catenarei. Dac ansamblul liniei de contact se monteaz într-un plan vertical care va trece prin axa cii, aceasta ar însemna c patina pantografului s alunece în acelai punct, ceea ce ar conduce la o uzur local rapid. Din acest motiv, linia de contact se dispune în zig-zag fa de axa cii (fig. 4) i se alege în aa fel încât abaterile orizontale maxime spre dreapta i stânga de la axa liniei s fie în interiorul gabaritului determinat de lungimea patinei captatorului.
Fig. 4 Zig-zag-ul firului de contact 1 - calea de rulare; 2 - firul de contact; 3 - axa cii; 4 - stâlp de susinere; 5 –consol.
Abaterea maxim a firului fa de axa cii este de 300...450 mm. Lungimea zig-zag-ului este de 240...280 m, corespunztoare la 8 supori plantai la distante de 30...35 m. Firele de contact ale unei linii de tramvai cu cale dubl trebuie unite între ele dup fiecare 300÷500 m, cu legturi transversale (puni) având seciunea egal cu seciunea firului de contact. Pentru reelele de troleibuz, firul din stânga, în sensul de mers al troleibuzului, este de obicei de polaritate pozitiv. Dispunerea firului de contact în curbe se face pe laturile unui poligon. Izolarea i suspendarea firului de contact Izolarea firului de contact la tramvaie trebuie s se fac: fa de prile puse la pmânt ale construciilor; fa de firele de contact ale troleibuzelor; fa de conductorii reelelor de telecomunicaii, de iluminat i alte linii electrice.
La troleibuz, izolarea firului de contact de polaritate pozitiv trebuie s fie realizat: fa de prile puse la pmânt ale construciilor; fa de firul de polaritate negativ; fa de firul de contact al tramvaiului; fa de conductorii reelelor de telecomunicaii, de iluminat, etc. Amortizoarele de zgomot i suporii de lemn nu se consider ca formeaz o izolaie. Toate elementele de sârm i cablu ale reelei de contact trebuie s fie izolate fa de prile puse la pmânt ale construciilor.
Laborator Traciune Electric
Echipamentul de suspensie trebuie s permit atât suspendarea i izolarea firului de contact, cât i alunecarea culegtorului de curent (a patinei). Echipamentul de suspensie este reprezentat de cleme. Materialele cele mai des întrebuinate pentru confecionarea izolatorilor sunt: porelanul, cauciucul vulcanizat, bachelita. Suspensia firului de contact poate fi:
1. Suspensie transversal simpl pe cablu, folosit pentru tramvaie pe strzi înguste, pentru viteze pân la 40 km/h. 2. Suspensie transversal simpl pe console, folosit atât la tramvaie cât i la troleibuze; în locul cablurilor ce traverseaz calea de rulare se pot folosi console montate pe stâlpi sau în ziduri.
Fig. 5 Console pentru linii de contact cu suspensie multipl 1 – stâlp; 2 – izolator; 3 – tirant; 4 – întinztor; 5 – cablu purttor; 6 – pendul; 7 – fir de contact; 8 – fixator; 9 – dispozitiv antivânt; 10 – portfixator; 11 – brid de prindere; 12 – consol.
3. Suspensie longitudinal catenar, utilizat mai rar în transportul electric urban (pentru viteze de 40...60 km/h). Firul de contact se suspend la distane de 12...15 m, de un cablu purttor (din oel zincat) prin intermediul unor tirani de suspensie.
La alegerea tipului de suspensie se au în vedere, printre altele, lrgimea strzii, viteza de circulaie, distana dintre punctele de suspendare a firului de contact, înlimea de suspensie a firului de contact, posibilitatea de srire a piesei de contact de pe fir, tipul piesei de contact (glisant sau rol), tipul vehiculului.
Cel mai important element geometric al suspensiei este înlimea h de suspensie a firului de contact, considerat în punctele de suspensie fa de capul inei sau al pavajului. Pentru tramvaie h = 5,5÷6,3 m iar pentru troleibuze h = 5,6÷5,8 m.
În condiii de echilibru, firul de contact simplu suspendat între doi supori (stâlpi) consecutivi i tensionat mecanic de ctre o for axial se va aranja dup o curb numit “curba lniorului” care este prezentat în figura 6.
Fig. 6. Dispunerea firului de contact dup curba lniorului.
Dac punctele de suspensie (A) i (B) sunt la aceeai înlime, punctul cel mai jos (C) al firului de contact va fi situat pe axa de simetrie, iar tensiunea mecanic H a firului de contact în
L
f
H
6
acel punct va fi orientat pe o direcie orizontal. Diferena de nivel dintre punctele (A) i (C) sau (B) i (C), reprezint sgeata firului de contact.
Pentru valori reduse ale sgeii, “curba lniorului” poate fi asimilat cu o parabol, ceea
ce va conduce la formula sgeii firului de contact de forma:
H gLf 8
=
unde: g - reprezint greutatea pe metru liniar a firului de contact în [N/m]; H - fora de întindere pe orizontal a firul de contact, în [daN]; L - distana longitudinal între dou puncte de suspensie consecutive, în [m].
3. Reeaua de contact pentru trenuri 3.1. Tipuri de catenare În sistemul de curent monofazat de 25 kV i 50 Hz, curenii sunt mai redui decât în c.c.,
astfel încât i seciunea liniei de contact este mai mic (100÷180 mm2), ceea ce constituie unul dintre avantajele sistemului. În schimb, linia de contact, fiind mai uoar, devine mult mai repede influenabil de eforturile datorate arcurilor pantografului.
Suspensia firului de contact este mai complex decât în sistemele de transport urbane, fiind folosite sistemele numite catenare. Catenarele pot fi:
- catenare multiple, - catenare cu suspensie elastic în Y, - catenare compund, - catenare speciale, pentru trenuri de mare vitez.
Fig. 8 Catenar multipl
1 – Fir de contact, 2 – Cablu purttor, 3 – Pendul, 4 – Consol susinere a – Deschiderea dintre punctele de susinere, f – Sgeata firului de contact
Pentru asigurarea contactului permanent între linia de contact i patina pantografului
trebuie ca sistemul catenar: - s asigure cerinele de curent la vitezele cerute, - s fie la o înlime constant fa de calea de rulare, - s prezinte vibraii, coroziune i înclzire minime.
Catenarele au drept caracteristic critic viteza de propagare a undei în linie. Cu cât vehiculul se apropie de aceast valoare, cu atât contactul cu pantograful e mai greu de meninut, iar dincolo de 80% din aceast vitez firul se poate rupe. Valorile actuale pentru fir de cupru permit atingerea de viteze de pân la circa 350÷400 km/h.
Laborator Traciune Electric
7
Pentru calea ferat din România, înlimea de pozare a firului de contact fa de suprafaa ciupercii inei este cuprins între un minim de 5250 mm i un maxim de 6750 mm. Deschiderile dintre doi stâlpi consecutivi pentru viteze de 100÷160 km/h, variaz între 28 m i 65 m.
Prinderea firului de contact de cablul purttor se face cu pendule simple i cu pendule în Y. Între firul de contact i cablul purttor se plaseaz un pendul
simplu, figura 9, realizat din sârma de cupru, bronz sau bimetal (fir de oel în înveli de cupru) cu diametrul de 4 sau 6 mm.
Fig. 9 Pendul simplu: 1 – clema pentru fixare de cablul purttor; 2 – clem pentru fixare de firul de contact; 3 – cablul de suspensie al pendulului.
În tabelul 1 se dau principale proprieti mecanice ale firului de contact din cupru
electrotehnic utilizate de ctre SNCFR cu marca TF 80 i TTF 100.
Tabelul 1 Tipul
firului de contact
[daN/Km] TF 80 80 ± 4 10,6 36,3 3,5 712
TTF 100 100 ± 4 12,0 36 3,5 890 3.2. Compensarea catenarei Suspensia poate avea cablul purttor ancorat rigid, iar firul de contact ancorat compensat, adic la un capt sau la ambele capete este prins la stâlp prin intermediul unui dispozitiv de întindere numit compensator. Acest dispozitiv compensator este realizat din scripei i un numr de greuti din prefabricate din beton armat.
Fig. 10 Suspensie catenar simpl semicompensat.
Studiul reelei de contact
8
4. Limite ale captrii curentului datorate liniei de contact În timpul deplasrii vehiculului pantograful trebuie s urmreasc permanent firul de contact indiferent de variaia înlimii firului i de oscilaiile vehiculului, astfel încât s se evite apariia arcului electric sau întreruperi în alimentarea cu energie. Pantograful este conceput ca un sistem elastic din bare i arcuri amortizoare care s asigure o apsare constant i permanent a firului de contact. Datorit forei de apsare a patinei, firul se deformeaz iar deformaia este transmis în lungul liniei, viteza de propagare a undei reprezentând o limit asupra vitezei vehiculului. La creterea vitezei vehiculului pot aprea fenomene de rezonan care pot duce la ruperea firului sau la desprinderea patinei de fir, cu efecte negative asupra alimentrii cu energie. Viteza este limitat de masa catenarei, forele de întindere, fora de apsare a patinei. Extinderea limitei de vitez dat de catenar este posibil prin creterea tensiunii mecanice din fir, pentru trenurile de mare vitez ajungându-se pe linii experimentale la 3000-4000 daN i la viteze de circa 300-350 km/h, viteze mai mari necesitând materiale din cupru aliat sau cupru îmbrcat în oel. Astfel, viteza maxim admis pentru vehicul se poate estima cu relaia:
ρ ⋅=
Tv 6,3 [km/h]
unde T este tensiunea în linia de contact [N], ρ este masa pe unitatea de lungime a liniei de contact [kg/m]. De notat c în unele situaii (la trecerile directe de la o cale la alta) se poate folosi o linie de contact rigid, cu avantajul unei rezistene mult mai mari la ruperi.
Stâlpii de susinere a firului de contact reprezint locurile unde apare cel mai des desprinderea patinei pantografului de linia de contact pe perioade foarte scurte de timp, figura 11.
Fig. 11 Zona în care poate fi localizat lipsa captrii.
În figura 11 se evideniaz zona ZL care este zona de lips a interaciunii pantograf-linie de
contact, în care distana a este lungimea zonei de desprindere, distana b este distana pe care pantograful continu s se deplaseze descendent iar distana c este distana vertical corespunztoare lipsei de contact.
Laborator Traciune Electric
Mersul lucrrii
1. Se vor recunoate piesele existente în laborator i se va executa desenul acestor piese. 2. Se va observa materialul din care sunt confecionate diversele piese, precum i
seciunea firului de contact. 3. Se vor realiza scheme ale reelei de contact pentru diverse puncte ale reelei de