Арматура и устройство переходов

Изоляторы. Изоляторы служат для изоляции проводов и крепления их на опорах, поэтому они должны обладать значительной механической прочностью, большим электрическим сопротивлением и малыми диэлектрическими потерями. Необходимо, чтобы изоляторы минимально снижали изоляцию проводов относительно земли во время влажной погоды и быстро восстанавливали её при перемене погоды с влажной на сухую. Таким требованиям удовлетворяют фарфоровые, покрытые глазурью изоляторы ТФ (телефонный фарфоровый). Выпускаемые промышленностью стеклянные изоляторы ТС (телефонный стеклянный) в меньшей степени соответствуют предъявляемым требованиям, так как сопротивление их изоляции ниже.

Форма стеклянных и фарфоровых изоляторов одинакова (рис. 11). Конструкция нижней части (юбки) 1 выбрана так, чтобы обеспечить требуемое поверхностное сопротивление изоляции удлинением «сухого пути» токов во время дождя. Внутри изолятора имеется винтовая нарезка 2 для крепления его на крюке или штыре.

Рис. 11	Рис. 12

По размерам различают изоляторы ТФ-20, ТФ-16 и ТФ-12. Изоляторы ТФ-20 применяются для подвески медных и биметаллических проводов диаметром 4 мм и стальных проводов диаметром 5 мм. Стальные провода диаметром 4 мм, а также медные и биметаллические диаметром 3 мм подвешивают на изоляторах ТФ-16, изоляторы ТФ-12 используют на воздушных линиях III класса.

Крюки, траверсы, штыри. Для крепления изоляторов на опорах применяют крюки и траверсы со штырями.

Крюки изготовляют из круглой стали диаметром 20, 18, 16 и 12 мм, они имеют соответственно марки КН-20, КН-18, КН-16 и КН-12. Крюки КН-20 и КН-18 применяют для крепления изоляторов ТФ-20, а крюки КН-16 и КН-12 – для крепления изоляторов ТФ-16 и ТФ-12 соответственно.

На верхнюю «заершенную» часть штырей и крюков одевают специальные полиэтиленовые колпачки, на которые наворачивают изоляторы.

Траверсы изготовляют из древесины или стали на четыре и восемь штырей. Преимущественное распространение получили траверсы из древесины – дуба, сосны, лиственницы, кедра и ели. Мягкие породы дерева обязательно пропитывают антисептиками, предохраняющими от преждевременного загнивания. Расстояние между штырями для всех траверс одинаковое (рис.12).

Конструкция деревянной восьмиштырной траверсы приведена на рис.12. Четырехштырные траверсы изготавливают из бруса размером 60х80 мм. Стальные восьмиштырные траверсы делают также из уголковой стали размерами 50х50х6 мм для линий О и Н; 60х60х6 мм для линий У и ОУ.

Для четырехштырных траверс применяют угловую сталь соответственно размерами 40х40х6 и 50х50х6 мм.

Штыри делают из круглой стали. Их размеры должны соответствовать размерам траверс и изоляторов. Каждому размеру присвоена своя марка: ШТ-2Д, ШТ-2С и т.д. Цифра указывает, для какого изолятора предназначен штырь, а последняя буква – на материал траверсы (Д – дерево, С – сталь).

Конструкции для скрещивания проводов цепей. Для уменьшения взаимных влияний между двухпроводными телефонными цепями и влияния на них линий сильного тока провода цепей скрещивают. При подвеске на крюках скрещивание выполняют при помощи Г-образных кронштейнов из полосовой стали, устанавливаемых взамен двух крюков. Конструкция Г-образного кронштейна КС-4/5, применяемого для скрещивания проводов диаметром 4 и 5 мм, приведена на рис.13, а. Конструкция для скрещивания проводов диаметром 3 и 3,5 мм отличается только меньшими размерами.

При подвеске проводов на траверсах стальные провода скрещивают на подвесных крюках (рис. 13, б),провода 1 и 2 из цветного металла скрещивают при помощи накладок (рис. 13, в).

Рис. 13

Подвесные крюки изготовляют из круглой стали диаметром 16, 18 и 20 мм. Для деревянных траверс они имеют марки соответственно КПД-16; КПД-18. Крюки КПД-16 применяют для проводов диаметром 3 и 4 мм; КПД-18 – для проводов диаметром 5 мм. Для стальных траверс используют крюки марок КПС-16, КПС-18.

Накладки изготовляют из полосовой стали НД для деревянных траверс и НС-5 и НС-6 для стальных. Накладки НС-5 применяют для траверс на линиях О и Н, НС-6 – на линиях У и ОУ. Кроме указанной арматуры, при строительстве воздушных линий получили распространение вводные и ответвительные изоляторы, накладки различного назначения, конструкции для соединения проводов и крепежные детали.

Устройство удлиненных пролетов и переходов. Трассы воздушных линий могут пересекать реки, овраги, железные дороги и другие естественные и искусственные препятствия. Для преодоления этих препятствий устраивают удлиненные пролеты, мачтовые переходы, прокладывают кабели, устанавливают опоры повышенной длины и кронштейны, укрепляемые на мостах, виадуках и путепроводах.

На линиях связи О и Н удлиненные пролеты создают длиной до 150 м, а на линиях У и УО – до 100 м. Если длина таких пролетов недостаточна, то устраивают кабельные вставки в воздушную линию или, в крайнем случае, мачтовые переходы. Увеличение длины пролета сверх нормального вызывает повышенное натяжение проводов и увеличение стрелы их провеса, поэтому опоры, ограничивающие удлиненный пролет, должны иметь дополнительное крепление и повышенную длину по сравнению с нормальными. При крюковом профиле и длине удлиненного пролета больше нормального на 50% переходные опоры укрепляют подпорами, устанавливаемыми со стороны удлиненного пролета, или оттяжками – с противоположной стороны. При траверсном профиле устанавливают полуанкерные опоры.

Для предупреждения схлестывания проводов в удлиненных пролетах увеличивают расстояние между траверсами и между штырями.

Если длины удлиненных пролетов превышают максимально допустимые для линейных проводов, то вместо стальных проводов подвешивают стальные канатики диаметром 4,2 мм, а вместо медных и биметаллических - провод ПАБ или биметаллический канатик.

Переходы линий связи через электрифицированные железные дороги обычно осуществляют кабелями. При пересечении автомобильных дорог и воздушном переходе во всех случаях применяют промежуточные опоры, укрепляемые подпорой или оттяжкой. Провода в переходном пролете подвешиваются так же, как и линейные. Длину переходного пролета принимают близкой к нормальной.

Переход линии связи через реки при наличии неразводного железнодорожного моста следует устраивать на кронштейнах, прикрепляемых к фермам моста без нарушения его прочности. Расположение проводов на кронштейнах должно соответствовать профилю линии, чтобы не применять укороченных секций скрещивания. Если мост разводной и выполнить переход удлиненным пролетом нельзя, то прокладывают подводный кабель.

Через высокие насыпи кабели можно прокладывать в траншее по откосам насыпи и под путями или протягиванием через трубы, заложенные под насыпью железной дороги. Отверстия для труб устраивают с помощью специальных машин, действующих по принципу гидравлического домкрата или горизонтального бурения.

Кабельные вставки. Кабельные вставки в воздушные линии устраивают на переходах через реки, железные дороги, на подходах к крупным железнодорожным узлам, для устройства вводов проводов и т.д.

Волновые сопротивления цепей воздушных и кабельных линий различны. Поэтому при передаче энергии в местах их соединения возникают отраженные волны. Появление отраженных волн увеличивает затухание цепей и взаимные влияния между ними, вызывает искажения сигналов.

Для устранения этих явлений необходимо согласовывать воздушные и кабельные цепи. Согласование может быть достигнуто включением на стыке воздушной и кабельной линии автотрансформатора или повышением индуктивности кабельных цепей. Повышение индуктивности цепей увеличивает модуль волнового сопротивления и уменьшает его угол. С помощью автотрансформатора можно согласовать только модуль волнового сопротивления, так как на частотах более 10 кГц углы малы и их различием пренебрегают. В схему автотрансформатора (рис. 14) включают конденсатор С для возможности измерений цепей постоянным током.

Рис. 14

Осуществить согласование с помощью автотрансформаторов значительно проще, поэтому они получили преимущественное распространение. Для согласования цепей, имеющих медные или биметаллические провода с низкочастотными кабелями (ТЗ), применяются автотрансформаторы с соотношением входных сопротивлений 550:140 Ом, а с высокочастотными кабелями (МК, МКС) – 550:180 Ом. Для остальных высокочастотных цепей применяют автотрансформаторы с соотношениями 800:140 Ом для низкочастотных кабелей (ТЗ) и 800:180 Ом для высокочастотных (МК, МКС).

По конструктивному оформлению автотрансформаторы разделяются на так называемые устройства СУЛ (согласовывающие линейное) и СУС (согласовывающее станционное). Устройства СУЛ устанавливают в шкафах ШМС или на кабельных опорах, а СУС – на станциях для согласования входных сопротивлений вводного кабеля и высокочастотной аппаратуры. Электрические характеристики устройств СУЛ и СУС одинаковы. Устройства СУЛ и СУС имеют по два автотрансформатора для включения двух цепей.

Необходимость в согласовании воздушных линий с кабельными вставками определяют для каждой кабельной вставки отдельно. Результирующий коэффициент отражения

где Z_ВВ, Z_ВК – волновые сопротивления воздушной и кабельной линии соответственно;

b_К - коэффициент сдвига фазы цепи кабельной вставки;

l _К - длина кабеля.

Если р < 0,1 для цепей, уплотненных в спектре частот до 150 кГц, и р < 0,2 для цепей, уплотненных до 30 кГц, то согласовывающие устройства не устанавливаются.

4. Основные сведения о высоковольтно-сигнальных линиях автоблоки ровки

Назначение и требования. Воздушные линии автоблокировки (ВЛ автоблокировки) напряжением 6 … 10 кВ служат для подвески высоковольтных и сигнальных проводов. Высоковольтная цепь предназначена для электроснабжения устройств автоматической блокировки на перегонах и устройств автоматики и телемеханики на тех станциях, которые не имеют других источников энергии. Сигнальные провода обеспечивают взаимодействие устройств автоматики и телемеханики, расположенных в разных пунктах вдоль железной дороги, например, взаимную увязку показаний соседних светофоров автоблокировки. По сигнальным проводам передаются также другие сигналы управления и контроля.

Обслуживание и содержание ВЛ возложено на службы и участки энергоснабжения, с которыми работникам дистанций сигнализации и связи необходимо сотрудничать, зная основные характеристики линий ВЛ автоблокировки и их возможности, так как с середины 1990-х гг. на этих линиях подвешиваются оптические кабели.

В отличие от крупных линий электропередачи к ВЛ автоблокировки по всей их длине через 1 – 2,5 км подключают устройства, потребляющие мощность не более 1,5 – 5 кВ^.А. Питаемые от ВЛ устройства автоматики и телемеханики относятся к наиболее ответственной первой группе потребителей, нарушение энергоснабжения которых может повлечь опасность для жизни людей, расстройство сложного технологического процесса, причинить значительный материальный ущерб. Такие потребители должны обеспечиваться энергией от двух независимых источников, причем перерыв допускается только на время включения или выключения резерва не более чем на 1,3 с.

Электроснабжение автоблокировки и станционных устройств СЦБ должно быть организовано так, чтобы их действие не прерывалось при большинстве повреждений или ремонте элементов высоковольтной линии. Поэтому резервирование осуществляется на всех уровнях системы электроснабжения; резервируется питание высоковольтной цепи, по возможности дублируются сама цепь и линейные понижающие трансформаторы; ставятся местные резервные источники энергии непосредственно у питаемых устройств и т.п.

Виды высоковольтно-сигнальных линий. Наиболее распространенными являются ВЛ автоблокировки, представляющие собой трехфазную высоковольтную цепь 1 с изолированной нейтралью частотой 50 Гц и напряжением 10 или 6 кВ, ниже которой расположены сигнальные провода 2 (рис.15,а). На рис.15,б представлена двухцепная линия, несущая две одинаковые высоковольтные цепи 1 и 3. В зависимости от расчетных метеорологических условий тип линии выбирают аналогично линии связи (см.табл.1), но для ВЛ автоблокировки облегченный тип линии отсутствует.

Вблизи от сигнальных точек автоблокировки (светофор с релейным шкафом) на силовых опорах устанавливают линейные трансформаторы ОМ (однофазные с масляным наполнением), снижающие напряжение до 115 или 230 (иногда до 400 В). Низкое напряжение подается по кабелю к сигнальной точке для питания рельсовых цепей, светофорных ламп и релейных схем. Другие жилы этого кабеля соединяют сигнальные провода с реле сигнальной точки.

Рис. 15	Рис. 16

 

Схема соединений оборудования на силовой опоре показана на рис.16, где РВО – вентильные разрядники, защищающие трансформатор от грозовых и других перенапряжений; ПКБ – комбинированные плавкие предохранители-разъединители. Плавкие вставки защищают высоковольтную цепь от коротких замыканий в трансформаторе, откидная крышка с ушком на ПКБ с помощью специальной штанги позволяет с земли отключить трансформатор от высоковольтной цепи или подключить его к ней. Металлические части штанги предварительно необходимо надежно заземлять. Пробивной предохранитель ПП защищает от пробоя изоляцию между обмотками трансформатора и повышает безопасность обслуживающего персонала; АВМ – автоматический выключатель максимального тока на 5…10 А; РВН-250 - низковольтные вентильные разрядники.

Для уменьшения опасности поражения обслуживающего персонала на силовой опоре имеются два заземления: высоковольтное и низковольтное.

Фидеры, питающие высоковольтные цепи автоблокировки на питающих пунктах, должны присоединяться к шинам через отдельные трансформаторы и оборудоваться устройствами автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения резерва (АВР).

При питании автоблокировки переменным током эти фидеры имеют максимальную токовую защиту, отключающую фидер при ненормальном возрастании потребляемого тока, защиту минимального напряжения, отключающую фидер при резком уменьшении напряжения, а также защиту от однофазных замыканий на землю, действующую на сигнал или тоже на отключение. Последнее важно потому, что при заземлении одной фазы линии с изолированной нейтралью резко возрастают помехи в цепях связи.

На рис.15,б показана двухцепная ВЛ автоблокировки, на которой со стороны пути расположена высоковольтная цепь автоблокировки, а с поля – цепь продольного электроснабжения, используемая для питания других потребителей энергии, в том числе и для электроснабжения путевого инструмента. Ниже ее располагается цепь низкого напряжения, которая питается от линейных трансформаторов и к которой подключаются потребители. Высоковольтную цепь продольного электроснабжения используют в качестве резервной для питания автоблокировки, для чего у каждой силовой опоры основной ВЛ автоблокировки стоит такая же силовая опора резервной линии, и аварийное реле А (рис. 17)автоматически переключает сигнальную точку на резервную линию. Однако двухцепная линия имеет важный недостаток – не исключены случаи одновременного повреждения обеих цепей. Поэтому на участках с электротягой постоянного тока цепь продольного электроснабжения в ряде случаев подвешивают на опорах тяговой сети (рис. 18,а). На двухпутных таких же участках можно подвесить основную цепь на опорах одного пути, а резервную – на опорах второго.

Рис. 17

При электротяге переменного тока напряжением 27,5 кВ в соседних проводах наводятся очень высокие опасные напряжения. Сигнальные провода в этом случае следует размещать в кабелях связи или специально прокладываемых, а на линии автоблокировки оставлять только высоковольтную цепь.

Электроснабжение линейных потребителей на дорогах с электротягой переменного тока осуществляется по трехфазной несимметричной цепи «два провода – рельсы» (ДПР) с линейным напряжением 27,5 кВ, расположенной на опорах тяговой сети (рис. 18,б). В этом случае экономически целесообразно подвесить высоковольтную цепь автоблокировки тоже на опорах тяговой сети. Но на этих опорах не хватает места для трех проводов, а подвешивать рядом с высоковольтным тяговым проводом цепь напряжением 6…10 кВ нельзя, поскольку в ней будут наводиться напряжения до 12…15 кВ. Поэтому в качестве высоковольтной линии автоблокировки в данном случае используют однофазную цепь частотой 50 Гц и напряжением 27,5 кВ (как в цепи ДПР), состоящую из подвешенного на опорах тяговой сети провода и рельсов в качестве обратного провода. Такую цепь называют цепью ПР («провод – рельсы»). Длину плеча питания в этом случае принимают равной расстоянию между тяговыми подстанциями. Резервное питание автоблокировки осуществляется в этом случае от цепи ДПР.

Рис. 18

При таком способе электроснабжения не применяют силовые опоры, а вместо них устанавливают у сигнальных точек однофазные комплектные трансформаторные подстанции с двумя трансформаторами напряжением 27,5 кВ/127 В, один из которых включен между проводом цепи ПР и рельсами (основное питание), а второй – между одним проводом цепи ДПР и рельсами (резервное питание). Применение данной системы целесообразно прежде всего в тех случаях, когда строительство самостоятельной высоковольтно-сигнальной линии затруднено (например, в горах). Недостатком системы являются большие колебания напряжения в цепях ПР и ДПР, вызываемые изменениями нагрузок тяговой сети.

В случае отсутствия второй высоковольтной цепи на железнодорожном участке применяют резервирование линейных трансформаторов по схеме (рис. 19,а). Их устанавливают на соседних опорах в сочетании с разъединителями, что позволяет отключать один трансформатор и участок высоковольтной цепи для ремонта или устранения повреждений. Иногда для тех же целей выполняют резервное питание по цепи низкого (220 В) напряжения, подвешенной на сигнальной траверсе от соседней сигнальной точки (рис. 19,б). В обоих случаях переход от основного питания к резервному осуществляется автоматически (см.рис. 17).

Рис. 19

В новой системе автоблокировки с рельсовыми цепями переменного тока на границах рельсовых цепей (без изолирующих стыков) стоят только путевые трансформаторы, а аппаратура питающих и релейных концов размещается на станциях, ограничивающих перегон. В этом случае высоковольтная цепь автоблокировки на перегонах не нужна, а сигнальные цепи заключают в отдельный кабель

 

Контрольные вопросы

1. Перечислите преимущества и недостатки воздушных линий в сравнении с кабельными.

2. Как определяются типы (классы) воздушных линий связи и чем они отличаются друг от друга?

3. Поясните как можно укрепить простые деревянные и железобетонные опоры.

4. Назовите назначение и разновидности высоковольтных линий автоблокировки, а также область их применения.

5. Каковы способы резервирования питания сигнальных точек автоблокировки на железнодорожных участках с разными видами тяги?

 

 

Модуль 2.	Электромагнитная совместимость в линиях связи
Раздел 7.	Взаимные влияния между цепями