Работа устройств контактной сети в условиях эксплуатации
Изоляторы контактной сети
Изоляторы контактной сети работают в
условиях, отличающихся от условий их работы в линиях электропередачи.
Специфичность этих условий Заключается, главным образом, в наличии
динамического взаимодействия контактной сети и пантографов, в
значительной частоте отключений контактной сети при коротких замыканиях
и перегрузках, в загрязненности атмосферы в зоне расположения изоляторов
продуктами сгорания топок паровозов {при смешанной тяге) и т. д.
Изоляторы контактной сети подвергаются воздействию рабочего напряжения и
волн атмосферных и коммутационных (внутренних) перенапряжений. Амплитуды
атмосферных перенапряжений значительно превышают возможные амплитуды
коммутационных перенапряжений, достигая 150—200 кв и более. Вполне
понятно, что прямые удары молнии вызывают высокие амплитуды
перенапряжений только в пределах участка контактной сети, ограниченного
ближайшими разрядниками.
Наряду с воздействием рабочего напряжения и волн атмосферных и
коммутационных перенапряжений, возникающих в контактной сети, изоляторам
приходится воспринимать и значительные механические нагрузки. В процессе
эксплуатации могут возникать довольно большие знакопеременные нагрузки,
обусловленные периодическими и вынужденными колебаниями цепной подвески.
В процессе эксплуатации изоляторы частично теряют свои механические и
электрические свойства, т. е. происходит так называемое старение
изоляторов.
В связи с участившимися случаями повреждений подвесных изоляторов типа
П-4,5 на контактной сети постоянного тока в 1959 г. Всесоюзным
научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта была
проведена большая работа по исследованию причин повреждений этих
изоляторов. Анализ показал, что существует 5 основных групп повреждений:
вырывание стержня из фарфоровой головки изолятора или обрыв стержня;
возникновение радиальных трещин на фарфоровой тарелке изолятора;
полный или частичный откол фарфоровой тарелки изолятора без перекрытия,
т. е. без оплавления поверхности откола фарфора между стержнем и
шапкой..
откол фарфоровой тарелки с перекрытием, т. е. с оплавлением стержня
изолятора, поверхности оставшейся фарфоровой части между стержнем и
шапкой и самой шапки (в нижней части);
внутренний электрический пробой фарфоровой головки между стержнем и
шапкой по внутренним трещинам.
Основными причинами перекрытия изоляторов являются их загрязнение,
ухудшение качества глазури и атмосферные перенапряжения. Степень
загрязнения изоляторов зависит от интенсивности движения поездов,
качества балластной призмы пути и объема перевозимых в открытых грузовых
вагонах легких сыпучих грузов (таких, как торф), влияющих на количество
оседающей на изоляторы пыли, наличия вблизи железной дороьг цементных и
гипсовых заводов, моря или химических заводов, вызывающих отложение на
поверхности изоляторов различных солей. При смешанной тяге степень
загрязнения изоляторов зависит от состава углей, сжигаемых в топках
паровозов, и от того, располагаются изоляторы на открытой местности или
в местах застоя дыма (в тоннелях, под путепроводами и т. п.).
Опыт эксплуатации контактной сети на первых магистральных участках
переменного тока показал, что даже при сильном загрязнении изоляторов,
вызванном смешанной тягой и интенсивными форсировками паровозных котлов
на подъемах, сухоразрядное напряжение изоляторов снижается незначительно
и случаев перекрытия неувлажненных изоляторов не наблюдалось. В то же
время при увлажнении загрязненных изоляторов, а особенно в момент
обволакивания загрязненной гирлянды облаком пара и дыма проходящего
паровоза, было много случаев перекрытия.
Для предупреждения перекрытий изоляторов необходима их периодическая
очистка. Поскольку перекрытия загрязненных изоляторов происходят обычно
при их увлажнении, чистку изоляторов целесообразно производить перед
началом дождевого сезона. Если на электрифицированном участке часть
перевозок осуществляется паровозами, то чистку следует участить.
При смешанной тяге наиболее интенсивно загрязняются гирлянды подвесных
изоляторов на станциях. Для повышения электрической прочности гибких
поперечин в этих условиях следует врезать дополнительные изоляторы у
опор в поперечные несущие и верхние фиксирующие тросы, так как
дополнительные изоляторы, расположенные вне зоны распространения
отходящих газов паровозов,, загрязняются в самой незначительной степени.
Существенно улучшает электрические характеристики изоляторов,
находящихся в неблагоприятных (в смысле загрязнения) условиях,
периодическое покрытие их гидрофобной изоляторной
пастой (ГИП), разработанной Всесоюзным
энергетическим институтом им. В. И. Ленина.
Пробой изоляторов типа П-4,5 происходит чаще при наличии трещин в
фарфоре, являющихся дефектами изготовления или появляющихся в процессе
эксплуатации вследствие механических повреждений, старения изоляторов,
воздействия на изолятор электрической дуги после его перекрытия от
загрязнения поверхности или атмосферных перенапряжений, прямого
воздействия на изолятор волн атмосферных и коммутационных перенапряжений
и некачественности изготовления изоляторов.
Механические повреждения возникают при ударе, неправильной заделке
изолятора (когда он работает на изгиб) и воздействии больших усилий (при
обрыве проводов цепной подвески, автоколебаниях, низких температурах,
когда увеличивается натяжение некомпенсированных проводов, и т. п.).
Старение изоляторов характеризуется образованием трещин, обусловленным
длительной эксплуатацией изоляторов и происходящим вследствие
термических воздействий, температурных перепадов, разности коэффициентов
линейного расширения арматуры, фарфора и заделки стержня, коррозии
арматуры (прежде всего стержня) токами утечки через изолятор и в
результате проникновения влаги к стержню через заделку.
Коррозия стержня изолятора токами утечки по его загрязненной поверхности
происходит на контактной сети постоянного тока в тех случаях, когда
стержень имеет положительный потенциал. Коррозия стержня начинается в
месте выхода его из цементной заделки, а затем распространяется внутрь
заделки. Поскольку продукты коррозии занимают больше места, чем металл
стержня, внутри заделки и фарфора возникают значительные механические
напряжения, приводящие к его растрескиванию.
Для предупреждения электрических повреждений изоляторов типа П-4,5
применяется их периодическая дефектировка без демонтажа. Дефектные
изоляторы заменяют новыми, предварительно испытанными изоляторами.