Воздушный промежуток и нейтральная вставка контактной сети
Контактная сеть на железных дорогах представляет собой достаточно сложное техническое сооружение, предназначенное для доставки электрической энергии непосредственно на электроподвижной состав. Воздушные промежутки и нейтральные вставки являются частью конструкции контактной сети. Что же это такое и для чего применяются знаки в виде черно-белых полос на опорах контактной сети, давайте разбираться…
Для справки: напряжение контактной сети
В России на железной дороге применяется два рода тока, питающего электроподвижной состав (электровозы, электропоезда, мотрисы):
- переменный, частотой 50 Гц напряжением 25000 Вольт
- постоянный, напряжением 3000 Вольт.
Соответственно этот факт разделяет электровозы, электропоезда и другой подвижной состав по типу применяемого напряжения: переменного или постоянного. Контактные сети постоянного отличаются от сетей переменного тока: в них, в соответствии с законом Ома, при одинаковой мощности, контактный провод должен быть гораздо толще, так как сила тока в нем выше. Также эти сети предполагают более частое расположение питающих подстанций, соответственно они менее выгодны с перечисленных позиций. Сети переменного тока позволяют поездам выжимать большую мощность при меньших Амперах, соответственно сечение применяемого провода будет меньше, и подстанции будут располагаться на значительно больших расстояниях. Недостаток переменного тока только один — сложное устройство электроподвижного состава, необходимость установки трансформаторов и тд.
Воздушный промежуток
Контактные сети строят с применением так называемого секционирования: для обеспечения высокой работоспособности, безопасности и балансировки нагрузки в сетях переменного тока контактная сеть подразделяется на секции, изолированные друг от друга. Таким образом становится возможным проводить работы на одном участке, оставляя работоспособными соседние. А если где-то на перегоне произойдет ЧП с оборудованием контактной сети, то этот его можно локализовать, отключить напряжение и ликвидировать ЧП. При этом поезда смогут двигаться до и после него.
Как раз для разделения участков (секций) контактной сети применяется воздушный промежуток: то есть естественный изолятор.
Нужно отметить, что следование с поднятым токоприемником через воздушный промежуток разрешается, таким образом для поезда подобное секционирование остается незаметным. Однако остановка с поднятым пантографом в зоне воздушного промежутка уже запрещена, как и следование со скоростью менее 15 км/ч.
Для того, чтобы машинист электроподвижного состава понимал, где собственно расположен воздушный промежуток, чтобы соблюсти требование по запрещению остановки и движения со скоростью менее 15 км/ч, применяются знаки в виде четырех черных полос, внутри которых находятся три белые полосы. Также применяется аналогичный знак, только с перпендикулярной черной полосой, проходящей через все полосы. Между этими знаками и располагается воздушный промежуток.
Почему же запрещено стоять с поднятым токоприемником и двигаться с медленной скоростью?
Ответ прост: между двумя секциями может присутствовать некоторая разность потенциалов. За счет просадки напряжения на одной секции, между ней и другой секцией возникнет соответственно напряжение и ток. Поскольку полоз пантографа, проходя через воздушный промежуток, замкнет два контактных провода двух секций, в месте контакта возникнет нагрев от воздействия электричества. Если этот процесс будет носить кратковременный характер, проблем не будет, а если электровоз встанет посреди такого участка, то не исключено и прогорание контактного провода или пантографа.
Нейтральная вставка
Воздушный промежуток может разделять секции только с одинаковым напряжением, совпадающим, в том числе, по фазе (если речь о «переменке»), по этому в основном он применяется в сетях с постоянным током. В нашей стране электричество, вырабатываемое электростанциями, поставляется по трехфазной системе, соответственно на железнодорожные электроподстанции приходит также трехфазном виде. Возникает задача по балансировке нагрузки между фазами, необходимо сделать так, чтобы три фазы были нагружены равномерно. В качестве решения применяется секционирование для разделения фаз. Один участок работает на фазе А, следующий работает уже на фазе В.
Если мы для такого секционирования будем применять воздушный промежуток, то неизбежно получим мощнейшее межфазное замыкание, когда пантограф соединит две секции. Естественно это невозможно, и применяется не один воздушный промежуток, а сразу два, и называется такая схема — нейтральной вставкой.
Нейтральная вставка ограждается специальными знаками заранее, и электроподвижной состав следует через неё с опущенными токоприемниками. После проследования второго воздушного промежутка через 50 метров устанавливают знак «Включить ТОК» для электровозов, а через 200 метров для моторвагонного подвижного состава.
У электропоезда могут быть подняты по одному пантографу на каждом моторном вагоне, при этом все они объединены одной токоведущей шиной. Длина нейтральной вставки всегда больше, чем расстояние между двумя пантографами первого и последнего моторного вагона эксплуатируемых электропоездов. Это сделано для повышения безопасности, чтобы предотвратить межфазное замыкание, если вдруг машинист не предпримет меры и не опустит их.
Интересный вопрос, а что же будет, если поезд остановится посреди нейтральной вставки?
У нас есть реальные истории на эту тему, можете прочитать их здесь.
Конечно остановка посреди нейтральной вставки запрещена, но может произойти такая ситуация: кто-нибудь из пассажиров поезда сорвет стоп-кран, и придется «повиснуть», как говорят локомотивщики, посреди нейтральной вставки. Для исключения таких негативных сценариев энергодиспетчер всегда имеет возможность подключить изолированный участок к контактному проводу одной из двух секций, в сторону следования поезда. Таким образом будет временно подано напряжение, и локомотив или моторвагонный состав сможет выбраться.