Что такое контактный рельс

Контактный рельс

Конта́ктный рельс — жёсткий контактный провод, предназначенный для осуществления скользящего контакта с токоприёмником подвижного состава (электровоза, моторного вагона).

Изготавливается из мягкой стали, форма и поперечные размеры схожи с формой и размерами обычных рельсов. Рельс крепится при помощи изоляторов к кронштейнам, которые в свою очередь монтируются на шпалы ходовых рельсов.

Содержание

Применение

Главное преимущество контактного рельса — надёжное токоснимание при контакте с токоприёмниками моторных вагонов или электровозов, расположенными на ходовых частях колёсных тележек. Также исключаются колебание токоприёмников и отрыв их от контактного рельса, а следовательно, нарушение контакта и разрыв цепи тока, искрение и дугообразование, разрушающие контактные поверхности.

Основная область применения контактных рельсов — подземный железнодорожный транспорт, в частности, обеспечение движения поездов метрополитена. Реже данное технологическое решение применяется на открытых линиях при относительно невысоком напряжении (не более 1500 В).

Также контактный рельс применяется для обеспечения энергией подъёмного оборудования (например подъёмных кранов) и складских транспортных устройств, подвесных дорог, электроталей, станков, осветительных устройств и других подобных технических средств.

Различают два типа контактных рельсов:

В зависимости от того, как расположена контактная поверхность, имеют место: нижний токосъём — контактная поверхность снизу; верхний токосъём — контактная поверхность сверху; боковой токосъём — контактный рельс повёрнут на 90 градусов, в результате чего контактная поверхность находится сбоку.

Достоинства

Недостатки

(при применении на наземном транспорте)

Контактный рельс в метрополитене

Материал, профиль, длина

Ввиду того, что контактный рельс является проводником электрического тока, его омическое сопротивление должно быть мало, поэтому при изготовлении контактного рельса используют низкоуглеродистую сталь, так как примесь углерода увеличивает электрическое сопротивление.

Профиль и сечение контактного рельса совпадают с аналогичными параметрами обычного путевого рельса.

Нормальная длина контактного рельса составляет 12,5 м. На прямых и кривых участках радиусом 300 м и более в тоннелях контактные рельсы сваривают в плети длиной 100 м, на наземных участках длина плетей составляет 37,5 м, а на парковых путях и кривых радиусом менее 300 м — 12,5 м.

Подвеска контактного рельса

Установку контактного рельса осуществляют при помощи металлических опор-кронштейнов головкой вниз. Кронштейны в свою очередь крепятся к шпалам. При такой подвеске контактный башмак, установленный на тележке вагона и подтягиваемый пружинами вверх, скользит по головке рельса — нижнее токоснимание.

Кронштейны устанавливаются на определённом расстоянии друг от друга — обычно 4,25-5,5 м. В местах температурных стыков расстояние между кронштейнами уменьшается. По форме кронштейн представляет собой изогнутую из швеллера деталь. В верхней части детали имеется отверстие и приварена так называемая «коробочка», а нижняя часть (так называемый «хвост») крепится к шпалам. Высота кронштейна, которая и определяет высоту контактного рельса, зависит от типа путевых рельсов.

Крепёжный узел, расположенный в верхней части кронштейна, обладает достаточной прочностью и обеспечивает надёжную изоляцию контактного рельса от кронштейна при помощи фарфоровых изоляторов и полиэтиленовых прокладок.

Стыки

Существуют два типа соединения контактных рельсов друг с другом:

Сварные стыки получают при помощи сварки рельсов контактно-сварочной машиной. После сварки стыки обрабатывают в соответствии с профилем поперечного сечения контактного рельса.

Температурные стыки получают путём соединения концов рельсов накладками, которые стягивают болтами. На тоннельных участках пути температурные стыки делают примерно через каждые 100 м (в стыках сварных плетей), на наземных участках — через 37,5 м (также в стыках сварных плетей), а на парковых путях — примерно через 37,5 м (не реже, чем через два стыка путевых рельсов). Зазор в температурных стыках зависит от длины плетей и температуры. Основным требованием к такому типу стыков является возможность относительно свободного перемещения концов рельсов в стыке при изменении температуры. Данное требование достигается за счёт наличия в рельсах и накладках овальных отверстий, а также за счёт малой затяжки болтов на одном из стыкуемых рельсов.

Для того, чтобы увеличить электропроводимость стыка, сверху приваривают четыре электросоединителя. Их конструкция не отличается от привариваемых электросоединителей стыков путевых рельсов.

Концевые отводы

Концевые отводы предназначены для плавного захода контактного башмака под контактный рельс и плавного схода с него в местах разрыва. Рабочая поверхность концевого отвода на некотором расстоянии от стыка сохраняет свою высоту относительно головок путевых рельсов, а затем постепенно повышается до конца отвода с определённым уклоном.

Подвеска концевых отводов осуществляется при помощи кронштейнов, которыми подвешивается контактный рельс. Отводы присоединяются к контактному рельсу при помощи обычных стыков без зазоров.

Защитный короб

Из-за того, что контактный рельс представляет повышенную опасность для человека при прикосновении к нему, так как он находится под высоким напряжением, для обеспечения безопасности людей применяют специальные защитные короба. Короба устанавливаются на контактный рельс по всей его длине и закрывают его сверху и с боков, а в местах переходов через контактный рельс (например, сходные мостики в торцах станций) поверх короба устанавливаются диэлектрические резиновые полосы или коврики.

Проведение ремонтных работ на контактном рельсе или в непосредственной близости от него возможно и разрешено инструкциями только при снятом с него напряжении и включении короткозамыкателей или установке закоротки, которые предохранят людей от поражения электрическим током при случайной подаче напряжения на контактный рельс.

Источник

Не подавай руку упавшему на рельсы. Чего не знают пассажиры метро

С точки зрения работников метро, которые не понаслышке знают о его «повышенной опасности», мы, пассажиры, ежедневно совершаем массу глупостей с риском для жизни. К ним относятся и такие поступки, которые нам самим кажутся очень благородными.

Почему на самом деле нельзя держать двери

Например, придержать двери поезда, чтобы влезли опоздавшие – что это как не помощь и взаимовыручка? Часто люди в вагоне начинают раздвигать двери в несколько рук, чтобы противостоять автоматическому закрытию.

На самом деле, помимо травм, это грозит срывом графика движения и серьезными задержками поездов.

Бывший машинист московского метро Макс Рублев, он же известный блогер Метроэльф, поясняет в своей книге «Не прислоняться», что именно по вине вот таких «услужливых» и медлительных пассажиров в основном происходят задержки. Если отправление поезда выбивается из графика больше чем на 10 секунд, возникает цепная реакция и тормозится вся линия.

Так кому в итоге помогли? Опаздывающие опоздают еще больше – вместе со всеми остальными.

Почему нельзя протягивать руку помощи упавшему на пути

Или вот вопрос на засыпку: если не дай бог человек при вас упадет с края платформы, вы подадите ему руку, чтобы втащить обратно?

Инстинкт конечно велит броситься на помощь. Но правильный ответ: нет. Подав бедолаге руку, вы сделаете только хуже. Недаром в метро объявляют на эскалаторах, что при падении на рельсы нельзя выбираться на платформу самостоятельно.

Дело в том, что прямо под платформой находится официально самый опасный объект в метро – контактный рельс в 825 вольт, приводящий поезда в движение.

Он накрыт защитным коробом и с платформы смотрится как «ступенька», словно специально для того, чтобы упавший человек мог забраться обратно наверх.

Но несмотря на защиту, прикасаться и тем более опираться на рельс – это прямая угроза жизни! Пластиковый кожух может попросту не выдержать вес человека. В худшем случае летальный заряд получит не только упавший, но и тот, кто протянул руку помощи.

А учитывая, что упавший на пути может быть пьян, болен, травмирован и панически напуган, риск возрастает в разы.

Почему опасный контактный рельс расположен именно под платформой

Почему же в таком случае контактный рельс чаще всего прокладывают именно под платформой, а не напротив, у дальней стены? Да потому что так как раз меньше шансов, что упавший человек заденет его по инерции. Он ведь не рухнет отвесно вниз. А был бы рельс напротив – было бы проще до него «долететь».

Когда на путях ведутся работы, контактный рельс обесточивают и ставят блокировку случайной подачи напряжения.

Почему нужно лечь головой навстречу поезду

Так что самой лучшей помощью упавшему на рельсы (если он способен встать и быстро двигаться) было бы уверенно направить его действия в верном русле, не давая впасть в панику.

Если поезд только ушел и другого пока нет – бежать к месту остановки головного вагона, где полосатая рейка. Там есть трап для работников метро, по которому можно безопасно подняться на платформу.

Диспетчер в любом случае увидит через камеры, что случилось ЧП. Работники станции быстро эвакуируют пассажира.

Если поезд приближается, остается только лечь в углубление между рельсами, предварительно сбросив объемные вещи (сумку, рюкзак).

Источник

Контактный рельс

Контактный рельс (третий рельс) — часть контактной сети, осуществляющая непосредственный контакт с токоприёмниками электроподвижного состава.

Содержание

Расположение и предназначение

Контактный рельс применяется преимущественно в метрополитене, реже — на электрифицированных городских и пригородных участках железных дорог.

Контактный рельс располагается в нижней части тоннеля в непосредственной близости от пути. На метрополитенах РФ контактный рельс располагают преимущественно с левой стороны пути, считая по ходу движения поездов. С правой стороны контактный рельс устанавливают обычно на небольшом протяжении в пределах стрелочных переводов и съездов.

Возвышение рабочей поверхности контактного рельса над уровнем головок ходовых рельсов должно быть 160 мм, отклонения допускаются не более 6 мм в сторону увеличения или уменьшения. Расстояние от оси контактного рельса до внутренней грани головки ближайшего ходового рельса должно быть 690 мм с отклонениями не более 8 мм в сторону увеличения или уменьшения.

В зависимости от конструкции контактного рельса имеет место:

На большинстве метрополитенов (в том числе на всех метрополитенах РФ) принят нижний токосъём.

Профиль и материалы

Воспринимаемые контактным рельсом усилия от токоприёмников сравнительно невелики (менее 25 кгс). Поэтому поперечное сечение контактного рельса определяется исключительно из условия обеспечения возможно меньшего электрического сопротивления, чтобы сократить потери электроэнергии.

Контактные рельсы изготавливают из мартеновской стали с минимальным содержанием углерода. Действующими техническими условиями на изготовление контактных рельсов предусматривается следующий химический состав стали: углерода — не более 0,06 %, марганца — не более 0,30 %, кремния — следы; фосфора — не более 0,03 % и серы — не более 0,013 %. Жёсткое ограничение состава стали по количеству углерода объясняется тем, что примесь углерода заметно увеличивает электрическое сопротивление стали.

Нормальная длина контактных рельсов, выпускаемых заводами, составляет 12,5 м. На тоннельных участках как на прямых, так и в кривых радиусом 300 м и более одиночные рельсы сварены в плети электроконтактным способом. Длина плетей доходит до 100 м. На открытых наземных участках и в местах расположения точек питания контактный рельс монтируется из рельсов длинной 37,5 м.

Вес 1 погонного метра контактного рельса высотой 118 мм равен 51,686 кг.

Биметаллические контактные рельсы получают металлургическими способами, например, совместной прокаткой и прессованием обычной или нержавеющей стали с алюминием. Преимущества таких рельсов заключаются в сочетании износостойкости стали и высокой электропроводности алюминия.

Подвеска

Контактный рельс подвешивают на металлических кронштейнах, прикрепляемых к концам шпал обычными путевыми шурупами.

Кронштейны для подвески контактного рельса крепят тремя путевыми шурупами к концам деревянных шпал или двумя закладными болтами к железобетонной шпале. Кронштейны располагают на расстоянии 4,5—5,4 м друг от друга, а на уклонах пути свыше 0,040 и в кривых радиусом 400 м и менее следует устанавливать кронштейны через 2,5 м.

Кронштейны изготавливают из швеллера № 10. Требуемая форма придаётся им посредством изгиба в нагретом состоянии. В верхней части кронштейна прорезают прямоугольное отверстие размером 120×65 мм, а рядом с ним приваривают коробку, которую изготавливают из полосовой стали длиной 160, шириной 60 и толщиной 6 мм.

В нижней части кронштейна, у самого конца, полки швеллера частично срезаны для крепления хвоста кронштейна к шпалам двумя удлинёнными шурупами (170 мм), пропущенными через металлическую планку размером 180×50×10 мм. Третий шуруп нормальной длины (150 мм), расположенный ближе к концу шпалы, пропускают через овальное отверстие в горизонтальной полке кронштейна.

Такой способ крепления кронштейнов к шпалам позволяет сравнительно легко производить регулировку контактного рельса по горизонтали относительно пути, так как для перемещения кронштейна необходимо лишь ослабить шурупы.

Во избежание образования электрической дуги при нарушении изоляции в подвеске контактного рельса конец кронштейна должен отстоять от подкладки ходового рельса на расстояние не менее 35 мм, а величина просвета между низом кронштейна и балластом или путевым бетоном у конца шпалы должна быть не менее 20 мм.

Узел крепления контактного рельса состоит из следующих частей:

В собранном узле фигурные скобы верхними плоскими концами охватывают коробку кронштейна, а нижними загнутыми заходят в соответствующие углубления в изоляторах. Плотное прижатие изоляторов к контактному рельсу обеспечивается затяжкой узлового болта. Для обеспечения равномерного давления на изоляторы со стороны контактного рельса и фигурных скоб и предохранения изоляторов от раздавливания применяют полиэтиленовые прокладки (широкие и крестообразные).

Стыки

Стыки контактного рельса подразделяются на:

В нормальных и температурных стыках накладки стыкового скрепления должны быть оцинкованы, иметь по четыре болтовых отверстия и соединяться 4 болтами.

В температурном стыке два болта на отдающем конце должны иметь полное натяжение, а два болта на принимающем конце — ослабленное натяжение.

Для обеспечения более надёжной проводимости температурных стыков контактного рельса на главных и станционных путях к подошве контактного рельса приваривается не менее 4 электросоединителей.

Секционирование

В местах секционирования контактной сети контактный рельс разделяется на отдельные изолированные секции неперекрываемыми воздушными промежутками длиной не менее 14 м между концами металлических частей отводов. Такие воздушные промежутки, не перекрываемые токоприёмниками одного вагона, должны располагаться в местах следования поездов с отключёнными тяговыми электродвигателями, а по главным путям на подходах к станциям — на расстоянии не более 50 м от начала пассажирской платформы.

В местах расположения стрелочных переводов, перекрёстных съездов и перегонных затворов должны быть перекрываемые воздушные промежутки контактного рельса длиной не более 10 м.

На строящихся линиях секционирование контактного рельса на парковых путях должно предусматривать возможность снятия напряжения одновременно с 4—5 путей.

Пункт подключения

Постоянный электрический ток напряжением 825 В от тяговых подстанций подаётся к контактному рельсу по кабельным линиям. Для соединения питающего кабеля с рельсом к подошве последнего приваривается стальная оцинкованная планка, к которой болтами прикрепляют гибкий компенсатор из набора тонкой полосовой меди. К компенсатору прикрепляется медная силовая шина, ведущая в специальный ящик — пункт подключения.

В пункте подключения к силовой шине болтами прикреплены наконечники 4 силовых кабелей. К отдельной алюминиевой зануляющей шине проводами малого сечения подключены металлические экранирующие сетки силовых кабелей. Сама зануляющая шина соединена с кабелем зануления, который через разрядник подключён к средней точке путевого дроссель-трансформатора. Этот механизм вызывает короткое замыкание (с последующим срабатыванием автоматов защиты, отключающих ток) в случае пробоя внутренней изоляции силовых кабелей.

Внешняя металлическая броня силовых кабелей заземляется на корпус пункта подключения.

Пункт переключений

Подача и снятие напряжения с секций контактного рельса производится посредством пунктов переключений (разъединителей). Они делятся на 3 основных вида:

Ручные разъединители устанавливаются на парковых путях электродепо для частичного снятия напряжения на отдельных участках при производстве работ (вместо общего снятия напряжения с парковых путей). В настоящее время практически не используются.

Дистанционно управляемые разъединители устанавливаются на фидерах питания контактного рельса от тяговых подстанций, а также для секционированного подключения контактной сети на съездах, в оборотных тупиках и на ССВ. Управляются энергодиспетчером; также пульты управления ДУРами расположены на блок-постах станций с путевым развитием. Порядок их использования определяется местной инструкцией с учётом особенностей работы и устройства схемы тягового электроснабжения конкретной станции.

В корпусе ДУРа находятся 2 медные шины, к одной из которых болтами прикреплены наконечники силовых кабелей, другая соединена с контактным рельсом аналогично пункту подключения. Подача и снятие напряжения осуществляется посредством моторных пинцетов, которые в замкнутом положении сцеплены с ножами разъединителя. В передней стенке корпуса имеется прозрачное окно для визуального контроля положения ножей и пинцетов.

Источник

Контактный рельс в метро: как это устроено и какое там напряжение?

Опубликовано 12.04.2021 · Обновлено 03.11.2021

В большинстве метрополитенов мира для передачи электрической энергии от подстанции к подвижному составу применяется не привычная для железной дороги воздушная контактная сеть, а вполне жесткий контактный рельс, оправдывающий свое название в полной мере.

Назначение и устройство контактного рельса

Контактный рельс — это жесткий токоведущий элемент, предназначенный для передачи электроэнергии к токоприемнику подвижного состава, за счет скользящего контакта.

На фото оранжевым окрашен токоприемник, скользящий по контактному рельсу снизу

Под жестким токоведущим элементом как правило понимается дополнительный рельс, однако это может быть все что угодно, главное чтобы этот элемент имел гладкую поверхность для возможности скольжения по нему токоприемника, и был жестким для возможности его крепления без дополнительных удерживающих приспособлений. Кстати, варианты крепления тоже могут быть различны: как по бокам от основного пути, так и в середине пути. Помимо крепления есть разные варианты токосъема: когда скольжение токоприемника осуществляется сверху, снизу или сбоку.

Напряжение электрического тока в контактной сети метрополитенов России — 825 Вольт выпрямленного постоянного тока, рабочим напряжением для подвижного состава является диапазон от 750 до 925 Вольт

В метрополитенах России контактный рельс расположен по бокам от основного пути для токосъема снизу, он с жестко крепится к шпалам железнодорожного пути посредством специального кронштейна, на вершине которого устанавливается изолятор, непосредственно удерживающий его. Таким образом ось контактного рельса оказывается параллельной оси пути, и если говорить о цифрах: расстояние между этой осью и ближайшим рельсом составляет 690 мм, а высота нижней (токоведущей) стороны над головкой рельса пути составляет 160 мм. Эти показатели на протяжении всей длины остаются практически неизменными.

Схема крепления контактного рельса в метрополитенах России

Достоинства применения контактного рельса

Есть множество сценариев использования контактных рельс для питания подвижных составов, начиная от поездов метро и заканчивая городским трамваем. В каждом конкретном случае проявляются те или иные сложности, по этому о достоинствах и недостатках такого способа передачи электроэнергии мы будем говорить с позиции применения в отечественном метрополитене.

Главной сложностью перед применением в метро классической контактной сети, организация которой хорошо отработана на большой железной дороге, стала борьба буквально за каждый кубический сантиметр пространства в тоннеле. Здесь и проявилось главное достоинство контактного рельса — такая технология не требует много места и габариты тоннелей остаются минимальными, ведь он занимает свободное пространство, которое невозможно занять чем-то другим, и невозможно ликвидировать.

Контактный рельс в тоннеле метро в изоляционном кожухе

Так как такая технология электропередачи не предполагает, в отличие от провода, движущихся частей, а также состоит из значительно меньшего количества элементов, если опять же сравнивать с контактной сетью, а значит и общая надежность оборудования будет выше, соответственно обслуживание будет упрощено, а ремонт удешевлен. Сплошная выгода, и почему железнодорожники не перешли на контактный рельс?*

Следующий плюс вытекает из физических свойств материалов. В метро используются рельсы изготовленные из низкоуглеродистой стали, и хоть ее положительные электрические качества заметно отстают от таковых, как например у меди, но за счет большого сечения контактного рельса, доходящего до 6600 квадратных миллиметров, его электрическое сопротивление значительно ниже, чем в контактном проводе. Отсюда, в сумме, он обладает лучшими токопроводящими свойствами, а учитывая большую площадь пятна контакта с токоприемником, и также постоянство этого контакта, возникновение электрической дуги и искрения исключено, а значит подвижной состав будет получать стабильное электропитание.

Недостатки применения контактного рельса

Однако из достоинств вытекают и недостатки. Из-за того, что сталь в силу ферромагнитных свойств обладает выраженным скин-эффектом, она не пригодна для передачи переменного тока: из-за того, что движение заряженных частиц в переменном электрическом поле будет сгруппировано в поверхностном слое данного металла, полезное сечение проводника изменится в меньшую сторону, увеличивая и электрическое сопротивление.

В воздушной контактной сети все токоведущие части расположены на значительной высоте и не представляют никакой угрозы для окружающих, а также сами остаются в «безопасности» от погодных явлений, таких как сильный снегопад. Электробезопасность диктует множество ограничений, связанных с контактным рельсом, в основном правила сводятся к необходимости обеспечить отсутствие людей вблизи токоведущего рельса под напряжением, ну и изоляцию рельса.

На станциях метро при падении пассажира на пути, предусмотрен свой алгоритм «возвращения» его обратно после снятия напряжения, для подъема на станцию через контактный рельс используют специальную лестницу. Также необходимо обеспечить 100% исключение нахождения в тоннеле людей во время движения поездов, и в российских метро для этого на всех станциях установлены специальные устройства мониторинга. В данном случае опасность заключается в токоприемниках, которые расположены по обе стороны подвижного состава. Наличие контактного рельса с одной стороны пути в тоннеле может дать забежавшему зацеперу ложное ощущение безопасности на противоположной стороне. Мало того, что движущиеся токоприемники сами по себе крайне опасные элементы конструкции, для встречи с ними в узком тоннеле, так они еще и под напряжением, если хоть один из них, на любой стороне вагона, касается контактного рельса.

Так выглядит лестница для захода с путей на станцию в метро. Лестница имеет складную конструкцию

В общем конечно есть метрополитены, в которых контактный рельс не изолирован от внешнего мира совсем никак, а электробезопасность обеспечивается исключительно организационными мерами, но в России он должен иметь изоляционный кожух (короб), а это значительно удорожает конструкцию.

Устройство контактного рельса

Контактный рельс закреплен непосредственно в фарфоровом изоляторе с полиэтиленовой прокладкой, который в свою очередь присоединяется к головке удерживающего кронштейна. Изолирующий короб крепится непосредственно на головку кронштейна. Таким образом уже на данном уровне контактный рельс остается полностью электрически изолированным проводником. Для подачи на него напряжения применяют прямое подключение провода от соответствующего энергетического фидера.

Место подключения контактного рельса к фидеру (обратите внимание, что контактный рельс на данном фото не имеет защитного короба)

Удерживающий кронштейн надежно крепиться к шпале, а его высота зависит от высоты путевых рельс. Между кронштейнами выдерживают расстояние до 5,5 метров, и это расстояние не зависит от длины рельсовых плетей (кстати длина одной плети 12,5 метров).

Теперь видится лишь одна проблема — стирание контактного башмака (который прижимается токоприемником к контактному рельсу) о частые стыки. Но бархатный путь придумали не только для людей, и для токоприемников контактные рельсы сваривают в единые плети длиной до 100 метров, с обязательным наличием температурных стыков для возможности бездеформационного расширения и сжатие плети от изменений температуры. На сварной стык обязательно приваривают несколько токопроводящих накладок, для уменьшения электрического сопротивления.

Башмак токоприемника мотор-вагона метро

Для плавного присоединения и отсоединения башмака токоприемника к контактному рельсу применяются концевые отводы. Их конструкция довольно проста, в конце отвода его высота относительно головки путевого рельса начинает повышаться, пока поверхность контактного рельса не становиться выше высоты касания башмака.

Источник