Контактный рельс

Контактным рельсом (или третьим) называется дополнительный железнодорожный рельс, располагаемый вдоль электрифицированного пути железнодорожного полотна и служащий для подведения электрической энергии к подвижному составу.

Стоимость внедрения контактной системы для метростроения индивидуальна для каждого отдельного проекта. Цену на более чем 20 наименований позиций (кронштейны тоннельные и концевого отвода, накладки к кронштейну, скобы для изолятора, шайбы прижимные, накладки стыковые, электросоединители контактного рельса, противоугоны контактного рельса, зажимы, концевые отводы, короба защитные, башмаки отвода и т.п.) составляющих контактный рельс можно узнать из прайса. Купить контактный рельс возможно по запросу через форму обратной связи на сайте или по звонку менеджеру компании "Герт".

Контактный рельс на железной дороге и в метро

1. Расположение и предназначение

Сегодня, в мегаполисах и городах используют системы с верхним и нижним токосниманием контактной поверхности рельса. Различия их заключаются в зависимости от расположения контактной поверхности рельса. При эксплуатации системы с верхним токосниманием, контактный рельс устанавливается на изоляторах подошвой вниз. Контактным башмаком, прижимаемым к рельсу сверху осуществляется съём тока. А в эксплуатируемых системах с нижним токосниманием рельс контактный располагается в перевёрнутом виде и крепится на изоляторах к изогнутым кронштейнам, закреплённым на путевых шпалах. Благодаря укреплённым на подвижном составе контактных башмаков, осуществляется съём тока. Снизу контактные башмаки прижаты к контактному рельсу давлением 18 - 22 кг.

Контактный рельс применяется, как правило, в метрополитене, и крайне редко на электрифицированных участках железных дорог городов и пригородов. Контактный рельс располагается в нижней части тоннеля в непосредственной близости от рельсового пути. Его обычно крепят с левой стороны пути, считая по ходу движения поездов метрополитена. С правой стороны контактный рельс устанавливают преимущественно на небольшом протяжении в пределах стрелочных переводов и съездов. Рабочую поверхность контактного рельса располагают на 160 мм выше по отношению к уровню головок ходовых рельсов (в сторону увеличения или уменьшения, отклонения допускаются не более 6 мм!). Расстояние от оси контактного рельса до внутренней грани головки ближайшего ходового рельса должно быть 690 мм (в сторону увеличения или уменьшения, отклонения допускаются не более 8 мм!).
Метрополитены большинства стран мира, в том числе и нашей страны, практикуют эксплуатацию системы нижнего токосъёма, достоинства которой заключаются в отсутствии увеличения поперечного сечения тоннеля, высокой надёжности и долговечности устройства, простоте ремонта и обслуживания конструкции. А так же исключения провисания контактной поверхности и образования искрения или электрической дуги. Но, кроме большого числа достоинств организации конструкции токосъёма нижнего, неизбежны и недостатки, состоящие в открытой доступности и опасности для людей и животных, незащищённости рельса от непогоды и снежных заносов, а так же необходимости устройстваразрывов.

2. Профиль и материалы

В системах рельс установлено небольшое, менее 25 кгс, усилие силового воздействия токоприёмников подвижного состава на контактный рельс. Чтобы сократить потери электроэнергии, поперечное сечение контактного рельса определяется исключительно из условия обеспечения меньшего электрического сопротивления.
Контактные рельсы для метро и других подобных задач изготавливают из мягкой стали с высокой электропроводимостью. Требование к мартеновской стали с минимальным содержанием углерода по действующим техническим условиям на изготовление контактных рельсов предусматривает следующий химический состав:

углерода — не более 0,06 %,
марганца — не более 0,30 %,
кремния — следы;
фосфора — не более 0,03 %,
серы — не более 0,013 %.

Т.к. примесь углерода заметно увеличивает электрическое сопротивление стали, введено обязательное ограничение состава стали по количеству углерода. В норме допускается удельное электрическое сопротивление стали рельса контактного - 0,12 Ом/мм2 при температуре 15°С. На текущий момент, заводы-производители изготавливают контактные рельсы длиной 12,5 м. Одиночные рельсы на тоннельных прямых и кривых участках, сварены в плети электроконтактным способом. Длина этих плетей может достигать до 100 м. Контактный рельс на открытых наземных участках и в зонах расположения точек питания монтируется из рельсов длинной 37,5 м.
Вес контактного рельса, 1 метра погонного - 51,686 кг. (высота 118 мм).
Кроме классических контактных рельс, современная металлургическая промышленность выпускает "биметаллические контактные рельсы", сочетающие в себе стальную износостойкость и высокую алюминиевую электропроводность. Технологический процесс изготовления заключается в совместной прокатке и прессовании обычной или нержавеющей стали с алюминием.

3. Подвеска

Схема крепления контактного рельса проста. Рельс находится в подвешенном состоянии на металлических кронштейнах, которые прикреплены путевыми шурупами к концам шпал. Для крепления кронштейна используются 3 путевых шурупа (деревянные шпалы) или 2 закладных болта (железобетонная шпала) и выдерживается расстояние 4,5 - 5,4 м друг от друга. На уклонах пути свыше 0,040 и в кривых радиусом 400 м и менее - 2,5 м.
Для производства кронштейнов используют швеллер № 10. Посредством изгиба в нагретом состоянии придаётся требуемая форма. В процессе изготовления в кронштейне прорезается отверстие 120×65 мм прямоугольной формы и из полосовой стали приваривается коробка. Такие, технологически грамотно изготовленные кронштейны, прикрепленные к шпалам, в процессе эксплуатации позволяют сравнительно легко производить регулировку контактного рельса по горизонтали относительно пути.
При эксплуатации конструкции важно соблюдать технику безопасности и добиваться нормативных показателей. При нарушении изоляции во избежание образования электрической дуги 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:

Широкий полиэтилен (одевается на контактный рельс);
Два фарфоровых изолятора (поверх широкого полиэтилена);
Резиновый жгут (между изоляторами);
Крестообразный полиэтилен (поверх изоляторов);
Две фигурных скобы с фиксаторами (поверх крестообразного полиэтилена);
Предохранительная скоба;
Узловой болт с граверной шайбой и гайкой;
Две плоские шайбы и два шплинта, которые вставляются в фиксатор.

В собранном узле коробку кронштейна охватывают фигурные скобы верхними плоскими концами, а загнутыми нижними заходят в соответствующие углубления в изоляторах. Затяжка узлового болта обеспечивает плотное прижатие изоляторов к контактному рельсу. Применение широких и крестообразных полиэтиленовых прокладок используется для обеспечения равномерного давления на изоляторы со стороны контактного рельса и фигурных скоб. А так же для предохранения изоляторов от раздавливания.

4. Стыки

Стыки контактного рельса бывают "сварные", "нормальные" и "температурные". Первые ничем не отличаются от аналогичных стыков ходовых рельсов. Классическая сварка производится на контактно-сварочной электрической машине. А сварной стык по всему поперечному профилю контактного рельса очищают от излишнего металла и грата пневматическими зубилами. Шлифуют только рабочую поверхность рельсовой головки и её боковые грани.

Вторые, "нормальные стыки", собираются у концевых отводов без зазоров с плотным соприкосновением торцов рельсов. При сборке стыков гайки должны располагаться со стороны, противоположной оси пути, на парковых путях — со стороны оси пути.

Третьи стыки, "температурные"- служат для цели соединения рельсов между собой. Кроме этого, они позволяют создать свободное перемещение рельсов в стыке при изменении температуры. Допустимые зазоры в температурных стыках контактного рельса - 38 мм. (не более).

К стыкам "нормальным" и "температурным предъявляется техническое требование: накладки стыкового скрепления должны быть оцинкованы, иметь по 4 болтовых отверстия и соединяться 4 болтами. В "температурном стыке" 2 болта должны иметь полное натяжение на отдающем конце, а 2 болта ослабленное натяжение на принимающем конце. Приваренные электросоединители (не менее 4) к подошве контактного рельса обеспечивают более надёжную проводимость температурных стыков контактного рельса на станционных и главных путях.

5. Секционирование

В местах секционирования контактной сети, контактный рельс разделяется воздушными неперекрываемыми промежутками на отдельные изолированные секции. Длина каждой секции между концами металлических частей отводов должны быть не менее 14 м. Такие воздушные промежутки, неперекрываемые токоприёмниками одного вагона, должны располагаться в местах следования поездов с отключёнными тяговыми электродвигателями. А по главным путям на подходах к станциям, должны располагаться 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. Секционирование контактного рельса на парковых путях строящихся линий предусматривается возможность снятия напряжения одновременно с 4—5 путей.

6. Пункт подключения

По кабельным линиям от тяговых подстанций подаётся к контактному рельсу постоянный электрический ток напряжением 825 В. Чтобы соединить в одну систему питающий кабель и рельс, к подошве рельса приваривается стальная оцинкованная планка с болтами прикрепленными гибким компенсатором из набора тонкой полосовой меди.
В свою очередь, к компенсатору прикрепляется медная силовая шина, соединенная со специальным пунктом подключения. А в пункте подключения к силовой шине, болтами прикреплены наконечники 4 силовых кабелей. Там металлические экранирующие сетки силовых кабелей, проводами малого сечения, подключены к отдельной алюминиевой зануляющей шине, которая соединена с кабелем зануления. Последний, через разрядник подключён к средней точке путевого дроссель-трансформатора. В случае пробоя внутренней изоляции силовых кабелей этот механизм вызывает короткое замыкание с последующим срабатыванием автоматов защиты и отключением подачи тока. Внешняя металлическая броня силовых кабелей заземляется на корпус пункта подключения.

7. Пункт переключений

Посредством пунктов переключений разъединителей производится подача и снятие напряжения с секций контактного рельса. Разъединители бывают 3-х видов:

Ручные;
Дистанционно управляемые (ДУРы);
Совмещённые ручные/дистанционные (сборки 825 В в ПТО).

Ручные разъединители в настоящее время практически не используются. Они устанавливаются для частичного снятия напряжения на отдельных участках при производстве работ (вместо общего снятия напряжения), например на парковых путях электродепо.

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. Пульты управления ДУРами расположены на блок-постах станций с путевым развитием. С учётом особенностей работы и устройства схемы тягового электроснабжения конкретной станции, местной инструкцией определяется порядок их эксплуатации и ухода. В корпусе ДУРа находятся 2 медные шины, к одной из которых болтами прикреплены наконечники силовых кабелей. Вторая шина 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. Сборки 825 В в ПТО устанавливаются для снятия напряжения с контактного рельса и его заземления во время осмотра составов. При помощи рычагов ручного привода эта операция выполняется ПТО-работниками. В этих устройствах также имеется дистанционно управляемый привод для общего обесточивания сборки.

8. Концевые отводы

Концевые отводы это особые приспособления прикрепленные к токоприёмнику. Чтобы не было резкого выброса токоприёмника вверх, при его сходе с конца контактного рельса и чтобы токоприёмник не наткнулся на встречный конец контактного рельса, в местах его разрыва, к нему присоединяют концевые отводы. Рабочая поверхность концевого отвода контактного рельса на некотором расстоянии от стыка сохраняет нормальную высоту 160 мм над уровнем головок ходовых рельсов, а затем постепенно повышается до самого конца отвода. Вследствие этого достигается плавный выход токоприёмника из-под рельса и плавный заход под него. Отводы с уклоном 1/30 на принимающем и 1/25 на отдающем конце должен иметь на строящихся линиях контактный рельс главных путей. На действующих линиях впредь до переустройства допускается применение отводов с уклоном 1/25. На парковых путях, где скорость движения поездов небольшая, устанавливаются отводы 1/20.
В настоящее время на всех строящихся линиях метрополитена мира принимающие отводы имеют уклон 1/30. Они крепятся на 3 кронштейнах, а отдающие имеют уклон 1/25 и крепятся на 2 кронштейнах контактного рельса.

9. Электробезопасность

Чтобы избежать гибели или повреждения людей и животных электрическим током при контакте с контактным рельсом, его с двух сторон (сверху и сбоку) накрывают специальными защитными коробами. Сейчас в метро применяют 3 вида защитных коробов контактного рельса:

Деревянные короба на опорных точках. Такие короба из дерева окрашивают с внутренней стороны огнеупорной, с наружной - масляной краской, что делает их высокопрочными. Так как такие короба не отвечают нормам пожарной безопасности, их постепенно заменяют.
Стеклопластиковые короба на опорных точках. Они установлены на 3 пластиковых опорных точках и имеют воздушный промежуток между коробом и контактным рельсом. Такой метод установки является причиной их частого излома и становится большим недостатком.
Облегающие стеклопластиковые короба крепящиеся с помощью рёбер жёсткости. Они точно повторяют контур контактного рельса. В эксплуатации данный вид коробов наиболее удобен и для метрополитена максимально удовлетворяет нормы пожарной безопасности.

Для сохранения здоровья и безопасности людей в местах перехода через контактный рельс (например, у сходных мостиков в торцах станций) поверх короба устанавливаются диэлектрические полосы или коврики (резиновые на деревянных коробах и деревянные на стеклопластиковых). Соответственно, ремонтные работы на контактном рельсе или в непосредственной близости от него разрешается проводить только после снятия высокого напряжения, а так же быть одетым в сецодежду, диэлектрические резиновые перчатки и боты! Для работающих на контактном рельсовом объекте важно провериь фактическое отсутствие электрического напряжения с помощью указателя напряжения и установки закоротки. Закоротка - токопроводящяя перемычка, электрически соединяющая контактный рельс с ходовым. При установленной закоротке, в ситуации случайной подачи напряжения на контактный рельс происходит короткое замыкание с последующим отключением защитных автоматов на подстанции.

Безопасность метрополитена – один из основных критериев его качества, поэтому данному аспекту уделяется пристальное внимание. Для обеспечения безопасности пассажиров постоянно внедряется современная техника, проводятся соответствующие организационные мероприятия и постоянное техническое обучение персонала метрополитена.