Sieć trakcyjna i obwód powrotny

Sieć trakcyjna i obwód powrotny

Sieć trakcyjna to sieć jezdna nad torem i sieć powrotna w szynach - od punktu zasilającego przy podstacji do skrzynki kabla powrotnego. Jest sekcjonowana: odłączniki sieciowe odłączają zasilacz od sieci, odłączniki sekcyjne dzielą sieć na odcinki, a kabiny sekcyjne z czterema wyłącznikami szybkimi dzielą odcinek między podstacjami tak, aby zwarcie nie wyłączało całych, np. 30 km. Na sieci PKP pracuje ponad 11 tysięcy odłączników z napędem elektrycznym sterowanych zdalnie z nastawni zasilania; każdy ma na słupie skrzynkę z silnikiem, przekładnią, przekaźnikami sterowniczymi i sygnalizacją położenia.

Sieć powrotna nigdy nie jest w pełni izolowana od ziemi - część prądu trakcyjnego płynie jako prądy błądzące i koroduje rury, zbrojenia i konstrukcje. Dlatego rezystancja toku nie może przekraczać 0,2 Ω/km, a toru 0,5 Ω/km, łączniki międzytokowe stoją co około 300 m (150 m przy podstacji), a konstrukcje wsporcze uszynia się grupowo z ogranicznikami niskonapięciowymi, które w stanie normalnym izolują szyny od ziemi, a przy zwarciu doziemnym zamieniają je na zwarcie międzybiegunowe wyzwalające zabezpieczenia. Na liniach z blokadą samoczynną dławiki torowe 1000 A przepuszczają prąd trakcyjny, a zatrzymują prąd sygnałowy obwodów torowych. Ochronę przepięciową sieci zapewniają odgromniki rożkowe (przerwa 10 mm, 12 kV, co 1200–1300 m) i zaworowe; prąd następczy wyłączają wyłączniki podstacji i kabiny.

W tym obszarze pracują: aparatura skrzynek napędów odłączników (przekaźniki, zasilacze, zabezpieczenia obwodu silnika, złączki, ograniczniki przepięć, obudowy zewnętrzne), obwody sterownicze i sygnalizacyjne kabin sekcyjnych z baterią awaryjną, przekaźniki nadmiarowe i podnapięciowe wyłączników kabinowych, ograniczniki niskonapięciowe i iskierniki uszynień, bezpieczniki obwodów pomiarowych i pomocniczych, złączki wysokoprądowe kabli powrotnych.

Kryteria doboru - Sieć trakcyjna i obwód powrotny

Kryteria doboru w tym obszarze:

  • Środowisko zewnętrzne - skrzynka na słupie trakcyjnym pracuje w −25…+40 °C, przy wietrze do 32 m/s, sadzi i kondensacji; aparatura bez klimatyzacji, obudowa z odprowadzeniem kondensatu, elementy z deklaracją dla niskich temperatur.
  • Zasilanie i sterowanie napędu - silnik z przekładnią, sygnały sterowania i położenia z nastawni przez kable teletechniczne lub światłowód; przekaźniki sterownicze i sygnalizacyjne z pewnym stykiem, zabezpieczenie obwodu silnika odporne na prąd rozruchu.
  • Uzależnienia - otwarcie odłącznika pod prądem niszczy noże; blokada odłącznik–wyłącznik szybki musi być realizowana stykami pomocniczymi, a przy sterowaniu zdalnym - przekaźnikami i programem.
  • Potencjał i przepięcia - skrzynka jest na uszynionym słupie, blisko sieci jezdnej; ograniczniki przepięć obwodów zasilania i sterowania, separacja sygnałów, uziemienie zgodne z uszynieniem grupowym.
  • Kabina sekcyjna - obwody sterownicze zasilane z LPN lub 230/400 V z baterią awaryjną; przekaźniki nadmiarowe i podnapięciowe otwierające wszystkie wyłączniki kabiny; opóźnione załączanie grup wyłączników, aby nie przeciążyć obwodów pomocniczych.
  • Obwód powrotny - w torze prądu powrotnego nie stawia się bezpiecznika: przerwanie toku pod obciążeniem podnosi potencjał szyn i tworzy zagrożenie porażeniowe. Bezpieczniki obejmują obwody pomiarowe i pomocnicze po stronie minusowej, dobierane do prądów zwarciowych. Łączniki i połączenia nie mogą zwiększać rezystancji sieci powrotnej.
  • Ochrona przed prądami błądzącymi - izolacja uszynień w powłoce, uszynianie wiaduktów tylko przez iskiernik lub ogranicznik, nigdy bezpośrednio.

Pytania techniczne

Czym różni się odłącznik sieciowy od sekcyjnego i dlaczego oba mają napęd silnikowy?

Odłącznik sieciowy odłącza zasilacz kablowy od sieci jezdnej, sekcyjny dzieli sieć na odcinki. Oba tworzą tylko widoczną przerwę - nie wyłączają prądu, więc otwiera się je w stanie bezprądowym po zadziałaniu wyłącznika szybkiego. Napęd silnikowy skraca czas przełączeń i pozwala sterować odłącznikami zdalnie z nastawni zasilania odległej o kilkadziesiąt kilometrów.

Po co jest kabina sekcyjna?

Bez niej zwarcie na sieci wyłączałoby cały odcinek między podstacjami - nawet 30 km. Kabina to kontener z szyną zbiorczą i czterema wyłącznikami szybkimi, uzależnionymi od wyłączników podstacji: przy zwarciu otwiera się wyłącznik kabiny i współpracujący wyłącznik podstacji, a bez napięcia zostaje tylko połowa odcinka. Połączenie poprzeczne torów realizuje się wyłącznikiem szybkim dwukierunkowym, zdolnym przerwać prąd płynący w obie strony.

Co to są prądy błądzące i jak się je ogranicza?

Część prądu powrotnego opuszcza szyny i płynie ziemią do podstacji, korodując rury, zbrojenia i konstrukcje; w miejscu poboru prądu szyny mają potencjał dodatni (strefa anodowa), przy podstacji ujemny (strefa katodowa). Ogranicza się je małą rezystancją sieci powrotnej (tok ≤0,2 Ω/km, tor ≤0,5 Ω/km), izolowaniem łączników i uszynień oraz równomiernym obciążeniem podstacji.

Jak działa ogranicznik niskonapięciowy w uszynieniu?

W stanie normalnym izoluje szyny od uszynionej konstrukcji, więc prądy błądzące nie płyną przez słupy i fundamenty. Przy zwarciu doziemnym na konstrukcji przewodzi i zamienia zwarcie doziemne na zwarcie sieć jezdna–szyny, które wyzwala wyłącznik szybki. Starsze iskierniki z płytką mikową przepalały się przy około 100 V.