ПОДВЕСНОЙ КОНТАКТНЫЙ ПРОВОД

,: .- :. , . В60М1/13
ПОДВЕСНОЙ КОНТАКТНЫЙ ПРОВОД
Заявляемое техническое решение относится к подвесным контактным проводам, используемым для передачи электрической энергии наземному электрифицированному транспорту.
Известен подвесной контактный провод, выполненный в виде медной токопроводящей жилы, имеющей захватную головку, шейку и основание (ГОСТ 2584-86).
Такой провод на момент монтажа удовлетворяет основным требованиям по электропроводности и прочности, которые предъявляются к нему согласно ГОСТу. Однако в процессе эксплуатации контактный провод подвергается как электрическим, так и механическим нагрузкам.
Действие электрических нагрузок (перегрузки, всплеск тока, короткие замыкания) приводят к нагреву всего контактного провода и уже при 100°С наблюдается разупрочнение медной жилы, а при 180-200°С происходит рекристаллизация меди с потерей наклепа и провод становится мягким, тягучим и непригодным для эксплуатации из-за большого провисания.
Механические растягивающие нагрузки возникают от действия собственной массы провода и зависят от длины пролета подвески провода, температурных удлинений при смене температуры окружающей среды, от действия гололеда и ветра.
Механические ударные и истирающие нагрузки возникают от действия на основание провода токоприемников, установленных на транспортном средстве.
Действие механических нагрузок на провод увеличивает провисание провода, что ухудшает токосъем.
Для уменьшения провисания провода уменьшают длину пролета, что ведет к усложнению и удорожанию системы электроподачи, или увеличивают силу натяжения провода, что приводит к возникновению растягивающих усилий, превышающих предел текучести меди, и преждевременному разрушению провода.
Для уменьшения влияния на провод всех перечисленных выше тепловых и механических воздействий, жила медного контактного провода имеет значительно большее сечение, чем это необходимо для обеспечения нормальной работы наземного электрифицированного транспорта. Тем не менее, медный контактный провод при 30% износе его основания, сохраняя необходимую для работы электропроводность, становится непригодным для работы из-за потери своей механической прочности.
Таким образом, известный подвесной контактный провод с медной токопроводящей жилой не обладает высокой эксплуатационной прочностью, имеет малый срок службы и его использование приводит к нерациональному расходу дорогой электротехнической меди.
30.04.89г.), содержащий токопроводящую жилу из цветного металла (меди), имеющую захватную головку, шейку и основание, и расположенный внутри жилы армирующий элемент, причем армирующий элемент выполнен из полимерного материала с поперечным сечением, подобным сечению токопроводящей жилы, и с площадью S  60% общей площади провода.
Армирующий элемент равномерно размещен в захватной головке, шейке и основании жилы. Наличие в проводе полимерного армирующего элемента уменьшает расход цветных металлов (меди) и увеличивает прочность провода на разрыв.
Однако наличие полимерного армирующего элемента, хотя и позволяет снизить расход меди при изготовлении контактного провода, одновременно снижает и его надежность при тепловых нагрузках, что не позволяет использовать его на скоростных пассажирских трассах, где идет больщая электрическая нагрузка на провод с повыщенным выделением тепла. Даже при нормальной эксплуатации контактного провода его локальные участки могут нагреваться до 100°С и выше, а температура окружающей среды может колебаться от -50°С до + . То есть провод эксплуатируется при больших перепадах температур, достигающих 150°С и более, что ведет к преждевременному старению полимерного армирующего элемента, разрущению его структуры, и, как следствие, к разупрочнению провода, его большому провисанию и поэтому, даже при небольшом (менее 30%) износе нижней части основания жилы, называемой зоной активного износа, которая
контактирует с токосъемником, провод становится непригодным для эксплуатации и подлежит замене.
Таким образом, конструкция известного контактного провода с полимерным армирующим элементом имеет ограничения по своему применению и может быть применена только в слабонагруженных сетях и при отсутствии в окружающей среде больщих перепадов температур.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному подвесному контактному проводу является контактный провод, описанный в книге Афанасьева А.С. «Контактные и кабельные сети трамваев и троллейбусов, М., Транспорт, 1979г., стр. 20.
Данный провод выполнен в виде токопроводящей жилы из цветного металла (меди), имеющей захватную головку, щейку и основание, и расположенный внутри жилы стальной армирующий элемент, причем армирующий элемент расположен вертикально в центральной части жилы, захватывая и зону активного износа, и имеет прямоугольное сечение, площадь которого составляет 40 - 50 % от общей площади провода.
Наличие стального армирующего элемента увеличивает прочность провода на разрыв и уменьшает провисание провода при уменьшении его сечения, связанного с истиранием токопроводящей медной жилы в ходе эксплуатации.
Однако, при износе нижней части основания жилы уменьщается площадь зоны активного износа основания жилы и происходит выход наружу стального армирующего элемента, что приводит к искрению при
токосъеме, повреждению токосъемников и дальнейшему ускоренному повреждению провода и, следовательно, к его замене.
Кроме того, в острых углах стального прямоугольного армирующего элемента создаются узлы напряженности, что может привести к преждевременному разрушению провода и необходимости его замены.
Наличие в проводе стального армируюш,его элемента, объем которого составляет 40-50%, значительно увеличивает жесткость провода, что не позволяет сматывать его в рулон или на барабаны. Поэтому такой контактный провод выпускают мерными отрезками, которые при монтаже сваривают между собой, что увеличивает количество стыков по всей длине электрической линии и приводит к снижению прочности и надежности в местах стыка, а также к повышению электрического сопротивления.
Кроме того, при контакте медной жилы со стальным (железным) армируюш,им элементом может образовываться гальваническая пара, приводящая к электрокоррозии металлов, то есть к внутреннему разрушению провода, уменьшению его электропроводности и прочности и к необходимости его замены.
Технической задачей при создании заявляемого подвесного контактного провода является увеличение срока его эксплуатации за счет увеличения допустимой величины истирания основания жилы, повышение надежности при эксплуатации за счет уменьшения стыковых соединений, устранения явления электрокоррозии и обеспечения надежного соединения токопроводящей жилы с армирующим элементом.
Для достижения поставленной задачи в заявляемом подвесном контактном проводе, который выполнен в виде токопроводящей жилы из цветного металла, имеющей захватную головку, шейку и основание, и расположенного внутри жилы стального армирующего элемента, согласно полезной модели, армирующий элемент расположен в шейке токопроводящей жилы выше зоны активного износа основания жилы.
Кроме того, стальной армирующий элемент может иметь, как минимум, один слой коррозионностойкого покрытия, например, из никеля и/или меди, круглое сечение и рифленую поверхность.
Расположение стального армирующего элемента в шейке токопроводящей жилы выше зоны активного износа основания жилы позволяет увеличить срок службы провода и даже при 30% износа его основания не снимать провод с эксплуатации, так как при естественном в ходе работы износе провода с токосъемниками контактирует только медная поверхность основания жилы, стальной же армирующий элемент, сохраняя прочность провода в пределах нормативного даже при износе медного основания более чем на 30%, не оголяется, а значит, не подвергается коррозии при контакте с внешней средой и не создает дополнительных искрений и разрушений токосъемников и самого провода.
Коррозионностойкое покрытие стального армирующего элемента позволяет избежать образования сильных гальванических пар, таких как сталь-медь, и исключить возможность возникновения между медной жилой и
службы провода. Коррозионностойкое покрытие может быть однослойпым, например никелевым или медным, а может быть и многослойным, например, никель-медь, никель-медь-никель, медь-никель-медь-никель и т.д. Такие покрытия, контактируя с металлом токопроводящей жилы, увеличивают диффузионное сцепление между жилой и армирующим элементом.
Использование стального армирующего элемента с круглым сечением позволяет избежать узлов напряженности внутри жилы, что также продлевает срок службы провода. Кроме того, использование круглого армирующего элемента, расположенного в щейке жилы, уменьшает жесткость провода при сохранении требуемой прочности на разрыв, что позволяет выпускать провод не мерными отрезками, а необходимой строительной длины, то есть сокращается количество стыков при монтаже провода.
Выполнение наружной поверхности стального армирующего элемента рифленой, обеспечивает надежное сцепление между армирующим элементом и токопроводящей жилой, то есть улучщается качество провода, а, следовательно, и увеличивает срок его службы.
При проведении поиска по источникам патентной и научнотехнической информации не было обнаружено рещений, содержащих совокупность предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна.
Медная жила имеет захватную головку 1, шейку 2 и основание 3. Стальной рифленый (рифление на чертеже не показано) армирующий элемент 4, покрытый слоем 5 никеля толщиной от 1 до 10 микрон и слоем 6 меди толщиной от 1 до 10 микрон, расположен в шейке 2 выше зоны активного износа 7. Диаметр сечения стального армирующего элемента 4 выбран в пределах 0,5-г7,0% общей площади сечения провода.
В другом исполнении армирующий элемент 4 может быть покрыт только слоем 5 никеля, или слоем 6 меди, или несколькими чередующимися слоями 5 и 6 никеля и меди, или другим коррозионностойким покрытием.
Контактный провод работает следующим образом.
При подключении контактного провода к электрической сети по нему протекает ток, а так как электрическое сопротивление никелевого слоя 5 и медного слоя 6 меньще электрического сопротивления стального элемента 4, то ток течет как по медной жиле , так и по никелевому слою 5 и медному слою 6. При протекании тока медная жила и стальной элемент 4 нагреваются, но, так как линейный коэффициент температурного расширения стального элемента 4 меньще, чем у медной жилы , то провод не растягивается и его провисание остается в пределах нормы. Это объясняется тем, что медь, как всякое тело при нагревании, увеличивает свой объем, но при наличии рифленого армирующего элемента 4, который ограничивает ее осевое продольное перемещение, увеличение объема меди идет только в радиальном направлении.
Токосъемники (на чертеже не показаны), установленные на транспортных средствах, скользят по проводу и истирают его медное основание 3, площадь зоны 7 активного износа уменьшается, и провод становится менее жестким, но провисание провода остается в пределах нормы благодаря армирующему действию стального элемента 4.
Использование предлагаемого подвесного контактного провода позволяет увеличить срок его службы за счет возможного использования провода с износом токопроводящей поверхности основания жилы до 80% с сохранением качественного токосъема. Благодаря армирующему действию стального круглого элемента возможно использование в контактных сетях проводов меньшего сечения, то есть рационально расходовать электротехническую медь.