4.6.1 接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)
接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)是負(fù)載斷路器,通常安裝在支柱托架上。如圖4.48所示,它是由固定觸頭和活動(dòng)觸頭構(gòu)成,可以用電氣方法操縱,也可用一個(gè)拉桿手動(dòng)操作。
接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)隔離或連接接觸網(wǎng)各個(gè)區(qū)段、供電分段或牽引供電線(xiàn)區(qū)段。在一定條件下,隔離開(kāi)關(guān)在工作電流控制下進(jìn)行切換。圖4.48所示的隔離開(kāi)關(guān)可以在標(biāo)稱(chēng)電流下開(kāi)合15個(gè)周次。達(dá)到了這些周次后應(yīng)檢查消弧角間隙,如果嚴(yán)重?zé)龤,則應(yīng)更換。不能用這些開(kāi)關(guān)來(lái)切換短路電流。打開(kāi)的接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)提供了一個(gè)具有一定絕緣能力的可視空氣間隙。
圖4.48 城市公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)中采用的隔離開(kāi)關(guān)
a) 城市公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)中采用的 (西門(mén)子8WL6114) 工作電壓為DC1.5kV或3kV、負(fù)載電流達(dá)2000A的接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān); b)城市公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)中采用的 (西門(mén)子8WL6127) 工作電壓為AC15kV或25kV、負(fù)載電流達(dá)1700A、帶有復(fù)合絕緣子的接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)
在負(fù)載線(xiàn)路上采用帶接地觸頭的設(shè)計(jì)。可選擇將接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)安裝在柱旁的托架上。圖4.49所示的封閉式隔離開(kāi)關(guān)可防止損壞懸掛在上面的導(dǎo)線(xiàn)。
圖4.49 安裝在柱旁托架上的封閉式接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)
4.6.2 絕緣子
4.6.2.1 作用和荷載
絕緣子的作用是把接觸網(wǎng)和電力牽引電源線(xiàn)的通電部件相互分隔并與地分隔開(kāi)。絕緣子承受帶電系統(tǒng)產(chǎn)生的機(jī)械載荷,因此,應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足電氣與機(jī)械要求 (參閱第2.5.2節(jié))。
絕緣子在懸掛和終端位置處僅承受張拉應(yīng)力的同時(shí),它們還要在腕臂上承受壓縮和彎曲荷載。支柱上的柱形絕緣子也承受水平力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。在進(jìn)行絕緣子選擇和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這些應(yīng)力和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件。
4.6.2.2 絕緣材料
陶瓷、玻璃、鑄模樹(shù)脂和帶或不帶聚合涂料的玻璃纖維增強(qiáng)塑料均可用作接觸網(wǎng)絕緣子的絕緣材料。
按照EN 60672-1標(biāo)準(zhǔn),陶瓷絕緣子主要由C120類(lèi)硬陶瓷構(gòu)成,這種陶瓷由陶土、長(zhǎng)石和鋁組成。以前使用的石英陶瓷對(duì)高性能的絕緣子已不適用。陶瓷的質(zhì)量很大程度上取決于均勻性和最佳恒定的礦物成分及其加工工藝,尤其是焙燒的過(guò)程控制。陶瓷用于長(zhǎng)棒式絕緣子、柱形絕緣子和懸式絕緣子。
對(duì)于懸式絕緣子來(lái)說(shuō),預(yù)應(yīng)力玻璃也可用于作絕緣子。采用堿性 (石灰) 硅玻璃,成形后,使其逐漸冷卻。這樣就消除了不希望的內(nèi)部應(yīng)力。
還有采用由環(huán)化脂環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯鑄模樹(shù)脂 (CEP和PUR) [4.15],聚四氟乙烯(特氟隆) 以及硅橡膠 [4.13] 制作的各種結(jié)構(gòu)的塑膠絕緣子。用于室外的塑膠應(yīng)能耐紫外線(xiàn)并在任何氣候條件下保持穩(wěn)定性。
塑膠較之玻璃和陶瓷,其柔性更高,而且尺寸穩(wěn)定性高和緊固件鑄塑的水平高。但是其泄漏電阻較低,使之優(yōu)點(diǎn)被抵消了。
用鑄模樹(shù)脂制成的玻璃纖維加強(qiáng)芯復(fù)合絕緣子和由各種材料如聚四氟乙烯、硅橡膠制作的絕緣子裙邊適應(yīng)高電壓和高機(jī)械荷載。
陶瓷和玻璃絕緣子均是易碎材料,不耐沖擊,而復(fù)合絕緣子不這樣,其抗破壞性好,質(zhì)量輕并易于運(yùn)輸和安裝。
4.6.2.3 設(shè)計(jì)與應(yīng)用
如圖4.50a),對(duì)于陶瓷材質(zhì)的長(zhǎng)棒式絕緣子,絕緣子本體是由上釉 (釉面) 陶瓷材料制成,并在其兩端裝有鑄造連接件。金屬帽和絕緣子本體灌封有鉛銻合金、硅酸鹽或亞硫酸鹽水泥。鉛合金雖富有彈性,但對(duì)熱敏感; 硅酸鹽水泥密封層堅(jiān)硬且耐熱; 亞硫酸鹽水泥雖富有彈性,但不耐熱。長(zhǎng)棒式絕緣子本身適用于大氣污染嚴(yán)重的地區(qū)。
懸式絕緣子由陶瓷或玻璃制成。各個(gè)絕緣帽蓋配有一個(gè)杵頭和一個(gè)帽蓋 (圖4.50b)。各種形狀的絕緣子適用于特定用途和所要求的爬電距離。懸式絕緣子的年度故障率為1×10-5,因此比長(zhǎng)棒式絕緣子約高出10倍 [4.15]。故障中從未出現(xiàn)過(guò)絕緣子串?dāng)嗔训那闆r,因?yàn)橥腩^帽蓋和杵頭維持著受損絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度。懸式絕緣子被污染時(shí),性能要比長(zhǎng)棒式絕緣子差,因此它的爬電距離要比長(zhǎng)棒式絕緣子長(zhǎng)出約10%。在IEC60305標(biāo)準(zhǔn)中,懸式絕緣子已標(biāo)準(zhǔn)化,對(duì)其的檢測(cè)是按IEC60383標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。
圖4.50 絕緣子
a) 帶耳環(huán)的長(zhǎng)棒式絕緣子; b) 懸式絕緣子; c) 復(fù)合絕緣子 (西門(mén)子8WL3078-2A)
柱形絕緣子承受著水平彎曲荷載。圖4.51a) 中所示的帶支撐陶瓷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要用于德國(guó)鐵路的支柱頂部以支撐牽引供電線(xiàn)。
標(biāo)稱(chēng)強(qiáng)度在75kN以下的環(huán)形絕緣子(圖4.51b和c) 和絕緣棒(圖4.51d) 一般用于低電壓。
中部為中性段的兩個(gè)串聯(lián)絕緣子 (如圖4.52所示) 常用于直流系統(tǒng)中。雙重絕緣保護(hù)了作業(yè)人員在帶電系統(tǒng)上工作,防止同時(shí)與帶電及接地部件接觸。絕緣子損壞后,兩個(gè)絕緣子中至少有一個(gè)仍能繼續(xù)工作。
圖4.51 柱形絕緣子、環(huán)形絕緣子和絕緣棒
a)柱形絕緣子,帶支座,用于AC 15kV; b) 環(huán)形絕緣子,用于DC 1.0kV; c) 環(huán)形絕緣子,用于DC 2.4kV; d)絕緣棒,用于DC 1.5kV,帶U形和耳環(huán)形連接件
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