14 Montowanie sieci i urządzeń podstacji trakcyjnych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Grzegorz Śmigielski

Montowanie sieci i urządzeń podstacji trakcyjnych
311[47].Z3.01

Poradnik dla ucznia

Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
mgr inż. Krzysztof Bartosik
mgr inż. Marcin Januszewski

Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Grzegorz Śmigielski

Konsultacja:
mgr inż. Gabriela Poloczek

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[47]Z3.01.
„Montowanie sieci i urządzeń podstacji trakcyjnych”, zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu technik elektroenergetyk transportu szynowego.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1. Sieci elektroenergetyczne

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Budowa sieci trakcyjnej

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Kompensacja i podziały trakcji

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Budowa podstacji trakcyjnych

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i umiejętności z zakresu

montowania sieci i urządzeń podstacji trakcyjnych.

W poradniku znajdziesz:

−

wymagania wstępne, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane,
aby bez problemów opanować treści nauczania w ramach jednostki modułowej
„Montowanie sieci i urządzeń podstacji trakcyjnych” 311[47].Z3.01,

−

cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś nabyć podczas zajęć
w ramach tej jednostki modułowej,

−

materiał nauczania, czyli niezbędne minimum wiadomości teoretycznych, wymaganych
do opanowania treści jednostki modułowej,

−

zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy już opanowałeś wymagane treści nauczania,

−

wiczenia, podczas których będziesz doskonalił umiejętności praktyczne w oparciu

o wiedzę teoretyczną, zaczerpniętą z poradnika i innych źródeł,

−

sprawdzian osiągnięć, czyli przykładowy zestaw zadań i pytań; pozytywny wynik
sprawdzianu potwierdzi, że dobrze wykorzystałeś zajęcia i uzyskałeś niezbędną wiedzę
i umiejętności z zakresu tej jednostki modułowej,

−

wykaz literatury uzupełniającej.
Poradnik zawiera materiał nauczania składający się z 4 rozdziałów:

−

rozdział „Sieci elektroenergetyczne”, pomoże Ci się zapoznać z terminologią oraz
budową linii zasilających tabor szynowy,

−

rozdział „Budowa sieci trakcyjnej” prezentuje metody budowy i montażu trakcji,

−

rozdział „Kompensacja i podziały trakcji” opisuje zadania jakie realizują podstacje oraz
sprzęt na nich zainstalowany,

−

rozdział „Budowa podstacji trakcyjnych”, ma Ci pomóc w zapoznaniu się z organizacją
stanowisk przy budowie i eksploatacji trakcji i podstacji.

Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub

instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność.
Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki modułowej.

Przed przystąpieniem do obsługi maszyn i urządzeń powinieneś zapoznać się

z instrukcjami obsługi. W trakcie wykonywania ćwiczeń zwracaj uwagę na zagrożenia jakie
mogą powstać w trakcie obsługi maszyn i urządzeń. W celu zminimalizowania zagrożeń
zawsze przestrzegaj zasad bezpiecznej eksploatacji oraz stosuj środki ochronne określone
w stanowiskowych instrukcjach BHP.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

311[47].Z3

Montaż i eksploatacja sieci zasilających

i podstacji trakcyjnych

311[47].Z3.01

Montowanie sieci i urządzeń

podstacji trakcyjnych

311[47].Z3.02

Eksploatowanie podstacji

trakcyjnych i kabin sekcyjnych

311[47].Z3.03

Eksploatowanie systemów

zasilania taboru szynowego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

stosować przepisy prawne dotyczące pracownika i pracodawcy w zakresie
bezpieczeństwa i higieny pracy,

−

stosować podstawowe zasady higieny i fizjologii pracy,

−

organizować bezpieczne i ergonomiczne stanowisko pracy,

−

dokonać oceny ryzyka zawodowego na stanowisku pracy,

−

dobrać i stosować odzież ochronną oraz środki ochrony indywidualnej w zależności od
wykonywanych prac,

−

stosować procedury udzielania pierwszej pomocy w stanach zagrożenia zdrowia i życia,

−

stosować zasady ochrony środowiska,

−

korzystać z Polskich Norm, Kodeksu pracy oraz rozporządzeń dotyczących
bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony środowiska,

−

użytkować komputer,

−

stosować jednostki SI.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

zorganizować stanowisko pracy,

−

zastosować narzędzia ręczne z napędem elektrycznym i pneumatycznym stosowane do
obróbki skrawaniem,

−

dobrać przyrządy pomiarowe,

−

wykonać trasowanie na płaszczyźnie,

−

wykonać wyrób z wykorzystaniem operacji cięcia i przecinania, gięcia i prostowania,

−

wykonać wyrób z wykorzystaniem operacji piłowania,

−

wykonać wyrób z wykorzystaniem operacji wiercenia, rozwiercania, pogłębiania,
gwintowania,

−

wykonać wyrób z wykorzystaniem operacji toczenia, frezowania,

−

przygotować do montażu elementy konstrukcji stalowej stosując szlifowanie na szlifierce
ostrzałce i szlifierce kątowej,

−

wykonać pomiary i sprawdzenie wykonanego wyrobu,

−

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej
i ochrony środowiska podczas wykonywania pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Sieci elektroenergetyczne

4.1.1. Materiał nauczania

Sieć elektroenergetyczna jest to zbiór przewodów elektrycznych i urządzeń powiązanych

pod względem funkcjonalnym i połączonych elektrycznie, przeznaczonych do przesyłania,
przetwarzania i rozdzielania na określonym terytorium wytworzonej w elektrowniach energii
elektrycznej oraz do zasilania nią odbiorników.

Elektryczna sieć trakcyjna jest to zespół urządzeń umożliwiających dostarczanie energii

elektrycznej do pojazdów poruszanych silnikami elektrycznymi. Do tych urządzeń zaliczamy:
przewody trakcyjne, słupy trakcyjne, elektryczne podstacje zasilające, także kabiny sekcyjne,
tory, trzecią szynę która zastępuje sieć napowietrzną.

W zależności od potrzeb możemy sieci elektroenergetyczne sklasyfikować według wielu

kryteriów np. według wartości przyłożonych napięć:

−

sieć niskiego napięcia (do 1 kV),

−

sieć średniego napięcia (od 1 kV do 100 kV),

−

sieć wysokiego napięcia (powyżej 100 kV).
Inną często występującą klasyfikacją jest podział sieci elektroenergetycznych na sposób

prowadzenia przewodów zasilających:

−

linie elektroenergetyczne napowietrzne, w których izolację przewodów stanowi powietrze
atmosferyczne. Stanowią one większość wśród linii przesyłowych. Sposób prowadzenia
linii przez różne tereny naraża je na czynniki klimatyczne i topograficzne,

−

linie elektroenergetyczne kablowe są to takie linie w których elementem przewodzącym
jest kabel wielożyłowy lub wiązka kabli jednożyłowych wraz z osprzętem kablowym,
ułożone na wspólnej trasie i łączących zaciski tych samych dwóch urządzeń
elektrycznych.

Linie kablowe

Linie kablowe do przesyłanie energii stosuje się na terenach gęsto zabudowanych

i w obrębie dużych miast i zakładów przemysłowych. Przy wyborze trasy linii kablowej
należy kierować się następującymi zasadami

−

linia kablowa powinna być możliwie najkrótsza ponieważ jej długość wpływa na koszt
inwestycji,

−

należy unikać skrzyżowań i zbliżeń do innych obiektów podziemnych i naziemnych,
a gdy to jest nieuniknione należy stosować specjalne osłony (co pociąga za sobą dalsze
zwiększenie kosztów,

−

linie kablowe w terenach bardzo rozbudowanych należy prowadzić tak, aby uniknąć
przebudowy tego terenu i uzbrojenia,

−

należy unikać terenów o wysokiej agresywności chemicznej gruntu, a w przypadku kiedy
jest to niemożliwe należy stosować odpowiednie typy kabli i osprzętu,

−

w terenach otwartych lub trudno dostępnych trzeba mieć na uwadze warunki związane
z dowozem materiału w czasie układania oraz dostępem w czasie eksploatacji,

−

wyznaczając lub projektując trasę linii kablowej należy mieć na uwadze przyszłą
zabudowę terenu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kable na zewnątrz pomieszczeń układa się najczęściej bezpośrednio w ziemi.

Przy układaniu kabla w ziemi wymagane jest wykonanie wykopów, których szerokość zależy
od liczby równolegle układanych kabli, a głębokość od najwyższej wartości znamionowej
pośród wszystkich kabli. Zaleca się układanie kabli na gruncie piaszczystym i dlatego
w przypadku wszystkich innych gruntów powinno się usypać 10 cm warstwę piasku pod
kablem (podsypka piaskowa) oraz 15 cm warstwę przykrywającą kabel. Układanie kabla
w piasku zapewnia dobre warunki chłodzenia oraz zapobiega zniekształceniu w wyniku
niewielkich ruchów gruntów. Dodatkowa funkcja pisaku to ochrona przed związkami
chemicznymi zawartymi w wodach gruntowych. W celu oznaczenie trasy kablowej
i wykonanie dodatkowej ochrony należy zastosować folie z tworzywa sztucznego w kolorze
niebieskim w przypadku kabli o napięciu znamionowym do l kV, w kolorze czerwonym
w przypadku kabli o napięciu wyższym niż 1 kV. Folia powinna być ułożona około 25 cm nad
kablem. Kable zakopuje się na co najmniej na następujących głębokościach:

−

50 cm – w przypadku kabli do oświetlenia ulicznego i sygnalizacji ruchu ulicznego
o napięciu znamionowym do l kV, ułożonych pod chodnikiem,

−

70 cm – w przypadku wszystkich pozostałych kabli o napięciu do l kV z wyjątkiem kabli
ułożonych na terenach użytkowych rolnych,

−

80 cm – w przypadku kabli o napięciu z zakresu od l kV do 15 kV, z wyjątkiem kabli
ułożonych w ziemi na użytkach rolnych,

−

90 cm – w przypadku kabli o napięciu do 15 kV ułożonych w ziemi terenach użytkowych
rolnych,

−

100 cm – w przypadku kabli o napięciu znamionowym wyższym niż 15 kV.
W przypadku nie możliwości ułożenia na takich głębokościach zaleca się stosowanie rur

ochronnych lub innych osłon. Kabel układany jest w wykopie w sposób falisty, co pozwala na
skompensowanie przesunięć gruntu. Zmiany kierunków trasy kabla powinny być wykonywane
przy zachowaniu minimalnego promienia zgięcia R

min

, którego wartość zależy od rodzaju

i średnicy kabla d

−

min

= 25

– dla kabli olejowych,

−

min

= 20

– dla kabli jednożyłowych w powłoce ołowianej lub polwinitowej oraz

wielożyłowych, (nie więcej niż cztero żyłowych) w powłoce aluminiowej,

−

min

= 15

– dla kabli wielożyłowych w powłoce ołowianej i kabli wielożyłowych

skręcanych z jednożyłowych,

−

min

= 10

– dla kabli i izolacji z tworzyw sztucznych i kabli sygnalizacyjnych.

Kable ułożone w ziemi powinny być oznaczone i dlatego umieszcza się na nich co 10 m

oznacznik zawierający symbol i numer kabla, oznaczenie kabla, znak użytkownika, znak fazy
(tylko przy kablach jednożyłowych) i rok ułożenia. Ponad to oznaczniki powinny się
znajdować przy mufach, głowicach i skrzynkach.

Równoległe łączenie kabli

W niektórych przypadkach, gdy natężenie prądu jest większe niż obciążalność ułożonych

kabli o największym przekroju, zachodzi konieczność równoległego łączenia kabli. W czasie
realizacji tego typu przedsięwzięcia powinno przestrzegać się następujących zasad:

−

yły kabli powinny być ułożone w miarę możliwości równolegle oraz połączone

odpowiednio ze sobą w sposób trwały i zapewniający jak najlepszy styk (np. poprzez
spawanie),

−

yły elektrycznie połączone ze sobą zabezpiecza się jednym bezpiecznikiem,

−

należy łączyć kable o takich samych lub zbliżonych przekrojach, co pozawala
równomierne obciążenie poszczególnych żył,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

w obliczeniach kable pracujące równolegle traktuje się jak jedną linie kablową
o zwiększonym przekroju,

−

w liniach prądu przemiennego nie należy oddzielnych kabli opancerzonych używać jako
poszczególnych faz, bo grozi to powstaniem dodatkowych prądów w pancerzu
i nadmiernym nagrzewaniem się. Kable należy łączyć tak, aby w każdy z nich stanowił
układ trójfazowy, co pozwala na zniesienie się pól magnetycznych.
Kanał kablowy jest to kanał w ziemi, podłodze, ścianie lub stropie przeznaczony

do układania kabli, nie przystosowany jednak do poruszania się w nim ludzi. Kanał kablowy
zazwyczaj pokryty jest zdejmowanymi płytami. Natomiast tunel kablowy jest
to pomieszczenie przystosowane do układania kabli oraz poruszania się w nim ludzi. Dostęp
do tuneli umożliwiają zamykane wejścia lub włazy na obu końcach oraz w przypadku tuneli
dłuższych – dodatkowe wejścia lub włazy w odstępach nie większych niż 100 m.

Kable umieszczone są na umocowanych na ścianie wspornikach. W celu zapewnienia

lepszych warunków chłodzenia oraz ograniczenia wzajemnych wpływów i szkodliwego
oddziaływanie (szczególnie w stanach awaryjnych) kable ułożone są w pewnych odstępach.
Dopuszcza się stykanie kabli sygnalizacyjnych lub jednożyłowych tworzących ten sam
obwód. Kable nie powinny też stykać się ze ścianami kanału lub tunelu. W płytkich kanałach
kable mogą być układane na dnie, jednak nie w przypadku kiedy może dostać się tam woda
lub utrudni to poruszanie się obsługi. Jeżeli układane kable mają napięcia znamionowe
z różnych poziomów napięć (NN, SN, WN), to powinno się je rozmieszczać po różnych
stronach kanału, a jeżeli to nie możliwe należy zwiększyć odstępy między nimi. Wsporniki na
jakich ułożone są kable powinny być oddalone od siebie o odległości nie większe niż:

−

0,4 m dla kabli w powłoce ołowianej nie opancerzonej, przy pochyleniu trasy do 30º,

−

1,5 m – dla kabli opancerzonych drutami przy pochyleniu do 30º lub dla kabli jak
w pierwszym punkcie przy pochyleniu powyżej 30º,

−

0,8 m – przy poziomych lun pochyłych do 30º dla wszystkich innych kabli.
Kable układane w budynkach nie powinny posiadać zewnętrznej osłony włóknistej.

W zależności od potrzeb można je układać w kanałach podłogowych i ściennych, w kanałach
lub blokach bezpośrednio pod podłogą lub na specjalnie dostosowanych konstrukcjach
nośnych. Dla wnętrz budynków typowe jest układanie kabli po wierzchu lub w uchwytach
odległościowych. W przypadku większej ilości kabli korzystnie jest zastosować drabinki lub
korytka kablowe. Użycie korytek, drabinek lub innych konstrukcji może utrudnić prace
eksploatacyjne związane z montażem muf kablowych.

Częstym przypadkiem jest wprowadzanie do budynków końcówek odcinków linii

kablowych np. w celu połączenia ich ze złączem lub rozdzielnicą. Przy wprowadzeniu kabli
do budynków należy je przepuszczać przez rurę ochronną wmurowaną w ścianę lub
fundament. Średnica rury powinna być co najmniej o 50% większa od zewnętrznej średnicy
kabla.

Połączenie ze sobą odcinków kabla może być zrealizowane tylko za pomocą mufy

kablowej. Zastosowanie tego elementu zapewnia połączenie elektryczne żył roboczych,
powłok metalowych i ekranów, odpowiednią izolacje połączeń oraz ochronne przed wilgocią
i uszkodzeniami mechanicznymi. W przypadku kabli na napięcie 1 kV – kiedy ze względów
ekonomicznych nie wskazane jest użycie muf kablowych – dopuszczalne jest także
stosowanie muf uproszonych (zestawów naprawczych).

Budowa mufy powinna zapewnić odtworzenie każdego elementu kabla, bez utraty jego

podstawowych właściwości. W zależności od zastosowanie rozróżnia się:

−

mufy przelotowe łączące kable tego samego typu,

−

mufy przejściowe, które łączą kable dwóch różnych typów np. kabel o izolacji z tworzy
sztucznych z kablem o izolacji papierowej,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

mufy rozgałęźne, które pozwalają na wykonanie odgałęzień lub przyłączenie
dodatkowego kabla.
Jeżeli to możliwe łączenie kabli powinno się odbywać w studzienkach kablowych.

W obecnie produkowanych mufach wykorzystuje się nowe technologie. Do powszechnie
stosowanych technologii należą technologia termo- i zimno-kurczliwa oraz taśmowo –
ż

ywiczna. Jako elektryczne połączenie żył roboczych w większości używanych muf stosuje

się specjalne złączki. Zamocowanie złączek może odbywać się poprzez zaprasowywanie,
spawanie lub przy użyciu śrub z zrywanymi łbami. Kabel elektryczny powinien zostać
specjalnie przygotowany przed zainstalowaniem mufy – dokładnie według instrukcji
podanych przez producentów. Zaleca się pozostawić zapas kabli po obu stronach mufy,
łącznie nie mniej niż:

−

4 m w przypadku kabli o napięciu 15 – 40 kV,

−

3 m w przypadku kabli o napięciu od l do 10 kV,

−

L m w przypadku kabli do l kV.
Kable energetyczne zazwyczaj zakończone są głowicami kablowymi. Zadaniem głowicy

jest ochrona kabla przed wnikaniem do wewnątrz wilgoci, utraty syciwa oraz zapewnienie
możliwości połączenia z innymi kablami lub urządzeniami. Budowa głowicy zależy
od rodzaju kabla. Inaczej budowane są głowice na kable olejowe, inaczej na kable o izolacji
syntetycznej. Głowica powinna się charakteryzować duża wytrzymałością mechaniczną oraz
elektryczną, małą wrażliwością na wpływy czynników zewnętrznych oraz zapewnieniem
równomiernego rozkładu pola elektrycznego.

Głowice na kable o izolacji papierowej nasączonej olejem mają stosunkowo złożoną

budowę. Dosyć kłopotliwe jest okresowe uzupełnianie oleju lub innego syciwa, które wnika
w głąb kabla w czasie eksploatacji. O wiele łatwiejsze w użytkowaniu są głowice na kable
z izolacją z tworzyw sztucznych. Nowoczesne technologie pozwalają na zwiększenie
trwałości i wytrzymałości tego typu głowic oraz uzyskania efektu samooczyszczania. Wpływ
czynników zewnętrznych oraz gromadzenie się zanieczyszczeń na powierzchni zewnętrznej
głowicy znacznie zmniejsza wytrzymałość elektryczną głowicy i powstaje niebezpieczeństwo
powstanie wyładowań ślizgowych.

yły kabli są zakończone końcówkami. W zależności od potrzeb końcówki mogą być

zaprasowywane, spawane lub ze specjalnymi śrubami. Szczególnie praktyczne są końcówki
ze śrubami, których łeb urywa się po przyłożeniu ściśle określonej siły. Głowice obecnie
produkowane są dzielone na głowice wnętrzowe oraz głowice napowietrzne. Głowice
instalowane na przestrzeniach otwartych charakteryzują się lepszymi parametrami i bardziej
złożoną budową.

Oznaczenia kabli

Kable oznaczane są symbolem literowym, który pozwala na określenie ich budowy

i właściwości oraz symbole cyfrowym, który podaje napięcie znamionowe, liczbę żył i ich
przekrój.

Kable są to przewody elektryczne o złożonej budowie i posiadające więcej elementów

składowych niż typowe przewody. Wszystkie kable składają się z następujących elementów:

−

ył roboczych,

−

izolacji,

−

wypełnienia,

−

szczelnej powłoki,

−

ekranu lub żyły powrotnej,

−

osłony powłoki,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

pancerza,

−

osłony zewnętrznej (obwoju).
W zależności od przeznaczenia oraz warunków pracy kabli, poszczególne elementy mogą

być pominięte lub dodatkowo rozbudowane.

yły kabli mogą być wykonane z miedzi lub aluminium. Przekrój pojedynczej żyły może

być okrągły lub sektorowy. W przypadku żył o kształcie okrągłym spotyka się wykonane
z jednolitego materiału lub złożone z wielu drutów. śyły sektorowe stosuje się najczęściej
w kablach wielożyłowych o przekroju nie przekraczającym 10 mm

na napięcie do 6 kV.

W przypadku wyższych napięć stosuje się żyły okrągłe.

W kablach niskiego i średniego napięcia izolacja wykonywana jest najczęściej z tworzyw

sztucznych (polwinit, polietylen lub guma). W starszych lub specjalnych zastosowaniach
można spotkać kable z izolacji papierowej nasyconej olejem. W kablach na napięcie powyżej
20 kV oprócz wcześniej wymienionych rodzajów izolacji stosuje się olej lub gaz
wprowadzany do izolacji pod ciśnieniem. Kable wielożyłowe na napięcie do 10 kV
wykonywane są z izolacją rdzeniową, gdzie oprócz izolacji żył, nawinięta jest dodatkowa
warstwa izolująca rdzeń. Kable ekranowane stosuje się na napięcia powyżej 15 kV. Jako
ekran użyta jest cienka warstwa taśmy metalizowanej lub folii aluminiowej, która zapewnia
równomierny rozkład pola elektrycznego wewnątrz kabla. Sterowanie polem elektrycznym
pozwala na uniknięcie miejscowego zwiększenia natężenia pola, co z kolei może
spowodować przebicie kabla. Można także spotkać kable trójpłaszczowe, gdzie każda żyła ma
własną powłokę ołowianą spełniającą funkcje ekranu.

Zadaniem wypełniacza jest wypełnienie szczeliny między izolacją żył a powłoką.

Pozwala to na zwiększenie wytrzymałości mechanicznej i elektrycznej kabla.

yłę powrotną można znaleźć w kablach jednożyłowych na napięcie powyżej 15 kV. Jest

to najczęściej warstwa z taśmy miedzianej lub drutów. W przypadku powstania zwarć
w kablu, żyła ta może przewodzić prąd zwarciowy.

Uszczelnienie kabla oraz zapobieganie dostawanie się do wewnątrz wilgoci lub –

w przypadku kabli olejowych – wycieku oleju lub powstawania pęcherzyków powietrza to
zadania powłoki. Powłoka kabla wykonywana jest z ołowiu, aluminium lub tworzyw
sztucznych. Dodatkową funkcją powłoki jest też wyrównanie natężenia pole elektrycznego
w izolacji.

Pancerz kabla stanowi podstawową ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi.

W najbardziej powszechnie spotykanym rozwiązaniu jest on wykonywany w postaci obwoju
z taśm stalowych lub drutów.

Osłona powłoki oraz osłona zewnętrzna wykonywane jest materiałów włóknistych

smołowanych (juty) lub polwinitu. Zadaniem osłony zewnętrznej jest ochrona pancerza przed
korozją. Poszczególne litery symbolu oznaczają:

−

K – kabel o żyłach miedzianych o izolacji i powłoce papierowej,

−

Y – umieszczone przed K oznacza powłokę polietylenową, a po K izolację polwinitową,

−

YKY – kabel elektroenergetyczny z żyłami miedzianymi o izolacji i powłoce z polwinitu,

−

A – umieszczone przed literą K oznacza kabel z żyłami wykonanymi z aluminium,
umieszczone na końcu symbolu literowego oznacza zewnętrzną osłonę z materiału
włóknistego,

−

YKG – kabel elektroenergetyczny z żyłami miedzianymi o izolacji z polwinitu i powłoce
z ołowiu,

−

X – na zasadach analogicznych do Y oznacza odpowiednio powłokę lub izolację
polwinitową,

−

Al – umieszczone przed K oznacza powłokę aluminiową,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

S – umieszczone po X oznacza izolację z polietylenu usieciowanego,

−

Ft – pancerz z taśm stalowych,

−

Fp – pancerz z drutów stalowych płaskich,

−

Fo – pancerz z drutów stalowych okrągłych,

−

Ap – pancerz z drutów aluminiowych płaskich,

−

y – umieszczone na końcu symbolu literowego oznacza osłonę polwinitową
na opancerzeniu,

−

k – osłona z taśm polwinitowych,

−

H – umiejscowiony przed literą K lub AK oznacza kabel o żyłach ekranowanych,

−

c – umieszczone po X oznacza izolację z polietylenu ciepłoodpornego, a po Y oznacza
powłokę z polwinitu ciepłoodpornego,

−

n – kabel z syciwem nie ściekającym,

−

3 – umieszczone przed literą H oznacza kabel trójpłaszczowy,

−

o – umieszczone na końcu symbolu oznacza żyłę ochronną,

−

p – umieszczone na końcu symbolu oznacza kabel z żyłami probierczymi,

−

T – na końcu symbolu kabel przeznaczony do pracy w warunkach tropikalnych.
Przykłady oznaczeń niektórych kabli elektroenergetycznych:

−

AK – kabel z żyłami aluminiowymi goły (bez pancerza, osłony i izolacji),

−

YKYFpy 1 kV 4x120 mm

– kabel miedziany o izolacji i powłoce polwinitowej,

z pancerzem z płaskich drutów stalowych, zewnętrzna osłona polwinitowa, na napięcie
1 kV posiadający cztery żyły robocze o przekroju 120 mm

3HAKFtA 15 kV 3x240 mm

– kabel trójpłaszczowy, ekranowany o żyłach roboczych

z aluminium i izolacji papierowej nasyconej olejem, powłoce z ołowiu i pancerzu z taśm
stalowych z zewnętrzną osłoną włóknistą na napięcie 15 kV, trzyżyłowy o przekroju
pojedynczej żyły 240 mm

Linie napowietrzne

W liniach napowietrznych przewody umieszczane są na słupach, a w niektórych

przypadkach – tylko linie niskonapięciowe – można je także znaleźć na specjalnych
konstrukcjach wsporczych przymocowanych do ścian budynków, mostów lub innych
obiektów budowlanych. Odcinek linii pomiędzy dwoma sąsiednimi słupami lub wspornikami
określa się jako przęsło, a odległość pomiędzy osiami słupów jako rozpiętość przęsła.

Pionowa odległość f między prostą, a przewodem zmierzona w połowie rozpiętości

przęsła określana jest mianem zwisu przewodu. Odległość h przewodów od ziemi oraz
obiektów, które linia krzyżuje, jest w pewnym sensie zależne od wartości zwisu. Im większy
jest zwis tym odległość ta jest mniejsza. Na etapie projektowania linii napowietrznych
uwzględnia się największy możliwy zwis przewodu, którego wartość jest podawana
w odpowiednich przepisach – zależna od napięcia znamionowego oraz typ linii. Naprężenie
zawieszonego przewodu nie jest wartością stałą, ale zmienia się wraz z temperaturą. Wraz
z obniżaniem się temperatury otoczenia długość przewodu malej i wzrasta jego naprężenie
Zmianom wartości naprężenia towarzyszy zmian zwisu przewodu i w danym przęśle
wielkości te są ściśle powiązane – wystarczy wyregulować jedną z nich, a zarazem ustalić
drugą. Największy zwis przewodu możliwy jest w dwóch następujących przypadkach:

−

przy największej spodziewanej temperaturze otoczenia, kiedy na skutek rozszerzania się
materiału z jakiego wykonany jest przewód, wydłużenie jest największe,

−

przy temperaturze –5ºC, kiedy przewód obciążony jest sadzią. Sadź jest to osad śnieżny
lub lodowy, który osadza się w postacie oddzielnych ziarenek lub kryształów wskutek
bardzo szybkiego zamarzania kropelek wody. Wyjątkowo duże oblodzenie może
spowodować naprężenie w przewodzie, które określa się jako naprężenie katastrofalne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zwis powinien być możliwie mały, co jest korzystne ze względów ekonomiczny –

pozwala to na zastosowanie niższych i tańszych słupów. Rozpiętość przęsła dobierana jest
przez projektantów tak, aby koszt linii był jak najmniejsze. Przy zwiększonej rozpiętości
przęseł maleje liczba słupów oraz niezbędnego osprzętu, ale za to trzeba stosować słupy
wyższe i zdolne przenosić większe siły. Rozwiązaniem, które pozwala na obniżenie kosztów
linii jest zastosowanie kilku rodzajów słupów o różnej budowie i zastosowaniu.

Słupy linii napowietrznej można podzielić na dwie podstawowe grupy: słupy przelotowe

oraz tzw. słupy mocne. Do pierwszej grupie znajdują się słupy przelotowe, skrzyżowaniowe
oraz narożne. Zadaniem tego typów słupów jest podtrzymywanie przewodów. Charakteryzują
się one lekką konstrukcją i nie wytrzymałe są na naciąg przewodów. Na słupy przelotowe
działają siły pionowe, pochodzące od ciężaru przewodu i ewentualnie sadzi oraz siły
wynikające z oddziaływań wiatru na słupy i zawieszone przewody. Słupy narożne narażone
są na działanie sił z obu stron słupa, ale kąt załomu są niewielkie i dlatego wartość
wypadkowa tej siły nie jest duża. Do słupów mocnych zalicza się słupy odporowe, odporowo-
narożne oraz krańcowe. Słupy te charakteryzują się mocniejszą konstrukcją niż słupy
przelotowe, dzięki czemu dostosowane są do pracy przy działaniu znacznych sił naciągowych.

Słupy tego typu są prawie zawsze wyposażone w zawieszenia odciągowe. Pojedyncza

sekcja odciągowa składa się ze słupów odporowych na obu końcach sekcji oraz słupów
przelotowych w środku. W miejscach załomu linii umieszcza się słupy odporowo-narożne.
Słupy krańcowe przystosowane są do wytrzymywania całkowicie jednostronnego naciągu
przewodów i dlatego umieszcza się je na początki i końcu linii.

Innym sposobem podziału słupów jest podział ze względu na materiał z jakiego zostały

one wykonane:

−

słupy drewniane nie są obecnie stosowane ze względu na nietrwałości i trudności
konstrukcyjne. Ich trwałość wynosi około 15

25 lat i dlatego nie używa się ich przy

budowie nowych linii. Dużym problemem w eksploatacji jest gnicie słupa, pomimo,
ż

e drewno z których je wykonano, było zazwyczaj impregnowane,

−

słupy betonowe całkowicie zastąpiły słupy drewniane. Słupy tego typu są często
stosowane w liniach niskiego napięcia. Słupy te wykonywane są z betonu, najczęściej
zbrojonego prętami stalowymi. Oba materiały wykazują dobrą przyczepność do siebie
oraz mają zbliżone wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej co znacznie polepsza
właściwości słupów. W celu zwiększenia jakości słupów mieszankę betonową podaje się
drganiom o dużej częstotliwości (słupy wibrowane) lub zagęszcza się mieszankę
wprawiając ją w szybki ruch obrotowy, co pozwala na uzyskanie słupa o przekroju
pierścieniowym (słupy wirowane). Słupy betonowe mogą być umieszczane bezpośrednio
w ziemi (przy zachowaniu odpowiedniej głębokości i zabezpieczeniu przed chemicznym
wpływem otoczenia) lub przy użyciu płyt i belek ustojowych albo fundamentów,

−

słupy stalowe stosowane są głownie w liniach wysokiego napięcia. Mają one postać
kratownic wykonanych z stalowych kształtowników. Słupy są transportowane w formie
drobnych elementów i montowane dopiero na stanowisku w miejscu ustawienia.
Poszczególne kształtowniki łączone są za pomocą śrub lub poprzez spawanie. Słup, który
pozornie jest nieruchomy, narażony jest na drgania i dlatego użyte śruby powinny być
zabezpieczone przed odkręcaniem. Naciski na grunt nie mogą przekraczać
dopuszczalnych wartości i dlatego słupy tego typu umieszczane są na fundamentach
o znacznych rozmiarach. Dla ochrony przed korozją słupy stalowe powinny być
malowane lub cynkowane (co wyklucza stosowanie połączeń spawanych).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Izolatory można scharakteryzować za pomocą następujących parametrów:

−

napięcie znamionowe [kV] – napięcie na jakie dany izolator został wykonany i może
pracować w określonych warunkach długotrwale,

−

długość drogi upływu [mm] – najkrótsza możliwa odległość pomiędzy okuciami izolatora
mierzona po jego powierzchni,

−

napięcie przeskoku na sucho lub pod deszczem [kV] – wartość skuteczna napięcia
o częstotliwości 50 Hz w czasie próby na sucho lub w warunkach imitujących opady
atmosferyczne, przy którym następuje przeskok na izolatorze,

−

napięcie przeskoku udarowe na sucho lub pod deszczem [kV] – wartość szczytowa
napięcia o częstotliwości 50 Hz przy którym następuje przeskok na izolatorze,

−

napięcie przebicia [kV] – wartość skuteczna napięcia na sucho lub pod deszczem, przy
którym następuje przebicie izolatora,

−

napięcie przebicia udarowe [kV] – wartość szczytowa napięcia na sucho lub pod
deszczem, przy którym następuje przebicie izolatora,

−

napięcie probiercze [kV] – napięcie przemienne i udarowe, którymi bada się izolatory
w czasie prób,

−

obciążenie probiercze [kN] – wartości obciążeń mechanicznych, które stosowane są
w czasie prób izolatorów,

−

napięcie wytrzymywane [kV] – największa wartość napięcia przy której nie występuje
jeszcze przeskok ani przebicie izolatora,

−

wytrzymałość mechaniczna [kN] – największa wartość sił mechanicznych, które działając
na izolator nie spowodują jego uszkodzenia,

−

wytrzymałość elektromechaniczna [kN] – wartość obciążenie mechanicznego
na rozciąganie przy równoczesnym przyłożeniu napięcia probierczego (dotyczy głównie
izolatorów kołpakowych).
Głównymi parametrami na jakie dobiera się izolator są wytrzymałość elektryczna,

warunki zabrudzeniowe oraz wytrzymałość mechaniczna. Dobór izolatorów ze względu na
warunki zabrudzeniowe odbywa się poprzez wyznaczenie drogi upływu lub charakterystyki
zabrudzeniowej.

Dokładane

wytyczne

odnośnie

dobory

izolatorów

opisane

są

w obowiązujących normach.

Ze względu na napięcie znamionowe linie napowietrzne można podzielić na:

−

linie 400/230 V (380/220 V) linie niskiego napięcia nie przekraczające kilkuset metrów.
Stosowane są głównie do zasilania budynków mieszkalnych i innych drobnych odbiorców
energii,

−

linie 15 kV, 20 kV i 30 kV linie wchodzące w skład sieci rozdzielczych zasilających
obszary wiejskie, osiedla miejskie lub mniejsze miasta oraz zakłady przemysłowe
ś

redniej wielkości. Ich długość, w zasadzie nie powinna przekraczać kilkunastu

kilometrów,

−

linie 110 kV – linie zasilające większe miasta oraz duże zakłady przemysłowe,
wykorzystywane są do przesyłu i rozdziału energii elektrycznej, ich długość zazwyczaj
nie jest większa niż kilkadziesiąt kilometrów.

−

linie 220 kV i 400 kV linie przesyłowe na terenie całego kraju. W powiązaniu ze stacjami
tworzą rozległy system elektroenergetyczny. Łączą ze sobą większe elektrownie i punkty
poboru energii. Ich długość zazwyczaj wynosi do kilkuset kilometrów. Za pośrednictwem
linii napowietrznych o takim napięciu znamionowym często sprzęgane są systemy
energetyczne różnych państw. W krajach o dużym obszarze stosowane są linie
napowietrzne o napięciach 500 kV, 700 kV a nawet 1000 kV.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przewody napowietrznych linii elektroenergetycznych muszą cechować się dużą

przewodnością elektryczną (małą rezystancją), odpornością na drgania oraz oddziaływania
atmosferyczne i chemiczne, a także wytrzymałością mechaniczną. Cechy te łączy w sobie
wielodrutowa linka stalowo-aluminiowa AFL i właśnie ona znalazła zastosowanie do budowy
przewodów roboczych linii napowietrznych.

Przewód roboczy składa się więc z linki stalowej stanowiącej jego rdzeń oraz oplotu

z drutów aluminiowych wokół niego. Rdzeń stalowy nadaje przewodom wytrzymałość
mechaniczną, oplot aluminiowy odpowiada za dobre własności elektryczne. Średnice drutów
stalowych w przewodach o przekrojach do 50 mm

są takie same jak drutów aluminiowych,

dla większych przekrojów druty stalowe są cieńsze.

Stosunek przekroju aluminium do przekroju stali w przewodzie AFL jest

znormalizowany i równy 1,25; 1,7; 3; 4; 6; 8; 20. Podobnie znormalizowane są przekroje
samych linek AFL i wynoszą one odpowiednio: 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240,
300, 350, 400, 525 i 675 milimetrów kwadratowych. W oznaczeniu przewodu po symbolu
AFL dodajemy wartość równą stosunkowi przekroju aluminium do stali, a następnie przekrój
linki w milimetrach kwadratowych. Symbol AFL-8 525 mm

oznacza więc, że mamy do

czynienia z linką stalowo-aluminiową o przekroju 525 mm

, w której stosunek przekroju

aluminium do przekroju stali wynosi 8. W przypadku przewodu wiązkowego przed wyżej
podanym oznaczeniem dodajemy liczbę określającą ilość przewodów w wiązce. Typowy
przewód roboczy stosowany w liniach 400 kV w Polsce to 2 x AFL-8 525 mm

Materiały izolacyjne

Rozwój nowych technologii pozwala na budowanie izolatorów z materiałów izolacyjnych

o coraz lepszych właściwościach. Do starszych typów, które nadal są powszechnie używane,
należą izolatory ceramiczne i szklane. W zasadzie nieprzerwanie trwają poszukiwania
materiału, który będzie odporny na warunki atmosferyczne, procesy starzeniowe
i wyładowania na powierzchni izolatora.

Do produkcji izolatorów ceramicznych wykorzystuje się nie tylko klasyczną porcelanę,

ale także porcelanę wzbogacaną chemicznie lub poddawaną w czasie produkcji specjalnym
procesom, których celem jest uzyskanie jak najlepszych parametrów materiału. Elementy
izolacyjne są najczęściej wykonane z porcelany elektrotechnicznej (wszystkie izolatory
niskiego napięcia oraz izolatory wysokonapięciowe o stosunkowo nie wielkiej wytrzymałości
mechanicznej) oraz tworzyw ceramicznych wysokoglinowych (izolatory liniowe długopniowe
i kołpakowe, izolatory wsporcze i niektóre z izolatorów aparatowych). Materiały ceramiczne
charakteryzują się dobrą wytrzymałością elektryczną na przebicie. Wadą izolatorów
ceramicznych jest kruchość i brak elastyczności i dlatego zdarzają się przypadki kiedy zostają
one uszkodzone przez gałęzie drzew lub w wyniku wybryków chuligańskich.

Izolatory szklane należą do (obok izolatorów porcelanowych) grupy najdłużej

stosowanych izolatorów. Elementy izolacyjne ze szkła są chętnie stosowane zarówno
w liniach niskiego napięcia, jak i w liniach najwyższych napięć. Do budowy tego typu
izolatorów wykorzystuje się szkło krzemowo-wapniowe (izolatory niskiego napięcia oraz
izolatory wysokiego napięcia stojące, gdzie działają niewielkie siły łamiące) oraz szkło
o wysokiej mikrojedności, wysokotopliwe, przydatne do hartowania (izolatory liniowe
kołpakowe). Izolatory szklane można często znaleźć w postaci łańcuchów w liniach
najwyższych napięć. Dobre właściwości mechaniczne tego typu izolatorów pozwalają nawet
na wejście obsługi na nie podczas wykonywania prace eksploatacyjnych.

Izolatory z materiałów organicznych pojawiły się na rynku w latach sześćdziesiątych,

ale dopiero obecnie następuje ich intensywny rozwój. Od samego początku, prawie wszystkie
konstrukcje izolatorów kompozytowych składały się z pnia wykonanego z włókien szklanych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

spojonych żywicą termoutwardzalną, jako część mechaniczna, podczas, gdy polimerowa
osłona była wykonywana z rozmaitych materiałów takich, jak żywica epoksydowa, PTFE,
PUR, kauczuk etylenowo-propylenowy i kauczuk silikonowy. Ostatnie dwa są obecnie
najczęściej stosowanymi materiałami w produkcji izolatorów kompozytowych. Izolatory tego
typu w dużej mierze wypierają pozostałe typy izolatorów ze względu na dobre właściwości
mechaniczne i elektryczne przy stosunkowo niewielkiej cenie. Dodatkowym atutem jest to,
ż

e materiały organiczne można w zasadzie wykorzystać we wszystkich typach izolatorów

w całym zakresie napięć oraz możliwość wyprodukowania stosunkowo tanim kosztem
izolatorów nietypowych, gdzie w przypadku porcelany lub szkła produkcje musi być seryjna,
aby była uzasadniona ekonomicznie.

Osprzęt stosowany w liniach napowietrznych ma za zadanie łączenie i utrzymywanie

przewodów. Przewody łączy się za pomocą:

−

zacisków, które służą do elektrycznego połączenia przewodów, przy zapewnieniu
minimalnej rezystancji zestykowej,

−

złączek, które oprócz połączenia elektrycznego przewodów, przenoszą także siły
mechaniczne,

−

uchwytów – których głównym zadaniem jest połączenie przewodów narażonych na
naciąg oraz zwiększenie wytrzymałości mechanicznej połączenie.
W zależności od użytego osprzętu, połączenie może zostać wykonane jako rozłączalne

(możliwe rozłączenie bez zniszczenia jakiejkolwiek części) lub nierozłączalne. W celu
osiągnięcia dobrego połączenia elektrycznego niezbędne jest staranne oczyszczenie oraz
zabezpieczenie przed korozją powierzchni przewodów i odpowiednich powierzchni
elementów łączących. Końce przewodów powinny nieznacznie wystawać poza złączkę
na odcinku około 2...5 cm.

Połączenia przewodów można wykonać za pomocą:

−

złączek zaprasowywanych – wykonanych w przypadku linek stalowo-aluminiowych
w postaci dwóch tulei: pierwsza do zaprasowywania rdzenia stalowego, druga do oplotu
aluminiowego, a w przypadku przewodów jednometalowych jako jedna tuleja. Tuleje
zaprasowywane są przy użyciu prasy hydraulicznej lub specjalnej prasy ręcznej. Złączki
tego typu są bardzo często stosowane w liniach najwyższych napięć,

−

złączek śrubowych , gdzie przewody są ściskane przez szczęk z przekładką zakończonych
ś

rubami. Śruby powinny być zabezpieczone przed rozluźnianiem np. przez zastosowanie

przeciwnakrętek,

−

złączka płytkowe – odmiana złączek śrubowych, gdzie przewody wprowadzane
są pomiędzy dwie faliste płytki ściskane jedną śrubą,

−

złączki pętlicowe – wykonane w postaci dwóch płytek z odpowiednio wyprofilowanymi
rowkami, ściskane dwiema śrubami. Stosowane główne do odciągowego zawieszania
przewodów.
Łączenie przewodów o znacznie różniących się przekrojach możliwe jest przy użyciu

zacisków. Mogą one także służyć do połączenia elektrycznego przewodów w odgałęzieniach
i pętlach nie narażonych na naciąg. Zaciski dwumetalowe pozwalają na wykonanie połączenia
przewodów aluminiowych i miedzianych co wyklucza powstanie ogniwa elektrycznego
o niekorzystnym wpływie na aluminium. Zacisk tego typu powinien być tam zamontowany,
aby w razie wystąpienia opadów woda spływała z aluminium na miedź, a nie odwrotnie.

Nie zaleca się łączenie przewodów w liniach napowietrznych poprzez spawanie lub

lutowanie, ponieważ sam proce łączenia mógłby znacznie trwale obniżyć wytrzymałość
mechaniczną w pobliży miejsca połączenia.

Izolatory liniowe wykorzystane są w liniach napowietrznych do izolacji przewodów

roboczych od słupów i innych części konstrukcyjnych, które w czasie normalnej pracy nie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

mogą być pod napięciem. Obecnie stosowane izolatory wykonane są z porcelany, szkła lub
materiałów kompozytowych. Izolatory można podzielić według ich zastosowania na:

−

liniowe niskonapięciowe wśród których można wyróżnić izolatory stojące, szpulowe,
odciągowe i trakcyjne,

−

liniowe wysokonapięciowe do których należą izolatory: stojące deltowe, stojące pniowe,
wiszące kołpakowe, wiszące długopniowe, oraz izolatory trakcyjne,

−

wsporcze stacyjne wykonane jako wnętrzowe lub napowietrzne,

−

przepustowe stacyjne i aparatowe – sworzniowe, szynowe, kondensatorowe,
transformatorowe oraz izolatory do wyłączników,

−

osłony izolacyjne – stosowane do przekładników napięciowych i prądowych,
wyłączników, odgromników, głowic kablowych i kondensatorów.

W linach niskiego napięcia wymagania stawiane izolatorom nie są zbyt wygórowane

i łatwo je spełnić. W wielu przypadkach, gdy nie przenoszą one dużych sił naciągu
przewodów stosuje się izolatory stojące. W liniach wysokiego napięcia duże znaczenie mają
własności elektryczne izolatorów – w dużym stopniu zależy od nich bezawaryjna praca linii.
Ich wytrzymałość elektryczna powinna być znacznie większa niż napięcie znamionowe linii
i powinny one wytrzymywać napięcia , które pojawiają się w czasie czynności łączeniowych
i przy zwarciach. Przy napięciach wyższych niż wytrzymałość elektryczna izolatorów
powinno następować przebicie, które jednak nie spowoduje uszkodzenia izolatora. Znając
relacje pomiędzy długością przeskoku w powietrzu a odstępem elektrod w materiale
izolacyjnym izolatory można podzielić na dwie grupy: izolatory przebijalne i nieprzebijalne.
Napięcie przebicia konkretnego izolatora może być różne niż pozostałych izolatorów w serii.
Jest to szczególnie uciążliwe w przypadku izolatorów porcelanowych, gdzie istnieje
możliwość powstanie mikropęknięć.

Przewody w liniach napowietrznych oprócz niskiej wartości impedancji powinny się

także charakteryzować wysoką wytrzymałością mechaniczną. Materiałem z jakiego wykonane
są przewody to najczęściej twarde aluminium i twarda miedź. Jest to materiał specjalnie
utwardzany, dzięki czemu zwiększa się ich wytrzymałość mechaniczna kosztem niewielkiego
spadku wartości konduktywności. Zastosowanie tego typu materiałów zapewnia także
zwiększenie oporności na wpływ otoczenia (zmienne warunki klimatyczne, zanieczyszczenie
miejskie lub przemysłowe). Miedź jest materiałem, który silnie niewrażliwy na oddziaływanie
chemiczne środowiska, ale ze względów ekonomicznych stosowany jest tylko w rejonach
zanieczyszczonych wyziewami chloru, siarki i alkaliów. Na pozostałych rejonach stosuje się
w zasadzie tylko linki aluminiowe i linki stalowo- aluminiowe. Przekrój linki stalowo-
aluminiowej pokazuje poniższy rysunek (strzałki określają kierunek skrętu poszczególnych
warstw linki). Badając właściwości tego typu linki można wywnioskować, że prawie cały prąd
przewodzony jest przez część aluminiową, a prawie cały naciąg przejmuje stalowy rdzeń.

Rozwiązaniem dla linii napowietrznych niskiego i średniego napięcia, które zyskało

na popularności w ostatnich latach, jest zastosowanie przewodów izolowanych. Zastosowanie
tych przewodów pozwala w znacznym stopniu ograniczyć zniszczenia powodowane przez
wiatr, burze, śnieg i sadź na przewodach i drzewach. W linach wysokiego napięcia w celu
ochrony przewodów roboczych wyładowaniami atmosferycznymi stosuje się przewody
odgromowe. Jako przewody te używa się linki stalowo-aluminiowe lub specjalne linki stalowe
o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej.

W liniach niskiego napięcia przewody mogą być prowadzone w układach

naprzemianległych lub płaskich oraz jedno- i wielopoziomowych. We wszystkich tych
układach powinno umieszczać się przewody neutralne jak najniżej pod przewodami
roboczymi – wyjątek może stanowić przewody wykorzystane do zasilania oświetlenia.
Rozmieszczenie przewodów jest szczególnie ważne w liniach wysokiego napięcia, gdzie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

stosuje się układy jednotorowe (trzy przewody robocze) lub dwutorowe (sześć przewodów
roboczych). Przewody mogą być tamo rozmieszczane w konfiguracji płaskiej lub trójkątnej.
Układ płaski pozwala na stosowanie niższych słupów, co wiąże się z mniejszym zużyciem
materiały, lecz zajmuje stosunkowo szeroki pas terenu. Jest to szczególnie kłopotliwe
w liniach najwyższych napięć, gdzie minimalne odległości między przewodami sięgają nawet
kilkunastu metrów. W układzie trójkątnym problem ten jest rozwiązany kosztem większego
zużycia materiału z jakiego wykonane są słupy. Ważnym aspektem w rozmieszczaniu
przewodów w liniach napowietrznych wysokiego napięcia jest niesymetria reaktancji. Jest to
zjawisko niekorzystne i dlatego w celu jego wyeliminowania stosuje się tzw. przeplatanie
przewodów.

W liniach dwutorowych w celu zmniejszenia szerokości linii, stosuje się niekiedy układy

pionowe lub zbliżone do pionowych. W liniach, gdzie stosowane są przewody wiązkowe,
występuje często układ płaski faz. Stosowane są głównie układy o dwóch lub czterech
przewodach w wiązce., które tworzą w przypadku dwóch przewodów układ płaski lub
w przypadku czterech przewodów układ kwadratowy. Odległości między przewodami nie
powinny być jednak mniejsze niż dopuszczalne. Zapewnienie odpowiedniej odległości
realizowane jest poprzez użycie izolatorów lub odpowiedniego osprzętu mocującego.

Stacje elektroenergetyczne są ważnym elementem w przesyłaniu i rozdziale energii

elektrycznej. Stacje można podzielić na stacje rozdzielcze, transformatorowe oraz
rozdzielczo-transformatorowe. Stacje rozdzielcze zawierają rozdzielnice wysokonapięciowe
oraz niskonapięciowe, różnorodne przyrządy łączeniowe i zabezpieczające, a ich głównym
zadanie jest łączenie różnych obwodów w systemie elektroenergetycznym oraz rozdział
energii między nimi. W stacjach transformatorowych energia elektryczna prądu przemiennego
o określonym napięciu zostaje przekształcona na energie elektryczną o innym napięciu.
Zastosowanie transformatora pozwala na połączenie obwodów o różnych napięciach
znamionowych. Stacje rozdzielczo- transformatorowe łączą funkcje obu poprzednich typów:

a – stacja rozdzielcza, b – stacja transformatorowa, c – stacja rozdzielczo- transformatorowa.

Oprócz transformatorów i rozdzielnic w skład stacji elektroenergetycznych wchodzą:

−

nastawie – pomieszczenia zawierające szafy, tablice i pulpity z przyrządami
sterowniczymi, pomiarowymi, zabezpieczającymi oraz sygnalizującymi, które pozwalają
na nadzór i manipulacje ruchowe obsłudze stacji,

−

elementy służące do wyłączania prądów w obwodzie oraz robienia widocznych przerw,

−

elementy chroniące przed skutkami zwarć i innych stanów awaryjnych oraz wpływem
wyładowań atmosferycznych,

−

urządzenia pomocnicze takie, jak instalacje sprężonego powietrza, akumulatory itp.
Ilość urządzeń i wyposażenie danej stacji zależy od jej wielkości. Najmniejsze stacje

zasilane z linii napowietrznych mogą być wykonane na słupach. Składają się one
z transformatora oraz niezbędnej aparatury. Stacje miejskie wykonywane są zazwyczaj jako
wnętrzowe i wyposaża się je w rozdzielnice średniego i niskiego napięcia oraz transformator
i zabezpieczenia. Linie wysokiego napięcia są połączone z dużymi stacjami wykonanymi jako
napowietrzne. Wykonanie stacji tego typu jako wnętrzowej byłoby zbyt kosztowne, jednak
prawie zawsze znajdują się tam budynki mieszczące nastawnie, rozdzielnice średniego
napięcia i zespól urządzeń pomocniczych.

Jako przewody w rozdzielniach stosuje się szyny wykonane głownie z aluminium

i niekiedy z miedzi. Szyny stosuje się do połączenia elektrycznego poszczególnych aparatów
i jako szyny zbiorcze. Przewody szynowe mogą być płaskie lub wykonane jako ceowniki,
pręty lub rury.

W przypadku dłuższych ciągów oraz przy wykonywaniu odgałęzień konieczne jest

łączenie szyn. Połączenie szyn powinno zapewniać jak najlepszy styk i jak najmniejszą

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

rezystancje przejścia przy zapewnieniu odpowiedniej trwałości i wytrzymałości mechanicznej.
Jeżeli dane połączenie może być wykonane jako nierozłączalne, najlepszym rozwiązaniem
jest spawanie. Znacznie częściej jednak połączenia powinny być rozbieralne i dlatego
wykonuje się połączenie śrubowe. W czasie montażu korzystnie jest mieć na uwadze
następujące zasady:

−

połączenie powinny być wykonane na zakładkę, co zapewnia lepszy przepływ prądu
i małą rezystancję styku,

−

liczba, rozmiar oraz rozmieszczenie śrub powinny być dopasowane do wymiarów
łączonych szyn. Zaleca się przecinać wzdłużnie szyny w miejscach połączeń w przypadku
szyn o szerokości przekraczającej 60 mm. Ułatwia to uzyskanie dużego docisku
zestykowego na całej powierzchni styczności,

−

powierzchnie styczności powinny być oczyszczone z wszelkich zanieczyszczeń
i pozbawione zadziorów powstałych w wyniku cięcia lub wiercenia.

−

oczyszczone powierzchnie styku należy zabezpieczyć przed utlenianiem się
odpowiednimi środkami chemicznymi,

−

do połączenia należy użyć śrub cynkowanych lub kadmowych, a połączenie powinno być
zabezpieczone przed rozluźnianiem.
Wykonywanie połączeń ułatwia cienka warstwa cyny, miedzi lub srebra nałożona na

szyny na etapie ich produkcji. Szyny stanowią przewody gołe, a jedyną warstwą ochronno jest
warstwa farby, którą szyny są pomalowane. Szyny maluje się na całej długości (oprócz miejsc
połączeń) co umożliwia łatwą identyfikacje poszczególnych faz, chroni przed korozją oraz
poprawia warunki chłodzenia. W przypadku połączenia przewodów szynowych na dłuższych
odcinkach prostych konieczne jest skompensowanie wydłużeń cieplnych szyn. Wykorzystuje
się do tego celu połączenia podatne z pakietów folii aluminiowej lub miedzianej
(w zależności od rodzaju materiału szyn).

W rozdzielniach napowietrznych wysokiego napięcia stosuje się szyny giętkie. Szyny –

łączące elektrycznie ze sobą poszczególne aparaty i urządzenia - zawieszone są na izolatorach,
a odgałęzienia realizuje się przy użyciu zacisków stożkowych lub zaprasowywanych.
W czasie montażu szyn należy unikać powstawanie ostrych krawędzi lub ostrzy ponieważ
powoduje to deformacje pola elektrycznego co sprzyja pojawianiu się wyładowań
elektrycznych. Szyny i wszystkie inne elementy obwodu powinny mieć – o ile to możliwe –
kształt zbliżony do walca lub kuli o dużym promieniu. Źle wyprofilowane szyny mogą być
ź

ródłem ulotu co łączy się z dodatkowymi stratami energii oraz zakłóceniami w odbiorze

radiowym i telewizyjnym.

Odłączniki

Odłączniki służą do otwierani i zamykania obwodów elektrycznych wysokiego napięcia

w stanie bezprądowym, w celu stworzenia bezpiecznej przerwy w obwodzie. Łączniki tego
typu nie są wyposażone w komorę gaszenia łuku i dlatego ich zdolność wyłączeniowa jest
bardzo mała. Głównym zadaniem odłączników jest zapewnienie bezpieczeństwa i komfortu
pracy obsługi dzięki widocznym przerwom w stanie otwartym. Rozłącznik nie jest
przeznaczony do wyłączania prądów, chociaż dopuszcza się sytuacje, kiedy możliwe
rozłączenie przy prądzie o stosunkowo niewielkiej wartości. W budowie odłącznika można
wyróżnić następujące elementy: izolatory wsporcze, podstawę, zaciski nieruchome, styk
ruchomy nożowy, uchwytu lub napędu, zacisków śrubowych oraz śruby uziemiającej.

Odłączniki można podzielić ze względu na sposób zwierania i rozwierania styków.

Spotyka się rozłączniki: nożowe (sieczne), poziomo obrotowe jedno- lub dwuprzerwowe oraz
pionowe. W zależności od zastosowania wykonuje się ja jako wnętrzowe i napowietrzne,
które różnią się przede wszystkim konstrukcją styków. Odłączniki buduje się jako

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

jednobiegunowe lub trójbiegunowe. W obwodach najwyższych napięć stosowane są jednak
tylko odłączniki jednobiegunowe.

Jako dane znamionowe odłączników podaje się:

−

napięcie znamionowe – zależne głownie od parametrów izolatorów wsporczych,

−

prąd znamionowy ciągły zależy od konstrukcji i przekroju styków,

−

wytrzymałość zwarciową dynamiczną – określoną jako największa szczytowa wartość
prądu, która przypływając prze odłącznik nie spowoduje jego uszkodzenia,

−

wytrzymałość zwarciowa cieplna – określana jako wartość prądu , który przepływając
przez odłącznik w określonym czasie nie spowoduje wzrostu temperatury powyżej
dopuszczalnej.
Odłączniki instaluje się zazwyczaj od strony źródła napięcia, przy każdym odejściu

od szyn w szeregu z wyłącznikiem. Proces odłączania danej gałęzi obwodu polega na
przerwaniu prądu w wyłączniku, a następnie utworzenie widocznej przerwy za pomocą
odłącznika.

Szczególnym typem odłącznika są uziemniki. Służą one do uziemiania i zwierania

odłączonych obwodów wysokiego napięcia z ziemią, w celu stworzenia bezpiecznych
warunków pracy. Spotyka się dwa rozwiązania uziemników: jako osobne konstrukcje lub też
jako część składowa odłącznika. W przypadku połączenia odłącznika i uziemnika w jedną
całość stosuje się blokadę mechaniczną, która uniemożliwia uziemienie przy zamkniętym
obwodzie roboczym lub też zwarcie styków odłącznika przy zamkniętym uziemniku.

Rozłączniki

Rozłączniki służą do przerywania prądów roboczych oraz ewentualnie do samoczynnego

rozłączania prądów przeciążeniowych nie większych niż 10-krotność prądu znamionowego.
Można powiedzieć, że rozłączniki łączą w sobie funkcje odłącznika i bezpiecznika. Niekiedy
taniej jest zastosować właśnie układ złożony z odłącznika i bezpiecznika niż montować
rozłącznik. Zazwyczaj rozłączniki mają wbudowane bezpieczniki, co pozwala przerywać prąd
przekraczający zdolność wyłączania samego rozłącznika.

Budowa takiego układu pozwala na zadziałanie lub nie dopuszcza do załączenia

rozłącznika w przypadku przepalenia się choćby jednej wkładki bezpiecznikowej. Załączenie
tylko jednej fazy może być groźne dla niektórych maszyn i urządzeń, szczególnie
dla trójfazowych silników elektrycznych. Poszczególne typy rozłączników różnią się między
sobą konstrukcją, przeznaczeniem oraz sposobem gaszenia łuku elektrycznego. Ze względu na
rodzaj pracy można je podzielić na: ogólnego zastosowania, transformatorowe,
kondensatorowe, silnikowe (styczniki) oraz specjalnego zastosowania. Gaszenie łuku odbywa
się w komorze gaszeniowej przy użyciu styków opalnych otwierających się z opóźnieniem
w stosunku do styków roboczych i w sposób migowy. Najczęściej spotyka się rozłączniki,
w których łuk gaszony jest:

−

w powietrzu poprzez wydłużenie łuku,

−

w komorze gazo-wydmuchowej,

−

pneumatycznie.
Rozłączniki gazowo-wydmuchowe wyposażone są w zestyk podstawowy przewodzący

prąd w stanie zamkniętym rozłącznika oraz zestyk opalny, który przejmuje procesy związane
z powstawaniem i gaszeniem łuku w chwili otwierania rozłącznika. Gałęzie obu typów
styków połączone są równolegle. Komora łukowa wykonane jest z materiałów gazujących
pod wpływem wysokiej temperatury. Wydzielanie się dużych ilości gazów (np. wodoru,
dwutlenku węgla itp.) powoduje intensywne chłodzenie komory i doprowadza do zgaszenia
łuku.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W układach pneumatycznych gaszenie łuku odbywa się przy pomocy sprężonego

powietrza w czasie stopniowego oddalania się styków. Konstrukcja styku ruchomego pozwala
na uzyskanie wysokiego ciśnienia powietrza w wyniki jego poruszania się wewnątrz komory
gaszeniowej. W innych rozwiązaniach powietrze sprężane jest na zewnątrz. Struga powietrza
dostaje się specjalną dyszą do łuku silnie go chłodząc i doprowadzając do jego ugaszenia.

Rozłączniki rozdzielcze pozostają w stanie zamkniętym dzięki działaniu zamka

z zapadką. W razie zwolnienia sprężyny powrotnej przez zapadkę, następuje bardzo szybkie
otwarcie rozłącznika co zmniejsza ryzyko powstania łuku. Łączniki tego typu wyposażone
w odpowiedni wyzwalacz mogą służyć jako zabezpieczanie przeciążeniowe.

W pracy manewrowej jako rozłączniki najlepiej sprawdzają się styczniki

wysokonapięciowe. Są one zbudowane podobnie jak styczniki niskonapięciowe , a różnią się
głownie tym, że posiadają solidniejszy układ izolacyjny, zapewniający większą wytrzymałość
elektryczną, zwiększone są odległości pomiędzy poszczególnymi elementami oraz mają
znacznie

bardzie

rozbudowany

system

gaszenia

łuku

pomocą

wydmuch

elektromagnetycznego. Cechą styczników jest to, że zestyki ukryte są wewnątrz komór i nie
może on zapewnić widocznej, bezpiecznej przerwy w obwodzie. Jeżeli zachodzi taka
potrzeba to można ją uzyskać poprzez wyjęcie wkładek bezpiecznikowych z podstaw lub
otwierając odłącznik umieszczony w obwodzie.

Rozłączniki charakteryzują następujące parametry:

−

napięcie znamionowe – zależne od właściwości i wytrzymałości materiałów izolacyjnych

−

znamionowy prąd ciągły,

−

znamionowy prąd wyłączalny jest to największa wartość prądu, jaki może zostać
wyłączony w warunkach roboczych przy podawany dla różnych wartości cosφ lub prąd
znamionowy wyłączalny wkładki bezpiecznikowej dla warunków zwarciowych,

−

znamionowy prąd załączany – określony jako największa wartość prądu, jaki może zostać
załączony przez aparat,

−

znamionowy prąd szczytowy – maksymalna wartość prądu zwarciowego, który płynąc
przez rozłącznik w stanie zamkniętym nie spowoduje jego mechanicznego uszkodzenia,

−

znamionowy prąd 1– lub 3–sekundowy – określa wytrzymałość cieplną rozłącznika
w stanie zamkniętym przy działaniu prądów zwarciowych.
Wyłączniki są elementami obwodów elektroenergetycznych, których głównym zadaniem

jest samoczynne wyłączanie prądów zwarciowych. Za pomocą wyłączników można także
załączać i wyłączać prądy robocze. Wyłączniki stanowią pewnego rodzaju zabezpieczenie
zwarciowe obwodów, a wyposażone w odpowiednie przekaźniki mogą także samoczynnie
wyłączać zagrożone obwody w przypadku innych zakłóceń np. przeciążenia, zaniki lub
nadmiernego wzrostu napięcia lub niekontrolowanej zmiany kierunku przepływu energii.
Tak więc, zmiana stany wyłącznika może odbywać się samoczynnie lub też w wyniki działań
obsługi. Zazwyczaj wyłączniki wyposażone są w dodatkowe styki pomocnicze, które
wykorzystywane są w sygnalizacji i zabezpieczeniach. W wyłącznikach wysokiego napięcia
bardzo ważną rolę spełniają części składowe do gaszenia łuku elektrycznego. Ze względu
na sposób gaszenia łuku wyłączniki można podzielić na:

−

wyłączniki z gasiwem,

−

ciekłym – pełno olejowe oraz małoolejowe,

−

płynnym – gdzie użyta jest woda,

−

stałym – wyposażone w materiały gazujące pod wpływem wysokiej temperatury,

−

gazowym – gdzie stosuje się powietrze lub sześciofluorek siarki SF6,

−

bez gasiwa,

−

elektromagnetyczne – wąskoszczelinowe lub z płytkami metalowymi,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

próżniowe.
Napęd wyłączników może być ręczny bezpośredni lub pośredni, mechaniczny,

pneumatyczny lub elektromagnetyczny. Wielkościami, które charakteryzują poszczególne
wyłączniki są następujące parametry:

−

napięcie znamionowe – napięcie na jakie zostały zbudowane urządzenia do gaszenia
łuku,

−

napięcie znamionowe izolacji – zależne od użytego materiału izolacyjnego, może być
równe lub większe napięciu znamionowemu wyłącznika,

−

prąd znamionowy ciągły, który zależy od rodzaju, przekroju oraz siły docisku styków
ruchomych i stałych oraz właściwości innych części przewodzących wyłącznika,

−

prąd wyłączalny – największa wartość prądu jaki może zostać wyłączony przez
wyłącznik,

−

moc wyłączalna – określa wytrzymałość cieplną i mechaniczną wyłącznika w warunkach
zwarciowych. Zależna jest w dużej mierze od konstrukcji wyłącznika,

−

prąd załączany – jest to największa wartość prądu jaki może przepływać przez wyłącznik
w chwili załączania nie powodująca żadnych uszkodzeń. Wartość ta jest ściśle związana
mikrodrganiami styków w momencie złączenia i dynamicznymi skutkami przepływu
prądu w tym czasie,

−

wytrzymałość zwarciowa cieplna n-sekundowa – jest największa wartość prądu, który
płynąc w czasie n sekund przez wyłącznik nie spowoduje jego uszkodzenia oraz
przekroczenia temperatury dopuszczalnej,

−

czas wyłączenia – czas mierzony od chwili zadziałania przekaźnika lub wyzwalacza lub
też od zmiany wielkości fizycznej powodującej zadziałanie wyzwalacza do chwili
zgaszenia łuku i przerwania prądu w obwodzie.
Izolatory wykorzystywane w napowietrznych stacjach energetycznych wysokiego

napięcia muszą charakteryzować się odpornością na wpływ warunków atmosferycznych oraz
zapewniać dostateczną wytrzymałość elektryczną w czasie deszczu. . Do zawieszania giętkich
szyn o napięciu 110 kV i wyższym stosuje się izolatory wiszące. Ich zadaniem jest
zachowanie odpowiedniej odległości pomiędzy poszczególnymi szynami oraz elementami
sąsiednimi. Izolatory, które także służą do podtrzymywania szyn oraz stanowią części
składowe różnych aparatów to izolatory wsporcze. Mogą one mieć postać pojedynczej
kształtki porcelanowej zakończonej okuciami lub też słupa składającego się z kilku
mniejszych izolatorów wsporczych połączonych śrubami.

Zadaniem łączników jest zamykanie i otwieranie obwodu, przerywanie prądów w czasie

normalnej pracy jak i w stanach awaryjnych lub utworzenie widocznej przerwy w obwodzie.
Znając stosunek prądu wyłączalnego I

do wartości prądu znamionowego I

można podzielić

łączniki na grupy. W zależności od budowy i możliwości wyłączania prądów wyróżnia się:

−

łączniki izolacyjne, do których należą odłączniki uziemniki oraz zwierniki (I

/ I

< 0,2),

−

rozłączniki, wśród których można wyróżnić rozłączniki oraz styczniki wysokiego
napięcia (0,2 I

/ I

< 10),

−

wyłączniki (I

/ I

< 10),

−

bezpieczniki.
Poszczególne grupy różnią się od siebie zdolnością wyłączania prądów oraz możliwością

i sposobem gaszenia łuku elektrycznego, który może powstać w czasie przerywania prądu.
Najprostsze w budowie są odłączniki, gdyż przeznaczone są jedynie do zapewnienia
widocznej przerwy izolacyjną w obwodzie i w zasadzie nie są przystosowane do wyłączania
prądów roboczych. Rozłączniki mogą także pełnić funkcje łączników izolacyjnych, ale ich
głównym zadaniem jest wyłączanie prądów roboczych. W zależności od konstrukcji i użytych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

materiałów rozłączniki mogą być przystosowanie do niewielkiej częstotliwości łączeń
(rozłączniki sieciowe) lub posiadać zdolność wielokrotnego wykonywania łączeń np. przy
sterowaniu pracy odbiorników (rozłączniki manewrowe). Wyłączniki są natomiast
nieodzownym elementem zabezpieczającym obwody wyższych napięć, ponieważ oprócz
zdolności wyłączanie prądów roboczych są one w stanie wyłączać prądu zwarciowe
wielokrotnie większe niż prąd znamionowy. Bezpieczniki można zaliczyć do wyłączników,
które spełniają swoją rolę jednorazowo. Należy jeszcze wymienić bezstykowe elementy
energoelektroniczne, które dzięki rozwojowi nowych technologii mają coraz większe
zdolności wyłączanie prądów.

Charakteryzując poszczególne łączniki należy znać ich podstawowe parametry:

−

napięcie znamionowe,

−

prąd znamionowy ciągły,

−

zdolność łączeniowa,

−

znamionowa częstość łączeń,

−

wytrzymałość zwarciowa.
W budowie wszystkich typów łączników można wyróżnić poszczególne elementy: zestyk

(układ służący do łączenia i rozłączanie dwóch obwodów), układ gaszenia łuku (tylko
w niektórych typach łączników), układ napędowy, izolacja. Duże znaczenie w czasie pracy
łącznika ma jego rezystancja przejścia, która zależy od siły docisku oraz konstrukcji zestyku.
Rozróżnia się trzy podstawowe rodzaje styków: punktowy, liniowy oraz płaszczyznowy.
Układ gaszenia łuku jest szczególnie ważny w wyłącznikach przeznaczonych od wyłączania
prądów o znacznych wartościach. Niektóre typy łączników wyposażone są w specjalne
konstrukcje układów napędowych które zapobiegają powstawianiu łuków np. poprzez bardzo
szybkie rozwarcie się styków.

Najniebezpieczniejszymi chwilami w pracy łączników są załączanie i rozłączanie prądu.

Podczas załączania na skutek niestabilności zestyku wytwarzają się mikrodrgania, które mają
znaczący wpływ na trwałość styku. W czasie wyłączania prądu pomiędzy stykami może
pojawić się zjonizowany gaz, który przewodzi prąd w postaci łuku elektrycznego, co może
doprowadzić do trwałego uszkodzenia łącznika.

Wymagania stawiane izolatorom wnętrzowym są mniejsze niż w przypadku izolatorów

napowietrznych o takim samym napięciu znamionowym. Izolatory umieszczone w budynkach
rozdzielni nie są narażone na działanie warunków atmosferycznych oraz w mniejszym stopniu
ulegają zanieczyszczeniom. Pozwala to na zastosowanie izolatorów o prostszej budowie
i większej możliwości ustalenia ich położenia. Izolator tego typu (jak większość izolatorów)
składa się z części izolującej zakończonej okuciami. Szyny mocuje się do kołpaka izolatora za
pośrednictwem specjalnej nasadki szynowej. Izolatory stacyjne nie są narażone na działanie
sił naciągowych w normalnych warunkach pracy jak w przypadku izolatorów liniowych,
jednak w czasie zwarć pod wpływem przepływu prądu o dużej wartości na szyny położone
blisko siebie działają znaczne siły dynamiczne, które przenoszą się na izolatory.

Przeprowadzenie szyn i innych przewodów przez ścianę lub przegrodę odbywa się

za pośrednictwem izolatorów przepustowych. Kształt izolatora tego typu powinien zapobiegać
zwarciom lub wyładowaniom pomiędzy przewodem będącym pod napięciem a ścianą lub
przegrodą.

Do zabezpieczenia obwodów elektrycznych wysokiego napięcia przed skutkami zwarć

służą bezpieczniki. Stosuje się je zazwyczaj jako zabezpieczenia transformatorów, silników,
przekładników oraz odgałęzień linii o niewielkich mocach. Niekiedy możliwe jest
zastosowanie bezpieczników połączonych z rozłącznikami zamiast wyłączników.

Bezpieczniki wysokiego napięcia składają się z dwóch podstawowych elementów:

podstawy oraz wkładki topikowej. W zależności od wykonania i sposobu gaszenia łuku

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

elektrycznego bezpieczniki można podzielić na bezpieczniki ograniczające oraz bezpieczniki
gazowo-wydmuchowe. Ze względu na miejsce zainstalowania rozróżnia się bezpieczniki
wnętrzowe i napowietrzne, które różnią się między sobą rodzajem izolacji i sposobem
zabezpieczenia przed wpływami czynników atmosferycznych.

Bezpieczniki ograniczające stanowią podstawową grupę bezpieczników wysoko

napięciowych do których należą bezpieczniki mocy oraz bezpieczniki trakcyjne. Ograniczenie
prądów zwarciowych w obwodzie polega na tym, że prąd ten zostanie przerwany zanim
osiągnie wartość maksymalną. W czasie zwarcia obwodzie z bezpiecznikiem płynie tzw. prąd
ograniczony, który jest znacznie mniejszy od tego, który popłynąłby przy braku bezpiecznika
w obwodzie.

Wkłada topikowa wykonywana jest najczęściej jako walec z porcelany lub innego

materiału o dużej wytrzymałości cieplnej i mechanicznej. Wewnątrz w specjalnych kanałach
umieszczone są druty połączone ze sobą równolegle. Liczba drutów – zależna od prądu
znamionowego wkładki – może wynosić od jednego do kilkunastu. Centralnie umieszczony
jest drut o dużej rezystancji, z jednej strony umocowany na stałe z drugiej połączony
z ruchomym wskaźnikiem i sprężyną. Wolna przestrzeń wewnątrz wkładki topikowej
wypełniona jest piaskiem kwarcowym. W skutek zadziałania bezpiecznika druty przewodzące
prąd przepalają się, a wskaźnik pod wpływem siły sprężyny zostaje wypchnięty na zewnątrz.
W wielu układach wskaźnik jest sprzężony z rozłącznikiem, powodując jego rozwarcie.

Bezpieczniki gazowydmuchowe działają na podobnej zasadzie jak wyłączniki gazujące.

Przy przerywaniu niewielkich prądów gaszenie łuku następuje w osłonie gazującej topiku,
natomiast przy większych wartościach prądu odbywa się to w komorze gaszeniowej
wykonanej również z materiału gazującego. Pod wpływem wysokiej temperatury panującej
w chwili wyłączenia, z materiałów otaczających wydobywa się gaz, który chłodzi intensywnie
łuk oraz powoduje dejonizacje. Zaletą tego typu bezpieczników jest możliwość regeneracji
poprzez wymianę wkładki topikowej. W układach zabezpieczanych bezpiecznikami
gazowydmuchowymi należy zwrócić uwagę, aby w strefie wydmuch gazów nie znajdowały
się żadne części będące pod napięciem lub uziemione.

Odrębną grupę stanowią bezpieczniki przekładnikowe służące do zabezpieczania

urządzeń rozdzielczych przed skutkami zwarć w przekładnikach napięciowych. Nie są one
jednak wystarczającym zabezpieczeniem przed skutkami przeciążeń ponieważ trudności
technologiczne nie pozwalają na wyprodukowanie bezpiecznika pracującego selektywnie przy
stosunkowo niewielkim prądzie.

Bezpieczniki charakteryzują następujące parametry:

−

napięcie znamionowe,

−

prąd znamionowy ciągły,

−

znamionowy prąd wyłączalny,

−

prąd ograniczony,

−

charakterystyka prądowo-czasowa.
Napięcie znamionowe powinno być równe co do wartości napięciu znamionowemu, przy

jakim pracuje zabezpieczany układ. Wartość prądu znamionowego ciągłego wkładki
topikowej zależna jest od rodzaju urządzenia zabezpieczanego (transformator, silnik, bateria
kondensatorów itd.) Wartości tych prądów są znormalizowane i podawane w typoszeregach.
Doboru podstaw bezpieczników dokonuje się na podstawie kart katalogowych
bezpieczników.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie napięcia znamionowe możemy spotkać w sieciach niskiego napięcia?

Jakimi kryteriami należy kierować się, przy wyborze trasy budowanej linii kablowej?

Jakie są minimalne głębokości układania kabli o napięciu znamionowym do 1 kV?

W jaki sposób oznacza się miejsca, w których ułożone zostały kable elektroenergetyczne?

W jaki sposób oznacza się przewody nie izolowane stosowane w sieciach napowietrznych
wysokiego napięcia?

W jaki sposób łączy się ze sobą kolejne odcinki przewodów w sieciach napowietrznych?

Jakie funkcje pełnią odłączniki w sieciach elektroenergetycznych?

W jaki sposób skraca się proces gaszenia łuku elektrycznego w wyłącznikach
elektroenergetycznych?

Jakie są kryteria doboru bezpieczników nadprądowych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie zdjęcia fragmentu linii elektroenergetycznej określ jej napięcie znamionowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

obejrzeć zdjęcie zwracając uwagę na kształt i długość izolatorów,

określić rodzaj słupów użytych do budowy tejże linii,

porównać izolatory i słupy z danymi katalogowymi,

zapisać i zaprezentować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zdjęcia wybranych fragmentów różnych linii elektroenergetycznych napowietrznych,

−

katalogi osprzętu elektrycznego wykorzystywanego do budowy linii napowietrznych,

−

materiały i przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Na podstawie kart katalogowych oraz tabliczek znamionowych zidentyfikuj łączniki

wskazane przez nauczyciela.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

obejrzeć łączniki (lub ich zdjęcia, zdjęcia tabliczek znamionowych),

zinterpretować zapisy tabliczek znamionowych,

w razie wątpliwości odnaleźć właściwą kartę katalogową,

zidentyfikować rodzaj łącznika.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zdjęcia wybranych fragmentów łączników lub ich tabliczek znamionowych,

−

katalogi osprzętu elektrycznego wykorzystywanego do budowy linii napowietrznych,

−

materiały i przybory do pisania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

We wskazanym przez nauczyciela miejscu ułóż fragment linii kablowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przygotować wykop dla linii kablowej,

wykonać podsypkę pod kabel,

ułożyć kabel w przygotowanym wykopie,

obsypać kabel żwirem,

oznakować folią miejsce ułożenia kabla,

zasypać wykop uporządkować miejsce.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

łopata, szpadel,

−

krotki odcinek kabla ok. 1,5 m,

−

piasek do wykonania osypki,

−

folia do znakowania w kolorze uzależnionym od napięcia znamionowego kabla,

−

instrukcja do ćwiczenia.

Ćwiczenie 4

Wykonaj połączenie kabla YAKY 4 x 25 do gniazda bezpieczników mocy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zdjąć na odpowiednim odcinku powłokę,

zdjąć izolacje z żył,

dobrać odpowiednie końcówki,

prasą zacisnąć końcówki na żyłach przewodzących,

wykonać połączenie kabla do bezpieczników.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

prasa hydrauliczna wraz z kamieniami,

−

końcówki zaciskowe dostosowane do rodzaju kabla,

−

komplet narzędzi elektromonterskich,

−

fragment kabla ok. 1 mb YAKY 4 x 25,

−

instrukcja do ćwiczenia.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

montować elementy linii napowietrznej?

montować elementy linii kablowej?

odczytywać dokumentację techniczną?

rozróżniać elementy do budowy linii kablowej?

rozróżniać elementy do budowy linii napowietrznej?

dobierać na podstawie katalogów elementy zastępcze?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Budowa sieci trakcyjnej

4.2.1.

Materiał nauczania

Transport szynowy w Polsce zasilane jest stałym prądem elektrycznym dostarczanym do

nich za pośrednictwem sieci trakcyjnej, która składa się z sieci jezdnej (najczęściej
napowietrznej) i sieci powrotnej. Wartości napięć zależą od środków transportu: w polskich
kolejach liniowych napięcie wynosi 3300 V, w metrach spotyka się napięcia najczęściej 750 V
lub rzadziej 600 V, natomiast sieć trakcyjna tramwajowa zasilana jest napięciem 600 V.
Na ogół do sieci jezdnej podłącza się biegun dodatni (+), a biegun ujemny (-) do szyn. Prąd
w ten sposób płynie z podstacji trakcyjnej siecią jezdną poprzez odbierak prądu (pantograf)
zainstalowany na pojazdach szynowych, dalej odbiorniki zainstalowane w pojazdach
trakcyjnych i siecią powrotną prąd wraca przez koła jezdne szynami do podstacji trakcyjnych.

Sieć trakcyjna kolejowa

Sieć trakcyjna zbudowana jest z drutów jezdnych profilowanych DJP, czyli z drutów

miedzianych o przekroju w przybliżeniu okrągłym z dwoma podłużnymi rowkami w górnej
ich części. Miedź zapewnia dobrą przewodność prądu oraz dużą wytrzymałość na rozrywanie
i naprężanie udarowe, jak również jest odporna na ścieranie. Najczęściej stosuje się przewody
jezdne typu DJP 120 o przekroju 120 mm

lub DJP 100 o przekroju 100 mm

. Nad jednym

torem przewody mogą występować podwójnie lub pojedynczo w zależności od typu sieci.

Rys. 1.

Schemat sieci elektroenergetycznej trakcyjnej pojedynczej: a) lina nośna, b) przewód jezdny,
c) wieszak przewodu jezdnego [opracowanie własne]

Rys. 2.

Schemat sieci elektroenergetycznej trakcyjnej podwójnej: a) lina nośna, b) przewód jezdny, c) wieszak
przewodu jezdnego( lina nośna pomocnicza), e) wieszak liny nośnej pomocniczej [opracowanie
własne]

Minimalna wysokość zawieszania przewodów jezdnych ponad główkę szyny według

przepisów obowiązujących na PKP S.A. wynosi 4,90 m. Możliwe jest zejście z przewodami
jezdnymi do wysokości 4,85 m na liniach lokalnych, gdzie są małe prędkości kursowania
pociągów. Wysokość normalna zawieszenia przewodów jezdnych według przepisów wynosi
5,60 m.

Przewody jezdne produkowane są w długościach nie przekraczających 1500 m stąd

między innymi wynika stosowanie odcinków naprężania (opis w dalszej części) nie
przekraczających tej właśnie długości. Jeżeli wystąpi konieczność połączenia przewodów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

jezdnych ze sobą stosuje się w takiej sytuacji złączki przewodów. Złączki mogą być śrubowe,
albo klinowe.

Rys. 3.

Montaż przewodów jezdnych: A) złączka klinowa łącząca dwa przewody jezdne profilowane ze sobą,
B) Sposób montażu przewodu jezdnego, umożliwiający swobodny ślizg odbieraków prądu: a) przewód
jezdny, b) obejma zaciskowa uchwytu, c) śruba regulacyjna zacisku [opracowanie własne]

Do przenoszenia sił wzdłużnych w sieci trakcyjnej służy lina nośna, na której wisi

przewód profilowany jezdny. Lina nośna ma kształt paraboli, najwyższe punkty liny nośnej
zawieszone są na ukośnikach słupów, najniższy punkt zazwyczaj jest w połowie odległości
między słupami. Przewód jezdny powinien być powieszony poziomy na stałej wysokości
względem torów.
A)

Rys. 4.

Wieszak pojedynczy długi: A) widok, B) sposób montażu drutów jezdnych na wieszaku a) linka
wieszakowa, b) zacisk, c) wkładka chomontkowa, d) uchwyt zaciskowy przewodu jezdnego, e) przewód
jezdny V

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Lina nośna jest to splot linek miedzianych (lub stopów miedzi) z rdzeniem głównym

w środku. Zapewnia to dobre przewodzenie prądu elektrycznego oraz dużą wytrzymałość na
siły rozrywające. Podobnie jak przewody jezdne lina nośna może występować pojedynczo lub
podwójnie w zależności od typu sieci.

Na trasach o prędkościach do 120 km/h stosuje się dwa przewody jezdne, wówczas sieć

lepiej współpracuje z odbierakiem prądu tzn. umożliwia większe pobory prądu przez pojazdy
trakcyjne. Wówczas lina nośna podtrzymuje obydwa przewody jezdne. Kolejne wieszaki są
mocowane do przewodów jezdnych naprzemiennie – jeden wieszak zaczepiany jest do
prawego przewodu jezdnego, a kolejny do lewego – następny natomiast znowu do prawego,
itd. w związku z tym musimy zastosować podwójną ilość wieszaków w stosunku do sieci
z jednym przewodem jezdnym.

Wśród sieci z jedną lina nośną i dwoma przewodami jezdnymi najczęściej można spotkać

podwieszenia typu „Y” (rys. 5).

Rys. 5.

Sposób podwieszania drutów jezdnych w sieciach typu „Y”. Występuje jedna linia nośna, w pobliżu
słupów do liny nośnej doczepia się linki uelastyczniające [opracowanie własne]

Zastosowanie podwieszenia typu „Y” dodatkowo wyrównuje sieć. Zastosowanie linki

uelastyczniającej podwieszenia „Y” powoduje zmniejszenie zwisu liny nośnej, a im mniejszy
zwis liny nośnej tym elastyczność sieci jest bardziej równomierna na całym przęśle.
Podwieszenie typu "Y" stosuje się przy rozpiętości przęseł większych niż 45 m.

Rys. 6.

Sieć łańcuchowa z dwoma przewodami jezdnymi i dwoma liniami nośnymi.

Ten typ sieci stosowany jest na liniach kolejowych przystosowanych do jazdy pociągów

z dużymi prędkościami (ponad 120 km/h) i jest udoskonaleniem zawieszenia
uelastyczniającego typu „Y”. Lina nośna podwieszana do konstrukcji wsporczych nazywana
jest liną główną, natomiast druga zwana jest liną uelastyczniającą (odpowiednik igreka).

W omawianym typie sieci stosuje się przęsła naprężania sześciosłupowe, w których każda

para: przewód jezdny - lina nośna, kotwione są do osobnej konstrukcji wsporczej.

W sieciach z podwójnymi przewodami jezdnymi stosuje się uchwyty odległościowe,

które chronią przed uderzaniem przewodów jezdnych o siebie pod wpływem parcia wiatru,
czy też dużych poborów prądu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 7.

Widok przedstawiający metody zawieszania trakcji na słupach przelotowych: a) ukośnik, a1) izolator
wsporczy ukośnika, a2) zawias obrotowy ukośnika, b) odciąg ukośnika, b1) izolator odciągu, c) wysięg
pomocniczy, d) ramiona odciągowe, e) żelbetowa konstrukcja słupa, f) wieszak wysięgu pomocniczego,
g) lina nośna, h) przewody jezdne, i) wieszak, j) przewód uszyniający [opracowanie własne]

Przewody jezdne mocuje się do wysięgów pomocniczych wysięgników za pomocą

ramion odciągowych zakończonych uchwytami zaciskowymi przewodów jezdnych lub za
pośrednictwem uchwytów stałych. Uchwyty zaciska się w rowkach przewodu jezdnego.

Sieć jezdna łańcuchowa skompensowana i nieskompensowana podwieszana jest do

konstrukcji wsporczych za pomocą obrotowych wysięgników.

Słupy trakcyjne metalowe mogą być płaskie lub przestrzenne. Te pierwsze składają się

z dwóch pionowych ceowników połączonych ze sobą poprzez okratowanie wewnętrzne lub
poziome płaskowniki. Obydwa te łączenia ceowników mogą występować jednocześnie

Słupy przestrzenne natomiast składają się z czterech pionowych kątowników, pomiędzy

którymi występuje kratowanie.

Konstrukcja

wysięgnikowa

składa

się

metalowego

słupa

(przestrzenny

ze okratowaniem), na którym spoczywa metalowy wysięgnik (również okratowany).
Do wysięgnika instaluje się pionowe wsporniki. Do wsporników mocuje się za
pośrednictwem izolatorów wysięgniki sieci jezdnych. Konstrukcje wysięgnikowe stosuje się
często przy rozjazdach oraz w miejscach, gdzie nie ma możliwości indywidualnego
podwieszenia sieci jezdnych.

Wysięgniki przymocowywane są do konstrukcji wsporczych obrotowo, co umożliwia

sieci jezdnej podłużne poruszanie pod wpływem temperatur.

W miejscu mocowania, pomiędzy czołem konstrukcji wsporczej, a wysięgnikiem stosuje

się izolatory, ponieważ wysięgniki znajdują się wraz z siecią jezdną pod napięciem
i konieczne jest ich odizolowanie od konstrukcji. Wyróżniamy dwa rodzaje izolatorów:
izolatory wsporcze i izolatory odciągowe.

Rozróżniamy dwa rodzaje konstrukcji wsporczych:

−

indywidualne,

−

grupowe.
Konstrukcje wsporcze indywidualne są to słupy trakcyjne, do których podwieszana jest

jedna sieć jezdna jednego toru. Słupy te mogą być żelbetowe lub metalowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Konstrukcje wsporcze grupowe stosowane są w przypadku podwieszania sieci jezdnych

kilku torów z reguły do siebie równoległych w szczególności w sytuacji, gdy międzytorza
uniemożliwiają poprzez swój mały rozmiar ustawienia indywidualnych konstrukcji
wsporczych. Zawieszenia grupowe stosuje się szczególnie na stacjach, a ich zastosowanie
dodatkowo powoduje większą przejrzystość. Do zawieszeń grupowych zaliczamy konstrukcje
wysięgnikowe, konstrukcje bramkowe oraz zawieszenia poprzeczne.

Konstrukcja wysięgnikowa składa się z metalowego słupa (przestrzenny ze

okratowaniem), na którym spoczywa metalowy wysięgnik (również okratowany).
Do wysięgnika instaluje się pionowe wsporniki. Do wsporników mocuje się za
pośrednictwem izolatorów wysięgniki sieci jezdnych. Konstrukcje wysięgnikowe stosuje się
często przy rozjazdach oraz w miejscach, gdzie nie ma możliwości indywidualnego
podwieszenia sieci jezdnych.

Słupy trakcyjne

Wysokość względna (ponad grunt) słupów trakcyjnych wynosi od 6

7 m. Mogą one być

wyższe w przypadku, gdy zamontowana zostanie na ich wierzchołku lampa uliczna, itp.
Głębokość wpuszczania słupa trakcyjnego w grunt wynosi w zależności od fundamentu
1,3

2,5 m. W wykopie pod fundament umieszcza się słup. Następnie pionuje się go, po czym

otwór w ziemi zalewa się betonem. Gdy beton zastygnie fundament jest gotowy. Słupy
trakcyjne, które będą pełnić rolę kotwowych lekko przechyla się w tył (w przeciwnym
kierunku niż kotwienie). Doczepienie do konstrukcji słupa kotwienia spowoduje jego
wyprostowanie w związku z zadziałaniem sił podłużnych naciągu sieci. Kolejnym krokiem
jest wybetonowanie głowicy fundamentowej, która swoim poziomem równa się z gruntem po
zasypaniu wykopu pod torowisko. Głowica fundamentowa zabezpiecza przez stykaniem się
gruntu (podsypki) z konstrukcją słupa trakcyjnego, co przyspieszałoby jego korozję. Kolejną
czynnością w przypadku słupów kratowych jest zalanie wnętrza przekroju poprzecznego słupa
betonem do wysokości blach okalających i podwyższenie głowicy fundamentowej, do połowy
wysokości blach okalających konstrukcję słupa. Podwyższenie głowicy fundamentowej
powoduje, że wystaje ona ponad poziom gruntu (podsypki) o kilkanaście centymetrów
i dodatkowo zabezpiecza przed kontaktem słupa z gruntem. W słupach z konstrukcją pełną
z przyczyn oczywistych nie zalewa się ich przekroju betonem.

Przy osadzaniu w gruncie słupa o konstrukcji dwuteowej i okrągłej wylewanie

fundamentu różni się nieco od tego przy słupach kratowych. Po wykopaniu otworu pod
fundament, w jego osi osadza się kartonową rurę szalunkową. Następnie otwór fundamentowy
zalewa się betonem tak, że rura szalunkowa jest oblana od zewnątrz.

Gdy beton zastygnie rurę szalunkową wyjmuje się, a w powstałym okrągłym otworze

umieszcza się słup dwuteowy. Po wypionowaniu słupa zalewa się go betonem.
Po zastygnięciu betonu fundament jest gotowy. Ostatnim etapem osadzania słupa dwuteowego
jest wylanie głowicy fundamentowej analogicznej do tej przy słupach kratowych.

W szczególnych przypadkach fundamenty wykonuje się jako elementy prefabrykowane

które zakopuje się w ziemi. Po zagęszczeniu ziemi na wyprowadzonych kotwach montuje się
słup.

Gdy nie ma możliwości postawienia słupa z wysięgnikiem w odpowiedniej odległości od

osi toru (np. na peronie), to do podwieszenia sieci stosuje się konstrukcję z jednym
wysięgnikiem wydłużonym, który podtrzymuje siec nad dwoma sąsiednimi torami.

Gdy konieczne jest obniżenie wysokości zawieszenia sieci jezdnej na przykład w sytuacji,

gdy sieć przechodzi pod obiektami inżynierskimi, takimi jak wiadukty, stosuje się specjalne
wysięgniki umożliwiające niższe zawieszenie sieci. Obniżanie wysokości zawieszenia wiąże
się ze zmniejszaniem wysokości konstrukcyjnej sieci.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Obniżanie poziomu zawieszenie sieci jezdnej musi następować zgodnie z rygorami, tak

by nie została zachwiana prawidłowa współpraca odbieraka prądu na skutek zbyt
gwałtownego opadania lub unoszenia się przewodów jezdnych.

Zgodnie z przepisami prowadzenia sieci trakcyjnej na PKP pochylenie przewodów

jezdnych na trasach gdzie prędkość jazdy pociągów nie przekracza 40 km/h może dochodzić
do 10 promili w stosunku do płaszczyzny toru. Na szlakach gdzie prędkości dochodzą do
100 km/h dopuszczalne pochylenie przewodów jezdnych może wynieść maksymalnie
5 promili. Przy prędkościach do 160 km/h pochylenie nie może przekroczyć 3 promili.
Na trasach kolejowych przystosowanych do prędkości większych niż 160 km/h stosuje się
pochylenie nie większe niż 1,5 promila.

Wszystkie konstrukcje wsporcze (zarówno żelbetowe jak i metalowe), semafory i inne

urządzenia, obiekty znajdujące się przy torach są uszynione.

Uszynienie jest to celowe połączenie z szyną (siecią powrotną) jest zabezpieczeniem na

wypadek przebicia izolatorów wsporczych/odciągowych (między konstrukcją wsporczą,
a wysięgnikiem) jak również na wypadek zetknięcia się sieci jezdnej z urządzeniami
znajdującymi się przy torach na skutek oberwania się sieci. W takich przypadkach nastąpi
bezpośrednie zwarcie sieci trakcyjnej, wówczas przy zwarciu popłynie duży prąd zwarciowy,
który spowoduje zadziałanie zabezpieczeń w podstacji trakcyjnej, a tym samym wyłączenie
napięcia w sieci.

Według przepisów przy uszynianiu wiaduktów nie może zostać zastosowane

bezpośrednie uszynienie, to znaczy wiadukty nie mogą być połączone bezpośrednio za
pomocą przewodów uszyniających z szynami. Jest to spowodowane faktem, że bezpośrednie
uszynienie omawianych obiektów, które posiadają dość duża rezystancja spowodowałoby
uziemienie szyn i w rezultacie doprowadziłoby do powstania prądów błądzących, które są
bardzo szkodliwe dla konstrukcji metalowych - np. przyspieszają korozję. Powyższa reguła
dotyczy zarówno wiaduktów metalowych, jak i żelbetowych - występuje w nich metalowe
zbrojenie.

Rozwiązaniem umożliwiającym pewne uszynienie, a zarazem odizolowanie wiaduktów

od szyn są iskierniki niskonapięciowe. Zasada działania iskierników polega na tym, że
w momencie prawidłowej izolacji elektrycznej sieci trakcyjnej iskierniki izolują wiadukt od
torów. Elementem izolującym iskiernika jest płytka izolacyjna (mikowa), która w momencie
gdy napięcie przedostanie się na wiadukt zostaje przepalona i następuje bezpośrednie
połączenie konstrukcji wiaduktu z szynami. Popłynie w związku z tym duży prąd zwarciowy
natychmiastowo wyzwalający zadziałanie wyłączników szybkich w podstacji trakcyjnej /
kabinie sekcyjnej.

Sieć trakcyjna tramwajowa

Sieć tramwajowa w budowie jest bardzo zbliżona do sieci trakcji kolejowej. Istotne

różnice pojawiają się w stosowanych izolatorach, oraz zmienione są odległości. Również
należy uwzględnić fakt, że masa tramwajów jest dużo mniejsza, co wpływa pobory prądu.

Nominalna wysokość zawieszania przewodu jezdnego ponad główką szyny waha się

między 5,25

5,50 m. W szczególnych przypadkach może on być zawieszany na niższej

wysokości (np. pod niskimi wiaduktami).

Najniższa dopuszczalna przepisami wysokość sieci trakcyjnej tramwajowej wynosi 4,2 m.

Maksymalna wysokość natomiast nie powinna przekraczać 6 m, gdyż spowoduje to
nieprawidłową współpracę odbieraka prądu z siecią jezdną. Jak już było wspomniane do sieci
jezdnej dochodzą przewody zasilające o biegunowości dodatniej. Wieszak – jest to linka typu
Cu o przekroju 10 mm

przymocowana górnym końcem do liny nośnej, a dolnym do

przewodu jezdnego za pomocą specjalnych uchwytów wieszakowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 8.

Metoda łączenia liny nośnej: a) końcówka
odcinka liny nośnej 1, b) końcówka odcinak
liny nośnej 2, c) uchwyty zaciskowe typu U
[opracowanie własne]

Rys. 9.

Złączka śrubowa: a) korpus złączki, b) śruby
mocujące przewody jezdne, c) druty jezdne
[opracowanie własne]

To elementy nawierzchni torowej czyli szyny, rozjazdy oraz połączenia elektryczne tych

elementów służące doprowadzeniu prądu zwanego prądem powrotnym z obwodu
elektrycznego tramwaju do podstacji trakcyjnej. (Opis w dziale zasilania sieci trakcyjnej).

Dla polepszenia przepływu prądu powrotnego przez szyny do podstacji (wyrównania

obciążenia prądowego oraz zmniejszenia do minimum rezystancji) w pewnych odstępach (co
około 100

200 m) sąsiadujące szyny torów łączy się ze sobą elektrycznymi połączeniami

międzytorowymi, natomiast szyny, każdego toru łączy się między sobą elektrycznymi
połączeniami międzytokowymi.

W sieciach tramwajowych oprócz slupów żelbetonowych opisanych w trakcji kolejowej

stosuje się bardzo często słupy stalowe o przekrojach: ośmiokątnym, okrągłym i dwuteowym.

Rys. 10.

Słup trakcji tramwajowej

o przekroju ośmiokątnym
[opracowanie własne]

Rys. 11.

Słup trakcji tramwajowej
o

przekroju

okrągłym

[opracowanie własne]

Rys. 12.

Słup trakcji tramwajowej
o przekroju dwuteowym
[opracowanie własne]

Do powyżej opisanych połączeń elektrycznych wykorzystuje się obecnie kable w izolacji

zakończone specjalnymi końcówkami z otworami umożliwiającymi ich przymocowanie
ś

rubami do szyjek szyn.

Rys. 13.

Konstrukcja wsporcza
indywidualna
[opracowanie własne]

Rys. 14.

Konstrukcja wsporcza

zawieszenia indywidualnego
dwutorowego [opracowanie
własne]

Rys. 15.

Konstrukcja wsporcza

zawieszenia zbiorowego
[opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W sieci trakcyjnej tramwajowej rozróżnia się wysięgniki metalowe wymagające

odizolowania od słupa oraz wysięgniki z tworzyw sztucznych, które odizolowania nie
wymagają, gdyż wykonane są z materiałów izolacyjnych.

Wysięgniki metalowe są obecnie rzadziej stosowane, obecnie się już ich nie montuje na

nowopowstających trasach, a podczas remontów kapitalnych sieci zastępuje się je
nowoczesnymi wysięgnikami z tworzyw sztucznych. Wysięgniki metalowe są o wiele cięższe
od tych z tworzyw sztucznych i wymagają bardziej pracochłonnego montażu, a w utrzymaniu
są również bardzo kłopotliwe.

Wysięgniki z tworzyw sztucznych – to nowoczesny typ wysięgników. Są lekkie, łatwe

w montażu i proste w eksploatacji – nie wymagają na przykład malowania w przeciwieństwie
do rdzewiejących metalowych. Poza tym nie wymagają odizolowania za pomocą izolatorów
od słupa, gdyż ich konstrukcja jest materiałem izolacyjnym.

Pierwszym krokiem przy montażu wysięgników do słupów jest zamontowanie na słupach

uchwytów przegubowych, zapewniających obrotowość wysięgnika. Każdy wysięgnik
przytwierdzany jest za pośrednictwem dwóch uchwytów przegubowych – jeden z nich jest
elementem wsporczym ukośnika, a drugi elementem odciągu ukośnika.

Uchwyty przegubowe mogą być instalowane (w zależności od rodzaju słupów

trakcyjnych) za pomocą taśmy (uchwytu paskowego), zaczepów śrubowych lub wsporników.

Ukośniki przymocowuje się do uchwytów przegubowych za pomocą uchwytów

widełkowych. Zastosowanie uchwytów przegubowych i widełkowych umożliwia poruszanie
ukośnikiem w płaszczyźnie poziomej (obrotowość) i pionowej (wysokość zawieszenia sieci).

Do zamontowania odciągu ukośnika stosuje się uchwyty przegubowe przytwierdzane do

słupów analogiczne jak te ukośnikowe. W zależności od tego czy wysięgnik ma być
przechylny, czy nieprzechylny do uchwytu instaluje się odpowiednio linkę odciągu lub odciąg
ze szkłolaminatu.

W przypadku instalowania sztywnego odciągu ukośnika, szkłolaminat odciągu

zakończony jest po obydwóch stronach uchwytami widełkowymi. Jednym uchwytem
widełkowym przymocowuje się odciąg do uchwytu przegubowego, a do drugiego uchwytu
widełkowego mocuje się głowicę wysięgnika.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Z jakich elementów buduje się linie trakcji elektrycznej?

Jakie są podstawowe elementy zawieszenia przewodów?

Jakie funkcje realizują linie nośne?

W jaki sposób łączy się druty jezdne profilowane?

Jakie rodzaje izolatorów stosuje się przy budowie linii elektrycznej trakcyjnej?

Na czym polega kompensacja sieci?

Co to jest uszynienie i do czego służy?

Jakie konstrukcje nośne stosuje się w budowie trakcji?

Czym różnią się trakcja tramwajowa od trakcji tramwajowej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na modelu linii trakcyjnej, wskaż wszystkie elementy odpowiedzialne za utrzymanie

drutów jezdnych na odpowiedniej wysokości. Ustal kolejność montażu wszystkich elementów
linii.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odnaleźć na zdjęciu, ukośnik, odciąg, wieszak, izolator ukośnika, izolator odciągu,

wysięg, ramiona odciągu, wieszak pomocniczy, drut jezdny, lina nośna, przewód
uszyniający, itp.

2) wykonać szkic i opisać wszystkie elementy,
3) w przypadku problemów z nazewnictwem należy sprawdzić w katalogach,
4) opisać zadania jakie realizuje każdy ze zidentyfikowanych elementów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

model linii trakcji elektrycznej (lub zdjęcia linii),

−

katalogi elementów wykorzystywanych w budowie trakcji elektrycznej,

−

materiały i przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Wykonaj montaż wybranego fragmentu trakcji elektrycznej. Na rozciągniętej linie nośnej

zamontuj fragment ok. 3 m drutu jezdnego profilowanego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) sprawdzić poprawność zamontowania liny nośnej,
2) założyć wieszaki liny nośnej pomocniczej,
3) zamontować wieszaki przewodu jezdnego,
4) zamontować przewód jezdny,
5) wypoziomować przewód jezdny,
6) wykonać kontrolę poprawności montażu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

lina nośna zamontowana miedzy dwoma punktami,

−

wieszaki liny nośnej pomocniczej ok. 10 szt.,

−

wieszaki przewodów jezdnych ok. 10 szt.,

−

lina pomocnicza ok. 3 mb,

−

zestaw narzędzi elektromonterskich,

−

drut jezdny profilowany ok. 3 mb,

−

instrukcja do ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Określ wszystkie zagrożenia jakie mogą powstać w trakcie montażu trakcji elektrycznej.

Wskaż metody zmniejszenia prawdopodobieństwa wystąpienia wypadku. Dobierz
odpowiednie środki ochrony.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać to ćwiczenie powinieneś:

1) opisać warunki montażu poszczególnych elementów linii,
2) wskazać występujące zagrożenia w trakcie budowy linii,
3) określić czynniki zwiększające prawdopodobieństwo wystąpienie wypadku,
4) dobrać środki ochrony indywidualnej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

katalogi sprzętu ochronnego,

–

materiały i przybory do pisania,

–

zdjęcia lub filmy z placu budowy linii.

4.2.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

rozróżnić podstawowe schematy sieci elektroenergetycznej trakcyjnej?

scharakteryzować właściwości drutów jezdnych profilowanych DJP?

określić na jakich liniach kolejowych stosuje się układ sieci
elektroenergetycznej trakcyjnej z dwoma drutami jezdnymi
i dwoma linami nośnymi?

wymienić

jakie

konstrukcje

nośne

stosuje

się

sieciach

elektroenergetycznych trakcyjnych?

określić jakie funkcje pełnią fundamenty konstrukcji wsporczych
trakcji?

określić jakie funkcje pełnią przewody uszyniające w trakcji
elektrycznej?

wymienić jakie są różnice w wysokości montażu przewodów jezdnych
w sieciach trakcyjnych kolejowych i tramwajowych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Kompensacja i podziały trakcji

4.3.1. Materiał nauczania

Sekcjonowanie ma na celu podzielenie sieci na niezależne odcinki zasilania. Zapewnia to

wyłączenie zwarć, równomierne obciążenie oraz uniezależnienie prowadzenia ruchu
pociągów od uszkodzeń sieci. Rozróżniamy dwa sposoby sekcjonowania sieci trakcyjnej:

−

podłużne (zapewnia oddzielenie torów szlakowych od torów stacyjnych, dzieli sieć przy
punktach zasilania),

−

poprzeczne (zawieszenie sieci na odrębnych konstrukcjach wsporczych).

Sekcjonowanie podłużne

Najprostszym sposobem izolowania podłużnego sieci jest wpięcie w linę nośną izolatora

dzielczego, a w przewód jezdny izolatora sekcyjnego. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość
wyizolowania sieci w dowolnym miejscu.

Rys. 16.

Izolator sekcyjny [3]

Izolator stanowi przerwę w obwodzie. Dzięki tej przerwie zachowany jest podział

na sekcje. Aby podać napięcie z jednej sekcji do drugiej, sekcje te zwiera się poprzez
odłącznik. Sekcjonowane są także przęsła naprężenia (na stacjach).

Izolator ten podwiesza się do liny nośnej za pomocą dwóch wieszaków trójkątnych.

Z obu stron izolatora znajdują się prowadnice po których ślizga się odbierak prądu.
Prowadnice są izolowane od siebie przerwą powietrzną z odgromnikiem rożkowym. Rożki te
zabudowane na izolatory ułatwiają gaszenie łuku elektrycznego przechodzącego pantografu.

W rozwiązaniach konstrukcyjnych jako izolatory sekcyjne stosowane są izolatory

ceramiczne oraz z tworzyw sztucznych. Izolator sekcyjny ceramiczny obecnie jest
sukcesywnie wymieniany na izolator sekcyjny z tworzyw sztucznych. Powodem wymiany jest
fakt, iż izolator sekcyjny ceramiczny stanowi „twardy punkt” w sieci – ogranicza prędkość
przejazdu do 40 km/h, a poza tym posiada dużą masę (30 kg) w przeciwieństwie do masy
izolatora sekcyjnego z tworzyw sztucznych (17 kg).

Przęsła naprężenia można sekcjonować oraz izolować. Izolowane przęsła naprężenia

stosowane są w punktach zasilania sieci (oddzielenie jednej sekcji zasilanej od drugiej).
Przęsło jest zwierane przez odbierak pojazdu trakcyjnego na wspólnej bieżni. Ponieważ takie
przęsło jest izolatorem, więc występuje łuk elektryczny. Dlatego przewody w takim przęśle
chronione są izolacją termiczną.

W związku z występowaniem rozszerzalności liniowej przy zmianach temperatury

otoczenia, należy w sieciach jezdnych stosować również zmianę stosowanych naciągów czyli
tzw. kompensację. Sieci, w których nie stosuje się kompensacji wpływu temperatury, nazywa
się sieciami nieskompensowanymi. Natomiast w sieciach, w których stosuje się kompensację
wpływu temperatury, nazywa się sieciami skompensowanymi. Występowanie więc
rozszerzalności przewodów wymusza budowanie sieci w tzw. sekcjach zwanych odcinkami

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

naprężenia. Długość odcinka naprężenia uzależniona jest od rodzaju stosowanej sieci, a więc
ilości przewodów w sieci jezdnej oraz podwieszenia. Kompensację sieci uzyskuje się poprzez
zastosowanie naprężania ciężarowego.

Kotwienie krańcowe sieci

sieciach

łańcuchowych

kompensacja

polega na utrzymaniu stałego naciągu przewodów
za pomocą urządzeń naprężających. Końce
przewodów są mocowane do konstrukcji stałych
(kotwione) za pomocą urządzenia zapewniającego
stałą siłę naciągu. W sieci jezdnej występują
następujące kotwienia:

−

kotwienie stałe,

−

kotwienie ciężarowe.
Kotwienie stałe sieci stosuje się tam, gdzie

odcinek naprężany jest krótszy niż 600 metrów
i stosowany jest z jednej strony sekcji. Słup, na
którym zakotwiona jest sieć na stałe nie posiada
urządzeń naprężających. Sieć jezdna i lina nośna
kończą się uchwytem krańcowym, który jest
mocowany do śruby rzymskiej.

Rys. 17.

Schemat kotwienia stałego: 1 – konstrukcja wsporcza, 2 – odciąg, 3 – fundament odciągu,
4 – izolatory dzielcze, 5 – śruby rzymskie, 6 – uchwyt krańcowy liny nośnej, 7 – uchwyt krańcowy djp
[opracowanie własne]

Kotwienie ciężarkowe 1/2 umożliwia przy

pomocy

jednego

urządzenia

naprężającego

zastosować różne naciągi w stosunku do lin
nośnych i przewodów jezdnych. Uzyskanie siły
naprężającej dwukrotnie większej w stosunku do
masy ciężaru uzyskuje się poprzez zastosowanie
dwóch

krążków

urządzenia

naprężającego.

W przełożeniu 1:2 krążki są połączone specjalnym
łańcuchem (Galla). Krążki obracają się na
łożyskach tocznych. Przełożenie 1:2 cechuje bardzo
duża liczba ciężarów nawet przy małym naprężeniu
przewodów.

Rys. 18.

Schemat kotwienia 1:2: 1 – konstrukcja wsporcza, 2 – odciąg, 3 – fundament odciągu, 4 – prowadnica,
5 – ciężary, 6 – pręt, 7 – łańcuch, 8 – krążek stały, 9 – krążek ruchomy, 10 – uchwyt krążka
ruchomego, 11 – dźwignia, 12 – śruby rzymskie, 13 – izolatory ceramiczne, 14 - uchwyty krańcowe
[opracowanie własne]

Kotwienie ciężarowe typu 1:4 pozwala na zwiększenie naprężeń przewodów, poprzez

zastosowanie przekładni o przełożeniu 1:4. W celu zmniejszenia oporów ruchu stosuje się linę
(stalową lub nylonową tzw. cięgło linowe) zamiast łańcucha. Urządzenie to ma cztery krążki
osadzone po dwa na wspólnej osi. Cięgło linowe połączone jest jednym końcem z uchwytem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

pary krążków przymocowanych do słupa, a następnie kolejno przybiega przez wszystkie
cztery krążki. Drugi koniec cięgła połączony jest z prętem, na którym zawieszone są ciężary
naprężające.

Rys. 19.

Schemat kotwienia 1:4: 1 – konstrukcja wsporcza, 2 – odciąg, 3 – fundament odciągu, 4 – izolatory
dzielcze, 5 – śruby rzymskie, 6 – prowadnica, 7 – ciężary, 8 – cięgło linowe, 9 – krążek stały 2 szt,
10 – krążek ruchomy 2 szt, 11 – uchwyt krążka ruchomego, 12 – dźwignia, 13 – uchwyt krańcowy liny
nośnej, 14 – uchwyt krańcowy djp, 15 – urządzenie zabezpieczające [opracowanie własne]

Stosowane nowoczesne kotwienie ciężarowe polega na osobnym kotwieniu liny nośnej

oraz przewodu jezdnego. Dzięki takiemu rozwiązaniu unika się stosowania dźwigni co
zapewnia lepszą regulację sieci i polepszenie jej parametrów. Dodatkowo przy sieci
składającej się z 2 djp oraz 2 lin nośnych za śrubami rzymskimi wpięte są wyrównywacze
przewodów. Izolatory dzielcze lin nośnych znajdują się za wyrównywaczem, natomiast
wyrównywacz przewodów jezdnych znajduje się za izolatorem dzielczym, który jest wspólny
dla dwóch przewodów.

Rys. 20.

Schemat nowoczesnego kotwienia: 1 – konstrukcja wsporcza, 2 – odciąg, 3 – fundament odciągu,
4 – śruby rzymskie, 5 – izolatory dzielcze, 6 – prowadnica, 7 – ciężary naprężające linę nośną,
8 – ciężary naprężające linę djp, 9 – zespół krążków liny nośnej, 10 – zespół krążków djp,
11 – uchwyt krańcowy liny nośnej, 12 – uchwyt krańcowy djp, 13 – urządzenie zabezpieczające
[opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podstawowe elementy naprężające konstrukcji kotwowych

Ze względu na ilość kotwionych przewodów, urządzenia naprężające różnią się

konstrukcyjnie. W przypadku kotwienia sieci z dwoma djp, za izolatorem stosowany jest tzw.
wyrównywacz przewodów, którego zadaniem jest niwelowanie różnic długości dwóch
naprężanych djp.

W celu wyrównania różnic długości liny nośnej i djp w kotwieniu ciężarowym stosowane

są dźwignie. Dźwignia to konstrukcja uniwersalna, która posiada szereg otworów służących
do połączenia przewodów na różnych długościach ramion dźwigni. Umożliwia to odpowiedni
dobór długości ramion zależnie od stosowanych naciągów w linie nośnej i djp. Do regulacji
położenia dźwigni w pionie służą śruby rzymskie.

Rys. 21.

Elementy krańcowe w naprężaniu: 1 – krążki ruchome, 2 – dźwignia, 3 – izolatory dzielcze, 4 – śruby
rzymskie, 5 – wyrównywacz, 6 – uchwyty krańcowe DJP, 7 – uchwyt krańcowy liny nośnej [3]

W przypadku kotwienia ciężarowego 1:4, aby zarwanie liny elastycznej urządzenia

naprężającego nie spowodowało opadnięcia sieci na ziemię, pomiędzy krążki ruchome
i nieruchome wpina się urządzenie zabezpieczające.

W przypadku sieci z dwoma linami nośnymi, aby niwelować różnicę zmian ich długości,

wpina się dodatkową dźwignię regulującą.

Rys. 22.

Sieć trakcyjna z jedną
lina nośną i jednym
drutem

jezdnym

[opracowanie własne]

Rys. 23.

Sieć trakcyjna z jedna
liną nośną i dwoma
drutami

jezdnymi

[opracowanie własne]

Rys. 24.

Sieć trakcyjna z dwoma
liniami nośnymi i dwoma
drutami

jezdnymi

[opracowanie własne]

Ciężary w kotwieniu ciężarowym wykonane są jako żeliwne odlewy. Cały ciężar

naprężający składa się z krążków o masie 27 kg każdy. Obecnie w celu wyeliminowania
kradzieży coraz częściej stosowane są ciężary z betonu. Ciężary naprężające w przełożeniu
1:4 połączone są z cięgłem, w 1:2 z łańcuchem, za pomocą pręta. Swobodny ruch ciężarów
przy zmianie temperatury umożliwia prowadnica (latem ciężary opadają, zimą
są podnoszone).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W starszym rozwiązaniu stosowano ciężary podwójne. W żargonie kolejowym każdy
pojedynczy ciężarek nazywany jest dropsem. W najnowszych rozwiązaniach konstrukcyjnych
używa się podwójnej prowadnicy.

Izolatory stosowane w konstrukcjach kotwowych zapobiegają przedostaniu się napięcia

kotwionej sieci na konstrukcje wsporczą. Obecnie stosowane są izolatory dzielcze z żywic
epoksydowych, dawniej natomiast stosowane były izolatory ceramiczne. Izolator ceramiczne
kotwowe zostają wymieniane na nowe izolatory z tworzywa sztucznego. Powodem tej
wymiany jest duża masa izolatora ceramicznego – ok. 16 kg. Masa izolatora z tworzyw
sztucznych wynosi zaledwie 1,4 kg.

Rys. 25.

Izolatory w kotwieniu: nowe izolatory dzielcze [opracowanie własne]

Charakterystyczną cechą każdej konstrukcji kotwowej, indywidualnej czy grupowej, jest

odciąg który stanowi przeciw wagę dla naprężenia przewodów. Konstrukcja odciągów
zmieniała się wraz z postępem elektryfikacyjnym. Najstarsze odciągi są wykonane
z ceowników, płaskowników lub kratownic. Ze względu na swoje wymiary, odciągi
ceownikowe zostały wyparte przez odciągi prętowe, początkowo dwuprętowe, następnie
jednoprętowe, które do konstrukcji wsporczych montowane są za pomocą widełek.
W najnowszych rozwiązaniach, widełki z prętem połączone są za pomocą elastycznego
elementu.

Rys. 26.

Konstrukcja kotwowa
z odciągiem
[opracowanie własne]

Rys. 27.

Konstrukcja kotwowa
z podporą [opracowanie
własne]

Rys. 28.

Konstrukcja kotwowa
podwójna [opracowanie
własne]

Każdy odciąg (w zależności od konstrukcji) posiada fundament bądź głowicę

fundamentową. Odciągi konstrukcji wsporczej, która posiada palikowany fundament, również
posiada fundament palikowany do którego mocuje się odciąg przy pomocy śrub. W zależności
od odciągu występują różne rodzaje głowic i fundamentów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 29.

Fundament odciągu - fundament palikowany [3]

W wyjątkowych indywidualnych przypadkach stosowane są boczne odciągi konstrukcji

wsporczych np. znaczna przechyłka konstrukcji wsporczej na bok, bądź znaczne obciążenie
konstrukcji siłą poprzeczną.

Przęsła naprężania

Miejsca naprężenia dwóch odcinków sieci nazywamy przęsłem naprężenia. Przęsła dzieli

się na normalnej długości i skrócone, izolowane, cztero-, sześcio- lub ośmiosłupowe,
sekcjonowane odłącznikiem. Typowe przęsło naprężenia składa się z czterech słupów.

Słup Kotwowy

Słup krzyżowy

Słup krzyżowy 2

Słup kotwowy

Wspólna bieżnia

Odcinek A

Odcinek B

Rys. 30.

Zasada konstrukcji przęsła naprężenia [3]

Na skraju przęsła znajdują się słupy kotwowe, natomiast w środku umiejscowione

są słupy krzyżowe. Przewody jezdne między słupami krzyżowymi stanowią wspólną bieżnię
gdyż znajdują się na tej samej wysokości.

Konstrukcja wysięgnika słupa kotwowego jest identyczna jak słupa przelotowego,

natomiast konstrukcja słupa krzyżowego różni się w zasadniczy sposób. Odciąg ukośnika
słupa krzyżowego przenosi siły ciskające na słup i dlatego odciągi muszą być nieprzechylne.
W wysięgniku rurowym odciąg jest wykonany z rury, w wysięgniku teownikowym z teownika
zamiast pręta. Izolator odciągu jest jednocześnie izolatorem wsporczym. Wysięg pomocniczy
nie posiada ramion odciągowych tylko bezpośrednio zamocowane uchwyty przewodów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

jezdnych. Słup krzyżowy jest więc końcowym słupem, na którym podwieszona jest sieć
jezdna.

Pierwszy słup krzyżowy posiada długi wysięg pomocniczy, natomiast drugi słup

krzyżowy posiada krótszy wysięg pomocniczy.

Przewody odcinków tworzących przęsło naprężenia krzyżują się w różnych poziomach.

Aby umożliwić przepływ prądu z jednego odcinka do drugiego, łączy się przewody obu
odcinków w przęśle naprężenia za pomocą elektrycznych połączeń międzyodcinkowych
zwartych na stałe. Na szlaku połączenia wykonuje się w dwóch miejscach w pobliżu słupów
krzyżowych. W przęsłach naprężenia stacyjnych na słupach krzyżowych montowane
są odłączniki, które umożliwiają sekcjonowanie sieci jezdnej. Połączenie międzyodcinkowe
zwarte jest wtedy za pomocą odłącznika.

Przęsła naprężania na łuku

Na łukach o małych promieniach, w celu uzyskania właściwych odsuwów przewodów,

obie sieci tworzące przęsło muszą być zawieszone na sześciu konstrukcjach wsporczych.
Przęsło te posiada dwa słupy kotwowe i cztery krzyżowe.

Rys. 31.

Schemat przęsła w łuku [opracowanie własne]

Dwa skrajne słupy krzyżowe są identyczne jak słupy krzyżowe w normalnym przęśle,

natomiast dwa słupy krzyżowe które są w środku przęsła posiadają ramiona odciągowe
i odciągi prętowe - pierwszy słup środkowy posiada normalne ramiona odciągowe stosowane
w łuku odciągające sieć do konstrukcji wsporczej, natomiast drugi posiada specjalne ramiona
odciągające sieć od konstrukcji wsporczej.

Przęsła złożone z sześciu konstrukcji wsporczych

Sześciosłupowe przęsło naprężania sieci typu 2C-120-2C (dwie liny nośne i dwa

przewody jezdne) wynika z konieczności rozdzielenia kotwienia każdej sieci na 2 słupy
kotwowe z uwagi na duże naciągi zastosowane w przewodach. Na każdym ze słupów
kotwiona jest jedna z lin nośnych oraz jeden z przewodów jezdnych.

Rys. 32.

Schemat przęsła sieci 2C-120-2C [opracowanie własne]

Skrajne konstrukcje kotwowe posiadają wysięgniki słupów przelotowych, natomiast

słupy kotwowe w środku przęsła posiadają wysięgnik słupa krzyżowego (słupy kotwowo-
krzyżowe). Dwa słupy krzyżowe znajdujące się w samym środku przęsła posiadają ramię
odciągowe, odciągając w ten sposób jedną parę liny nośnej i przewodu jezdnego. Wysokie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

naciągi zastosowane w przewodach powodują zwiększenie elastyczności sieci, a tym samym
zwiększenie prędkości konstrukcyjnej dla tego typu sieci (250 km/h).

Dla sieci o dużych naciągach oraz dużej prędkości jazdy w celu polepszenia elastyczności

wspólnej bieżni stosowane jest przede wszystkim sześciosłupowe przęsło naprężenia bez
rozbicia kotwienia jak w przypadku opisanym powyżej. Zwiększenie elastyczności w przęśle
możliwe jest dzięki wydłużeniu długości wspólnej bieżni. Rozwinięciem konstrukcyjnym jest
czterosłupowe przęsło typu „Libiąż”.

Rys. 33.

Schemat klasycznego przęsła sześciosłupowego o wydłużonej bieżni [opracowanie własne]

Rys. 34.

Schemat przęsła o wydłużonej bieżni typu „libiąż” [opracowanie własne]

W klasycznym przęśle o wydłużonej bieżni znajdują się dwa słupy kotwowe, dwa słupy

krzyżowe oraz dwa słupy przelotowe. Słupy przelotowe ustawiane są jako środkowe takiego
przęsła i posiadają ramiona odciągowe.

W rozwiązaniu typu „libiąż” zamiast dwóch osobnych konstrukcji wsporczych dla

wysięgu krzyżowego i przelotowego, stosuje się jedną konstrukcję na której znajdują się dwa
wysięgi - krzyżowy i przelotowy. Tego typu konstrukcje często stosowano są w krajach
zachodnioeuropejskich.

Skrócone przęsło naprężenia

W normalnych przypadkach odległości między słupami krzyżowymi wynoszą,

w zależności od rodzaju sieci, od 30 do 53 m. Jednak w pewnych przypadkach z uwagi na
brak miejsca, buduje się przęsła naprężenia o rozpiętości mniejszej od normalnej. Wysięgniki
słupów krzyżowych posiadają wtedy specjalne ramiona odciągowe.

Rys. 35.

Schemat skróconych przęseł naprężenia [opracowanie własne]

Kotwienie środkowe

Kotwienie środkowe wykonuje się dlatego, iż zapobiega przeciąganiu sieci oraz

zmniejsza odcinek awaryjny przy uszkodzeniach sieci. Polega ono na unieruchomieniu
wysięgu znajdującego się w środku odcinka naprężenia (wysięgu słupa środkowego)
za pomocą liny kotwiącej rozpiętej do dwóch sąsiednich słupów kotwowych. Dodatkowo
przewody jezdne są zakotwione do liny nośnej tworząc tzw. układ V. W starszych
rozwiązaniach konstrukcyjnych, układ V wykonywany był bezpośrednio przy wysięgu słupa
ś

rodkowego, obecnie wykonywany jest w środku odcinka między konstrukcją środkową

a kotwową.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 36.

Konstrukcja kotwienia środkowego starszego typu: 1 – układ V, 2 – słup środkowy, 3 – lina kotwienia
ś

rodkowego [opracowanie własne]

Lina kotwiąca zaczyna i kończy się na słupie kotwowym. Wysięgniki słupa kotwowego

tego kotwienia są identyczne jak konstrukcji wsporczej przelotowej, konstrukcja wsporcza
posiada dodatkowo odciąg. Wysięgnik słupa środkowego posiada jedynie odciąg rurowy lub
teownikowy (w zależności od wysięgnika) zamiast odciągu prętowego. Podobnie jak w słupie
krzyżowym, izolator odciągu jest izolatorem wsporczym, a zamocowanie wysięgu
nieprzechylne.

Lina kotwiąca (w sieci z wysięgnikami rurowymi) łączona jest na stałe z liną nośną.

Zabieg ten powoduje to unieruchomienie wysięgnika. W przypadku zastosowania wysięgnika
teownikowego lina kotwienia środkowego unieruchamia wysięgnik, lecz nie ma potrzeby
łączenia jej z liną nośną sieci. Przewody jezdne są powiązane z liną nośną za pomocą
oddzielnych odcinków lin ukształtowanych w postaci litery V – w sieciach z dwoma
przewodami jezdnymi jeden przewód kotwiony jest do liny nośnej przed słupem środkowym,
a drugi za.

Rys. 37.

Układ V sieci z dwoma przewodami jezdnymi [opracowanie własne]

Kotwienie środkowe wykonuje się także w bramkach. Lina nośna kotwiona jest

do pomostu bramki przy pomocy dodatkowej liny kotwiącej. W linie tej muszą być
zamontowane izolatory, ponieważ lina nośna jest pod napięciem. Podobnie jak w przypadku
kotwienia ciężarowego, jako izolatory liny kotwiącej stosowane są izolatory dzielcze,
w starszych konstrukcjach spotkać można izolatory ceramiczne.

Rys. 38.

Zasada kotwienia środkowego w bramkach: 1 – izolator, 2 – lina dodatkowa kotwienia środkowego
3 – uchwyt równoległy lina-lina, 4 – pomost bramki [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie są metody kompensacji sieci trakcyjnej?
2. Kiedy wykonuje się podział trakcji na sekcje?
3. Do czego służą odciągi?
4. Jakie najczęściej stosuje się metody kotwień?
5. Czy różnią się metody kompensacji sieci w zależności od ilości lin nośnych i drutów

jezdnych?

6. Jakie funkcje realizują izolatory dzielcze?
7. W jaki sposób zapewnia się ciągłość zasilania taboru w miejscach podziału sieci?
8. Jakie funkcje realizują fundamenty?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie zdjęć wybranej linii, określ zastosowany w niej sposób kompensacji

długości przewodów jezdnych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) określić sposób kompensacji,
2) ustalić czy są przekładnie, a jeżeli tak to jakie,
3) odnaleźć

literaturze

podobne

rozwiązania

techniczne

kompensacji,

w analizowanych przypadku,

4) sklasyfikować badaną kompensację.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

katalogi elementów kompensacyjnych,

−

modele linii z różnymi metodami kompensacji,

−

zdjęcia wybranych linii,

−

materiały i przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Zamontuj izolator sekcyjny. Podłącz do niego druty jezdne DJP.

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się technologią wykonywania przyłącza przewodu do izolatora,
2) dobrać odpowiednie narzędzia,
3) ustawić odpowiednia w złączach druty jezdne (należy dokładnie wypoziomować

separator),

4) wykonać połączenie przewodów jezdnych,
5) sprawdzić jakość połączenia elektrycznego oraz wytrzymałość mechaniczną.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

izolator sekcyjny wzdłużny,

−

komplet narzędzi elektromonterskich,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

dwa odcinki przewodów jezdnych,

−

złączki zaprasowywane lub śrubowe w zależności od rodzaju izolatora,

−

instrukcja do ćwiczenia.

Ćwiczenie 3

Wykonaj montaż układu napinania sieci trakcyjnej typ 1:4.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać to ćwiczenie, powinieneś:

zamontować na postawionym modelu słupa wszystkie uchwyty obejmy,

założyć cięgno linowe na krążki stały i ruchomy,

przymocować dźwignie wraz z izolatorami dzielczymi,

sprawdzić prowadzenia cięgła,

rozłączyć zestawy,

sprawdzić w dokumentacji planowany naciąg,

zamontować ciężary (dropsy),

sprawdzić poprawność montażu, sprawdzić i zabezpieczyć wszystkie połączenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

słup ćwiczebny o ograniczonej wysokości,

−

komplet do kotwienia w układzie 1:4,

−

sprzęt asekuracyjny, kaski, podesty,

−

komplet narzędzi ślusarskich,

−

instrukcja do ćwiczenia.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

opisać budowę linii elektrycznej?

określić metody napinania sieci?

opisać metody kompensacji sieci (druty jezdne i liny nośne)?

zmontować urządzenia do napinania i kotwienia sieci?

dobrać środki ochrony indywidualnej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.

Budowa podstacji trakcyjnych

4.4.1.

Materiał nauczania

Podstacja trakcyjna to stacja elektroenergetyczna, zasilana z krajowego systemu

elektroenergetycznego, której podstawowym zadaniem jest zasilanie sieci trakcyjnej
na określonym odcinku linii kolejowej. Ze względu na stosowany w Polsce system trakcji
3 kV prądu stałego, podstacje trakcyjne są stacjami transformatorowo-prostownikowymi.
Przetwarzają one prąd przemienny trójfazowy o napięciu stosowanym w energetyce
zawodowej (zwykle 15 kV) na prąd stały 3 kV DC, którym zasilana jest sieć trakcyjna i za jej
pomocą - pojazdy trakcyjne.

Podstacje trakcyjne zasilane są z krajowego systemu elektroenergetycznego liniami

redniego napięcia, głównie 15 i 110 kV. Ze względu na wymóg ciągłości zasilania, podstacje

są połączone z siecią energetyki zawodowej za pomocą co najmniej dwóch linii, z których
każda musi posiadać zdolność przeniesienia mocy całej podstacji. Linie te (zwykle oznaczane
jako PKP-1 i PKP-2) muszą być wyprowadzone z dwóch niezawodnych źródeł zasilania,
najlepiej dwóch niezależnych terytorialnie stacji transformatorowych 110 kV / SN (GPZ-tów).

Linie zasilające zabezpieczone są za pomocą zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych

i bezzwłocznych, których nastawy uzgadniane są z zakładem energetycznym (właściwą spółką
dystrybucyjną). Często zabezpieczenia te są uzupełniane przekaźnikami podnapięciowymi,
które reagują na spadek napięcia linii (m.in. podczas zwarcia) i jednocześnie służą
do pobudzenia automatyki SZR. Od strony stacji zasilającej (GPZ) linie są wyposażone
dodatkowo w zabezpieczenie ziemnozwarciowe czynnomocowe lub admitancyjne.
Automatyki SPZ w liniach zasilających podstacje nie stosuje się.

Podstacje trakcyjne są w przeważającej większości budynkami parterowymi, chociaż na

sieci PKP można spotkać także podstacje piętrowe (na piętrze znajduje się rozdzielnia prądu
przemiennego). Linie zasilające oraz linie LPN są wprowadzone do wnętrza budynku kablem
lub przez izolatory przepustowe w jednej ze ścian (tylnej lub bocznej - w zależności
od lokalizacji rozdzielni SN). Na tej samej ścianie, pod izolatorami przepustowymi, znajdują
się odgromniki, które ze względu na niebezpieczeństwo eksplozji muszą być zainstalowane na
zewnątrz budynku. Bardzo często po tej samej stronie budynku znajdują się stoiska
transformatorów potrzeb własnych, które stoją przy ścianie (na zewnątrz) ogrodzone siatką
lub uziemioną barierką. W podstacji typu „12” transformatory potrzeb własnych
są umieszczone w rozdzielnicy SN. Po drugiej stronie budynku podstacji stoją transformatory
prostownikowe. Ze względów przeciwpożarowych są one ustawione na specjalnych
betonowych podestach, w których znajdują się misy olejowe wypełnione tłuczniem. W celu
ochrony transformatorów przed zniszczeniem w przypadku eksplozji lub pożaru jednego
z nich, są one oddzielone od siebie ściankami ogniotrwałymi.

Największym pomieszczeniem wewnątrz budynku podstacji trakcyjnej jest hala główna,

w której znajdują się prostowniki, rozdzielnica trakcyjna oraz celka minusowa. Szafy
prostownikowe zlokalizowane są przy tej samej ścianie, za którą od strony zewnętrznej stoją
transformatory prostownikowe. Połączenia transformatorów z prostownikami są wykonane
za pomocą szynoprzewodów i wprowadzone do budynku przez izolatory przepustowe.
W bezpośrednim sąsiedztwie szaf prostownikowych znajdują się dławiki katodowe.
Rozdzielnica prądu przemiennego jest umieszczona zwykle w hali głównej, ale istnieją
podstacje, w których rozdzielnia prądu trójfazowego stanowi oddzielne pomieszczenie lub
znajduje się na piętrze. W hali głównej zlokalizowane są także rozdzielnice i prostowniki
potrzeb własnych, a często również szafy zdalnego sterowania kabinami sekcyjnymi

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i urządzenia odległościowego sterowania odłącznikami sekcyjnymi. W jednej ze ścian hali
głównej znajdują się wrota, umożliwiające transport urządzeń o dużych gabarytach.

Pozostałe pomieszczenia wewnątrz budynku nazywamy pomieszczeniami pomocniczymi

i są to: akumulatornia, pomieszczenie pomocnicze akumulatorni, warsztat, magazyn, dyżurka,
pomieszczenia sanitarne dla obsługi.

Rozdzielnia prądu przemiennego na podstacji trakcyjnej z dwoma zespołami

prostownikowymi posiada pojedynczą, sekcjonowaną szynę zbiorczą. Do każdej sekcji szyn
przyłączone są pola: linii zasilającej, linii LPN, zespołu prostownikowego oraz transformatora
potrzeb własnych. Jak więc widać, typowa rozdzielnia prądu przemiennego składa się z 8 pól
podzielonych na dwie sekcje za pomocą odłącznika sekcyjnego. Poszczególne pola są
zrealizowane w postaci celek. Wprowadzenia linii napowietrznych do rozdzielni SN, jak
również

połączenia

odgromnikami

oraz

transformatorami

potrzeb

własnych,

są zrealizowane za pomocą izolatorów przepustowych.

W rozwiązaniu tradycyjnym podstacja trakcyjna jest umieszczona w budynku. W latach

70-tych rozwinęła się idea pełnej prefabrykacji elementów układu zasilania trakcji
elektrycznej PKP, głównie z powodu szybkiego tempa elektryfikacji. Pierwszy prototyp
kontenerowej podstacji trakcyjnej został zbudowany w grudniu 1977 r. przez PKRE
i w okresie od stycznia do maja 1978 r. przechodził kompleksowe badania. Wykazały one
poprawność rozwiązania prototypowego, w związku z czym w czerwcu 1978 r. podstacja
została umieszczona w miejscowości Dobiegniew na linii Poznań – Szczecin (dokładnie
Krzyż – Stargard Szczeciński). Podstacja ta w końcowym wykonaniu składała się z siedmiu
kontenerów typu 1-CC:

−

2 kontenery stanowiące rozdzielnię 15 kV prądu przemiennego,

−

2 kontenery zawierające zespoły prostownikowe typu PK-17/3,3-3,

−

2 kontenery stanowiące rozdzielnię 3 kV prądu stałego,

−

1 kontener zawierający dwa pola rozdzielni potrzeb nietrakcyjnych 15 kV.
Realizacja tej podstacji była związana z licznymi trudnościami, gdyż konieczne było

wyprodukowanie podstawowych aparatów i urządzeń w wykonaniu małogabarytowym,
przystosowanych do rozmiarów kontenera i nowych warunków pracy (mała przestrzeń,
utrudniona wymiana powietrza). Poza tym założono, że cała aparatura musi być produkcji
krajowej. Kolejnym utrudnieniem było zdalne sterowanie, gdyż założono że podstacja ma
pracować bez obsługi na miejscu. Mimo powyższych problemów podstacja została
wyprodukowana, choć niestety nie w takim zakresie, jak pierwotnie przewidywano.

−

nie udało się zastosować sterowania zdalnego, co spowodowało konieczność
zastosowania dodatkowego kontenera typu „System” jako dyżurki,

−

nie zastosowano w podstacji szyny obejściowej w rozdzielnicy 3 kV,

−

nie zastosowano w podstacji wyłącznika szybkiego zapasowego,

−

nie udało się wyprodukować w kraju dławika katodowego nadającego się do pracy
w kontenerze,

−

transformatory potrzeb własnych miały być przystosowane do pracy wewnętrznej
i umieszczone w kontenerze, lecz nie udało się wyprodukować ich w wykonaniu suchym
i ostatecznie zostały umieszczone na zewnątrz.
Oprócz niewątpliwych zalety podstacja trakcyjna okazała się uciążliwa w obsłudze

i konserwacji, a warunki pracy aparatury głównej i pomocniczej (dostosowanej „na siłę” do
pracy w kontenerze) okazały się bardzo trudne. Czarę goryczy przelała poważna awaria całej
podstacji, jaka miała miejsce w kilka miesięcy po jej uruchomieniu. Jednostopniowa
transformacja napięcia 110/3 kV wymaga doprowadzenia do podstacji trakcyjnej napięcia
WN. W Polsce napięcie to ma poziom 110 kV. W podstacji dokonuje się bezpośredniej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

transformacji ze 110 kV na napięcie doprowadzane do prostownika trakcyjnego. W układzie
tym pomija się powszechnie wykonywaną pośrednią transformację napięcia WN/SN (zwykle
110/15 kV) odbywającą się w stacjach GPZ, a także eliminuje linie zasilające średniego
napięcia - podstawowe źródło spadków napięć i strat energii. Na rysunku A przedstawiony
jest klasyczny układ zasilania trakcji PKP, na rysunku B zaś - układ z transformacją
jednostopniową:

Rys. 39.

Układy zasilania: a) klasyczny, b) z transformacją jednostopniową [opracowanie własne]

Głównym problemem w zespołach z transformacją jednostopniową 110/3 kV są duże

wartości prądów zwarciowych na szynach prądu stałego, które przy pracy jednego zespołu
przekraczają 40 kA. Aby ograniczyć wartości prądów zwarciowych ustalono, że procentowe
napięcie zwarcia nowego transformatora prostownikowego musi zawierać się w granicach
10–11% (w typowych transformatorach prostownikowych TO3Z-6000/15 stosowanych
w zespołach PD-16/3,3 wynosi 8%). W systemie elektrotrakcyjnym z jednostopniową
transformacją napięcia to właśnie parametry transformatora prostownikowego mają
największy wpływ na wartość impedancji zwarciowej obwodu. Dalsze zwiększanie napięcia
zwarcia transformatora byłoby niecelowe ze względu na wzrastające straty przy przepływie
prądów roboczych. Transformator prostownikowy stosowany w zespołach z transformacją
jednostopniową wyposażony jest w szesnastostopniową regulację napięcia pod obciążeniem
(po 8 stopni w górę i w dół).

W podstacjach z jednostopniową transformacją 110/3 kV są stosowane aperiodyczne

filtry LC typu „gamma” indywidualnie dla każdego zespołu. Zastosowanie indywidualnego
wygładzania napięcia stałego zapewnia generowanie niższego poziomu wyższych
harmonicznych. Filtr składa się z dławika katodowego o indukcyjności 6 mH oraz baterii
kondensatorów o pojemności 1000 mikrofaradów.

Rys. 40.

Filtr typu „gamma” stosowany w podstacjach z jednostopniową transformacją [opracowanie własne]

Częstotliwość rezonansowa filtru ma wartość poniżej 100 Hz. Omawiany filtr jest

dostrajany do określonej częstotliwości rezonansowej poprzez regulację pojemności baterii
kondensatorów, a nie wartości indukcyjności jak w przypadku filtrów rezonansowych
(szeregowych LC). Wybór filtru jest podyktowany perspektywą wprowadzenia do eksploatacji
na sieci PKP pojazdów trakcyjnych z napędem energoelektronicznym. Należy pamiętać, że
dławik katodowy jest nie tylko częścią składową filtru, lecz także podstawowym elementem
obwodu głównego podstacji ograniczającym wartości prądów zwarciowych na szynach 3 kV.
Jego wytrzymałość zwarciowa wynosi 33 kA dla czasu 20 ms i 22 kA dla czasu 200 ms.

Pola liniowe (zasilające i LPN) są wyposażone w komplet odłączników oraz uziemiaczy.

Przed odłącznikiem liniowym do każdej fazy są przyłączone odgromniki, które ze względów
bezpieczeństwa znajdują się na zewnątrz budynku. Za odłącznikiem liniowym znajdują się

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przekładniki prądowe, a następnie przekładniki napięciowe, przyłączone do toru głównego
za pośrednictwem bezpieczników przekładnikowych. Najważniejszym elementem pola jest
wyłącznik małoolejowy, który ma za zadanie wyłączać prądy robocze, przeciążeniowe oraz
zwarciowe i stanowi element wykonawczy układów automatyki zabezpieczeniowej.

Pola zespołów prostownikowych mają znacznie prostszy układ niż pola liniowe, gdyż

posiadają tylko jeden odłącznik (szynowy), a także z oczywistych powodów nie
są wyposażone w pomiar napięcia. Składają się one jedynie z odłącznika szynowego,
wyłącznika (małoolejowego) i przekładników prądowych.

Pola transformatorów potrzeb własnych są natomiast najprostszymi polami rozdzielnicy,

eby nie powiedzieć najbardziej prymitywnymi. Transformatory te są przyłączone do szyn

zbiorczych za pomocą odłączników i bezpieczników, jedynie w wyjątkowych przypadkach
stosuje się rozłączniki. Stosuje się także podstacje, na których transformatory potrzeb
własnych są przyłączone bezpośrednio do linii zasilającej za pomocą napowietrznego
rozłącznika i bezpieczników, z pominięciem rozdzielnicy SN. Transformatory potrzeb
własnych znajdują się na zewnątrz budynku podstacji (w ogrodzonych stoiskach) lub są
zabudowane w celce rozdzielnicy prądu przemiennego, co ma miejsce w podstacji typu „12”.

Na tablicach czołowych rozdzielnicy prądu przemiennego znajdują się mierniki, lampki

kontrolne i łączniki sterownicze, niezbędne w przypadku obsługi lokalnej. Odłączniki
w podstacjach sterowanych zdalnie są wyposażone w napęd elektryczny.

Rys. 41.

Schemat rozdzielni 110/15 kV [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zespołem

prostownikowym

nazywamy

prostownik

wraz

zasilającym

transformatorem. Urządzenia te zawsze współpracują blokowo. Do zespołu prostownikowego
możemy wliczyć także dławik katodowy, który od zawsze był związany ze „swoim”
prostownikiem (nigdy nie stosowano centralnego dławika katodowego dla całej podstacji)
oraz urządzenie wygładzające indywidualne, jeśli takowe występuje. W zespołach
z transformacją jednostopniową każdy zespół prostownikowy posiada swój własny filtr typu
gamma.

Transformatory prostownikowe zasilane są z rozdzielni prądu przemiennego podstacji

trakcyjnej i zasilają prostowniki. Układ połączeń uzwojeń transformatora jest bezpośrednio
związany z układem elektrycznym prostownika. Transformatory prostownikowe dzielimy
ze względu na liczbę uzwojeń dolnego napięcia na dwuuzwojeniowe i trójuzwojeniowe.

Uzwojenie pierwotne transformatora prostownikowego może być połączone w gwiazdę

lub trójkąt, choć ze względów ekonomicznych (koszt izolacji zwojowej) korzystne jest jego
połączenie w gwiazdę. Istnieją jednak przypadki, kiedy uzwojenie pierwotne musi być
połączone w trójkąt dla kompensacji trzeciej harmonicznej strumienia.

Ze względu na ograniczone parametry diod, szczególnie w początkowym okresie

elektryfikacji, musiały być one łączone w liczne grupy szeregowe (ze względu
na dopuszczalne

napięcia) oraz równoległe (ograniczenia prądowe). W zespole

prostownikowym typu PK-10/3,3 o mocy znamionowej 2,5 MW zastosowano 324 diody.
W miarę postępu technicznego w produkcji diod uzyskiwano coraz lepsze ich parametry i na
przykład w zespole typu PK-17/3,3 o tej samej mocy zastosowano już 288 diod, a w zespole
PD-10/3,3 o mocy 3,3 MW – tylko 72 diody. Dodatkowo należy zwrócić uwagę na fakt,
ż

e zespół PK-10/3,3 miał wymuszone chłodzenie powietrzem, podczas gdy w zespołach

PK-17/3,3 oraz PD-10/3.3 wystarczało już chłodzenie naturalne.

Zestaw prostownikowy typu PD-12/3,3 stanowią dwie szafy diodowe (D-16/1,6) każda

o układzie mostka 3-fazowego, szeregowo połączone po stronie napięcia wyprostowanego
oraz jedna wspólna dla obydwu szaf diodowych szafa obwodów RC oraz pomiaru prądu
i napięcia wyprostowanego. Do pomiaru prądu zastosowano bocznik i amperomierz na
2500 A.

Szkielet szafy diodowej oraz szafy obwodów RC i pomiaru stanowi rama

z kształtowników kwadratowych zamkniętych. Z przodu i tyłu każdej szafy diodowej znajdują
się osiatkowane drzwi dwuskrzydłowe zamykane na zamek. Ściany boczne wykonane
są w postaci osłon dzielonych z blachy stalowej o grubości 2 mm, umożliwiające łączenie
szeregowe szaf za pomocą dodatkowych łączników. W górnej części szafy diodowej oraz
obwodów RC i pomiarów znajdują się cztery uchwyty (nie wystające z gabarytu szafy)
służące do podnoszenia, a w szafie diodowej – pięć podstaw z otworami do mocowania
izolatorów wsporczych dla szyn połączeniowych R, S, T oraz ewentualnie (+) i (-). W każdym
narożu dolnej części szaf znajdują się otwory, które mogą być wykorzystane w przypadku
ustawienia tych szaf na kotwach.

W każdej szafie diodowej na konstrukcyjnych elementach izolacyjnych wspartych na

szkielecie szafy, równomiernie rozmieszczone jest 36 jednoelementowych modułów
diodowych typu MOD9P-1000-20-T-A33. Moduły te składają się z diod pastylkowanych typu
D93-1000-20-T i aluminiowych radiatorów typu RY-205. Ze względów termicznych moduły
te zamocowane są skośnie (pod kątem 30 stopni w stosunku do pionu), co w znacznym
stopniu eliminuje zjawisko wzajemnego podgrzewania się.

Pod względem elektrycznym moduły te skojarzone są w mostek 3-fazowy, przy czym

w każdym ramieniu mostka pracują po 3 w połączeniu szeregowym i po 2 w połączeniu
równoległym. Połączenia szeregowe są zrealizowane poziomo przy pomocy wyjmowalnych
łączówek w kształcie litery U, a połączenia równoległe – pionowo. Każdy równolegle

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

pracujący moduł diodowy jest bezpośrednio połączony z szyną R, S lub T, zaś wszystkie
moduły z grupy katodowej są połączone bezpośrednio łącznikami szynowymi z szyną (+),
analogicznie jak wszystkie moduły z grupy anodowej są połączone bezpośrednio z szyną (-)
danego zestawu diodowego.

Przed skutkami przepięć komutacyjnych diody tych modułów chronione są za pomocą

odpowiednich układów RC bocznikujących każdą diodę. Układ taki stanowi przykręcona do
radiatora płytka izolacyjna, na której znajdują się dwa kondensatory typu MPKP-2W-1uF /
1600 V połączone szeregowo oraz cztery rezystory typu OWZ 100 kΩ/2W po 2 równolegle na
każdym kondensatorze. Przed skutkami przepięć łączeniowych każdy zestaw diodowy
chroniony jest odpowiednimi oddzielnymi układami RC przyłączonymi do szyn (+) i (-)
danego zestawu diodowego. Układ taki złożony jest z kondensatora typu C6,3/50-2 (6,3 kV /
4 uF), dwóch równolegle połączonych oporników typu DE150W/40Ω oraz bezpiecznika
topikowego WN typu WBT 3/6 (3000 V / 6 A). Obydwa te układy są zlokalizowane w szafie
obwodów RC i pomiaru, w której ponadto znajduje się bocznik pomiarowy (na dole) oraz na
drzwiach

frontowych

magnetoelektryczny

woltomierz

rezystorem

dodatkowym

i amperomierz. Ze względów bezpieczeństwa obydwa przyrządy zamocowane są na płycie
izolacyjnej i od frontu zasłonięte są płytka z pleksi. Wszystkie połączenia elementów
obwodów RC i przyrządów pomiarowych wykonane są przewodem wysokonapięciowym,
przy czym połączenia biegnące do szaf diodowych wykonane są ponadto w rurkach
izolacyjnych przymocowanych do metalowej konstrukcji szaf.

Podstawowym zabezpieczeniem zespołu prostownikowego jest zabezpieczenie

nadprądowe bezzwłoczne i zwłoczne prądowo-zależne po stronie zasilania, którego
charakterystyka powinna pozwalać na przeciążanie zespołu w dopuszczalnych granicach.
Należy bowiem pamiętać, że wyróżniamy siedem klas przeciążalności zespołów
prostownikowych.

Uzupełnieniem

zabezpieczenia

nadprądowego

zwłocznego

jest

zabezpieczenie termometryczne transformatora lub jego model cieplny, przy czym ma ono
zwykle dwa stopnie działania (pierwszy działa na sygnalizację, drugi na wyłączenie).
Dodatkowo, stosowane jest zabezpieczenie gazowo – przepływowe transformatora
prostownikowego w postaci przekaźnika Buchholza, który również posiada dwa stopnie
działania. Pierwszy działa w przypadku obniżenia się poziomu oleju w kadzi transformatora
lub pojawienia się wyładowań niezupełnych (gazowania) i działa na sygnalizację. Drugi
stopień natomiast reaguje na szybki przepływ oleju z kadzi do konserwatora (dzieje się tak,
gdy w kadzi transformatora pojawi się łuk elektryczny) i działa na wyłączenie zespołu.

Wymienione powyżej zabezpieczenia działają na otwarcie wyłącznika po stronie zasilania

(prądu przemiennego) i dotyczą prostowników krzemowych. Prostowniki rtęciowe wymagały
dodatkowych zabezpieczeń związanych z kontrolą próżni, temperatury anod i pracy
kompresorów, a przede wszystkim konieczne było stosowanie wyłączników szybkich
katodowych między biegunem dodatnim prostownika i szyną zbiorczą 3 kV.

W podstacjach wyposażonych w dwa zespoły prostownikowe pracuje zwykle tylko jeden

z nich, zwany zespołem wiodącym. Drugi zespół stanowi rezerwę mocy i jest załączany
do pracy równoległej w przypadku przeciążenia zespołu wiodącego. Mówiąc obrazowo, drugi
zespół „pomaga” zespołowi wiodącemu w okresie zwiększonego obciążenia. Na podstacjach
wyposażonych w trzy lub cztery zespoły prostownikowe może być już różnie. Jeśli ruch
pociągów w odcinku zasilanym przez podstację jest duży to mogą w stanie normalnym
pracować dwa zespoły. Załączanie i wyłączanie poszczególnych zespołów może być
wykonywane ręcznie lub następować automatycznie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rozdzielnia prądu stałego

Posiada ona układ dwóch szyn zbiorczych, podwójnie sekcjonowany za pomocą

odłączników OD1 i OD2. Rozróżniamy szynę zbiorczą główną i zapasową (obejściową).
Szyna główna zasilana jest z zespołów prostownikowych ZP-1 i ZP-2 za pomocą odłączników
OP1 i OP2 (dawniej – wyłączników katodowych). Pomiędzy prostownikami i ich
odłącznikami znajdują się dławiki katodowe DK-1 i DK-2. Do szyn zbiorczych przyłączone
są pola odpływowe (zasilaczy sieci trakcyjnej), pole wyłącznika zapasowego oraz pole
urządzenia wygładzającego (filtru). Pola zasilaczy wyposażone są w wyłączniki szybkie WSx
i komplet odłączników OSx i OZx. Każdy wyłącznik szybki jest zbocznikowany układem
UPL (próby linii), którego z powodu braku miejsca nie mogłem umieścić na schemacie.
Wyłącznik szybki zapasowy WSZ umożliwia zastąpienie dowolnego wyłącznika w polach
zasilaczy za pomocą szyny obejściowej, po zamknięciu odłącznika OZx w uszkodzonym polu.
Urządzenia wygładzające (filtry) przyłączone są do głównej szyny zbiorczej za pomocą
odłącznika i bezpieczników. Przedstawiony poniżej schemat należy traktować jako
uproszczony, pominięte zostały na nim m.in. obwody pomiarowe oraz UPL.

Rys. 42.

Rozdzielnia prądu stałego [opracowanie własne]

Celką minusową nazywamy potocznie rozdzielnię prądów powrotnych. Ze względu na

charakter pracy i niski potencjał rozdzielnia prądów powrotnych jest bardzo prosta. Do jej
szyny są przyłączone za pośrednictwem odłączników przewody łączące punkty neutralne
uzwojeń wtórnych transformatorów prostownikowych lub bieguny minusowe prostowników,
a także kable powrotne (od szyn kolejowych). Do celki minusowej jest również przyłączony
biegun ujemny urządzenia wygładzającego (filtru). Niekiedy na szynie rozdzielni prądów
powrotnych są instalowane urządzenia do pomiaru całkowitego obciążenia podstacji i licznik
energii oddawanej do sieci trakcyjnej.

Dawniej rozdzielnia prądów powrotnych była połączona z potencjałem ziemi

(uziemieniem) przez iskiernik, chroniący przed pojawieniem się na szynie zbyt wysokiego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

potencjału i jednocześnie przerywający obwód prądów błądzących. Przykład schematu takiej
rozdzielni przedstawiam poniżej.

Rys. 43.

Schemat poglądowy rozdzielni starego typu z iskrownikiem doziemiającym [opracowanie własne]

Iskiernik jest jednak rozwiązaniem prymitywnym oraz kłopotliwym w regulacji. Wobec

tego, obecnie, stosuje się stycznik uziemiający lub zwiernik półprzewodnikowy sterowany
przekaźnikiem kontrolującym napięcie między szyną minusową i ziemią.

Rys. 44.

Schemat poglądowy rozdzielni nowego typu z układem doziemiającym [opracowanie własne]

Zadaniem dławika katodowego jest wygładzanie prądu stałego za prostownikiem oraz

ograniczanie stromości narastania prądów zwarciowych. Posiada on bardzo małą rezystancję,
natomiast indukcyjność jego jest na poziomie pojedynczych milihenrów (od 1,8 do 6,0 mH).
Jest on włączony szeregowo między biegun dodatni prostownika i rozdzielnię prądu stałego
(trakcyjną) jak na poniższym schemacie.

Rys. 45.

Metoda podłączenia dławika katodowego do układu prostownika [opracowanie własne]

Dławik katodowy oprócz wspomnianych zalet ma jedną podstawową wadę. Podczas

szybkich zmian obciążenia (wyłączanie zwarć, przetężeniowe otwarcie WS zasilacza) jego
indukcyjność jest źródłem znacznych przepięć. W przypadku zastosowania dużych
pojemności w obwodzie filtra przepięcia te mogą być długotrwałe. Wobec powyższego celem
ochrony przed przepięciami dławiki katodowe bocznikuje się iskiernikiem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podczas pracy prostownika powstają tętnienia prądu, będące przyczyną powstawania

harmonicznych o częstotliwościach 150, 300, 450, 600, 1200 Hz itd. zależnych od układu
połączeń zespołu prostownikowego. Składowe harmoniczne nałożone na prąd obciążenia
powodują zakłócenia w pracy silników trakcyjnych (komutacja, przegrzewanie) oraz urządzeń
łączności. Zmiany częstotliwości w sieci energetycznej, asymetria prądów fazowych lub
niewłaściwa praca zaworów w jednej gałęzi prostownika mogą spowodować także pojawienie
się składowej nieokresowej (aperiodycznej). W celu uniknięcia skutków działania składowych
okresowych i nieokresowych w podstacjach są stosowane filtry elektryczne, zwane też
urządzeniami wygładzającymi. Ze względu na lokalizację urządzenia wygładzające dzielimy
na indywidualne (skojarzone z pojedynczymi zespołami prostownikowymi) oraz centralne
(przeznaczone dla całej podstacji).

Działanie filtrów jest oparte na zjawisku rezonansu szeregowego. Składają się one

z gałęzi LC włączonych między szynę bieguna dodatniego i ujemnego. Dla częstotliwości 150
Hz stosowane są dławiki z rdzeniem, dla pozostałych częstotliwości – dławiki powietrzne.
Parametry cewek i kondensatorów są tak dobrane, aby zachodził warunek rezonansu dla
wybranych (spodziewanych) częstotliwości zakłóceń. Dla częstotliwości tych wystąpi
rezonans napięć i impedancja gałęzi LC spadnie praktycznie do zera i tą drogą zamknie się
obwód dla prądów harmonicznych, które nie wydostaną się do sieci trakcyjnej. Dla każdej
spodziewanej częstotliwości harmonicznej potrzebny jest odpowiednio dostrojony obwód
filtru.

Podstawowym zabezpieczeniem zasilaczy sieci trakcyjnej są wyłączniki szybkie,

umieszczone w celkach rozdzielnicy prądu stałego i wyposażone w wyzwalacze pierwotne
nadprądowe, działające bezpośrednio na mechanizm napędowy wyłącznika. Wyzwalacz
nadprądowy reaguje na przeciążenia oraz zwarcia. Często wyłączniki szybkie są wyposażone
dodatkowo w elektroniczne zabezpieczenia stromościowe (di/dt). Zabezpieczenia
te wykorzystują fakt, iż prąd zwarciowy narasta w czasie szybciej niż normalny prąd roboczy
i pozwalają na wykrycie zwarć odległych. Jeśli pochodna di/dt przekroczny określoną wartość
zabezpieczenie stromościowe wysyła do wyłącznika szybkiego impuls wyłączający, nawet
jeśli natężenie prądu w obwodzie jest mniejsze od nastawienia zabezpieczenia nadprądowego
wyłącznika.

Zabezpieczenie to jest realizowane przez przekaźnik podnapięciowy zainstalowany

na szynach zbiorczych prądu stałego. Jest to bardzo ważne zabezpieczenie, gdyż przy jego
braku wszelkie zwarcia, które wystąpiły w obszarze szyny zbiorczej, powodowały duże
szkody (brak było bezpośredniego czynnika, który mógłby to zwarcie „wyczuć”
i spowodować jego wyłączenie). Pośrednio zwarcie takie mogłoby być wyłączone przez
zadziałanie iskiernika na szynie minusowej, lecz jego działanie w takich przypadkach nie było
pewne, a wyłączenie nie zawsze następowało nawet po zadziałaniu iskiernika.

Zabezpieczenie podnapięciowe działa pewnie i powoduje kompletne odcięcie zasilania,

zarówno od strony prądu przemiennego (zespoły prostownikowe), jak i od strony prądu
stałego (wszystkie zasilacze). Próg zadziałania zabezpieczenia może być nastawiany, dzięki
temu można go dobrze dostosować do lokalnych warunków. Próg ten jest dostosowywany
(automatycznie) do liczby załączonych zespołów prostownikowych, zatem jest dokładnie
dostosowany do „sztywności” napięcia zasilającego rozdzielnicę trakcyjną.

Zabezpieczenia ziemnozwarciowe stosuje się w celu ochrony urządzeń przed skutkami

zwarć na szynach podstacji oraz w jej bezpośredniej bliskości. Zabezpiecza ono także przed
pojawieniem się na szynach niebezpiecznego dla ludzi potencjału.

Stosowane dawniej zabezpieczenia ziemnozwarciowe wykonane były w postaci

iskiernika niskonapięciowego włączonego między szynę minusową i uziemienie podstacji.
Pracowały one w sposób niepewny, działały przy różnych napięciach i były uciążliwe

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w eksploatacji (częste kontrole, wymiana przekładek izolacyjnych po każdym zadziałaniu,
zespawywanie elektrod). Z tych powodów opracowano, zbadano i wprowadzono
w podstacjach tzw. zwieracz szyny minusowej, wykonany jako stycznik zwierający szynę
minusową z uziemieniem podstacji trakcyjnej, tak samo jak iskiernik. W przypadku gdy
różnica potencjałów szyny minusowej i uziemienia przekroczy dopuszczalną wartość, co ma
zazwyczaj miejsce, gdy w podstacji lub jej bezpośredniej bliskości wystąpi zwarcie, prąd
płynący przez uziemienie wywołuje podskok potencjału, a to w konsekwencji powoduje
zadziałanie zabezpieczenia i zamknięcie stycznika. Nastąpi wówczas nagły wzrost prądu
zwarcia, bowiem stycznik zbocznikuje dwa człony rezystancji w obwodzie zwarcia,
tj. rezystancję przejścia uziemienia oraz rezystancję między szynami toru zelektryfikowanego
i ziemią odniesienia.

Poza tym zabezpieczenie to jest wyposażone w człon prądowy i zadziała również wtedy,

gdy prąd płynący przez zwieracz przekroczy określoną wartość. W przypadku zadziałania
zabezpieczenia zostają wysłane impulsy do wyłączników na wejściu, do zespołów
prostownikowych i do wszystkich wyłączników szybkich zasilaczy, co powoduje obustronne
odcięcie zasilania rozdzielni 3 kV, a tym samym wyłączenie zwarcia. Skutek zadziałania
zabezpieczenia ziemnozwarciowego jest analogiczny jak zadziałania ochrony podnapięciowej.

Obecnie na podstacjach trakcyjnych stosowane są elektroniczne urządzenia ochrony

ziemnozwarciowej TUZZ, UZZ i EZZ - przy czym TUZZ jest sukcesywnie wycofywany
z powodu małej stabilności podczas burzy. W urządzeniach tych funkcję stycznika pełni
zwiernik tyrystorowy. Zabezpieczenia ziemnozwarciowe są zabudowane w celce minusowej.

Podstacja trakcyjna jest połączona z kolejową siecią trakcyjną za pomocą zasilaczy

(łączących biegun dodatni podstacji z górną siecią jezdną) oraz za pomocą kabli powrotnych
(łączących biegun ujemny podstacji z szynami toru). Zasilacze dzielimy na liniowe (zasilające
tory szlakowe) oraz stacyjne (zasilające wydzielone grupy torów w stacji). Mogą być one
wykonane jako kablowe lub napowietrzno-kablowe.

Zasilacze kablowe stosowane są na terenie zabudowanym, gdzie prowadzenie linii

napowietrznej jest utrudnione. W zasilaczach tych, wykonanych z kabli ziemnych, należy
uziemienie pancerzy kabli doprowadzić do magistrali uziemiającej podstacji. Pancerze
te muszą być odizolowane od bieguna ujemnego. W celu ochrony przed przepięciami na
podejściu do rozdzielni 3 kV stosuje się odgromniki zaworowe włączone między żyłę kabla
i uziemienie podstacji.

Na terenach niezabudowanych powszechnie stosuje się zasilacze napowietrzno-kablowe,

przy czym wstawki kablowe znajdują się tylko na podejściu do podstacji oraz tam, gdzie nie
jest możliwe prowadzenie linii napowietrznej. Część napowietrzna wykonana jest
z przewodów AFL. Ze względu na duże przekroje przewodów (zwykle wiązkowych),
zasilacze napowietrzne prowadzone są na słupach typowych dla „ciężkich” linii średniego
napięcia lub na konstrukcjach specjalnych. Na jednym słupie prowadzone są zwykle dwa
zasilacze. Na konstrukcjach wsporczych oprócz przewodów roboczych podwieszony jest
przewód uszyniający, połączony z szynami kolejowymi. Ochronę odgromową zasilacza
stanowią iskierniki rożkowe lub odgromniki zaworowe, włączone między przewód roboczy
i uszyniający.

Kable powrotne łączą szynę minusową podstacji z szynami kolejowymi. Połączenie

to może być wykonane bezpośrednio lub przez dławiki torowe (jeśli urządzenia SRK
wykorzystują obwody torowe). Kable powrotne są najbardziej narażone na uszkodzenia przy
dojściu do torów kolejowych i powinny być w tych miejscach szczególnie dozorowane
i konserwowane.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie funkcje realizują kabiny sekcyjne?

Jakie są typowe technologie wykonania podstacji trakcyjnych?

Jakie typowe urządzenia elektroenergetyczne znajdują się w podstacji trakcyjnej?

Co to jest cela minusowa?

Jakie są zadania filtrów?

Jakie urządzenia służą do ochrony przepięciowej?

Czy różnią się odłączniki od wyłączników?

Jakie typy prostowników stosuje się w podstacjach trakcyjnych?

Jakie funkcje realizują kable powrotne?

10.

Do czego służą akumulatory, stanowiące wyposażenie podstacji trakcyjnej?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj montaż elementów prostujących w typowym sześciopulsowym zespole

prostowniczym służącym U

= 3300 V.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać to ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać na podstawie dokumentacji zespołu prostowniczego elementy prostujące,
2) określić sposób i elementy montujące,
3) określić metody radiacji termicznej,
4) dobrać odpowiednie metody zmniejszenia rezystancji termicznej między obudowami diod

a radiatorami,

5) zamontować mechanicznie diody,
6) połączyć układ prostownika,
7) podać napięcie kontrolne,
8) sprawdzić oscyloskopem poprawność działania prostownika.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zespół prostowniczy z wymontowanymi diodami,

−

kilka zestawów różnych diod,

−

zestaw narzędzi elektromonterskich,

−

silpasty – preparaty do obniżania rezystancji termicznych,

−

przewody do łączenia diod,

−

oscyloskop,

−

transformator separacyjny trójfazowy 380 V/380 Vdo kontroli poprawności montażu,

−

instrukcja do ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Wykonaj strojenie filtru LC tak by wyeliminować wyższe harmoniczne w określonym

zespole zasilającym trakcję.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać to ćwiczenie, powinieneś:

1) zmontować układ filtru Gamma z elementów LC,
2) uruchomić układ,
3) dołączyć rejestrator lub analizator wyższych harmonicznych,
4) sprawdzić układ, szczególnie zwracając uwagę na dzielnik napięcia, do którego

podłączony jest analizator,

5) dołączać lub odłączać baterię kondensatory wysokonapięciowe, do czasu ograniczenia

harmonicznych do minimum.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

zestaw baterii kondensatorów,

–

dławik katodowy,

–

zestaw prostownikowy, podłączony do trakcji,

–

analizator wyższych harmonicznych wraz z separatorami,

–

zestaw narzędzi monterskich,

–

dokumentacja podstacji,

–

instrukcja do ćwiczenia.

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zmontować elementy linii napowietrznej?

zmontować elementy linii kablowej?

odczytać dokumentację techniczną?

rozróżnić elementy do budowy linii kablowej?

rozróżnić elementy do budowy linii napowietrznej?

dobrać na podstawie katalogów elementy zastępcze?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uważnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań i sprawdza Twoje wiadomości z zakresu montażu i warunków
budowy sieci elektroenergetycznych i podstacji trakcyjnych.

Tylko jedna odpowiedź do każdego zadania jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi. Skreśl prawidłową
odpowiedź.

Jeżeli się pomylisz, błędną odpowiedź weź w kółko i skreśl odpowiedź prawidłową.
Jeżeli skreślisz więcej niż jedną odpowiedź do jednego zadania, nie zostanie one
ocenione.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz mógł sprawdzić poziom swojej wiedzy.

Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, odłóż jego rozwiązanie
na później; wrócisz do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

10.

Na rozwiązanie testu masz 45 minut.

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Głębokość na jakiej układa się kable o napięciu powyżej 15 kV to
a)

100 cm.

80 cm.

70 cm.

50 cm.

Głowica jest to element służący do
a)

uszczelniania końców kabli.

łączenia dwóch kabli ze sobą.

wprowadzania kabla do wnętrza budynku.

odprowadzania nadmiaru ciepła.

Kabel trójpłaszczowy, ekranowany o żyłach roboczych z aluminium i izolacji papierowej
nasyconej olejem, powłoce z ołowiu i pancerzu z taśm stalowych z zewnętrzną osłoną
włóknistą na napięcie 15 kV, trzyżyłowy o przekroju pojedynczej żyły 240 mm

oznaczony jest symbolem
a)

YKYFoy 3x240 mm

1 kV.

3HAKFtA 3x240 mm

15 kV.

3HAKFtA 3x240 mm

15 kV.

YKYżo 4x120 mm

1 kV.

Do grupy słupów przelotowych zalicza się
a)

przelotowe, krańcowe i narożne.

narożne, skrzyżowaniowe i krańcowe.

narożne, przelotowe i skrzyżowaniowe.

odporowe i narożne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rozpiętość przęsła jest to
a)

pionowa połowa odległości między prostą, a przewodem zmierzona w połowie
rozpiętości przęsła.

pionowa odległość między prostą, a przewodem zmierzona w połowie rozpiętości
przęsła.

odległość między drutem przewodzącym a powierzchnią ziemi mierzona w połowie
przęsła.

odległość między osiami dwóch kolejnych słupów.

W trakcji kolejowej najczęściej stosuje się przewody jezdne
a)

DJP 120 mm

DJP 2

525 mm

AFL 100 mm

FL 100 mm

Wyłączniki są to łączniki, które służą do
a)

odłączania napięcia na zaciskach, jeżeli w danym momencie prąd nie płynie.

wyłączania prądów zwarciowych.

wyłączania prądów znamionowych.

wyłączania prądów nie większych od 10

Symbol spotykany w dokumentacji trakcji elektrycznej oznacza

odgromnik.

przewód uszyniający.

łącznik poprzeczny międzytorowy.

łącznik poprzeczny międzytokowy.

Trakcja tramwajowa w przeważającym stopniu w Polsce zasilana jest napięciem
a)

1500 V DC.

600 V DC.

3000 V DC.

750 V DC.

10.

Najniższa dopuszczalna wysokość zawieszenia przewodów jezdnych w trakcji
tramwajowej wynosi
a)

6,12 m.

5,60 m.

4,20 m.

4,25 m.

11.

W dokumentacji izolator sekcyjny oznacza się symbolem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12.

Maksymalne dopuszczalne nachylenie trakcji na szlakach przystosowanych do
prowadzenia ruchu z prędkością do 40 km/h wynosi
a)

1‰.

5‰.

10‰.

50‰.

13.

Odciąg jest to
a)

element elastyczny do przejmowania części obciążeń gnących słupów krańcowych
bądź narożnych.

element służący do separacji galwanicznej trakcji elektrycznej.

połączenie toków ze sobą w celu zmniejszenie rezystancji sieci powrotnej.

połączenie sieci jezdnej z zasilaczem.

14.

Kotwienie 1:4 stosuje się w celu
a)

dwukrotnego zwiększenia naprężenia drutu jezdnego.

czterokrotnego zwiększenia siły naciągu drutów jezdnych.

dwukrotnego zwiększenia naprężenia linki nośnej.

czterokrotnego zwiększenia naciągu linki nośnej głównej i pomocniczej.

15.

Wyrównywacz przewodów służy do niwelowania różnic długości
a)

dwóch lin nośnych.

dwóch przewodów jezdnych.

liny nośnej i przewodu jezdnego.

naciągów słupów odciągowych.

16.

W trakcji elektrycznej układ z dwoma drutami jezdnymi stosuje się obowiązkowo na
szlakach, na których dopuszczalna prędkość jest większa od
a)

40 km/h.

80 km/h.

100 km//h.

120 km/h.

17.

W trakcie montażu nowych odcinków trakcji elektrycznej najczęstszymi przyczynami
uszkodzenia ciała
a)

są poparzenia i wychłodzenia.

są zatrucia spowodowane substancjami smarująco-konserwacyjnymi.

są przekazywania energii elektrycznej między siecią trakcyjną a podstacją trakcyjną.

jest porażenie prądem.

18.

Łączenie drutów jezdnych wykonywane jest za pomocą
a)

złączek zaprasowywanych.

uchwytów zaciskowych typu U.

złączek klinowych lub śrubowych.

spawania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19.

Sieć powrotna w głównej mierze składa się z
a)

drutów jezdnych profilowanych.

uszynień.

szyn jezdnych.

łączników wzdłużnych.

20.

Sieć skompensowana jest to sieć, w której
a)

jeden z końców odcinka linki nośnej jest naprężany, drugi koniec natomiast kotwiony
jest na stałe.

kompensowane są zarówno przewody jezdne jak i linki nośne.

układy kompensacji stosuje się na końcu każdego przęsła.

jeden z końców odcinka drutu jezdnego jest naprężany, drugi koniec natomiast
kotwiony jest na stałe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko..........................................................................................

Montowanie sieci i urządzeń podstacji trakcyjnych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Czapla J, Seruga W.: Trakcja elektryczna w transporcie. WKŁ, Warszawa 1990

Dąbrowski T.: Sieci i podstacje trakcyjne. WKŁ, Warszawa 1986

Durbajło M, Karbowniczek R.: Multimedialna prezentacja rozwiązań konstrukcyjnych
sieci trakcyjnej stosowanych w Polsce. Praca dyplomowa Zespół Szkół Kolejowych
w Szczecinie

Dziuba W.: Sieć powrotna i prądy błądzące. Wyd. Instytutu Elektrotechniki,
Warszawa 1995

Głowacki K., Onderka E.: Sieci trakcyjne. Wyd. PiT, Kraków 2002

Grad J.: Aparaty i urządzenia elektryczne. Ćwiczenia. WSiP, Warszawa 1996

Januszewski S., Sagan T., Szczucki F., Świątek H.: Eksploatacja urządzeń elektrycznych
i energoelektronicznych. ITE, Radom 2000

Jarosz T., Siemiński T.: Odbieraki prądu i ich współpraca z siecią. WKŁ, Warszawa 1989

Kacejko L.: Pracownia elektryczna. T. II. Maszyny, urządzenia i napęd. ITE, Radom 1993

10.

Kościug K., Maciszewski Z.: Naprawa maszyn i urządzeń elektrycznych taboru
kolejowego. WKŁ, Warszawa 1980

11.

Przybyłowska-Łomnicka A.: Pomiary elektryczne. Obwody prądu przemiennego.
Wydawnictwa Szkolne PWN, Warszawa 2000

12.

Przepisy budowy urządzeń elektroenergetycznych. Wydawnictwa Przemysłowe WEMA,
Warszawa 1995

13.

Ustawa – prawo energetyczne wraz z aktami wykonawczymi

14.

Normy, przepisy i instrukcje branżowe

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
monter sieci i urzadzen telekomunikacyjnych 725[02] o1 01 n
monter sieci i urzadzen telekomunikacyjnych 725[02] z1 01 n
13 14 Przewodnik po programie podstaw dydaktykiid 14580
14. Metody nauczania, Teoretyczne podstawy wychowania
koncepcje zarzadzania 14 2015 studia stacjonarne podstawowe informacje
ethernet, komputery, sieci komputerowe, Podstawy sieci komputerowych, ethernet
obliczanie?resu sieci na podstawie?resu ip ZFOLETT46QUD6ZVJW3ZRWLWAP2J7OELQKWDJPSA
Projektowanie i Konstrukcja Urządzeń, Ściąga, Funkcje konstruowania urządzeń- podstawową funkcja kon
monter sieci i urzadzen telekomunikacyjnych 725[02] z3 01 n
14 Eksploatowanie maszyn i urządzeń 2
Sztuczne sieci neuronowe podstawy zagadnienia
monter sieci i urzadzen telekomunikacyjnych 725[02] o1 03 n
monter sieci i urzadzen telekomunikacyjnych 725[02] o1 02 n
monter sieci i urzadzen telekomunikacyjnych 725[02] o2 01 u
,sieci komputerowe,Podstawy działania sieci Ethernet
,sieci komputerowe,Podstawy działania sieci
Szkoła przyjazna rodzinie Wysłany przez bernadetarz dnia 14, Język polski i szkoła podstawowa
,sieci komputerowe,Podstawy rou Nieznany
311[15] Z2 06 Użytkowanie sieci i urządzeń elektrycznych w wyrobiskach

więcej podobnych podstron