Конструкция и материал проводов
Контактные провода служат для передачи электрической энергии подвижному составу через непосредственный контакт с его токоприемником. Эти провода должны отвечать не только требованиям, предъявляемым к проводнику электрического тока, но и дополнительным особенностям его работы. Отскольжения контактных вставок токоприемников провод истирается, а при отрыве токоприемников от провода под нагрузкой образуются подгары с оплавлением поверхности провода; провод работает при больших натяжениях, подвергается динамическим нагрузкам от ударов неисправных токоприемников и сошедших штанг, изгибам и вибрациям от воздействий подвижного состава. Протекание электрического тока сопровождается нагревом провода. Температура провода может быть значительной в условиях повышенных нагрузок и особенно в вынужденном режиме работы. Провод подвергается действию сил, возникающих от собственной массы и изменений длины при изменении температуры окружающего воздуха, а также действию внешних сил от воздействия ветра и гололеда.
Для работы в этих условиях провод должен обладать высокими механическими и электрическими свойствами: прочностью, износотермоустойчивостью, электропроводностью, стойкостью к воздействию электрической дуги и длительным срокам службы.
Контактные провода изготавливаются согласно ГОСТ 2584-86 Из меди; низколегированной меди с небольшим содержанием (0,01-0,06%) легирующих присадок магния (Мг), циркония (Цр), олова (Ол), кремния (Кр) или титана (Ти) или бронзы с легирующими компонентами из магния, кадмия или циркония в пределах 0,1-1,1% в зависимости от легирующего материала и технических требований к проводу. Допускаются провода с двумя или несколькими легирующими элементами, например, в низколегированных и, бронзовых контактных проводах, кроме олова, в качестве легирующих компонентов применяют магний, кадмий и др.
Обозначения типов контактных проводов следующие: МК - контактный медный круглый; МФ - контактный медный фасонный; МФО - контактный медный фасонный овальный; НЛФ - контактный низколегированный фасонный; НЛФО - контактный низколегированный фасонный овальный; Брф - контактный бронзовый фасонный; БрфО - контактный бронзовый фасонный овальный. Площадь сечения некоторых из упомянутых контактных проводов показана на рис.4, а, 6, в, г.
Контактный провод изготавливается методом холодного волочения, при котором пруток исходного материала* протягивается через ряд последовательно уменьшающихся отверстий (фильтров), получает нужную форму сечения и увеличение длины. Уплотняясь при волочении, материал получает наклеп - поверхностное упрочнение, повышающее его твердость, пределы упругости и прочности. Все эти качества необходимы для повышения износоустойчивости и уменьшения остаточных деформаций при растяжении.
Применение низколегированных и бронзовых проводов преследует цели - повышения прочности и. износоустойчивости. Срок службы проводов, работающих в одинаковых условиях, по сравнению с медными увеличивается в 1,5 раза при низколегированных и более чем в 2 раза при бронзовых проводах.
В процессе эксплуатации от проходящего по контактному проводу электрического тока происходит его нагрев - повышение температуры провода над окружающей средой. Нагрев зависит от значения и времени действия электрического тока. Особенно резко повышается нагрев при перегрузке и неотключенном коротком замыкании. Под действием нагрева при температуре выше допустимой медный провод разупрочняется, теряя твердость и упругость. Уже при 100 °С становится заметно разупрочнение, а при 180-230 °С происходит рекристаллизация с потерей наклепа. Провод становится мягким, тягучим и непригодным для эксплуатации.
Значительно лучше противостоят действию нагрева и электрической дуги низколегированные и бронзовые провода. Температура нагрева провода при эксплуатации не должна превышать допустимый предел: для медного провода 95 °С, низколегированного 110 °С и для бронзового 130 °С. Допустимая расчетная плотность тока для трамвайных и троллейбусных контактных проводов при нормальном режиме работы должна быть, не более 5 А/мм2 для медных и 6 А/мм2 для бронзовых.