4.6.1 接觸網(wǎng)隔離開關(guān)

接觸網(wǎng)隔離開關(guān)是負載斷路器,通常安裝在支柱托架上。如圖4.48所示,它是由固定觸頭和活動觸頭構(gòu)成,可以用電氣方法操縱,也可用一個拉桿手動操作。

接觸網(wǎng)隔離開關(guān)隔離或連接接觸網(wǎng)各個區(qū)段、供電分段或牽引供電線區(qū)段。在一定條件下,隔離開關(guān)在工作電流控制下進行切換。圖4.48所示的隔離開關(guān)可以在標稱電流下開合15個周次。達到了這些周次后應(yīng)檢查消弧角間隙,如果嚴重?zé)龤,則應(yīng)更換。不能用這些開關(guān)來切換短路電流。打開的接觸網(wǎng)隔離開關(guān)提供了一個具有一定絕緣能力的可視空氣間隙。

圖4.48 城市公共交通運輸系統(tǒng)中采用的隔離開關(guān)

a) 城市公共交通運輸系統(tǒng)中采用的 (西門子8WL6114) 工作電壓為DC1.5kV或3kV、負載電流達2000A的接觸網(wǎng)隔離開關(guān); b)城市公共交通運輸系統(tǒng)中采用的 (西門子8WL6127) 工作電壓為AC15kV或25kV、負載電流達1700A、帶有復(fù)合絕緣子的接觸網(wǎng)隔離開關(guān)

在負載線路上采用帶接地觸頭的設(shè)計?蛇x擇將接觸網(wǎng)隔離開關(guān)安裝在柱旁的托架上。圖4.49所示的封閉式隔離開關(guān)可防止損壞懸掛在上面的導(dǎo)線。

圖4.49 安裝在柱旁托架上的封閉式接觸網(wǎng)隔離開關(guān)

4.6.2 絕緣子

4.6.2.1 作用和荷載

絕緣子的作用是把接觸網(wǎng)和電力牽引電源線的通電部件相互分隔并與地分隔開。絕緣子承受帶電系統(tǒng)產(chǎn)生的機械載荷,因此,應(yīng)同時滿足電氣與機械要求 (參閱第2.5.2節(jié))。

絕緣子在懸掛和終端位置處僅承受張拉應(yīng)力的同時,它們還要在腕臂上承受壓縮和彎曲荷載。支柱上的柱形絕緣子也承受水平力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。在進行絕緣子選擇和設(shè)計時應(yīng)考慮這些應(yīng)力和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件。

4.6.2.2 絕緣材料

陶瓷、玻璃、鑄模樹脂和帶或不帶聚合涂料的玻璃纖維增強塑料均可用作接觸網(wǎng)絕緣子的絕緣材料。

按照EN 60672-1標準,陶瓷絕緣子主要由C120類硬陶瓷構(gòu)成,這種陶瓷由陶土、長石和鋁組成。以前使用的石英陶瓷對高性能的絕緣子已不適用。陶瓷的質(zhì)量很大程度上取決于均勻性和最佳恒定的礦物成分及其加工工藝,尤其是焙燒的過程控制。陶瓷用于長棒式絕緣子、柱形絕緣子和懸式絕緣子。

對于懸式絕緣子來說,預(yù)應(yīng)力玻璃也可用于作絕緣子。采用堿性 (石灰) 硅玻璃,成形后,使其逐漸冷卻。這樣就消除了不希望的內(nèi)部應(yīng)力。

還有采用由環(huán)化脂環(huán)氧樹脂和聚氨酯鑄模樹脂 (CEP和PUR) [4.15],聚四氟乙烯(特氟隆) 以及硅橡膠 [4.13] 制作的各種結(jié)構(gòu)的塑膠絕緣子。用于室外的塑膠應(yīng)能耐紫外線并在任何氣候條件下保持穩(wěn)定性。

塑膠較之玻璃和陶瓷,其柔性更高,而且尺寸穩(wěn)定性高和緊固件鑄塑的水平高。但是其泄漏電阻較低,使之優(yōu)點被抵消了。

用鑄模樹脂制成的玻璃纖維加強芯復(fù)合絕緣子和由各種材料如聚四氟乙烯、硅橡膠制作的絕緣子裙邊適應(yīng)高電壓和高機械荷載。

陶瓷和玻璃絕緣子均是易碎材料,不耐沖擊,而復(fù)合絕緣子不這樣,其抗破壞性好,質(zhì)量輕并易于運輸和安裝。

4.6.2.3 設(shè)計與應(yīng)用

如圖4.50a),對于陶瓷材質(zhì)的長棒式絕緣子,絕緣子本體是由上釉 (釉面) 陶瓷材料制成,并在其兩端裝有鑄造連接件。金屬帽和絕緣子本體灌封有鉛銻合金、硅酸鹽或亞硫酸鹽水泥。鉛合金雖富有彈性,但對熱敏感; 硅酸鹽水泥密封層堅硬且耐熱; 亞硫酸鹽水泥雖富有彈性,但不耐熱。長棒式絕緣子本身適用于大氣污染嚴重的地區(qū)。

懸式絕緣子由陶瓷或玻璃制成。各個絕緣帽蓋配有一個杵頭和一個帽蓋 (圖4.50b)。各種形狀的絕緣子適用于特定用途和所要求的爬電距離。懸式絕緣子的年度故障率為1×10-5,因此比長棒式絕緣子約高出10倍 [4.15]。故障中從未出現(xiàn)過絕緣子串?dāng)嗔训那闆r,因為碗頭帽蓋和杵頭維持著受損絕緣子的機械強度。懸式絕緣子被污染時,性能要比長棒式絕緣子差,因此它的爬電距離要比長棒式絕緣子長出約10%。在IEC60305標準中,懸式絕緣子已標準化,對其的檢測是按IEC60383標準進行的。

圖4.50 絕緣子

a) 帶耳環(huán)的長棒式絕緣子; b) 懸式絕緣子; c) 復(fù)合絕緣子 (西門子8WL3078-2A)

柱形絕緣子承受著水平彎曲荷載。圖4.51a) 中所示的帶支撐陶瓷結(jié)構(gòu)設(shè)計主要用于德國鐵路的支柱頂部以支撐牽引供電線。

標稱強度在75kN以下的環(huán)形絕緣子(圖4.51b和c) 和絕緣棒(圖4.51d) 一般用于低電壓。

中部為中性段的兩個串聯(lián)絕緣子 (如圖4.52所示) 常用于直流系統(tǒng)中。雙重絕緣保護了作業(yè)人員在帶電系統(tǒng)上工作,防止同時與帶電及接地部件接觸。絕緣子損壞后,兩個絕緣子中至少有一個仍能繼續(xù)工作。

圖4.51 柱形絕緣子、環(huán)形絕緣子和絕緣棒

a)柱形絕緣子,帶支座,用于AC 15kV; b) 環(huán)形絕緣子,用于DC 1.0kV; c) 環(huán)形絕緣子,用于DC 2.4kV; d)絕緣棒,用于DC 1.5kV,帶U形和耳環(huán)形連接件