Электрическое сопротивление проводов постоянному току

Коэффициент температурного линейного удлинения медных, низ­колегированных и бронзовых контактных проводов а = 17-10^-6 1/ °С, а модуль упругости Е = 130 ГПа.

Важной характеристикой контактных проводов является их твер­дость. У новых медных контактных проводов твердость 95—120 НВ, низколегированных 105—135, бронзовых ПО—140 НВ.

Марки контактных проводов для конкретных условий эксплуа­тации выбирают в зависимости от допустимых температуры на­грева проводов и механического сопротивления разрыву.

Для медных контактных проводов МФ и МФО допустимая тем­пература нагрева 95 °С (см. табл. П2 приложения 2), а допустимое механическое сопротивление разрыву 117,7 МПа; для низколегиро­ванных НлФ и НлФО соответственно 110 °С и 127,4 МПа; для брон­зовых БрФ и БрФО — 120 °С и 137,2 МПа.

В эксплуатации под влиянием нагрева тяговыми токами и рас­тягивающих нагрузок происходит разупрочнение проводов (умень­шаются временное сопротивление при растяжении и твердость). Скорость разупрочнения проводов зависит от температуры нагре­ва и ее длительности, а также от механического растяжения.

При нагреве медных контактных проводов до температуры 120°С у них начинается повышенное разупрочнение, появляется явление ползучести (неупругого растяжения). В этом отношении низколе­гированные контактные провода имеют преимущества по сравне­нию с медными. Введение легирующих добавок в небольших ко­личествах в медь при изготовлении низколегированных проводов создает направленное упрочнение материала провода. Поэтому низ­колегированные контактные провода допускают более высокую температуру нагрева (110 °С) в течение всего срока их службы и более высокое сопротивление разрыву (130 МПа).

Наибольшая стабильность свойств низколегированных прово­дов достигается при легировании их оловом.

Температура нагрева контактных проводов (°С) зависит от зна­чения и длительности тяговых токов, температуры окружающего воздуха t_max, а также от скорости v воздушного потока, который обдувает провода. Следовательно, для нагрева контактных прово­дов наиболее тяжелыми условиями будут: максимальная темпера­тура окружающего воздуха t_max и минимальная скорость ветра v_min 32 (без учета токовых нагрузок). При тепловых расчетах проводов минимальную скорость воздушного потока v_min обычно принима­ют равной 1 м/с, а максимальную температуру окружающего воздуха t_max +40 "С.

Границей максимального нагрева проводов может служить тем­пература, при которой начинает проявляться ползучесть. Эта тем­пература составляет +140°С для медных, +150 °С для низколеги­рованных и 160 °С для бронзовых контактных проводов.

В эксплуатации наблюдаются отдельные однократные нагревы контактных проводов различной продолжительности до темпера­тур 70—100 °С. В основном же температуры нагрева контактных проводов не превышают 50—70 °С; при таких температурах изме­нение свойств проводов происходит очень медленно.

Допустимые токовые нагрузки на контактные провода опреде­ляют по тепловым характеристикам проводов с учетом расчетной максимальной температуры воздуха t_max и минимальной скорости ветра v_min в районе электрифицированной линии.

Тепловая характеристика провода представляет собой зави­симость превышения установившейся температуры провода над тем­пературой окружающей среды от значения длительно протекающего по нему тока (рис. 2.4). Сравнение тепловых характеристик проводов МФ-85, МФ-100, МФО-100 и МФ-150 показывает, что на допу­стимую токовую нагрузку прово­да влияет не только площадь сече­ния провода, но и его профиль, а при двух контактных проводах — также и расстояние между их осями. Как видно из рис. 2.4 при допустимом превышении темпера­туры провода над температурой окружающей среды 60 °С токовая нагрузка для провода МФ-85 со­ставит 540 А, для МФ-100 и МФО-100 — соответственно 600 и 660, для МФ 120 — 650 и для МФ-150— 750 А.

При двух контактных прово­дах имеет место тепловое экра-

Рис. 2.4. Тепловые характеристики контактных проводов МФ-85 (7); МФ-100 (2); МФО-100 (5); МФ-120 (4); МФ-150 (5) при минимальной скоро­сти ветра 1 м/с

нирование, которое начинает существенно сказываться при рассто­янии между осями проводов меньше 60 мм. Следовательно, при рас­четах допустимой плотности тока для двойного контактного про­вода 2МФ-100 необходимо учитывать расстояния между осями проводов. Это относится, например, к ромбовидным контактным подвескам, в которых провода в средней части пролета располага­ют на расстоянии 50—100 мм один от другого.

По мере износа контактного провода плотность тока возрастает по линейному закону, а допустимая токовая нагрузка на остающую­ся площадь сечения провода уменьшается. При превышении темпе­ратуры провода над температурой окружающей среды 40 °С и ско­рости ветра 1 м/с допустимую токовую нагрузку на провод МФ-100 с износом 30 % принимают 460 А вместо 600 для неизношенного.

Термостойкость контактного провода 0 при воздействии на него электрической дуги измеряется кулонами (Кл) и зависит от величины тока и марки провода. Если значения 0 больше, чем найденные по кри­вым рис. 2.5, то возможен пережог провода. Как видно из рисунка, в области значений тока до 4000 А пережог медных контактных прово­дов МФ-100 и МФО-100 наступает при 500—600 Кл, а бронзового провода БрКдФО-100 — при 1000—1100 Кл, т.е. почти в 2 раза боль­ше. В этом отношении бронзовые контактные провода имеют преимущество перед медными.

Рис. 2.5. Зависимость термостойкости 0 от тока для контактных проводов МФ-100 и МФО-100 (7); БрКдФО-100 (2);МФ-150 (5); 2МФ-100 (4)

трения контактного провода и токосъемного элемента, типа контак­тной подвески, качества ее монтажа и регулировки, натяжения в про­водах, технических параметров токоприемников и других причин. Усредненный срок службы контактного провода на участках посто­янного тока 18—22 года, на участках переменного — более 50 лет. Предельный износ контактных проводов приведен в при­ложении 3.