Zastosowania nakładek węglowych w odbierakach prądu · Prezentacja: 1. Wstęp 2. Badania nakładek 3. Wymagane własności nakładek 4. Podstawy prawne zastosowania nakładek 5

Zastosowania nakładek węglowych w odbierakach prądu

Prezentacja Instytutu Kolejnictwa 05 marca 2013r.

Zakład Elektroenergetyki Wies ław Majewski

Seminarium Instytutu Kolejnictwa 05 marca 2013

Prezentacja:

1. Wstęp

2. Badania nakładek

3. Wymagane własności nakładek

4. Podstawy prawne zastosowania nakładek

5. Wykaz typów nakładek dopuszczonych do zastosowania

6. Zalety nakładek węglowych

7. Wyniki i wnioski z wdrażania nakładek



Wstęp

Do roku 2010r. ślizgacze odbieraków prądu taboru

kolejowego PKP wyposażone były w miedziane nakładki

stykowe,

W CNTK badano już od połowy lat 70 możliwości

zastosowania nakładek węglowych, wyniki badań były

zachęcające,

Rozpoczęcie badań nakładek węglowych w roku 2004, które

można uważać za początek ich wdrożenia w PKP.



Wytyczne konstrukcyjne ślizgaczy odbieraków

wyposażonych w nakładki węglowe

- Masa całkowita ślizgaczy węglowych:.........12 ± 1,2 kg

- Liczba rzędów nakładek węglowych:...........2

- Długość robocza listwy węglowej:...............1050 ÷ 1100 mm

- Szerokość stykowa nakładek węglowych:...40 ÷ 60 mm

- Rozstaw rzędów nakładek:..........................300 ÷ 350 mm

- Rezystywność materiału węglowego:..........3 ÷ 5 µΩm

- Gęstość materiału………………………….. max 2,5 g/cm3

- Twardość materiału :...................................max 120 HRB

- Wytrzymałość na zginanie …………………min 65 N/mm2



Dana techniczne nak ładek w ęglowych impregnowanych domieszkami metali


------------

P5696

SK181

RH83M6

MY7A2

Typ

Min 65Max 120Max 2,50Max 5Wartość wymagana5

85902,307Mersen (Francja)4

---------902,20-----------Elektrokarbon a.s.3

1021053,407PanTrac GmbH2

85------------2,405Morganite1

[N/mm2][HRB][g/cm3][µΩm]

Wytrzymałość na zginanie

TwardośćGęstośćRezystyw-

ność

Właściwości

ProducentLp.



Ogólny wygląd z boku węglowej nakładki stykowej



Wygląd nakładki węglowej „z przodu”



Wygląd nowej powierzchni stykowej nakładki węglowej



IP

0C

L150

2 DjpS100

P

Oznaczenia:

0C – temperatura zestyku:

nakładki węglowe –

przewody jezdne

P – prądnica prądu stałego

I – prąd DC 200A

L150 – lina nośna

2 Djp100 – dwa przewody

jezdne

+-

Schemat elektryczny stanowiska w

laboratorium do badania nagrzewania



Termograf z kamery termowizyjnej procesu nagrzewania nakładek węglowych


Przebiegi nagrzewania przewodów, nacisk 110N

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0:00:00 0:07:12 0:14:24 0:21:36 0:28:48 0:36:00

Czas nagrzewania [gg:mm:ss]

Prz

yros

t tem

pera

tury

[0 C

]

styk 1

styk 2

styk 3

styk 4

dop.przyrost




Widok lokomotyw z pantografami wyposażonymi w ślizgacze węglowe



Powierzchnia ślizgowa nakładki węglowej z „nalepami” miedzianymi



Widok nakładki węglowej z „nalepami” miedzianymi



Nakładki węglowe ze śladami działania łuku elektrycznego



Połączenie ślizgowe nabieżnika z nakładką węglową pantografu



Oderwany fragment materiału węglowego od aluminiowej podstawy nakładki



Zniszczony ślizgacz węglowy po zdjęciu z pantografu


Analizuj ąc wyniki przeprowadzonych bada ń, pomiar ów i obserwacji w ramach pracy CNTK nr 3084

stwierdzono:

przeciętnie największe zużycie wystąpiło w okresie: grudzień – marzec w porównaniu do okresu

późniejszego. W tym czasie pojawiały się zużycia dochodzące do wartości powyżej 2 mm/103 km –

niezależnie od typu nakładki. Jedynym wytłumaczeniem mogło być poruszanie się pantografu po oblodzonej

sieci trakcyjnej,

występowały wykruszenia (wyszczerbienia) krawędzi nabiegowych każdej eksploatowanej nakładki,

spowodowane prawdopodobnie uderzeniem w bliżej nieokreślone elementy sieci trakcyjnej lub inne

przypadkowe przedmioty,

stwierdzono w okresie zimowym oszronienie i oblodzenie pantografów oraz nakładek ślizgowych. W tym

okresie pojawiły się tzw. „nalepy” na powierzchniach ślizgowych i bocznych nakładek węglowych, będące

płatkami miedzi trwale przylepionymi do tych powierzchni. „Nalepy” powstały prawdopodobnie wskutek

nadtapiania przewodów jezdnych podczas iskrzenia w styku między nimi a nakładkami,

większy stopień zużycia wykazywały nakładki pierwsze niż drugie ślizgacza, licząc w kierunku jazdy,

po skończeniu się okresu zimowego, zaobserwowano zmniejszenie się średniego zużycia wszystkich

nakładek (w mm/103 km), eksploatowanych niezależnie od miejsca. Różnica zużycia była ok. 2 ÷ 2,5 krotna,



nie stwierdzono zależności tempa zużywania się nakładek od serii lokomotyw, decydującym

czynnikiem była długość drogi przebiegu lokomotyw,

stwierdzono ślady wytopień na bocznych powierzchniach aluminiowych podstaw nakładek. Ślady

powstały prawdopodobnie wskutek pojawiania się łuku elektrycznego pomiędzy przewodami jezdnymi

a podstawą z pominięciem materiału węglowego,

skład chemiczny materiału węglowego wszystkich producentów nie stwarza zagrożenia

ekologicznego,

podczas jednoczesnej eksploatacji, przeciętne zużycie bezwzględne nakładek miedzianych było ok.

3-krotnie mniejsze od węglowych,

zaburzenia elektromagnetyczne pochodzące od lokomotyw wyposażonych w pantografy

z nakładkami węglowymi i miedzianymi nie przekraczają wartości dopuszczalnych,

nagrzewanie się przewodów jezdnych od przepływu prądu 200 A DC przez styk z pantografem

podczas postoju lokomotywy zależne jest od typu nakładek węglowych.



ZALETY NAK ŁADEK WĘGLOWYCH W PORÓWNANIU DO MIEDZIANYCH:

Dłuższy czas eksploatacji nakładek węglowych przy porównywalnych kosztach wymiany.

Dłuższa żywotność przewodów jezdnych, co zmniejsza ogólne koszty utrzymania sieci.

Właściwości węgla eliminują zjawisko spiekania się nakładek z przewodami jezdnymi (węgiel nie

wchodzi w reakcje z miedzią).

Możliwość eksploatacji przy większych prędkościach jazdy (240 km/h i większych).

Eliminacja zakłóceń elektrycznych, mających wpływ na sygnały telefoniczne i

radiotelekomunikacyjne oraz na obwody sterowania.

Brak hałasu powstającego od procesu tarcia nakładki o przewód jezdny.

Brak potrzeby smarowania powierzchni styku nakładka-przewód.



Podstawy prawne zastosowania nakładek:

Decyzja Komisji UE z dnia 26 kwietnia 2011 r. dotycząca technicznej specyfikacji interoperacyjności

podsystemu „Energia” transeuropejskiego systemu kolei konwencjonalnych,

Ustawa z dnia 28 marca 2003r. o transporcie kolejowym (Dz. U. z 2007 r. Nr 16 poz. 94 ze zm.),

Obwieszczenie Prezesa Urzędu Transportu Kolejowego Dz. Urzędowy Ministra Infrastruktury Nr 9 poz. 62

z dnia 8 sierpnia 2005r.,

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 października 2005r. w sprawie ogólnych warunków

technicznych eksploatacji pojazdów kolejowych (Dz. U. Nr 212 poz. 1771),

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 27 lutego 2009 r. w sprawie warunków dostępu i

korzystania z infrastruktury kolejowej (Dz. U. Nr 35 poz. 274),

Polska Norma PN-EN 50367. Zastosowania Kolejowe. Systemy odbioru prądu. Kryteria techniczne

dotyczące wzajemnego oddziaływania między pantografem a siecią jezdną górną (w celu uzyskania

wolnego dostępu),



Decyzja Komisji z dnia 26 kwietnia 2011 r. w sprawie technicznej specyfikacji interoperacyjności odnoszącej się do podsystemu „Tabor – Lokomotywy i tabor pasażerski” w transeuropejskim systemie kolei konwencjonalnych.

5.3 Specyfikacja składników interoperacyjności5.3.8 Pantograf5.3.8.1 Nakładki stykoweNakładki stykowe to wymienialne części ślizgacza pantografu, które stykają się z przewodem jezdnym. Nakładki stykowe powinny być zaprojektowane i oceniane pod kątem obszaru stosowania, określonego przez:-Ich geometrię,-Materiał nakładek stykowych,-Typ systemu napięcia,-Obciążalność stykową,-Prąd maksymalny w trakcie postoju dla systemów DC,-Ponadto w przypadku nakładek stykowych wykonanych z węgla lub z węgla impregnowanego należy wykonać ocenę zgodności według EN 50405:2006





Warunki, które muszą spełnione aby nakładka węglowa

mogła być eksploatowana na sieci PKP

1) przyrost temperatury przewodów jezdnych w miejscu styku podczas postoju

przez minimum 30 minut: ≤ 80°C;

2) zawartość wagowa metalu w materiale węglowym: < 40 %;

3) twardość materiału węglowego: ≤ 120 HRB;

4) szerokość nakładek węglowych: ≥ 60 mm.



PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. Regulamin przydzielania tras pociągów i korzystania z przydzielonych tras

pociągów przez licencjonowanych przewoźników kolejowych w ramach rj 2012/2013 (w.0)

Wykaz materia łów z kt órych mog ą być wykonane nak ładki ślizgowe odbieraka pr ądu

(pantografu) pojazdu trakcyjnego do kontaktu z siec ią trakcyjn ą PKP Polskie Linie

Kolejowe S.A.




bez ograniczeńHoffmann & Co Elektrokohle AG – AustriaSK07Cu11

bez ograniczeńMERSEN France Amiens S.A.S. – FrancjaP569610

typ materiału może być stosowany na sieci PLK z zastrzeżeniem, że podczas postoju pod sieciąjednoprzewodową muszą być podniesione i załączone dwa pantografy

Morganite Electrical Carbon Ltd. – Wielka BrytaniaS42029

bez ograniczeńMorganite Electrical Carbon Ltd. – Wielka BrytaniaMY1318

Hoffmann & Co Elektrokohle AG – AustriaSK85Cu7

typ materiału może być stosowany na sieci PLK z zastrzeżeniem, że podczas postoju pod sieciąjednoprzewodową muszą być podniesione i załączone dwa pantografy

Hoffmann & Co Elektrokohle AG – AustriaSK01Cu6

bez ograniczeńHoffmann & Co Elektrokohle AG – AustriaSK85ACu5

bez ograniczeńPanTrac GmbH – NiemcyRH83 M64

bez ograniczeńElektrokarbon a.s. – SłowacjaSK-1623

bez ograniczeńMERSEN France Amiens S.A.S. – FrancjaP85112

bez ograniczeńMorganite Electrical Carbon Ltd. – Wielka BrytaniaMY7A21

OgraniczeniaProducentSymbol materiału

Lp.



Wykruszony bok nakładki węglowej



Wyłamany koniec nakładki węglowej przy nabieżniku


Celem ustalenia przyczyn powstawania uszkodzeń na styku sieć trakcyjna – odbieraki prądu powołano Zespół Kontrolny sprawdzający sieć trakcyjną i odbieraki prądu. W skład Zespołu wchodząprzedstawiciele: Cargo, IC, PR, CTL Logistics, PKP Energetyka S.A. i PKP PLK S.A.




Złączka klinowa wmontowana w przewód jezdny



Izolator sekcyjny wmontowany w sieć trakcyjną



Kanał powietrzny w nakładce węglowej układu

zabezpieczającego ADD


Istnieje wiele czynników wpływających na czas eksploatacji nakładek węglowych, dlatego też dokładne

przewidywanie ich żywotności jest trudne. Istnieją różne czynniki wpływające na czas eksploatacji

nakładek:

Warunki pogodowe

Nacisk odbieraka na przewody jezdne

Prędkość jazdy taboru

Kształt ślizgacza i nabieżników

Wymiary nakładek

Szerokość odbieraka prądu

Gęstość prądu na jednostkę długości styku

Hamowanie odzyskowe

Stan przewodów jezdnych i sposób mocowania

Stan techniczny odbieraka prądu

Stan techniczny pojazdu trakcyjnego



Podsumowanie


Dłuższy czas eksploatacji nakładek węglowych niż miedzianych

Większa żywotność przewodów jezdnych

Czas eksploatacji nakładek węglowych zależy od stanu sieci trakcyjnej i odbieraków prądu

Czas eksploatacji nakładek węglowych zależy od warunków atmosferycznych, pory roku,

Odporność nakładek węglowych na zespawanie z przewodami jezdnymi


Dziękuję Państwu za uwagę


Documents

Zastosowania nakładek węglowych w odbierakach prądu · Prezentacja: 1. Wstęp 2. Badania nakładek 3. Wymagane własności nakładek 4. Podstawy prawne zastosowania nakładek 5