Sieci trakcyjne to urządzenia, które dostarczają prąd do taborów kolejowych o napędzie elektrycznym. Postępująca elektryfikacja linii kolejowych oraz jeżdżące w polskich miastach tramwaje czy trolejbusy sprawiają, że zapotrzebowanie na sieci trakcyjne nie spada. PKP opracowało więc szereg dobrych praktyk podczas ich projektowania i budowy.
Jak zbudowana jest sieć trakcyjna?
Sieci trakcyjne składają się z dwóch podstawowych elementów:
- sieci jezdnej – dostarcza pojazdowi energii za pomocą odbieraków prądu, jest to konstrukcja zawieszona nad torami lub obok nich,
- sieci powrotnej – szyny kolejowe z połączeniami elektrycznymi przewodzącymi energię trakcyjną.
Budowa samej sieci różni się w zależności od dozwolonej prędkości, jaką będą rozwijały korzystające z niej pojazdy. Konstrukcja wsporcza składa się z wież zawieszenia poprzecznego, słupów oraz bramek, czyli połączonych ze sobą słupów. Wykorzystuje się tutaj słupy betonowe, kratowe i dwuteownikowe. Właśnie dlatego, tak ważnym etapem projektowania sieci trakcyjnej jest dobór właściwych materiałów i osprzętu: od słupów po takie elementy, jak trwałe zawiesia stalowe.
Podstawowe wymagania wobec sieci trakcyjnej
PKP wyznaczyło konkretne wymagania, które musi spełniać sieć trakcyjna, aby można było ją odebrać i włączyć do użytku. Jest ich oczywiście bardzo dużo, ale można wyróżnić wśród nich podstawowe, kluczowe dla bezpiecznego użytkowania sieci trakcyjnej. Wysokość zawieszenia przewodu jezdnego nad główką szyny (czyli częścią, po której toczą się koła pojazdu) powinna mieścić się w przedziale 5200-5600 mm. Specjalne zasady mają zastosowanie w tunelach, pod mostami, wiaduktami czy innymi budowlami – wysokość może być tutaj mniejsza, ale musi zostać zachowana minimalność odległość od powierzchni taboru (200 mm).
Skrzyżowania napowietrznych linii energetycznych niskiego napięcia i sieci trakcyjnych są niedozwolone. W przypadku pozostałych linii energetycznych, dozwolona odległość różni się w zależności od napięcia i wynosi:
- dla linii od 1 kV do 15 kV – 5 metrów,
- dla linii powyżej 15 kV do 30 kV – 10 metrów,
- dla linii powyżej 30 kV – 15 metrów.
Są to odległości między skrajnym przewodem linii napowietrznej a konstrukcją wsporczą sieci trakcyjnej.
Konieczne jest też zachowanie odpowiedniej odległości od budynków i urządzeń specjalnych. Jeżeli na torze odbywa się przetaczanie paliw płynnych, a odległość między torami wynosi mniej niż 6 metrów – takiego toru nie należy w ogóle elektryfikować. Konieczne jest też dokładne odizolowanie torów, na których napełnia i opróżnia się cysterny.
Poprawny projekt sieci trakcyjnej
Polskie sieci trakcyjne są dostosowane do konkretnych warunków atmosferycznych i obciążeń. Jako temperaturę minimalną przyjmuje się -25º C, a maksymalną – +40º C. Uwzględnia się również obciążenia mechaniczne, zarówno stałe (ciężar przewodu i osprzętu sieci jezdnej, naciąg przewodów), jak i doraźne (szadź, wiatr, zerwanie lub montaż przewodów). Pod uwagę bierze się również parametry geotechniczne ustalane na podstawie badań prowadzonych wzdłuż linii kolejowej oraz na stacjach. Przeprowadza się wiercenie i sondowanie, aby ustalić rodzaj i stan gruntu oraz poziom wody gruntowej.
Rodzaj sieci trakcyjnej musi być uzależniony od prędkości i poborów prądu taboru, który będzie kursował na danej linii kolejowej. Jeżeli prędkość jazdy nie przekracza 120 km/h stosuje się sieć łańcuchową, skompensowaną z jednym przewodem jezdnym. Na torach szlakowych i głównych zasadniczych stacji pojawiają się z kolei sieci łańcuchowe, skompensowane z dwoma przewodami jezdnymi. Jeżeli prędkość przekracza 120 km/h, wykorzystuje się sieci łańcuchowe, skompensowane z jednym przewodem jezdnym. Na torach szlakowych i głównych zasadniczych stacji wykorzystuje się sieci łańcuchowe, skompensowane, uelastycznione z dwoma przewodami jezdnymi.
Materiał wykonania elementów sieci trakcyjnej
Bezpieczeństwo sieci trakcyjnej to nie tylko takie elementy, jak uziemiacze kolejowe, ale też trwałe materiały. Najlepiej, jeśli konstrukcje są wykonane ze stalowych elementów walcowanych. Dla nowych sieci jezdnych zaleca się stosowanie konstrukcji o wysokości 1,7 metra (dla sieci stacyjnych 1,3 metra).
Przewody jezdne wykonuje się z miedzi lub jej stopów, podobnie jak w przypadku lin nośnych, łączników jezdnych i powrotnych, wieszaków sieci jezdnej i odciągów sieciowych. Bardzo ważne jest, aby osprzęt był wykonany z materiałów odpornych na drgania i korozję, oddziałujących w niewielkim stopniu na środowisko. Powinny one mieć określone właściwości wytrzymałościowe i elektryczne oraz ściśle ustalony i możliwy do sprawdzenia skład chemiczny. Osprzęt może być wykonany z takich materiałów, jak miedź twarda, brąz, żeliwo ciągliwe białe, stal niestopowa, stale stopowe nierdzewne czy stopy aluminium. Możliwe jest zastosowanie innych materiałów, ale muszą one być dopuszczone przez ośrodek naukowo-badawczy.
Określone są również wymagania jakościowe wobec fundamentów, głowic fundamentowych i konstrukcji wsporczych. Obsada konstrukcji wsporczych wykonanych ze stali lub żelbetonu powinna mieć formę fundamentów betonowych (mogą być prefabrykowane lub wylewane).
Czasem wykorzystuje się również elementy prefabrykowane oblewane betonem. Nie bez znaczenia jest też klasa betonu – fundamenty i głowice fundamentowe wykonuje się z betonu klasy B-30. W szczególnych przypadkach używa się betonu zbrojonego lub wyróżniającego się większą wytrzymałością. Stosowane są również konstrukcje wsporcze stalowe, które produkuje się ze stali konstrukcyjnych spawalnych ocynkowanych zanurzeniowo, aby zapewnić odpowiednią trwałość.
Kolejnym ważnym elementem są elementy izolacyjne. Materiały muszą mieć tutaj odpowiednie właściwości elektryczne, mechaniczne i termiczne, dlatego wykorzystuje się tutaj szczególnie tworzywa organiczne i porcelanę elektrotechniczną. Wszystko po to, aby sieć trakcyjna była trwała i bezpieczna w użytkowaniu.