Elektryfikacja napięciem 50 kV linii towarowej

34
J. F. Gieras, S. Sone, T. Mizuma, R. Takagi
Elektryfikacja
napiêciem 50 kV
linii towarowej
Sishen – Saldanha
w RPA
W 1978 r ukoñczono w Po³udniowej Afryce budowê
dwóch zelektryfikowanych linii kolejowych dla ciê¿kiego ruchu towarowego: linii wêglowej Witbank –
Richards Bay oraz linii rud ¿elaza Sishen – Saldanha. Linia Ermelo - Richards Bay d³ugoœci 421 km jest
dwutorowa i zelektryfikowana napiêciem 25 kV 50 Hz.
Linia Sishen – Saldanha d³ugoœci 861 km jest jednotorowa i zelektryfikowana napiêciem przemiennym
50 kV.
W artykule zostan¹ przedstawione nastêpuj¹ce problemy
zwi¹zane z lini¹ Sishen – Saldanha: elektryfikacja przy ciê¿kim ruchu towarowym, okolicznoœci powstania ciê¿kich linii
towarowych w Po³udniowej Afryce, zasilanie, zu¿ycie energii, problemy œrodowiskowe, wyposa¿enie sieci górnej, oscyluj¹ce przepiêcia oraz styk szyna – ko³o.
Elektryfikacja i ciê¿ki ruch towarowy
Wczeœniej w Po³udniowej Afryce linie kolejowe towarowe
by³y elektryfikowane napiêciem sta³ym 3 kV, a masy poci¹gów nie przekracza³y 1000 t. Do 1948 r. w ogóle nie brano
pod uwagê poci¹gów o masie 2000 t [6]. Szerokoœæ toru
1067 mm ogranicza³a prêdkoœæ poci¹gów, i co za tym idzie
przepustowoœæ linii. Nastêpnie przyjêto obci¹¿enia a¿ do
7300 t przy zasilaniu sieci¹ górn¹, któr¹ pierwotnie projektowano dla maksymalnych obci¹¿eñ 3000 t. Ka¿dy poci¹g
pobiera maksymalny pr¹d 4200 A z sieci górnej. W takich
warunkach system zasilania napiêciem sta³ym 3 kV pracuje
praktycznie na granicy swoich mo¿liwoœci.
W przypadku linii dla poci¹gów towarowych o du¿ej
masie, elektryfikacja wysokim napiêciem przemiennym jest
bardziej ekonomiczna ni¿ elektryfikacja napiêciem sta³ym
z nastêpuj¹cych powodów:
a) wzrost napiêcia powoduje obni¿enie wartoœci pr¹du pobieranego z sieci przy sta³ej mocy;
b) transformowanie w lokomotywie wysokiego napiêcia przemiennego na ni¿sze zasilaj¹ce uk³ady napêdowe jest ³atwe z technicznego punktu widzenia i tanie;
c) potrzeba mniej punktów zasilania ze wzglêdu na mniejsze spadki napiêæ, mo¿na zatem zak³adaæ wystêpowanie
przeci¹¿enia linii;
d) przy trakcji 3 kV pr¹du sta³ego wystêpuj¹ wiêksze problemy techniczne z wy³¹czaniem i regulacj¹ pr¹du;
e) urz¹dzenia pomocnicze przy napiêciu przemiennym s¹
prostsze i bardziej ekonomiczne w utrzymaniu;
f) ochrona odgromowa jest prostsza.
Aktualnie standardowe napiêcie przemienne na kolei
przyjête w Europie, Japonii, Chinach i innych czêœciach Azji,
Australii i czêœciach Ameryki wynosi 25 kV. We wczesnych
latach 70. rozpatrywano w Ameryce i Kanadzie przyjêcie
napiêcia 50 kV jako standardu. Dlatego w Afryce Po³udniowej dla linii kolejowych i poci¹gów o du¿ych masach napiêcia zasilania wybierano z zakresu od 25 do 50 kV 50 Hz.
Dla pojedynczych poci¹gów o du¿ych masach kursuj¹cych na
d³ugiej trasie napiêcie 50 kV ma na pewno zalety. Z kolei
napiêcie 25 kV jest bardziej praktyczne z punktu widzenia
wymaganych skrajni tuneli i mostów. Równie¿ ³atwiej jest
przystosowaæ istniej¹ce linie 3 kV pr¹du sta³ego do napiêcia 25 kV ni¿ do 50 kV.
Okolicznoœci powstania linii towarowych
w Po³udniowej Afryce
We wczesnych latach 60. w South African Transport Services (SATS) uœwiadomiono sobie, ¿e przysz³oœæ kolei Po³udniowej Afryki bêdzie coraz bardziej zale¿eæ od transportu
towarowego przewo¿¹cego du¿e iloœci minera³ów i innych
towarów [6]. W zwi¹zku z tym konieczne by³o:
a) zwiêkszenie mo¿liwoœci obci¹¿ania torów i wprowadzenie poci¹gów o wiêkszych masach;
b) stopniowa wymiana systemu hamowania pró¿niowego,
który ogranicza d³ugoœæ poci¹gu i w konsekwencji jego
masê na hamowanie sprê¿onym powietrzem;
c) zastosowanie systemu wysokiego napiêcia przemiennego w wiêkszoœci nowych projektów elektryfikacji linii.
Kryzys naftowy w 1973 r. da³ impet do realizacji kilku
projektów elektryfikacji. Najwa¿niejszym z nich by³a linia do
transportu wêgla na eksport (budowana w latach 1972–1976)
miêdzy Witbank a Richards Bay. Odcinek tej linii Ermelo –
Richards Bay o d³ugoœci 421 km, ukoñczony w 1978 r. jest
pierwsz¹ w Po³udniowej Afryce lini¹ zelektryfikowan¹ napiêciem przemiennym 25 kV. Roczne przewozy na tej linii wynosi³y pocz¹tkowo 27 mililn t wêgla rocznie. W 1986 r. linia
zosta³a przeprojektowana i mo¿na ni¹ przewoziæ 130 mln t
³adunków rocznie. Eksploatowane s¹ na niej poci¹gi o masach nale¿¹cych do najwiêkszych na œwiecie.
Pocz¹tkowo w ci¹gu doby pomiêdzy Ermelo i Richards
Bay kursowa³o oko³o 14 poci¹gów o masie 7040 t przy
maksymalnym pochyleniu wystêpuj¹cym na linii 15‰
(w 1986 r. zmniejszonym do 6‰). Projektowana pojemnoœæ
linii wynosi³a 26 par poci¹gów dziennie. Do 1989 r. standardowy ciê¿ki poci¹g na linii Ermelo – Richards Bay sk³ada³
siê z 88 wagonów ci¹gnionych przez 4 lokomotywy serii 7E
o mocy 3000 kW ka¿da. Lokomotywa 7E ma szeœæ silników
szeregowo-bocznikowych pr¹du sta³ego o parametrach:
500 kW (moc ci¹g³a), 850 V, 635 A, 930 obr/min. Wraz z do6 / 1998
5/98 strona 34
35
staw¹ w 1985 r. lokomotyw serii 11E o wiêkszej mocy –
3900 kW, liczba wagonów zosta³a zwiêkszona do 200
(w 1989 r.). Ca³kowity roczny tona¿ przewozów wynosi
58 mln ton (netto), w czym wêgiel stanowi 87,8% (1995/
1996). W 1995 r. Spoornet wynegocjowa³ nowy, 10-letni
kontrakt (wartoœci oko³o 18 mld dol. USA) na przewóz wêgla eksportowego do stacji koñcowej w Richards Bay (oko³o 65 mln ton wêgla rocznie).
Niezale¿nie od tych dzia³añ, Iron and Steel Corporation
of South Africa (ISCOR) rozpoczê³a w 1975 r. elektryfikacjê
napiêciem przemiennym 50 kV linii d³ugoœci 861 km (budowa trwa³a w latach 1973–1976) miêdzy Sishen a Saldanha, przeznaczonej do masowych przewozów rud ¿elaza na
eksport (rys. 1 i tab. 1). Kontrakt na elektryfikacjê przypad³
konsorcjum, w sk³ad którego wchodz¹ Drake & Gorham South Africa (Pty) Ltd. oraz Fischbach & Moore Int. Corporation wraz z Int. Engineering Company Inc. Zakres prac to:
projektowanie, in¿ynieria œrodowiska, badania, nadzór oraz
uruchomienie. Wyposa¿enie sieci górnej zosta³o przekazane
z ISCOR do SATS (od 1990 r. – Transnet) w 1977 r. i zalegalizowane w 1978 r.
Tabela 1
Podstawowe dane o ciê¿kiej linii towarowej
Sishen – Saldanha
Linia kkolejowa
olejowa
SzerokoϾ toru
1067 mm
Tor pojedynczy
D³ugoœæ linii
861 km
Minimalny promieñ ³uku
1000 mm
Ogólna liczba ³uków
253
Pochylenie toru dla kierunku
³adownego
1:250
pró¿nego
1:100
Elektryfikacja
50 kV 50 Hz
Szyny
UIC 60 kg/m CrMn
Masa podk³adu
276 kg
Liczba podk³adów
oko³o 1,5 mln
Liczba mostów
82
Najd³u¿szy wiadukt/most
Olifant River 1050 m
Liczba tuneli
1
Najd³u¿szy tunel
Bobbejaansberg 840 m
Ca³kowita liczba projektowanych skrzy¿owañ
19
Liczba podstacji
6
P oci¹gi
Masa wagonu (tara)
Obci¹¿enie wagonu maksimum
Masa za³adowanego wagonu
Obci¹¿enie osi wagonu
Masa poci¹gu z rud¹ ¿elaza
Klasa lokomotyw elektrycznych
Liczba lokomotyw w poci¹gu
Liczba wagonów w poci¹gu
D³ugoœæ poci¹gu
Czas jazdy (poci¹g na³adowany)
Czas jazdy (poci¹g pusty)
18.5 t
85.5 t
maksimum 104 t
26.0 t
oko³o 17 850 t
9E
3
210
oko³o 2,2 km
oko³o 20 h
18 h
Rys. 1. Linia rud ¿elaza Sishen – Saldanha: (a) profil, (b) plan
Tabela 1cd.
P ort
D³ugoœæ kei
Wysokoœæ kesonów
Ca³kowita masa kesonu
Ca³kowita d³ugoœæ taœmy przenoœnika
Prêdkoœæ taœmy przenoœnika
Pojemnoœæ urz¹dzeñ za³adunkowych
Falochron
u¿yty materia³
szerokoϾ
szerokoϾ na poziomie morza (niski poziom)
ca³kowita wysokoœæ
wysokoϾ na poziomie morza (niski poziom)
630 m
30.5 m
15 000 m
oko³o 7 km
4,0 m/s
oko³o 8000 t/h
oko³o 20 mln m3
oko³o 800 m
oko³o 225 m
oko³o 29 m
oko³o 8 m
Pomiêdzy Sishen a Saldanha przewozi siê w sumie
33,5 mln t rocznie, z czego 70% stanowi ruda ¿elaza (1994/
1995).
Poci¹gi o masie ca³kowitej 21 840 ton kursuj¹ regularnie miêdzy Sishen a Saldanha na pochyleniu 4‰. Liczba poci¹gów przewo¿¹cych rudê wynosi 21 tygodniowo. Na linii
Sishen – Saldaha poci¹gi sk³adaj¹ siê z 210 wagonów ci¹6 / 1998
5/98 strona 35
36
gnionych przez trzy elektryczne lokomotywy serii 9E (tab. 2)
o mocy 3780 kW ka¿da.
Wszystkie wagony przewo¿¹ce wêgiel i rudê na obu liniach s¹ wyposa¿one w wózki Scheffel HS.
Poci¹g, który pobi³ œwiatowy rekord w 1989 r. na linii
Sishen – Saldaha, mia³ d³ugoœæ 7303 m oraz masê 71 210 t
(tab. 3).
Tabela 2
PParametry
arametry lok
omotyw serii 9E
lokomotyw
Uk³ad osi
C 0C 0
Masa
166.3 t
SzerokoϾ toru
1067 mm
Œrednica ko³a
1220 mm
Prze³o¿enie przek³adni
83:18
Ci¹g³a si³a poci¹gowa
388 kN
Rozruchowa si³a poci¹gowa
540 kN
Prêdkoœæ przy mocy ci¹g³ej
34,5 km/h
Prêdkoœæ maksymalna
90,0 km/h
Ci¹g³a moc wyjœciowa
3780 kW
Przedzia³ napiêcia zasilania
25–50 kV
Wejœciowa moc lokomotywy przy pe³nym obci¹¿eniu
5140 kVA
Silniki elektryczne
6×630 kW, 695 obr/min,
pr¹du sta³ego obcowzbudne
Hamowanie
oporowe
Liczba lokomotyw w poci¹gu
3
Wejœciowa moc poci¹gu przy pe³nym obci¹¿eniu
15,4 MVA
Pr¹d pobierany przez poci¹g
310 A przy 50 kV
Wspó³czynnik mocy dla mocy ci¹g³ej
0,91
Tabela 3
Najd³u¿szy poci¹g towarowy
Data rekordu
Sk³ad poci¹gu:
5 lokomotyw klasy 9E
470 wagonów CR-5 z rud¹
4 lokomotywy klasy 9E
190 wagonów CR-5 z rud¹
7 lokomotyw spalinowych klasy 37
1 wagon z paliwem
1 prywatny wagon
Ca³kowita liczba pojazdów
Ca³kowita d³ugoœæ
Ca³kowita masa brutto
Ca³kowita masa bez lokomotyw
Maksymalna prêdkoœæ
26 sierpieñ 1989 r.
678
7,303 km
71 210 t
68 838 t
ok. 80 km/h
Zakoñczywszy dwa podstawowe projekty, Afryka Po³udniowa sta³a siê jednym z kilku krajów na œwiecie, które
konsekwentnie wprowadzaj¹ i rozwijaj¹ system elektryfikacji jednofazowym napiêciem przemiennym, w szczególnoœci
dla ruchu ciê¿kich poci¹gów masowych. Linia Sishen – Saldanha by³a drug¹ lini¹ kolejow¹ na œwiecie zelektryfikowan¹ napiêciem 50 kV 50 Hz. Pierwsza linia zosta³a oddana do
u¿ytku w 1973 r. w Arizonie, USA. Jest to jednotorowa
linia wêglowa o d³ugoœci 125 km i szerokoœci toru 1435 mm,
miêdzy Kayenta i Page, obs³ugiwana przez Black Mesa &
Lake Power Railroad. Maksymalne pochylenie wynosi oko³o
25‰, a ca³kowity tona¿ przewo¿onych ³adunków ponad
10 mln t rocznie. Ostatni¹ lini¹ elektryfikowan¹ napiêciem 50
kV jest oddany do u¿ytku w 1983 r. w Kanadzie odcinek kolejowej linii wêglowej Tumbler Ridge, obs³ugiwany przez BC
Rail Ltd, d³ugoœci 129 km, szerokoœci toru 1435 mm oraz
masie przypadaj¹cej na oœ 29,9 t. Maksymalne pochylenie
toru wynosi 22‰, a minimalny promieñ krzywizny R =
110 m.
Przewo¿one w Afryce Po³udniowej ³adunki wêgla i rud
osi¹gnê³y wielkoœæ 101 mln t w roku finansowym 1992/
1993, co mo¿na porównaæ z ca³kowitym obci¹¿eniem
164 mln ton. Dochody z linii wêglowej i rud subsydiuj¹ pozosta³e linie u¿ytkowane przez Spoornet (oddzia³ Transnet).
Linia kolejowa Sishen – Saldaha
Jednotorowa linia kolejowa Sishen – Saldaha ma po³¹czenia z istniej¹cymi liniami Spoornet na stacjach Sishen i Saldanha, poza tym istniej¹ce linie Spoornet s¹ przecinane
blisko Kleinbegin (linia De Aar – Upington) oraz blisko Vredendal East of the Olifants River (linia Cape Town – Bitterfontein). Liniê mo¿na przyj¹æ jako prost¹ ze wzglêdu na to,
¿e wystêpuj¹ na niej tylko 3 ³uki o minimalnym promieniu
R = 1000 m. W celu zminimalizowania liczby wykolejeñ, co
10 km zainstalowano zasilane energi¹ s³oneczn¹, urz¹dzenia
wykrywaj¹ce przegrzanie maŸnic. Szyny s¹ spawane iskrowo i termicznie a podk³ady – betonowe. Na linii jest tylko
jeden tunel Bobbejaansberg, blisko Elands Bay, d³ugoœci
840 m.
Z Sishen, po³o¿onego na wysokoœci 1200 m nad poziomem morza, linia wznosi siê na d³ugoœci 42 km do okolic
Langeberg oko³o 1300 m nad poziomem morza, po czym
opada do Orange River, po³o¿onego 166 km od Sishen, na
wysokoœci 853 m. Odcinek d³ugoœci 315 km z Orange River
do Sous jest usytuowany na ró¿nicy wysokoœci od oko³o 800
do 1000 m. Nastêpnie linia opada w dó³ do wybrze¿a do
Strandfontein, oko³o 700 km od Sishen. Pozosta³a czêœæ trasy jest usytuowana wzd³u¿ zachodniego wybrze¿a. Pocz¹tkowo by³o eksploatowanych 9 spoœród 19 odcinków linii.
Dziesi¹ty odcinek (Halfway) jest eksploatowany od 1980 r.
do transportu koncentratów z Aggeneys.
Dziennie kursuj¹ trzy za³adowane rud¹ i trzy puste poci¹gi oraz dwa poci¹gi tygodniowo z koncentratem. Poci¹gi
s¹ prowadzone przez maszynistê i pomocnika, którzy po
8–9 godzinnej pracy zostaj¹ w Halfway na odpoczynek. Ca³y
ruch na linii jest kontrolowany przez scentralizowany system
radiowy sterowany z Saldanha. Typowy rozk³ad jazdy poci¹gów na³adowanych i pustych przedstawiono na rysunku 2.
Po ukoñczeniu prac na linii, kursowa³y po niej lokomotywy elektryczno-spalinowe serii 34 (szeœæ silników elektrycznych o mocy 300 kW na lokomotywê). Od 1979 r.lokomotywy te zosta³y zast¹pione przez lokomotywy elektryczne
50 kV serii 9E. Lokomotywa wyposa¿ona jest w szeœæ silników pr¹du sta³ego z osobnym wzbudzeniem o parametrach:
630 kW (moc ci¹g³a), 1540 V, 435 A, 695 obr/min. Moc
pobierana przez obwody silnikowe 3 lokomotyw wynosi
3×6×1540×435 = 12 058 200 W tj. ok. 12 MW. Wtórne napiêcie lokomotywowych przekszta³tników wynosi oko6 / 1998
5/98 strona 36
37
Rys. 2. Dobowy rozk³ad jazdy poci¹gów na linii Sishen – Saldanha: linie opadaj¹ce odpowiadaj¹ poci¹gom ³adownym, linie wznosz¹ce siê – poci¹gom
bez ³adunku
³o 2 kV. Tyrystorowe prostowniki s¹ po³¹czone szeregowo
2×985 V.
Gondola typu CR-5s (85 t) oraz wagon typu CR-12s
(63 t) do przewozu rud z wózkami Scheffel HS i obrotowymi po³¹czeniami tworz¹ parê wagonów, która nie jest roz³¹czana w trakcie procesu wy³adowywania.
Rys. 3. Wykorzystanie linii Sishen – Saldanha: (a) eksport rudy,
(b) ca³kowity roczny tona¿
Zasilanie
Linia Sishen – Saldanha jest zasilana przez 6 podstacji oddalonych od siebie œrednio o 143,5 km (rys. 4). Dwie z nich
s¹ zasilane z linii energetycznej Kimberley o napiêciu 270 kV,
a pozosta³e dwie z linii 400 kV Cape (Eskom). Na odcinku
zasilania znajduje siê tylko jeden poci¹g. Napiêcie jest pobierane z szyn zbiorczych jednofazowych o typowym uk³adzie, pokazanym na rysunku 5. W ka¿dej podstacji znajduj¹
siê dwa jednofazowe punkty zasilania, dwa transformatory
i dwa obwody wy³¹czników. Zainstalowane s¹ transformatory
o mocy 40 MVA.
Zu¿ycie energii
Rozliczenie zu¿ycia energii, podobnie jak na linii Ermelo –
Richards Bay zasadniczo sk³ada siê z trzech sk³adników [7]:
a) sta³a op³ata wnoszona niezale¿nie od tego czy poci¹gi by³y
w ruchu, czy nie;
b) op³ata za zu¿yt¹ energiê, która jest porównywalna do
kosztów paliwa i bezpoœrednio powi¹zana z liczb¹ poci¹gów i ich obci¹¿eniem w ci¹gu miesi¹ca;
c) op³ata za maksymalne zapotrzebowanie, które jest obliczane na podstawie wielkoœci maksymalnego zu¿ycia energii w czasie 30 min. w ci¹gu miesi¹ca.
Praktycznie mo¿na decydowaæ tylko o maksymalnym
zapotrzebowaniu, gdy¿ maksymalne zapotrzebowanie dla
poci¹gu o za³o¿onym ³adunku na sta³ym pochyleniu zale¿y od
prêdkoœci poci¹gu.
6 / 1998
5/98 strona 37
38
Rys 4. Zasilanie przez Eskom podstacji trakcyjnych miêdzy Sishen a Saldanha
Rys. 5. Typowy uk³ad systemu zasilania
Roczne zu¿ycie energii przez liniê Sishen – Saldanha
wynios³o 173,1 GWh w roku finansowym 1993/1994
i 162,1 GWh w roku finansowym 1994/1995. Zmniejszenie
zu¿ycia energii spowodowane zosta³o stosowaniem lokomotyw spalinowych.
Na linii Sishen – Saldanha ¿aden niena³adowany poci¹g
(210 wagonów towarowych oraz 3 lokomotywy klasy 9E),
jad¹cy z prêdkoœci¹ 60 do 70 km/h po torze o pochyleniu
4‰, nie zu¿ywa wiêcej energii ni¿ oko³o 13 MVA. Zapotrzebowanie to mo¿na zredukowaæ do 4,6 MVA zmniejszaj¹c
prêdkoœæ poci¹gu do 40 km/h.
Chocia¿ szczyty maksymalnego zapotrzebowania na energiê mog¹ byæ w znaczny sposób zredukowane przez obni¿enie prêdkoœci, nale¿y równie¿ rozwa¿aæ inne metody obciêcia szczytów obci¹¿enia (regulacja napiêcia wyjœciowego
podstacji, regulacja mocy trakcyjnej, hamowanie rekuperacyjne). W lokomotywach elektrycznych klasy 9E zastosowano hamowanie oporowe.
Problemy œrodowisk
owe
œrodowiskowe
Linia Sishen – Saldanha biegnie blisko brzegu Atlantyku
w czêœci od Saldanha do odcinka 4, który jest usytuowany
w odleg³oœci 184 km od Saldanha. Obszar ten jest nara¿ony na deszcze, mg³y, dzia³anie soli rozproszonej w atmosferze i wiatrów nios¹cych piasek. Wilgotnoœæ powietrza mo¿e
osi¹gaæ 95%. Pó³nocna czêœæ odcinka 4 linii biegnie przez
bardzo such¹, zapylon¹ okolicê – py³ mo¿e mieæ sk³ad metaliczny. Deszcze padaj¹ce w tej czêœci kraju s¹ bardzo obfite, wystêpuj¹ bardzo silne burze z wy³adowaniami, zakres
temperatur jest od –8 do +45°C, przewa¿aj¹ wiatry do
80 km/h, w porywach do 120 km/h. Na podstawie szkód
urz¹dzeñ sieci napowietrznej (przypadki powalenia masztów),
ocenia siê, ¿e zdarzaj¹ siê porywy wiatru przekraczaj¹ce
250 km/h.
Od 1970 r. prowadzone s¹ prace nad ustabilizowaniem
wydm piaszczystych usytuowanych wzd³u¿ linii Sishen –
Saldanha. Dobre rezultaty daje stabilizowanie wa³ów i wykopów.
Osprzêt sieci trakcyjnej
W celu spe³nienia wymagañ dobrego odbioru pr¹du w warunkach œrodowiskowych, charakteryzuj¹cych siê wyj¹tkowo
du¿ym przedzia³em wystêpuj¹cych temperatur oraz bardzo
du¿ymi prêdkoœciami wiatru zosta³a zastosowana sieæ trakcyjna jednolinowa skompensowana, aby dostosowaæ siê do
zmian temperatur miêdzy –8 a +45° C i wytrzymaæ wiatry
o prêdkoœci 80 km/h bez utraty styku z odbierakiem. Dla obni¿enia kosztów sekcje maj¹ 2,5 km d³ugoœci z punktem
kotwienia w œrodku, przez co uzyskuje siê maksymalne wyd³u¿enie przewodów, dostosowywane do wystêpuj¹cych
temperatur. Jako przewód jezdny zastosowano pe³ny, ci¹gniony na zimno, przewód miedziany rowkowany 107 mm2.
Normalna wysokoϾ zawieszenia przewodu nad szynami
wynosi 5,0 m i jest obni¿ana pod mostami do 4,5 m oraz
zwiêkszana do 6,0 m w miejscach skrzy¿owania z drogami,
gdzie przewód ochronny jest usytuowany 5,0 m nad poziomem skrzy¿owania. Dane dotycz¹ce systemu sieci górnej zestawiono w tabeli 4 [7].
Na 150-kilometrowym odcinku linii wzd³u¿ wybrze¿a
i 130-kilometrowym w g³êbi l¹du, gdzie wystêpuj¹ z³o¿a soli
Tabela 4
Parametry sieci górnej na linii Sishen - Saldanha
Przewód jezdny HD Cu 107 mm2
Lina noœna
sekcje nadbrze¿ne
HD Cu 70 mm 2
sekcje na l¹dzie
Al wzmocnione stal¹ 130 mm2
Przewód powrotny uziemiaj¹cy
sekcje nadbrze¿ne
HD Cu 150 mm2
sekcje na l¹dzie
Al wzmocnione stal¹ 240 mm2
Wysokoœæ przewodu jezdnego, przês³o œrodkowe
normalna
4925 m
minimalna
4500 m
maksymalna
6200 m
Maksymalna d³ugoœæ sekcji
2,5 km
Maksymalna d³ugoœæ przês³a
70 m
Impedancja obwodu
nadbrze¿nego
0,169 + j0.384 Ω/km
na l¹dzie
0,161 + j0.399 Ω/km
6 / 1998
5/98 strona 38
39
i napotyka siê wiatry nios¹ce sól i piasek, zastosowano izolatory syntetyczne. Obecnie s¹ one wymieniane na tañsze,
produkowane lokalnie, izolatory porcelanowe. W innych miejscach linii zastosowano porcelanowe izolatory wsporcze oraz
szklane izolatory ko³pakowe.
Zarówno py³ rud ¿elaza, zwiewany z jad¹cych poci¹gów,
jak i kurz œrodowiskowy zawieraj¹cy sól, odk³adaj¹ siê na
izolatorach. Na skutek tego, ¿e sieæ górna 50 kV jest usytuowana w odleg³oœci tylko 50 m od brzegu morza, rozpylona sól, mg³y i zawilgocenie, wystêpuj¹ce w tym rejonie,
powoduj¹ osadzanie siê na izolatorach warstwy zanieczyszczeñ powoduj¹cych powstawanie stosunkowo du¿ych pr¹dów up³ywu [3].
Pr¹dy up³ywu wystêpuj¹ równoczeœnie z okresami wysokiej wilgotnoœci (ponad 90%) i opadami deszczu [3]. Pr¹dy up³ywu s¹ mniejsze po porze deszczowej.
Ostatnie badania wykazuj¹, ¿e najlepsze wyniki daj¹ izolatory krzemokauczukowe o wytrzyma³oœci dielektrycznej
25 mm/kV [3]. Zastosowanie smaru silikonowego likwiduje
w pierwszym roku pr¹dy up³ywu, lecz konieczne jest okresowe odnowianie smarowania, co poci¹ga za sob¹ dodatkowe koszty. Smarowanie izolatorów szklanych nie jest
zalecane, gdy¿ powoduje uszkodzenia powierzchni i w konsekwencji pêkanie izolatora.
Wzajemne oddzia³ywanie ko³a z szyn¹
Szyny UIC-60 CrMn dla linii Sishen – Saldanha by³y importowane z Niemiec (Krupp – Rheinhausen, ATH – Bruckausen i Klockner Georgmarienhutte).
Ca³y tor wymaga ci¹g³ej obs³ugi i konserwacji. Do prac
utrzymania toru zatrudnia siê 230 osób. Na terenie p³askim
i przy torze prostym utrzymanie jest stosunkowo ³atwe.
Podstawowy problem oddzia³ywania miêdzy ko³em a szyn¹, to sinusoidalne œcieranie boków szyn spowodowane
wê¿ykowaniem wózka pojazdu wynikaj¹cym z wypracowania powierzchni tocznej kó³. Pocz¹tkowo wystêpuje sinusoidalny œlad w punkcie styku na obu szynach, nastêpnie naprzemienne œcieranie brzegów obu szyn (styk obrze¿e –
g³ówka szyny), pêkniêcia powierzchniowe g³ówki w obszarach œcierania bocznego oraz pe³zanie (p³yniêcie metalu)
i pêkniêcia poziome wewn¹trz szyny naprzeciwko szyny ze
zu¿ycien bocznym [4], [5].
Na tych odcinkach, gdzie zu¿ycie boczne przekroczy³o
4 mm dokonano profilowania korekcyjnego. Szyny CrMn s¹
profilowane przez szlifowanie b¹dŸ struganie wzd³u¿ne w celu
zredukowania skutków œcierania bocznego i zmêczenia powierzchni – w konsekwencji wyd³u¿enia okresu eksploatacji
szyn, musz¹ byæ one profilowane co roku (ponad 30 mln t
obci¹¿enia).
Du¿e wahania temperatury (–8 do +45°C) s¹ przyczyn¹ pêkania podk³adów betonowych, dlatego pokrywa siê je
silikonem w celu zabezpieczenia przed wilgoci¹.
Dzia³ania po stronie taboru polegaj¹ na ograniczeniu
wypracowania powierzchni tocznej do 2 mm i zapewnieniu
dobrego prowadzenia zestawów ko³owych. Zu¿ycie kó³ jest
minimalne, poniewa¿ wagony przewo¿¹ce rudê s¹ wyposa¿one w wózki Scheffel HS. Eksploatowanych jest oko³o 2400
wagonów 4-osiowych, co dwa tygodnie profil 110 kó³ jest
korygowany. Wk³adki hamulcowe cierne s¹ wymieniane rzadko – oko³o 100 klocków w tygodniu.
Linia jest regularnie kontrolowana, jej stan jest oceniany na podstawie pomiarów poprzecznych przyspieszeñ osi
wagonu pomiarowego jad¹cego z prêdkoœci¹ 50 km/h [4].
Literatura
[1] Alberts B. C.: Progress Through Partnership. 6th Int. Heavy Haul
Railway Conf., Cape Town, South Afrika, 1997.
[2] Erasmus P. J.: Efficient and Safe Rail For Heavy Haul in South
Africa. 5th Int. Heavy Haul Railway Conf., Beijing, China, 1993.
[3] Holzhausen J. P.: Leakage Current Monitoring of Polluted Insulators on a. c. Power Systems at Elandsbaai and Kuils River.
3rd Southern African Universities Power Eng. Conf. SAUPEC’92, Durban, South Africa, 1992.
[4] Kretzmann A. S.: Sishen – Saldanha Iron Ore Line. Unpublished report, Spoornet, Vredenbourg, 1995.
[5] Kretzmann A. S.: An Overview of Multidisciplinary Rail – Wheel
Interaction Plan Developed for the Sishen – Sadanha Line. 6th
Int. Heavy Haul Railway Conf., Cape Town, South Africa, 1997.
[6] Quail J. B. and Mann, R.S.: The Development of High Voltage
Single Phase Alternating Current Electrification in South Africa for Heavy Railway Haulage. The Trans. of the SA IEE, 1983,
No. 5
[7] Sishen – Saldanha 50 kV Electrification. Unpublished report,
Spoornet, Vredenbourg, 1980.
Treœæ artyku³u zosta³a przedstawiona na III Miêdzynarodowej
Konferencji Naukowej MET’97 w Warszawie.
T³um. kb
6 / 1998
5/98 strona 39