Felsővezeték

A felsővezeték egy pálya felett kifeszített légvezeték, amelyről a villamos motorral hajtott járművek áramszedők segítségével az energiát nyerik. A felsővezeték munkavezetéke általában keményre húzott vörösréz-huzal, amelyet profilosan alakítanak ki a megfelelő szerelhetőség végett. A jármű tetején elhelyezett áramszedőt rugó-, olaj- vagy sűrített levegő-nyomással szorítják a munkavezetékhez. A munkavezetékben használt áram neme alapján megkülönböztetünk egyen- és váltakozó áramú rendszereket. A nagyvasúti és villamos felsővezeték-rendszerek esetében az elektromos feszültség másik pólusa maga a sín, amely földpotenciálon van.

Nagyvasúti felsővezeték

Nagyvasúti felsővezeték

Keresztlánc-rendszer

Kezdetekben a munkavezetéket 30–40 m távolságban, keresztben kifeszített sodronyra rögzítették. Az úgynevezett keresztlánc-rendszerű felsővezetékkel felszerelt pályákon a közlekedő vonatok sebessége nem haladta meg a 40 km/h-t. A villamosok üzemi célú vágányainak felsővezetékeként máig alkalmazzák.

Hosszlánc-rendszer

Felsővezeték-hosszláncok a Budapest–Újszász–Szolnok-vasútvonalon

Napjainkban leggyakrabban a hosszlánc-rendszert használják, ahol a munkavezetéket függesztőkkel hossztartó sodronyra rögzítik. A tartósodrony készülhet acélból, nagy terhelésű szakaszokon azonban a rézhez hasonló vezetőképességű bronzot alkalmazzák.

A munkavezetéket a pályasík felett azonos magasságban kell tartani, a hőváltozás okozta belógásokat, illetve felkapásokat rugós, vagy súlyfeszítős szerkezetekkel csökkentik. A korszerű felsővezeték rendszereknél a munkavezetéket és a tartósodronyt független szerkezetek feszítik, ezek a kompenzált hosszláncok. A hosszlánc megengedett legnagyobb hossza 1500 m, a nagy hőtágulás miatt középen, fixpontban rögzítik. A hosszlánc-felezésének több előnye van, például vezetékszakadáskor csak felét kell helyreállítani.

Szakaszolás

A nyíltvonali vágányok feletti felsővezetéket, a hosszláncok hosszának maximálása miatt, több, egymást követő hosszláncból alakítják ki. A hosszláncok csatlakoztatásánál villamosan összekötött, mechanikai szakaszolást, úgynevezett vonali szakaszolást építenek ki, úgy, hogy az áramszedés folyamatossága biztosított legyen. Az ilyen típusú szakaszolást három oszlopközben építik ki, úgy, hogy a középső oszlopközben, körülbelül 20 m hosszban, az áramszedő mindkét hosszlánc munkavezetékét érinti. A szakaszolás egyik középső oszlopa jellemzően vasrácsos szerkezetű, a másik pedig gyakran dupla beton oszlop. A hosszláncok ki- és belépési pontjánál csörlőket is elhelyeznek a hőtágulás okozta kellemetlenségek elkerülése céljából.

Az állomások és nyíltvonalak felsővezetékének találkozásánál a villamos elválasztásra is szükség van, ilyen esetben úgynevezett állomás előtti szakaszolást építenek. Kialakítása hasonló a vonali szakaszoláshoz, azonban a két munkavezeték között nagyobb távolságot tartanak, így biztosítva a megfelelő villamos és mechanikai elválasztást. Az állomás előtti szakaszolást az állomás bejárati jelzőjének közvetlen közelében létesítik.

Az állomási felsővezeték hálózatok, nyíltvonali kiágazások és deltavágányok áramköreinek villamos szétválasztására is szükség van, a rövid hely miatt azonban nem lehet kialakítani a fenti módszerrel, ilyenkor szakaszszigetelőt alkalmaznak.

Fázishatár

Fázishatár a Budapest–Kelebia-vasútvonalon

A vontatási transzformátor-állomások (alállomások) az országos villamos hálózat egyenletes terhelése érdekében eltérő fázisú feszültséggel táplálják meg a felsővezetéket, tehát azokat közvetlenül összekötni nem szabad. Emiatt az egyes táplálási szakaszokat a hosszláncba beépített, úgynevezett fázishatárral választják el. A fázishatárt négy-öt oszlopközben építik ki, úgy, hogy a két oldali hosszláncot fokozatosan felemelik, az áramszedő vezetésére egy harmadik, rendes üzemben feszültségmentes vezetéket szerelnek fel.

Fázishatár típusok:

• Alállomási fázishatár: az alállomások betáplálási szakaszának kezdőpontjára helyezik el, feladata az alállomás által megtáplált szakaszok elválasztása
• Nyíltvonali fázishatár: feladata két alállomás egy-egy betáplálási szakaszának elválasztása
• Rendszer fázishatár: akkor alkalmazzák, ha két eltérő táplálási pontról, eltérő rendszerben táplált áramkör áramszedővel járható kapcsolata szükséges.

A szakaszok esetleges véletlen összekötésének elkerülése érdekében a fázishatárok alatt a vasutak kikapcsolt főmegszakítóval való áthaladást írnak elő.

Megkerülő és tápvezeték

Az állomások előtti és utáni nyíltvonali vonalrészek felsővezetékének folyamatos és biztonságos áramellátása érdekében, az állomási áramköröktől független megkerülő vezetékek segítségével látják el villamos energiával. Az állomási felsővezeték-rendszert szinte minden esetben két vagy több független áramkörre osztják.

Az egyvágányú vasútvonalak nyíltvonali felsővezetékét úgynevezett tápvezetékkel egészítik ki, mintegy pótolva a második vágány felsővezetékét. Feladata hasonló a megkerülővezetékhez, egy hosszlánc kiesése (szakadása) esetén biztosítja mögöttes pályarészek felsővezetékének áramellátását.

A felsővezeték-hálózat elemei

Munkavezeték

A munkavezeték anyaga leggyakrabban vörösréz, a szelvénye kör alakú, amelyet a jobb szerelhetőség miatt kétoldalt hornyolnak. A vonal terheléséhez igazodóan különböző, jellemzően 65, 80, illetve 100 mm² keresztmetszeti mérettel építik be.

A kopástól legjobban a munkavezetéket kell védeni, ezért az áramszedők csúszósaruját lágyabb anyagból készítik. A munkavezetéket a vágánytengelyhez képest jobbra-balra kitérítve, kígyózva vezetik, hogy az áramszedők egyenletesen kopjanak. A munkavezeték kígyózásának legnagyobb értéke ±400 mm, 1995-től a teljesen új építésű felsővezeték-rendszereknél ±300 mm.

A munkavezeték névleges magassága kétvágányú pályákon és állomásokon a sínkorona szintjétől 6,00 m, de tápvezetékkel ellátott, egyvágányú pályák esetében 5,70 m, azonban útátjárók felett a közúti közlekedés biztonsága érdekében ugyancsak 6,00 m. A legalsó határértéket, 5,05 métert a műtárgyak alatti vonalvezetésnél, jellemzően utólag villamosított vonalak alagútjaiban alkalmazzák.

A hosszlánc-rendszer esetében a felsővezetéki oszlopokat egyenes pálya mellett 75 méterenként állítják, íves vágányszakaszok mellett ennél sűrűbben.

Szigetelők

A felsővezeték feszültség alatt lévő szerelvényeit különböző szigetelőkkel választják el a felsővezeték tartóelemeitől, az oszlopoktól. A szigetelők alkalmazásával építik meg a villamos szakaszolásokat, szakaszszigeteléseket is.

A felsővezetéki szigetelők jellemzően porcelánból készülnek, de megjelentek a műanyag szigetelők is. A légköri hatásokkal, a hőmérséklet változással, valamint a vasúti és ipari szennyezőanyagok hatásaival szembeni jobb ellenállás miatt a porcelán szigetelőket barna mázzal vonják be. A műanyagból készült szigetelők elterjedt típusai üvegszál-erősítésű rúdra vulkanizált szilikongumiból állnak, más néven kompozit szigetelőknek nevezik.

Közúti vasutak felsővezetéke

A közúti vasutak felsővezetékrendszere alaplogikájában természetesen hasonló a nagyvasútihoz. Ám alapvető eltérés, hogy a közúti vasutak esetében szinte mindenhol az aránylag kis feszültségű egyenáramú vontatás a meghatározó a mai napig, továbbá a közúti vasutak alapvetően városi környezetben közlekednek, általában a közúttal közös közlekedési felületeken. Fentiekből következnek az alábbi sajátosságok:

Szakaszolás, táplálás

Míg a nagyfeszültségű váltóáramot használó nagyvasúti üzemeknél egy-egy szakasz hossza ~50 km, az alállomások pedig akár 100 km-re is lehetnek egymástól, addig a kisebb feszültségű egyenáramú vontatás miatt a közúti vasútnál jóval több áramátalakítóra, és táplálási szakaszra van szükség. Utóbbit indokolja még, hogy a változatos és jóval zavarérzékenyebb városi környezetben eleve több szakasz kell, hogy pontszerű zavar esetén minél kevesebb helyen szüneteljen a táplálás.

A szakasz munkavezetékét az áramátalakítóból érkező, jellemzően a tartóoszlopok tetején futó, pozitív tápkábel látja el árammal. A visszavezetésről szintén külön kábelek gondoskodnak, melyek az elsődleges visszavezetőként működő vasúti sínt kötik össze az áramátalakítóval. Ezek a kábelek jellemzően föld alatt futnak.

A szakaszok megtáplálása lehet sugaras, vagy párhuzamos. A sugarasan megtáplált szakasz esetében az áramkör egyik és másik végén is ugyanaz az áramátalakító áll. A párhuzamos esetben viszont a pozitív irány az egyik átalakítóból indul, a negatív viszont már egy másikba érkezik vissza. Párhuzamos táplálással bizonyos esetekben csökkenthetők a szükséges tápkábel-hosszok, így a veszteség is.

A szakaszokat egymástól szakaszszigetelőkkel választják el, melyek a nagyvasútinál egyszerűbb szerkezetek. A szigetelő elemet két fémprofil fogja közre, melyek a munkavezetékhez csatlakoznak. A járművezető figyelmét a szakaszhatárra egy kék körbe foglalt "Sz" betű hívja fel, melyet általában a keresztsodronyon helyeznek el.

A hazai felsővezeték táplálására létrehozott alállomások, a hazai elosztóhálózatról kapott 120 kV, 50 Hz-es áramot alakítják át transzformátorok segítségével, a vontatás számára használható 25 kV 50 Hz-es árammá.

Tartószerkezet

A közúti vasúti rendszerek felsővezetékének tartószerkezete is más. Egyrészt a városi környezet sajátosságai miatt gyakran egyéb tárgyak, mint pl. közvilágítási oszlop, vagy egy-egy épület fala tartja a felsővezetéki rendszert, másrészt az alkalmazott sebesség jellemzően jóval alacsonyabb, az egyenáramú vontatás miatt a munkavezeték keresztmetszete nagyobb, így más jellegű igénybevételek érik a szerkezetet.

Alárendeltebb vágányokon, vagy speciális helyeken (hidaknál, alagutakban) alkalmaznak merev felfüggesztésű felsővezetéket. Itt a munkavezeték közvetlenül a tartóoszlopról érkező keresztsodronyhoz csatlakozik egy szigetelőelemmel. Az általánosan elterjedt megoldás Magyarországon a rugalmas felfüggesztés, ahol a munkavezetéket a sodronnyal egy külön függesztő kapcsolja össze; ez lehetőséget ad a munkavezeték kígyóztatására, mely által az alakváltozásokra a rendszer kevésbé érzékeny. A munkavezeték stabilitása tovább növelhető, ha a munkavezeték súlyfeszített. Elsősorban a budapesti HÉV-eknél alkalmazzák az ún. Fischer-Jellinek típusú felsővezetéket. Ez már hasonló a nagyvasúti hosszlánchoz, azonban a tartósodrony itt nincs súllyal megfeszítve, így ez csak félig kompenzált rendszernek tekinthető. Nagyobb sebességgel járt szakaszokon, illetve egyes országokban (pl. Németország szinte valamennyi villamosüzeménél) általános helyeken is alkalmaznak a nagyvasúti hosszlánchoz hasonló, teljesen kompenzált felsővezetéket is a közúti vasutaknál.

A merev rendszert max. 50 km/h-val járt szakaszokon alkalmazzák, a súlyfeszített rugalmas felsővezeték már akár 70 km/h sebességig alkalmazható. Efelett már egyértelműen a hosszláncos megoldás javasolt. A Fischer-Jellinek, illetve a klasszikus hosszlánc komoly előnye továbbá, hogy a merev, illetve a sztenderd rugalmas rendszer esetében alkalmazott 25-30 méteres oszlopköz akár 50 m-ig növelhető.

Források

• Rónai Endre: Vasúti villamos felsővezeték, 1997.

Irodalom

A Wikimédia Commons tartalmaz Felsővezeték témájú médiaállományokat.

• Friedrich Kießling, Rainer Puschmann, Axel Schmieder: Contact Lines for Electrical Railways. Planning, Design, Implementation, Publicis Corporate Publishing 2001, ISBN 3-89578-152-5
• Kießling, Puschmann, Schmieder: Fahrleitungen elektrischer Bahnen – Planung, Berechnung, Ausführung, Teubner, Stuttgart. 2. Auflage. 1998, ISBN 3-519-16177-X (vergriffene Auflage auf Deutsch)