Пантографный токоприёмник

Пантограф (токоприёмник типа пантограф) — устройство, обеспечивающее токосъём с контактной сети.

Пантограф на вагоне трамвая

Пантограф служит для обеспечения надёжного электрического соединения с контактным проводом контактной сети электроподвижного состава железных дорог (электровозы, электропоезда, электросекции), трамваев, а также вагонов метро (в тех системах, где напряжение на подвижной состав подается через контактную сеть).

Название пантографа произошло от похожего на него по форме устройства для копирования чертежей (от греч. παντ - всё, γραφ - писать).

Устройство пантографа

Пантограф имеет полоз, закреплённый на подвижном устройстве — каретке. Каретка упруго закреплена на верхней раме токоприёмника. Верхняя рама через систему рычагов шарнирно крепится к нижней раме. Нижняя рама токоприёмника через изоляторы жёстко закреплена на крыше.

Все части пантографа находятся под полным напряжением контактной сети. Ток протекает и через шарнирные соединения пантографа, для уменьшения переходного сопротивления в соединениях и электрокоррозии все шарниры имеют гибкие медные шунты. Для подъёма и опускания пантографа на трамваях используется механический привод (например, с верёвкой в кабину), на электропоездах и электровозах — пневматический.

На электровозах пантографы устанавливаются на каждой секции, но не менее двух на электровоз, то есть на односекционных электровозах — два (для избыточности; исключение составляют лишь некоторые малые электровозы, на крыше которых трудно разместить два пантографа). На электровозах постоянного тока может устанавливаться по два пантографа на секцию, потому что более низкое, чем при переменном токе, напряжение в контактной сети обуславливает более высокие токи при трогании и разгоне (см. закон Ома). Поэтому при плохом контакте между контактным проводом и полозом токоприёмника может возникать электрическая дуга, что создаёт опасность пережога контактного провода.

На электропоездах и электросекциях устанавливается по одному пантографу на моторном вагоне каждой секции. Трамваи обычно имеют по одному токоприёмнику на моторный вагон.

Практика использования пантографа

На электровозах, имеющих два или более пантографа, при движении обычно поднимают задний по ходу пантограф. Это может быть связано с несколькими соображениями:

• При поломке пантографа он падает назад по ходу движения. Пантограф обычно расположен на крыше локомотива около кабины управления, в то время как на крыше над машинным отделением обычно расположено крышевое оборудование (детали системы охлаждения, реостаты и пр.). При падении переднего по ходу движения пантографа назад он может повредить крышевое оборудование, что может привести к потере локомотивом возможности движения своим ходом. В то же время задний по ходу пантограф при поломке падает на крышу нерабочей кабины управления, где обычно нет жизненно важного оборудования.
• Если машинист при движении заметит неисправность контактной сети, угрожающую поломкой пантографа (например, обрыв струны подвески контактного провода), у него будет больше времени на принятие мер к опусканию заднего пантографа, чем переднего.
• Локомотив при движении создаёт перед собой зону сжатия воздуха, из которой воздух истекает в стороны и вверх. Воздух, движущийся вверх, приподнимает контактный провод, и за счёт этого для переднего пантографа создаются условия контакта хуже, чем для заднего. Значение этого фактора возрастает с увеличением скорости движения.

На многосекционных локомотивах и в моторвагонных поездах нет необходимости поднимать пантограф на каждой секции или моторном вагоне, так как секции соединены между собой высоковольтной шиной, проходящей по крыше или по сцепке. Поэтому поднимают лишь столько пантографов, сколько необходимо для обеспечения нормального токосъёма и безопасности контактного провода от пережога.

На мощных электровозах постоянного тока, потребляющих большой ток и имеющих более одного токоприёмника на секцию (например, ЧС200), во время наибольшего энергопотребления (при трогании и разгоне) могут быть подняты все пантографы для обеспечения большего количества точек токосъёма. После разгона передние по ходу токоприёмники опускают.

Полупантограф

Полупантограф на крыше берлинского трамвая

Полупантограф (название в английском языке — single arm pantograph) внешне выглядит как половина обычного пантографа. Преимущества полупантографа перед обычным пантографом таковы:

• Меньшая масса.
• Колебания пантографа при движении меньше раскачивают элементы контактной сети, что обеспечивает лучший прижим полоза токоприёмника к контактному проводу и, таким образом, лучший токосъём. Это особенно важно при высоких скоростях движения.
• Требуется меньше места на крыше, что облегчает размещение крышевого оборудования. Некоторые виды электрического подвижного состава, рассчитанные на работу с несколькими системами электропитания (многосистемные), имеют разные пантографы для разных родов тока.
• Меньшая материалоёмкость.
• Требуется меньшая мощность привода для подъёма-опускания.

Однако есть у полупантографа и недостаток — меньшая прочность. Известны случаи, когда хозяйства, неспособные поддерживать подвижной состав и контактную сеть в надлежащем состоянии, переоборудовали полупантографы в пантографы.