пожаровзрывозащищенное токосъемное устройство троллейной системы электропитания транспортных средств

Формула изобретения

Пожаровзрывозащищенное токосъемное устройство троллейной системы электропитания транспортных средств, содержащее токосъемную каретку, для которой обеспечена возможность свободного перемещения на роликах внутри корпуса троллейной системы вслед за перемещающимся транспортным средством с помощью сцепки из гибких тросиков, связывающей токосъемную каретку с кронштейном, установленным на транспортном средстве, токосъемники, находящиеся в токосъемной каретке, каждый из которых подпружинен и содержит два дублирующих друг друга контактных элемента, находящихся в постоянном контакте с соответствующей токоподающей троллеей, а также кабель, соединяющий токосъемники токосъемной каретки с энергопотребителями транспортного средства, отличающееся тем, что токоподающие троллеи размещены в пазах негорючего или трудновоспламеняющегося в условиях возможного аварийного обогащения окружающей среды парами горючих или окислительных веществ электроизоляционного элемента, проложенного по всей длине корпуса троллейной системы, поверхности троллей для токосъема и поверхность электроизоляционного элемента, находящиеся в одной плоскости, отшлифованы, токосъемная каретка снабжена защитным ограждением из гибкого газонепроницаемого износоустойчивого термостойкого и негорючего или трудновоспламеняющегося в аварийно обогащенной парами горючих или окислительных веществ атмосфере электроизоляционного материала, предназначенным для изолирования токосъемников от окружающей среды, края элементов защитного ограждения расположены на минимально возможном расстоянии от плоскости токосъемных поверхностей троллей, в условно замкнутое пространство защитного ограждения токосъемной каретки введен трубопровод, заканчивающийся распылительным насадком для подачи в условно замкнутое пространство защитного ограждения инертного газа, предпочтительно азота, под избыточным давлением, трубопровод для подачи инертного газа соединен с клапаном подачи инертного газа, оснащенным электроприводом для открытия и закрытия подачи инертного газа, блок электропитания электропривода клапана подачи инертного газа в защитное ограждение токосъемной каретки входит в состав системы электропитания транспортного средства, которая включает в себя блок подачи электроэнергии на токоподающие троллеи и блок задержки подачи электроэнергии на токоподающие троллеи на время до создания в защитном ограждении токосъемной каретки перед пуском в движение транспортного средства атмосферы инертного газа, которая поддерживается в защитном ограждении токосъемной каретки в течение всего времени нахождения токоподающих троллей под напряжением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обеспечения пожаровзрывобезопасности транспортных средств, имеющих троллейные системы электропитания и предназначенных для перемещений изделий, характеризующихся повышенной пожарной и взрывопожарной опасностью вследствие наличия в транспортируемых изделиях легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, горючих материалов и веществ, сильных окислителей и других химически активных веществ. Данное техническое решение может быть использовано при разработке пожаровзрывозащищенных токосъемных устройств троллейных систем.

Токосъемное устройство троллейной системы является средством передачи электроэнергии от неподвижных токоподающих троллей к электромеханическим приводам, расположенным на транспортных средствах и служащим для их передвижения, в частности, по железнодорожному пути, а также для передачи электроэнергии от троллей к другим энергопотребителям, входящим в состав транспортного средства, и энергопотребителям, используемым в составе изделий, перемещаемым на транспортных средствах.

Транспортные средства с троллейными системами электропитания широко применяются в современной технике. Область их применения: обширные склады, объекты судостроительной промышленности, железнодорожный транспорт, общегородской транспорт, трансбордеры - устройства для быстрого перемещения массивных изделий (Патент России № 2046733. «Самоходный трансбордер для перемещения судовых конструкций и судов в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Заявитель: Государственный союзный проектный институт «Союзпроектверфь». Автор: Чеклецов Н.А. (дата обращения 24.03.2012), мостовые краны, лифты, фуникулеры, сдвижные крыши различных сооружений, электрические приводы массивных дверей и ворот, кабины сооружений для мойки окон и фасадов высотных зданий и др.

В последнее время транспортные средства с троллейными системами электропитания стали находить применение на объектах, где перевозятся изделия с высоким уровнем пожаровзрывоопасности, например:

- на расфасовочных линиях крупных мелкотарных складов горюче-смазочных материалов;

- на космодромах, где в процессе подготовки к запуску космических аппаратов на территории технических комплексов осуществляются многочисленные перемещения изделий в виде полезных нагрузок (спутников, пилотируемых и транспортных космических кораблей и др.), космических головных частей, в которых находятся полезные нагрузки и разгонные блоки, заправленные горючими и окислительными компонентами ракетных топлив (Космонавтика: Энциклопедия / Гл. ред. В.П.Глушко. - М.: Советская энциклопедия. 1985. - 527 с; ГОСТ Р 51143-98. «Комплексы стартовые и технические ракетно-космических комплексов. Общие требования к испытаниям и приемке») и др.

Использование транспортных средств с троллейными системами электропитания обеспечивает возможность при применении специальных промышленных программируемых логических контроллеров типа PLC-приложений (URL: ) создавать полностью автоматизированные транспортные системы, при эксплуатации которых сокращается время транспортировки грузов и объектов, время комплектации грузов, время выполнения технологических операций, например время проведения операций при расфасовке и складировании затаренных горюче-смазочных материалов, при сборке ракет носителей и космических головных частей при подготовке космических полетов и др.

По статистическим данным из публикаций (Научно-технический журнал «Пожарная безопасность». ФГБУ ВНИИПО МЧС России. Раздел «Статистика пожаров»; книга «Пожарная безопасность на судах». Пер. с англ. Л.: Судостроение. 1985 г. - 407 с. и др.) большинство пожаров на различных объектах начинались с аварийных проливов легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), сильных окислителей и других химически активных веществ при аварийной разгерметизации емкостей и трубопроводов, а также после возгораний наслоений пылей органической природы. Инициирование пожаров и взрывов при транспортировании пожаровзрывоопасных изделий происходило от разнообразных тепловых источников, проявляющихся при разрушении элементов электрооборудования, сопровождающегося токовой перегрузкой проводников и образованием электрических разрядов, вследствие образования фрикционных искр при трении элементов, а также при использовании невзрывозащищенного электрооборудования.

Электрооборудование, используемое в пожароопасных и во взрывоопасных зонах в соответствии с положениями Федерального закона (Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»), должно быть выполнено пожаровзрывозащищеным.

Взрывозащищенным является электрооборудование, в котором предусмотрены конструктивные меры по устранению или затруднению возможности воспламенения окружающей его взрывоопасной среды, образовавшейся при авариях вследствие возникновения источника зажигания в этом электрооборудовании (Правила устройства электроустановок. Издание 7. - М.: 1999; Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (статья 21)).

Во взрывоопасной среде, образовавшейся при авариях, при использовании взрывозащищенного электрооборудования предотвращается выход горения за его пределы в окружающее пространство. Взрывозащищенное электрооборудование должно обеспечивать взрьшозащиту как при нормальном режиме работы оборудования, так и при его повреждениях за исключением повреждений средств взрывозащиты.

В ряде официальных публикаций электрооборудование, которое содержит троллейные системы и токосъемные устройства, называют троллейными шинопроводами. Эти устройства необходимы в современной технике. Данные средства передачи электроэнергии совершенствуются до сих пор. Троллейные шинопроводы различного вида разрабатываются и используются на предприятиях многих стран мира. В данной заявке используется словосочетание «токосъемное устройство троллейной системы», наиболее близко отражающее назначение устройства.

Токосъемные устройства, с помощью которых перемещаются изделия большой массы с высоким уровнем пожаровзрывоопасности, относятся к сильно токонагружаемым электросистемам. При авариях в них могут образовываться источники зажигания, способные инициировать загорание не только горючих газов, паров ЛВЖ и пылей, но и горючих жидкостей, твердых горючих материалов и веществ.

Токосъемное устройство является потенциальным источником возникновения пожара с высокой вероятностью при транспортировании пожаровзрывоопасных изделий, поскольку использование токосъемного устройства связано с образованием электрических разрядов между троллеями и элементами токосъемного устройства, имеющих тепловую энергию при напряжении питания энергопотребителей, входящих в состав транспортного средства, составляющего 380 V, равную около 100 Дж, и температуру до 5000°С, а также раскаленных частиц металлов, образующихся при трении, имеющих тепловую энергию, равную 10-20 Дж и температуру 1100-1300° С.

Указанные значения тепловой энергии и температуры электрических разрядов и раскаленных частиц металлов существенно превышают значения минимальной энергии зажигания и температуры самовоспламенения известных пожаровзрывоопасных веществ и материалов, которые могут содержаться в грузах, подлежащих транспортированию средствами, имеющими троллейные системы электропитания. Значения минимальной энергии зажигания веществ и материалов составляют: для водорода с воздухом - 0,017 мДж; для бензинов, керосинов, технических масел - 0,02-0,4 мДж; для легковоспламеняющихся полимерных конструкционных материалов - 25 мДж-10 Дж. Значения температуры самовоспламенения составляют: для бензинов и керосинов, технических масел плюс 227-440°С; для полимерных материалов плюс 420-560°С. К указанным значениям близки, в частности, показатели пожарной опасности ракетных топлив и конструкционных неметаллических материалов, используемых в изделиях ракетно-космической техники («Химмотология ракетных и реактивных топлив». Под редакцией А.А. Браткова. - М.: «Химия». 1987. - 304 с; «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения». / Справочное издание в 2-х книгах. // А.Н.Баратов и др. - М.: «Химия». 1990. - 970 с). При обогащении атмосферы окислителями пожарная опасность веществ и материалов повышается: снижаются указанные показатели их пожарной опасности, повышается риск возникновения пожаровзрывоопасных ситуаций в зоне транспортного средства с троллейной системой электропитания. То же самое происходит в присутствии в окружающей атмосфере паров горючих и горючих газов при их концентрации в атмосфере, меньшей нижнего концентрационного предела распространения пламени (воспламенения) (Болодьян И.А., Жевлаков А.Ф., Третьяков В.А., Мелихов А.С.«О способности полимеров к горению в атмосфере, содержащей горючие газы. Вопросы горения и тушения полимерных материалов в обогащенных кислородом средах». - М.: ВНИИПО, 1979. С.22-27).

В связи с изложенным разработка пожаровзрывозащищенного токосъемного устройства для троллейной системы электропитания транспортных средств, предназначенных для перемещений изделий, характеризующихся повышенной пожарной и взрывопожарной опасностью, является актуальной задачей.

Известны различные средства для передачи электроэнергии от неподвижных токоподающих источников к энергопотребителям, расположенным на передвигающихся транспортных средствах, служащих для их передвижения.

Для подвода электроэнергии к электроприводам мостовых и подвесных кранов, элетродеталей и др. используется кабельный токоподвод.

Кабельный токоподвод имеет недостатки: он путается, при большой длине собирается в гирлянды, которые ограничивают зону обслуживания передвигающегося средства; он не может применяться на криволинейных участках; кабель перетирается, обрывается и т.д. Таким образом, кабельный токоподвод не является пожаровзрывозащищенным, особенно при аварийном обогащении атмосферы окислителями, парами горючих веществ, горючими газами.

Известен токосъемник Ллойда-Келлера (URL: http://mobitrol.ru/main/trollybus), тележка которого имеет роликовые и скользящие контакты.

Данный токосъемник согласно публикациям также не является пожаровзрывозащищенным.

Известны токосъемники, более близкие по наиболее важным эксплуатационным и конструкционным характеристикам к предлагаемому в данной заявке.

Известны токосъемники троллейных шинопроводов Mobilis Elite (URL: /tokopodvod/mobilis-elite/choice.html; URL: kenig.ru/media/Catalog-Mobilis.pdf), разрабатываемые и выпускаемые французской компанией FELS. Троллейные шинопроводы данного типа включает в себя короб, как правило, из самозатухающего на воздухе материала - поливинилхлорида (ПВХ), внутри которого расположены токоподающие троллеи в виде плоских шин. Напряжение к токоподающим троллеям подводится с помощью кабеля через концевую секцию короба троллейного шинопровода. Короб подвешивается в обслуживающем помещении в зоне перемещений оборудования - подвижных потребителей электроэнергии: транспортных средств, подъемных кранов, конвейерных линий, постоянно подключенного к сети электроинструмента и др. Внутри короба размещены токосъемные каретки, имеющие роликовые или скользящие токосъемные элементы, находящиеся в постоянном контакте с токоподающими троллеями. Токосъемные элементы в токосъемных каретках подпружинены, что обеспечивает непрерывность подачи электропитания к энергопотребителям в момент перехода каретки через стыки секций короба. Токосъемные каретки перемещаются внутри короба на роликах. От токосъемных элементов отходят проводники, соединенные с проводниками кабеля, прикрепленного к токосъемной каретке, от которой кабель по специальному кронштейну проходит потребителю электроэнергии перемещаемого оборудования. Короб по всей длине имеет сплошную продольную прорезь, в которой по всей длине короба может проходить утонченная часть токосъемной каретки, соединяющая ее элементы, находящиеся в коробе и во вне его. Для предотвращения недопустимых механических нагрузок на каретку токосъемника со стороны подвижного потребителя электроэнергии каретка связана с кронштейном нежесткой механической связью (гибкими тросиками или цепочками). Системы Mobils Elite выпускаются для работы в следующем диапазоне параметров: для работы с токами до 200 А и напряжением до 750 V. Количество токоподающих шин в коробе определяется количеством и нагрузочными электрическими характеристиками потребителей, находящихся в подвижных транспортных средствах. Троллейные шинопроводы Mobilis Elite не являются пожаровзрывозащищенными.

Наиболее близким аналогом, взятым в качестве прототипа при разработке данного предлагаемого изобретения, принято устройство троллейного шинопровода ШТМ-76 (URL: ; URL: . ОАО «Севзапэлектромонтаж. г.Санкт-Петербург. Технические условия ТУ 3449-099-01411521-01). Шинопровод ШТМ-76 предназначен для выполнения в производственных помещениях троллейных систем электропитания, предназначенных для перемещений подвижного оборудования и др. Шинопровод ШТМ-76 по конструкции близок к троллейному шинопроводу Mobilis Elite. Шинопровод ШТМ-76 включает в себя короб из самозатухающего на воздухе ПВХ, внутри которого расположены токоподающие плоские троллеи. Токосъемная каретка включает в себя токосъемники, каждый из которых имеет два подпружиненных контактных ролика для обеспечения непрерывной подачи электропитания в момент перехода каретки через стыки секций. Для соединения токосъемной каретки с кронштейном, связанным с перемещаемым средством, предусмотрены гибкие связки в виде гибких тросиков или цепочек. Согласно описанию шинопровод не предназначен для эксплуатации в помещениях с токопроводящей пылью в обогащенных окислителями средах. Применение шинопровода типа ШТМ-76 не допускается в пожаровзрывоопасных зонах за исключением зон классов П-IIа и ПIIб.

Таким образом, основным недостатком токосъемного устройства шинопровода типа ШТМ-76, с точки зрения использования его в составе оборудования для перемещений изделий, характеризующихся повышенной пожарной и взрывопожарной опасностью, является незащищенность токосъемного устройства данного троллейного шинопровода в пожаровзрывоопасном отношении.

Недостатком представленных троллейных шинопроводов является также то, что с целью изолирования троллей друг от друга они прокладываются в пазах внутренней поверхности короба, который выполнен из пластика - поливинилхлорида (химическая формула -СН₂-СНСl-)n, где n - степень полимеризации). Поливинилхлорид способен к горению при различных концентрациях кислорода в зависимости от степени его пластификации. Наиболее распространено применение ПВХ, пластифицированного до состояния, при котором он является самозатухающим в среде воздуха и становится горючим при концентрации кислорода, равной 22-23% («Исследование предельных условий горения твердых неметаллических материалов» / Болодьян И.А., Долгов Э.И., Калинкин В.И., Мелихов А.С. и др. // Вопросы горения полимерных материалов в обогащенных кислородом средах. Вып.1. - М.: ВНИИПО, 1975. С.3-14). Этот материал применяется для электроизоляции проводов и изготовления других элементов. Такая конструкция не приемлема при создании троллейной системы с токосъемным устройством для транспортных средств, предназначенных для перемещения изделий, из которых при аварийной ситуации могут выходить химически активные вещества, в частности окислители.

Целью данного предлагаемого изобретения является разработка пожаровзрывозащищенного токосъемного устройства электропитания транспортных средств, имеющих троллейные системы электропитания и предназначенных для перемещений изделий, характеризующихся повышенной пожарной и взрывопожарной опасностью.

Поставленная цель достигается тем, что в токосъемном устройстве троллейной системы электропитания транспортных средств, содержащем токосъемную каретку, для которой обеспечена возможность свободного перемещения на роликах внутри корпуса троллейной системы вслед за перемещающимся транспортным средством с помощью сцепки из гибких тросиков, связывающей токосъемную каретку с кронштейном, установленным на транспортном средстве, токосъемники, находящиеся в токосъемной каретке, каждый из которых подпружинен и содержит два дублирующих друг друга контактных элемента, находящихся в постоянном контакте с соответствующей токоподающей троллеей, а также кабель, соединяющий токосъемники токосъемной каретки с энергопотребителями транспортного средства, токоподающие троллеи размещены в пазах негорючего или трудновоспламеняющегося в условиях возможного аварийного обогащения окружающей среды парами горючих или окислительных веществ электроизоляционного элемента, проложенного по всей длине корпуса троллейной системы, поверхности троллей для токосъема и поверхность электроизоляционного элемента, находящиеся в одной плоскости, отшлифованы, токосъемная каретка снабжена защитным ограждением из гибкого газонепроницаемого износоустойчивого термостойкого и негорючего или трудновоспламеняющегося в аварийно обогащенной парами горючих или окислительных веществ атмосфере электроизоляционного материала, предназначенным для изолирования токосъемников от окружающей среды, края элементов защитного ограждения расположены на минимально возможном расстоянии от плоскости токосъемных поверхностей троллей, в условно замкнутое пространство защитного ограждения токосъемной каретки введен трубопровод, заканчивающийся распылительным насадком для подачи в условно замкнутое пространство защитного ограждения инертного газа, предпочтительно азота, под избыточным давлением, трубопровод для подачи инертного газа соединен с клапаном подачи инертного газа, оснащенным электроприводом для открытия и закрытия подачи инертного газа, блок электропитания электропривода клапана подачи инертного газа в защитное ограждение токосъемной каретки входит в состав системы электропитания транспортного средства, которая включает в себя блок подачи электроэнергии на токоподающие троллеи и блок задержки подачи электроэнергии на токоподающие троллеи на время до создания в защитном ограждении токосъемной каретки перед пуском в движение транспортного средства атмосферы инертного газа, которая поддерживается в защитном ограждении токосъемной каретки в течение всего времени нахождения токоподающих троллей под напряжением.

Конструкция пожаровзрывозащищенного токосъемного устройства троллейной системы электропитания транспортных средств поясняется следующими фигурами.

На фиг.1 показан поперечный разрез корпуса троллейной системы, предназначенного для электропитания транспортных и других перемещающихся средств, и токосъемной каретки с роликовыми токосъемниками. На фиг.2 показан продольный разрез корпуса троллейной системы электропитания и токосъемной каретки с роликовыми токосъемниками. На фиг.3 показан продольный разрез корпуса троллейной системы электропитания и токосъемной каретки со скользящими токосъемниками. На фиг.4 показан вид «А» на пожаровзрывозащищенное токосъемное устройство троллейной системы электропитания транспортных средств и других перемещающихся средств в направлении лицевой стенки короба 1. На фиг.5 показан вид «Б» на пожаровзрывозащищенное токосъемное устройство троллейной системы электропитания с торца.

Данное изобретение основано на результатах исследований, к которым относятся:

- результаты количественного исследования условий воспламенения и предельных условий горения газообразных и жидких топлив, полимерных конструкционных материалов в газовой среде, содержащей пары горючих, окислители и другие химически активные вещества («Исследование предельных условий горения твердых неметаллических материалов» / Болодьян И.А., Долгов Э.И., Калинкин В.И., Мелихов А.С. и др. // «Вопросы горения полимерных материалов в обогащенных кислородом средах». Вып.1. - М.: ВНИИПО, 1975. С.3-14; Болодьян И.А., Жевлаков А.Ф., Третьяков В.А., Мелихов А.С. «О способности полимеров к горению в атмосфере, содержащей горючие газы. Вопросы горения и тушения полимерных материалов в обогащенных кислородом средах». - М.: ВНИИПО, 1979. С.22-27);

- результаты анализа устройства троллейных систем электропитания различных транспортных и перемещающихся средств;

- результаты формирования комплекса требований к обеспечению пожаровзрывозащищенности токосъемного устройства троллейной системы электропитания транспортных средств, предназначенных для перемещений изделий, характеризующихся повышенной пожарной и взрывопожарной опасностью вследствие наличия в транспортируемых изделиях легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, горючих материалов и веществ, сильных окислителей и других химически активных веществ;

- конструкция устройства каретки для съема напряжения с токоподающих троллей, которое обеспечивает пожаровзрывозащищенность за счет изолирования токосъемников, находящихся при движении в контакте с неподвижными токоподающими троллеями, от окружающей среды с помощью защитного ограждения, входящего в состав токосъемной каретки, и создания в защитном ограждении перед пуском в движение транспортного средства атмосферы инертного газа посредством подачи его в защитное ограждение под избыточным давлением в течение времени, включающего время создания в защитном ограждении токосъемной каретки атмосферы инертного газа и время нахождения токоподающих троллей под напряжением.

Пожаровзрывозащищенность электрооборудования может быть обеспечена несколькими видами пожаровзрывозащиты, применение которых предусмотрено документами (Федеральный закон РФ № 123-ФЗ от 22.07.2008 г. «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»; «Правила устройства электроустановок». 6-е издание. -М: «ГОСЭНЕРГОНАДЗОР». 2000 г.).

С учетом специфики устройства троллейной системы электропитания транспортных средств для обеспечения пожаровзрывозащищенности токосъемного устройства применен вид пожаровзрывозащиты за счет продувки защитного ограждения, в котором находятся движущиеся токосъемники, контактирующие с неподвижными токоподающими троллеями, инертным газом. Этот вид обеспечения пожаровзрывозащищенности действует в пожаровзрывоопасных зонах класса П-I, П-IIа, В-1а. С его помощью обеспечивается пожаровзрывозащищенность в случае, если в данной зоне образуются взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) с воздухом в результате аварийного выхода горючего газа или ЛВЖ из оборудования.

На фиг.1 показан поперечный разрез корпуса троллейной системы электропитания транспортных и других перемещающихся средств и токосъемной каретки с роликовыми токосъемниками. Короб 1 троллейной системы выполнен из стали с антикоррозионным покрытием или из нержавеющей стали. Корпус троллейной системы прикреплен к несущим конструкциям 2 объекта. Внутри короба 1 размещена токосъемная каретка 3, которая центрируется в коробе с помощью роликов 21-28 (фиг.4-5) и перемещается на них вдоль короба. Внутри короба 1 по всей его длине размещен элемент 4 из электроизоляционного материала, в который вмонтированы токоподающие троллеи 5. Расстояния (электрические зазоры) между троллеями разной полярности (разных фаз) переменного или постоянного тока должны быть не менее указанных в табл.7.5.12 ПУЭ (Правила устройства электроустановок. 6-е издание. - М.: «ГОСЭНЕРГОНАДЗОР». 2000). Для сокращения объема фигур 1, 4, 5 на них показаны три токоподающие троллеи.

На фиг.2 показан продольный разрез корпуса троллейной системы электропитания и токосъемной каретки с роликовыми токосъемниками. Токосъем с каждой троллеи 5 производится с помощью связки из двух роликов 6, соединенных кулисой 8 и подпружиненных пружиной 7. Такая конструкция токосъемника в значительной мере повышает надежность непрерывной подачи электропитания энергопотребителям, входящим в состав транспортного средства, в моменты отрывов одного из роликов от троллеи на неровностях, которые могут находиться на рабочих плоскостях токоподающих троллей 5, например в местах стыков секций короба 1 троллейной системы.

Передача напряжения энергопотребителю осуществляется через шток 9, перемещающийся во втулке 10, запрессованной в изоляторе 11, а далее через гибкий участок токопровода 12, расположенный в свободном пространстве 13 токосъемной каретки, к проводникам 14, запрессованным в уплотняющем изоляторе 15. Проводники 14 соединены с проводниками кабеля, отходящего от токосъемной каретки в канале 16 к энергопотребителям транспортного средства. Короб 1 в лицевой стенке 33 по всей длине имеет сплошную продольную прорезь 34, в которой при перемещении токосъемной каретки в коробе 1 проходит канал 16. Кабель питания энергопотребителей транспортного средства отходит от канала 16 к специальному кронштейну, расположенному на транспортном средстве. Верхний край кронштейна находится несколько (на 100-150 мм) ниже короба 1. По кронштейну кабель проходит к энергопотребителям электроэнергии транспортного средства и перемещаемого оборудования. Для предотвращения недопустимых механических нагрузок на токосъемную каретку со стороны кронштейна подвижного потребителя электроэнергии каретка связана с кронштейном нежесткой механической связью, например, из гибких стальных тросиков. При этом создается возможность свободного перемещения токосъемной каретки внутри короба в любом направлении.

Электроизоляционный элемент 4, в который вмонтированы токоподающие троллеи 5, изготовлен из негорючего или трудновоспламеняющегося в атмосфере, обогащенной окислителями, материала. Наиболее пригодным для этого является непластифицированный ПВХ с пределом горения по концентрации кислорода, равным 41%. Такой материал при повышенной концентрации окислителя является трудновоспламеняющимся. Минимальная энергия зажигания непластифицированного ПВХ в области концентрации кислорода, равной 42-90%, при воздействии источника зажигания на плоскую поверхность элемента из данного материала равна не менее 50 Дж.

Для устранения возможности воспламенения окружающей взрывоопасной среды образовавшаяся в результате аварии в транспортируемом пожаровзрывоопасном изделии зона контакта находящихся в движении токосъемников и неподвижных токоподающих троллей в соответствии с ПУЭ должна быть изолирована от окружающей среды. В данном случае это достигается за счет защитного ограждения, входящего в конструкцию токосъемной каретки, состоящего из элементов 35 и 36, образованного из гибкого газонепроницаемого износоустойчивого термостойкого и негорючего или трудновоспламеняющегося в аварийно обогащенной парами горючих или окислительных веществ атмосфере электроизоляционного материала. Наиболее приемлемым из существующих материалом для этой цели является ткань НТ - 7 ТУ 38 1051925-90 с пределом горения по концентрации кислорода, равным 42% (Третьяков В.А., Мелихов А.С. и др. / «Тушение полимерных материалов в обогащенных кислородом средах». // В кн. «Научно-технический прогресс в пожарной охране». - М.: «Стройиздат». 1987. - С.283-297). Такой материал при повышенной концентрации окислителя является трудновоспламеняющимся - он не зажигается абразивными искрами при обогащении воздушной среды окислителями до концентрации, равной 90%. Элементы 35 и 36 должны быть выполнены в виде пакета из 5 слоев ткани НТ-7, сшиты и пришиты к конструкциям токосъемной каретки медной проволокой либо стеклонитью.

Поверхность электроизоляционного элемента 4 и токосъемные поверхности троллей 5 должны находиться в одной плоскости и должны быть отшлифованными. Чистота их поверхности должна быть не хуже 6 по ГОСТ 2789-45. Обрезы элементов 35 и 36, касающиеся плоскости, в которой лежат рабочие плоскости токоподающих троллей, должны быть прямолинейными. Зазор между обрезами элементов 35 и 36 и плоскостью, в которой лежат рабочие плоскости троллей, должен быть минимальным.

Преимуществом роликовых токосъемников является малое сопротивление при перемещении токосъемной каретки 3 с роликовыми токосъемниками; недостатком -ограниченная сила тока через узкий контакт роликов с токоподающими троллеями.

При необходимости обеспечения съема рабочего тока (I_р), большего, чем I_p=L·а·i, где L - ширина ролика, мм; а - ширина контакта ролика с троллей, мм; i - допустимая плотность тока через контакт ролика с троллей, равная 6 А/мм² (в соответствии с ПУЭ), необходимо использовать токосъемное устройство со скользящими токосъемниками.

На фиг.3 показан продольный разрез корпуса троллейной системы электропитания и токосъемной каретки со скользящими токосъемниками. Для токосъема должны быть применены подпружиненные пружиной 7 два держателя 17 контактных ползунковых вставок 18, связанных кулисой 19. Контактные ползунковые вставки 18 должны быть изготовлены из хорошо зарекомендовавшего себя композиционного материала: графит с медью. Держатели 17 с контактными ползунковыми вставками 18 удерживаются на подпружиненном штоке 20 кулисой 19. Передача напряжения от токоподающих троллей к энергопотребителю осуществляется через шток 20 так же, как показано на фиг.1.

Взрывозащищенность токосъемного устройства обеспечивается за счет продувки условно замкнутого пространства токосъемной каретки 3 газообразным азотом, газом, плотность которого близка плотности воздуха, что практически предотвращает утечку азота из условно замкнутого пространства за счет подъемной силы. Подача азота под избыточным давлением в условно замкнутое пространство осуществляется через трубопровод 37 из баллона со сжатым азотом, который может находиться в транспортном или другом перемещающемся средстве. Трубопровод 37 может быть проложен вместе с кабелем, отходящим от токосъемной каретки к энергопотребителям транспортного средства. На выходе из трубопровода 37 в замкнутом пространстве установлен перфорированный насадок 38 для рассеивания струи азота с целью равномерного заполнения условно замкнутого пространства азотом. Трубопровод 37 для подачи азота соединен с клапаном подачи азота, оснащенным электроприводом для открытия и закрытия подачи инертного азота. Клапан подачи азота управляется блоком задержки подачи электроэнергии на токоподающие троллеи на время до создания в защитном ограждении токосъемной каретки атмосферы азота за счет подачи его в защитное ограждение в течение времени нахождения токоподающих троллей под напряжением. При этом начало подачи азота должно опережать момент подачи напряжения на токоподающие троллеи и включение энергопотребителей транспортного средства, а окончание подачи азота должно осуществляться после выключения энергопотребителей транспортного средства и прекращения подачи напряжения на токоподающие троллеи. Объемный расход азота при подаче его в условно замкнутое пространство токосъемной каретки 3 должен быть не менее 1,5 л/с на 1 литр свободного объема условно замкнутого пространства защитного ограждения токосъемной каретки.

На фиг.4 показан вид на пожаровзрывозащищенное токосъемное устройство троллейной системы электропитания транспортных средств в направлении лицевой стенки 33 короба 1. Видны:

- поперечный разрез канала 16 с проходящими в нем проводниками 14, соединенными с проводниками кабеля, отходящего от токосъемной каретки к энергопотребителям транспортного средства;

- трубопровод 37 (фиг.2, 3) подачи азота под избыточным давлением из баллона со сжатым азотом в условно замкнутое пространство токосъемной каретки 3;

- сплошная продольная прорезь 34 в коробе 1, в которой при перемещении токосъемной каретки в коробе 1 проходит канал 16.

На фиг.4 и на дополняющей его фиг.5 (вид Б) показаны:

- элемент 4 из электроизоляционного материала, в который вмонтированы токоподающие троллеи 5;

- пластины 29-32 кронштейнов, на которых закреплены ролики 21-28, предназначенные для центрирования в коробе 1 токосъемной каретки 3 и перемещения ее вдоль короба;

- пластины 39, установленные на кронштейнах из пластин 29, 30 и 31, 32, предназначенные для снижения скорости динамического газового потока в области размещения условно замкнутого пространства токосъемной каретки 3, возникающего при движении токосъемной каретки в разных направлениях, и предотвращения проникновения, таким образом, воздушной среды с примесями паров горючих и окислителей в условно замкнутое пространство токосъемной каретки 3. Кромки пластин 39 расположены на минимальном расстоянии от стенок канала 1.

В заключение отмечается следующее.

Для обеспечения пожаровзрывозащищенности токосъемного устройства применен вид пожаровзрывозащиты за счет продувки защитного ограждения, в котором находятся движущиеся токосъемники, контактирующие с неподвижными токоподающими троллеями, инертным газом. Этот вид обеспечения пожаровзрывозащищенности действует в пожаровзрывоопасных зонах класса класса П-I, П-IIа, В-1а. С его помощью обеспечивается пожаровзрывозащищенность в случае, если в данной зоне образуются взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) с воздухом в результате аварийного выхода горючего газа или ЛВЖ из оборудования.

Пожарозащищенность токосъемного устройства обеспечивается наличием нижней углубленной части канала 1, препятствующей выбросу нагретых частиц (искр) вниз, а также наличием элементов 35 и 36, образующих условно замкнутое пространство в токосъемной каретке 3, в котором осуществляется контакт (трение) токосъемника с троллеями. Они препятствуют выбросу нагретых частиц (искр) из условно замкнутого пространства. Продувка условно замкнутого пространства токосъемной каретки 3 газообразным азотом содействует снижению температуры нагретых частиц.

В пожаровзрывозащищенных токосъемных устройствах для троллейных систем имеется в настоящее время острая потребность при сооружении в России целого ряда предприятий, на которых перемещаются высокопожаровзрывоопасные изделия, и, в частности, при сооружении технического комплекса нового российского космодрома «Восточный», где транспортируются многочисленные изделия ракетно-космической техники, заправленные горючими и окислительными жидкостями (ГОСТ Р 51143-98. «Комплексы стартовые и технические ракетно-космических комплексов. Общие требования к испытаниям и приемке»).