Sběrače, odpojovače, uzemňovače

Sběrač proudu je životně důležitá část vozidel elektrické trakce. Jedná se o zařízení odebírající elektrický proud z trakčního vedení a přivádějící ho do lokomotivy.

Typy sběračů

Nejpoužívanějšími typy sběračů jsou pantografy (dvouramenné, nůžkové sběrače) a polopantografy (jednoramenné sběrače). Dalšími typy sběračů jsou např. kladkový nebo lyrový sběrač. Na nová vozidla se montují prakticky výhradně polopantografy.

Pantograf

Pantograf neboli dvouramenný sběrač se začal používat přibližně před 60 lety a na nová vozidla se tento typ sběrače montoval přibližně do 70. let. I když tomu vnější vzhled nenapovídá, má pantograf oproti polopantografu jednodušší konstrukci, která je příčinou i podstatně nižší ceny (cca 80.000 Kč). Následující výkres přibližuje konstrukci pantografu. Konkrétně jde o typ 4 PP, který ŠKODA použila na lokomotivy E 499.0 (140).

Rám sběrače je usazen na izolátorech, aby se zamezilo narušení izolačního stavu a zabránilo se probíjení do kostry lokomotivy. Pod krytem uloženým na rámu sběrače se nacházejí pneumatické válce a pružiny. Po napuštění pneumatického válce zatlačí pístnice na převod, který způsobí zdvihání spodních pák, čímž se zdvihají i horní vzpěry, na kterých je upevněn držák, osazený smykadly (lyžinami), obvykle dvěma. Smykadla jsou lišty, které jsou v kontaktu s trolejovým drátem. Vzájemně by mezi smykadly nemělo docházet ke klopení, protože by došlo k nestejnoměrnému opotřebení. Smykadla jsou vypružena, aby se zamezilo odskoku na nerovné troleji. Smykadla jsou opatřena mazacími drážkami, které se v depu, než lokomotiva odjede, plní grafitovou vazelínou. Aby se smykadlo neopotřebovávalo pouze v jednom místě, jsou troleje kladeny "cik cak", takže smykadlo je zatěžováno rovnoměrně po celé délce.

Polopantograf

Jedná se o nejmodernější sběrač proudu. U ČSD se na sériové lokomotivě objevil v roce 1971, a to na strojích řady 110. Polopantografový sběrač proudu funguje stejným způsobem jako pantograf, má ale poněkud odlišnou konstrukci. Je prokázáno, že polopantograf spolupracuje s trolejí lépe, než klasický dvouramenný sběrač. Cena polopantografu činí přibližně 230.000 Kč. Oproti pantografu má polopantograf pouze jednu spodní páku a dvě horní vzpěry, nesoucí držák se smykadly. Proto je zdvih polopantografu mnohem náročnějším úkonem, nežli zdvih pantografu. Moderní polopantograf má tři až čtyři smykadla.

Materiál na smykadlech

Materiál použitý na smykadle jakož i přítlak na trolej závisí na typu trakčního systému.

Smykadla sběračů stejnosměrných lokomotiv se vyrábějí z uhlíku a příměsi mědi. Tento materiál je ale poněkud křehký a tudíž náchylnější k poškození při jízdě pod méně kvalitní trolejí. Styčná plocha trolejového drátu a smykadla je větší než u střídavého systému, protože dochází k průtoku daleko vyšších proudů. Také přítlak smykadla na trolej je vyšší než u střídavého systému. Novější smykadla jsou zhotovena z materiálu Keramo, což je slitina mědi, železa a uhlíku.

Na smykadla pro provoz na střídavém systému se používá měď obohacená uhlíkem. Proudy jsou daleko menší než na střídavém systému (podle vztahu P=UI, přičemž P= a P~ jsou shodné), díky čemuž je styčná plocha menší a i přítlak na trolej nedosahuje hodnot přítlaku na trolej pod stejnosměrným napětím.

Smykadla vícesystémových lokomotiv jsou většinou řešena jako univerzální, přičemž v závislosti na druhu napájecího systému se pouze mění tlak v pneumatickém válci a tím i přítlak na trolej.

Kdy se používá který sběrač

Nejčastěji vidíme lokomotivy jezdit se zdviženým zadním sběračem, přesto je volba sběrače (pokud má lokomotiva dva sběrače) složitější záležitostí, závisející na mnoha faktorech. Než strojvedoucí uvede vlak do pohybu, musí pečlivě uvážit, který sběrač použije, aby dosáhl co nejúčinnějšího odběru proudu, minimalizoval opotřebení a zamezil riziku poškození sběrače či troleje.

V čele vlaku jsou řazeny dvě činné lokomotivy za sebou

Počasí:

1. Sucho
   Pokud je suché počasí, mají obě lokomotivy zdvižen stejný sběrač, zpravidla tedy zadní.
   
   
2. Déšť, námraza na troleji
   Za těchto zhoršených podmínek mohou mít obě lokomotivy dohromady v činnosti nejvýše tři sběrače, a to: první (přípřežní) lokomotiva - oba sběrače, druhá (vlaková) lokomotiva - zadní sběrač. Stejným způsobem se sběrače mohou použít v případě těžkého vlaku, obtížného rozjezdu, silného větru a vytápění soupravy. Důvodem je opět nutnost rozložení proudového zatížení v místě kontaktu smykadel a trolejového drátu.
   
   

Poškození sběračů

Při nesprávném zacházení se sběračem může snadno dojít k jeho poškození, k poškození troleje nebo i stržení troleje i sběrače.

Velmi častou nehodou je přepálení troleje, ke kterému dochází nejčastěji při stání a vytápění soupravy. Přestože odebíraný proud je poměrně malý, dochází k teplotnímu zatížení jednoho místa troleje. Ta je měděná a při vzrůstu teploty křehne, takže přepálit trolej v této situaci není velkým problémem. Proto se při vytápění soupravy používají oba sběrače. Za jízdy je sice odebíraný proud několikanásobně vyšší, ale teplotně namáhané místo se přesunuje, takže lokální zatížení troleje je malé.

Poměrně časté je také vylomení části smykadla, lépe řečeno jeho obložení. Vzniklá štěrbina zachytí trolej, která (protože je kladena "cik-cak") vytáhne sběrač na stranu, utrhne ho a sama se přetrhne a spadne.

Odpojovač, uzemňovač

U každého sběrače se nachází tzv. odpojovač. Jedná se o otočnou hlavici, která zapadá do různých poloh a slouží k odpojení sběrače v případě jeho poruchy. Odpojovač se ovládá pákou na stropě strojovny nebo stanoviště.

Uzemňovač na lokomotivě 363; na izolátoru je patrna otočná hlavice

Při odstavení lokomotivy nebo před vstupem strojvedoucího do vysokonapěťové komory je nutné zajistit bezpečný odvod proudu do kolejnic v případě, že by došlo ke kontaktu sběrače s trakčním vedením (např. při pádu troleje). K tomuto účelu se používá uzemňovač, který je také umístěn na střeše. Jeho otočná hlavice zapadne do kontaktu, od kterého je kabelem proud sveden do kolejnic.