Контактная сеть представляет собой комплекс устройств для передачи электроэнергии от тяговых подстанций к ЭПС через токоприемники. Она является частью тяговой сети и для рельсового электрифицированного транспорта обычно служит ее фазой (при переменном токе) или полюсом (при постоянном токе); другой фазой (или полюсом) служит рельсовая сеть. Контактная сеть может быть выполнена с контактным рельсом или с контактной подвеской.
В контактной сети с контактной подвеской основными являются следующие элементы: провода – контактный провод, несущий трос, усиливающий провод и пр.; опоры; поддерживающие и фиксирующие устройства; гибкие и жесткие поперечины (консоли, фиксаторы); изоляторы и арматура различного назначения.
Контактную сеть с контактной подвеской классифицируют по видам электрифицированного транспорта, для которого она предназначена, – ж.-д. магистрального, городского (трамвая, троллейбуса), карьерного, рудничного подземного рельсового транспорта и др.; по роду тока и номинальному напряжению питающегося от сети ЭПС; по размещению контактной подвески относительно оси рельсового пути – для центрального токосъема (на магистральном ж.-д. транспорте) или бокового (на путях промышленного транспорта); по типам контактной подвески – с простой, цепной или специальной; по особенностям выполнения анкеровки контактного провода и несущего троса, сопряжений анкерных участков и др.
Контактная сеть предназначена для работы на открытом воздухе и поэтому подвержена воздействию климатических факторов, к которым относятся: температура окружающей среды, влажность и давление воздуха, ветер, дождь, иней и гололед, солнечная радиация, содержание в воздухе различных загрязнений. К этому необходимо добавить тепловые процессы, возникающие при протекании тягового тока по элементам сети, механическое воздействие на них со стороны токоприемников, электрокоррозионные процессы, многочисленные циклические механические нагрузки, износ и др. Все устройства контактной сети должны быть способны противостоять действию перечисленных факторов и обеспечивать высокое качество токосъема в любых условиях эксплуатации.
В отличие от других устройств электроснабжения, контактная сеть не имеет резерва, поэтому к ней по надежности предъявляют повышенные требования, с учетом которых осуществляются ее проектирование, строительство и монтаж, техническое обслуживание и ремонт.

Проектирование контактной сети

При проектировании контактной сети (КС) выбирают число и марку проводов, исходя из результатов расчетов системы тягового электроснабжения, а также тяговых расчетов; определяют тип контактной подвески в соответствии с максимальными скоростями движения ЭПС и другими условиями токосъема; находят длины пролета (гл. обр. по условиям обеспечения ее ветроустойчивости, а при высоких скоростях движения – и заданного уровня неравномерности эластичности); выбирают длину анкерных участков, типы опор и поддерживающих устройств для перегонов и станций; разрабатывают конструкции КС в искусственных сооружениях; размещают опоры и составляют планы контактной сети на станциях и перегонах с согласованием зигзагов проводов и учетом выполнения воздушных стрелок и элементов секционирования контактной сети (изолирующих сопряжений анкерных участков и нейтральных вставок, секционных изоляторов и разъединителей).
Основные размеры (геометрические показатели), характеризующие размещение контактной сети относительно других устройств, – высота Н подвешивания контактного провода над уровнем верха головки рельса; расстояние А от частей, находящихся под напряжением, до заземленных частей сооружений и подвижного состава; расстояние Г от оси крайнего пути до внутреннего края опор, находящегося на уровне головок рельсов, – регламентированы и в значительной мере определяют конструктивное выполнение элементов контактной сети (рис. 8.9).

Совершенствование конструкций контактной сети направлено на повышение ее надежности при снижении стоимости строительства и эксплуатации. Железобетонные опоры и фундаменты металлических опор выполняют с защитой от электрокоррозионного воздействия на их арматуру блуждающих токов. Увеличение срока службы контактных проводов достигается, как правило, применением на токоприемниках вставок с высокими антифрикционными свойствами (угольных, в т. ч. металлосодержащих; металлокерамических и др.), выбором рациональной конструкции токоприемников, а также оптимизацией режимов токосъема.
Для повышения надежности контактной сети осуществляют плавку гололеда, в т.ч. без перерыва движения поездов; применяют ветроустойчивые контактные подвески и т. д. Оперативности выполнения работ на контактной сети способствует применение телеуправления для дистанционного переключения секционных разъединителей.

Анкеровка проводов

Анкеровка проводов – прикрепление проводов контактной подвески через включенные в них изоляторы и арматуру к анкерной опоре с передачей на нее их натяжения. Анкеровка проводов бывает некомпенсированная (жесткая) или компенсированная (рис. 8.16) через компенсатор, изменяющий длину провода в случае изменения его температуры при сохранении заданного натяжения.

В середине анкерного участка контактной подвески выполняется средняя анкеровка (рис. 8.17), которая препятствует нежелательным продольным перемещениям в сторону одной из анкеровок и позволяет ограничить зону повреждения контактной подвески при обрыве одного из ее проводов. Трос средней анкеровки прикрепляют к контактному проводу и несущему тросу соответствующей арматурой.

Компенсация натяжения проводов

Компенсация натяжения проводов (автоматическое регулирование) контактной сети при изменении их длины в результате температурных воздействий осуществляется компенсаторами различных конструкций -блочно-грузовыми, с барабанами различного диаметра, гидравлическими, газогидравлическими, пружинными и др.
Наиболее простым является блочно-грузовой компенсатор, состоящий из груза и нескольких блоков (полиспаста), через которые груз присоединяют к анкеруемому проводу. Наибольшее распространение получил трех-блочный компенсатор (рис. 8.18), в котором неподвижный блок закреплен на опоре, а два подвижных вложены в петли, образуемые тросом, несущим груз и закрепленным другим концом в ручье неподвижного блока. Анкеруемый провод через изоляторы прикреплен к подвижному блоку. В этом случае вес груза составляет 1/4 номинального натяжения (обеспечивается передаточное отношение 1:4), но перемещение груза вдвое больше, чем у двух-6лочного компенсатора (с одним подвижным блоком).

компенсаторах с барабанами разного диаметра (рис. 8.19) на барабан малого диаметра наматываются тросы, связанные с анкеру емыми проводами, а на барабан большего диаметра – трос, связанный с гирляндой грузов. Тормозное устройство служит для предотвращения повреждений контактной подвески при обрыве провода.

При особых условиях эксплуатации, особенно при ограниченных габаритах в искусственных сооружениях, незначительных перепадах температуры нагрева проводов и т. д., применяют компенсаторы и других типов для проводов контактной подвески, фиксирующих тросов и жестких поперечин.

Фиксатор контактного провода

Сочлененный фиксатор состоит из трех элементов: основного стержня, стойки и дополнительного стержня, на конце которого крепится фиксирующий зажим контактного провода (рис. 8.20). Вес основного стержня не передается на контактный провод, и он воспринимает только часть веса дополнительного стержня с фиксирующим зажимом. Стержни имеют форму, обеспечивающую надежный проход токоприемников при отжатии ими контактного провода. Для скоростных и высокоскоростных линий применяют облегченные дополнительные стержни, например, выполненные из алюминиевых сплавов. При двойном контактном проводе на стойке устанавливают два дополнительных стержня. На внешней стороне кривых малых радиусов монтируют гибкие фиксаторы в виде обычного дополнительного стержня, который через трос и изолятор крепят к кронштейну, стойке или непосредственно к опоре. На гибких и жестких поперечинах с фиксирующими тросами обычно используют полосовые фиксаторы (по аналогии с дополнительным стержнем), закрепленные шарнирно зажимами с ушком, установленным на фиксирующем тросе. На жестких поперечинах можно также крепить фиксаторы на специальных стойках.

Анкерный участок

Анкерный участок – участок контактной подвески, границами которого являются анкерные опоры. Деление контактной сети на анкерные участки необходимо для включения в провода устройств, поддерживающих натяжение проводов при изменении их температуры и осуществления продольного секционирования контактной сети. Это деление уменьшает зону повреждения в случае обрыва проводов контактной подвески, облегчает монтаж, техн. обслуживание и ремонт контактной сети. Длина анкерного участка ограничивается допустимыми отклонениями от задаваемого компенсаторами номинального значения натяжения проводов контактной подвески.
Отклонения вызваны изменениями положения струн, фиксаторов и консолей. Например, при скоростях движения до 160 км/ч максимальная длина анкерного участка при двусторонней компенсации на прямых участках не превышает 1600 м, а при скоростях 200 км/ч допускается не более 1400 м. В кривых длина анкерных участков уменьшается тем больше, чем больше протяженность кривой и меньше ее радиус. Для перехода с одного анкерного участка на следующий выполняют неизолирующие и изолирующие сопряжения.

Сопряжение анкерных участков

Сопряжение анкерных участков – функциональное объединение двух смежных анкерных участков контактной подвески, обеспечивающее удовлетворительный переход токоприемников ЭПС с одного из них на другой без нарушения режима токосъема благодаря соответствующему размещению в одних и тех же (переходных) пролетах контактной сети конца одного анкерного участка и начала другого. Различают сопряжения неизолирующие (без электрического секционирования контактной сети) и изолирующие (с секционированием).
Неизолирующие сопряжения выполняют во всех случаях, когда требуется включить в провода контактной подвески компенсаторы. При этом достигается механическая независимость анкерных участков. Такие сопряжения монтируют в трех (рис. 8.21,а) и реже в двух пролетах. На высокоскоростных магистралях сопряжения иногда выполняют в 4-5 пролетах из-за более высоких требований к качеству токосъема. На неизолирующих сопряжениях имеются продольные электрические соединители, площадь сечения которых должна быть эквивалентна площади сечения проводов контактной сети.

Изолирующие сопряжения применяют при необходимости секционирования контактной сети, когда, кроме механической, нужно обеспечить и электрическую независимость сопрягаемых участков. Такие сопряжения устраивают с нейтральными вставками (участками контактной подвески, на которых нормально напряжение отсутствует) и без них. В последнем случае обычно применяют трех-или четырехпролетные сопряжения, располагая контактные провода сопрягаемых участков в среднем пролете (пролетах) на расстоянии 550 мм один от другого (рис. 8.21,6). При этом образуется воздушный промежуток, который совместно с изоляторами, включенными в приподнятые контактные подвески у переходных опор, обеспечивает электрическую независимость анкерных участков. Переход полоза токоприемника с контактного провода одного анкерного участка на другой происходит так же, как и при неизолирующем сопряжении. Однако, когда токоприемник находится в среднем пролете, электрическая независимость анкерных участков нарушается. Если такое нарушение недопустимо, применяют нейтральные вставки разной длины. Ее выбирают такой, чтобы при нескольких поднятых токоприемниках одного поезда было исключено одновременное перекрытие обоих воздушных промежутков, что привело бы к замыканию проводов, питающихся от разных фаз и находящихся под различными напряжениями. Сопряжение с нейтральной вставкой во избежание пережога контактного провода ЭПС проходит на выбеге, для чего за 50 м до начала вставки устанавливают сигнальный знак «Отключить ток», а после конца вставки при электровозной тяге через 50 м и при моторвагонной тяге через 200 м – знак «Включить ток» (рис. 8.21,в). На участках со скоростным движением необходимы автоматические средства отключения тока на ЭПС. Чтобы можно было вывести поезд при его вынужденной остановке под нейтральной вставкой, предусмотрены секционные разъединители для временной подачи напряжения на нейтральную вставку со стороны направления движения поезда.

Секционирование контактной сети

На рис. 8.22 приведен пример схемы питания и секционирования станции, расположенной на двухпутном участке линии, электрифицированной на переменном токе. На схеме показаны семь секций – четыре на перегонах и три на станции (одна из них с обязательным заземлением при ее отключении). Контактная сеть путей левого перегона и станции получает питание от одной фазы энергосистемы, а путей правого перегона – от другой. Соответственно выполнено секционирование с помощью изолирующих сопряжений и нейтральных вставок. На участках, где требуется плавка гололеда, на нейтральной вставке устанавливают два секционных разъединителя с моторными приводами. Если плавка гололеда не предусмотрена, достаточно одного секционного разъединителя с ручным приводом.

Для секционирования контактной сети главных и боковых сетей на станциях применяют секционные изоляторы. В некоторых случаях секционные изоляторы используют для образования на контактной сети переменного тока нейтральных вставок, которые ЭПС проходит, не потребляя тока, а также на путях, где длина съездов недостаточна для размещения изолирующих сопряжений.
Соединение и разъединение различных секций контактной сети, а также соединение с питающими линиями осуществляют с помощью секционных разъединителей. На линиях переменного тока, как правило, применяют разъединители горизонтально-поворотного типа, на линиях постоянного тока – вертикально-рубящего. Управляют разъединителем дистанционно с пультов, установленных в дежурном пункте района контактной сети, в помещениях дежурных по станциям и в других местах. Наиболее ответственные и часто переключаемые разъединители установлены в сети диспетчерского телеуправления.
Различают разъединители продольные (для соединения и разъединения продольных секций контактной сети), поперечные (для соединения и разъединения ее поперечных секций), фидерные и др. Их обозначают буквами русского алфавита (например, продольные -А, Б, В, Г; поперечные – П; фидерные – Ф) и цифрами, соответствующими номерам путей и секций контактной сети (например, П23).
Для обеспечения безопасности проведения работ на отключенной секции контактной сети или вблизи нее (в депо, на путях экипировки и осмотра крышевого оборудования ЭПС, на путях погрузки и разгрузки вагонов и др.) устанавливают разъединители с одним заземляющим ножом.

Воздушная стрелка

Воздушная стрелка – образована пересечением двух контактных подвесок над стрелочным переводом; предназначена для обеспечения плавного и надежного прохода токоприемника с контактного провода одного пути на контактный провод другого. Пересечение проводов осуществляется наложением одного провода (как правило, примыкающего пути) на другой (рис. 8.23). Для подъема обоих проводов при подходе токоприемника к воздушной стрелке на нижнем проводе укреплена ограничительная металлическая труба длиной 1-1,5 м. Верхний провод располагают между трубкой и нижним проводом. Пересечение контактных проводов над одиночным стрелочным переводом осуществляют со смещением каждого провода к центру от осей путей на 360-400 мм и располагают там, где расстояние между внутренними гранями головок соединительных рельсов крестовины составляет 730-800 мм. На перекрестных стрелочных переводах и при т. н. глухих пересечениях провода перекрещиваются над центром стрелочного перевода или пересечения. Воздушные стрелки выполняют, как правило, фиксированными. Для этого на опорах устанавливают фиксаторы, удерживающие контактные провода в заданном положении. На станционных путях (кроме главных) стрелки могут быть выполнены нефиксированными, если провода над стрелочным переводом располагаются в положении, заданном регулировкой зигзагов у промежуточных опор. Струны контактной подвески, находящиеся вблизи стрелок, должны быть двойными. Электрический контакт между контактными подвесками, образующими воздушную стрелку, обеспечивает электрический соединитель, установленный на расстоянии 2-2,5 м от места пересечения со стороны остряка. Для повышения надежности применяют конструкции стрелок с дополнительными перекрестными связями между проводами обеих контактных подвесок и скользящие поддерживающие двойные струны.

Опоры контактной сети

Опоры контактной сети – конструкции для закрепления поддерживающих и фиксирующих устройств контактной сети, воспринимающие нагрузку от ее проводов и других элементов. В зависимости от вида поддерживающего устройства опоры разделяют на консольные (однопутного и двухпутного исполнения); стойки жестких поперечин (одиночные или спаренные); опоры гибких поперечин; фидерные (с кронштейнами только для питающих и отсасывающих проводов). Опоры, на которых отсутствуют поддерживающие, но имеются фиксирующие устройства, называются фиксирующими. Консольные опоры разделяют на промежуточные – для крепления одной контактной подвески; переходные, устанавливаемые на сопряжениях анкерных участков,- для крепления двух контактных проводов; анкерные, воспринимающие усилие от анкеровки проводов. Как правило, опоры выполняют одновременно несколько функций. Например, опора гибкой поперечины может быть анкерной, на стойках жесткой поперечины могут быть подвешены консоли. К стойкам опор можно закрепить кронштейны для усиливающих и других проводов.
Опоры изготавливают железобетонными, металлическими (стальными) и деревянными. На отечественных ж. д. применяют в основном опоры из предварительно напряженного железобетона (рис. 8.24), конические центрифугированные, стандартной длины 10,8; 13,6; 16,6 м. Металлические опоры устанавливают в тех случаях, когда по несущей способности или по размерам невозможно использовать железобетонные (например, в гибких поперечинах), а также на линиях с высокоскоростным движением, где предъявляются повышенные требования к надежности опорных конструкций. Деревянные опоры применяют только как временные.

Для участков постоянного тока железобетонные опоры изготавливают с дополнительной стержневой арматурой, расположенной в фундаментной части опор и предназначенной для уменьшения повреждений арматуры опор электрокоррозией, вызываемой блуждающими токами. В зависимости от способа установки железобетонные опоры и стойки жестких поперечин бывают раздельные и нераздельные, устанавливаемые непосредственно в грунт. Требуемая устойчивость нераздельных опор в грунте обеспечивается верхним лежнем или опорной плитой. В большинстве случаев применяют нераздельные опоры; раздельные используют при недостаточной устойчивости нераздельных, а также при наличии грунтовых вод, затрудняющих установку нераздельных опор. В анкерных железобетонных опорах применяют оттяжки, которые устанавливают вдоль пути под углом 45° и крепят к железобетонным анкерам. Железобетонные фундаменты в надземной части имеют стакан глубиной 1,2 м, в который устанавливают опоры и затем заделывают пазухи стакана цементным раствором. Для заглубления фундаментов и опор в грунт используют преимущественно способ вибропогружения.
Металлические опоры гибких поперечин изготавливают обычно четырехгранной пирамидальной формы, их стандартная длина 15 и 20 м. Продольные вертикальные стойки из углового проката соединяют треугольной решеткой, выполненной также из уголка. В районах, отличающихся повышенной атмосферной коррозией, металлические консольные опоры длиной 9,6 и 11 м закрепляют в грунте на железобетонных фундаментах. Консольные опоры устанавливают на призматических трехлучевых фундаментах, опоры гибких поперечин – либо на раздельных железобетонных блоках, либо на свайных фундаментах с ростверками. Основание металлических опор соединяют с фундаментами анкерными болтами. Для закрепления опор в скальных грунтах, пучинистых грунтах районов вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания, в слабых и заболоченных грунтах и т. п. применяют фундаменты специальных конструкций.

Консоль

Консоль – поддерживающее устройство, закрепленное на опоре, состоящее из кронштейна и тяги. В зависимости от числа перекрываемых путей консоль может быть одно-, двух- и реже многопутной. Для исключения механической связи между контактными подвесками различных путей и повышения надежности чаще используют однопутные консоли. Применяют неизолированные, или заземленные консоли, при которых изоляторы находятся между несущим тросом и кронштейном, а также в стержне фиксатора, и изолированные консоли с изоляторами, размещенными в кронштейнах и тягах. Неизолированные консоли (рис. 8.25) по форме могут быть изогнутыми, наклонными и горизонтальными. Для опор, установленных с увеличенным габаритом, применяют консоли с подкосами. На сопряжениях анкерных участков при монтаже на одной опоре двух консолей используют специальную траверсу. Горизонтальные консоли применяют в тех случаях, когда высота опор достаточна для закрепления наклонной тяги.

При изолированных консолях (рис. 8.26) возможно проводить работы на несущем тросе вблизи них без отключения напряжения. Отсутствие изоляторов на неизолированных консолях обеспечивает большую стабильность положения несущего троса при различных механических воздействиях, что благоприятно сказывается на процессе токосъема. Кронштейны и тяги консолей крепят на опорах с помощью пят, допускающих их поворот вдоль оси пути на 90° в обе стороны относительно нормального положения.

Гибкая поперечина

Гибкая поперечина – поддерживающее устройство для подвешивания и фиксации проводов контактной сети, расположенных над несколькими путями. Гибкая поперечина представляет собой систему тросов, натянутых между опорами поперек электрифицированных путей (рис. 8.27). Поперечные несущие тросы воспринимают все вертикальные нагрузки от проводов цепных подвесок, самой поперечины и других проводов. Стрела провеса этих тросов должна быть не менее Vio длины пролета между опорами: это уменьшает влияние температуры на высоту крепления контактных подвесок. Для повышения надежности поперечин используют не менее двух поперечных несущих тросов.

Фиксирующие тросы воспринимают горизонтальные нагрузки (верхний – от несущих тросов цепных подвесок и других проводов, нижний – от контактных проводов). Электрическая изоляция тросов от опор позволяет обслуживать контактную сеть без отключения напряжения. Все тросы для регулирования их длины закрепляют на опорах с помощью стальных штанг с резьбой; в некоторых странах с этой целью применяют специальные демпферы, преимущественно для крепления контактной подвески на станциях.

Токосъем

Токосъем – процесс передачи электрической энергии от контактного провода или контактного рельса к электрооборудованию движущегося или неподвижного ЭПС через токоприемник, обеспечивающий скользящий (на магистральном, промышленном и большей части городского электротранспорта) или катящийся (на некоторых видах ЭПС городского электротранспорта) электрический контакт. Нарушение контакта при токосъеме приводит к возникновению бесконтактной электродуговой эрозии, следствием чего является интенсивный износ контактного провода и контактных вставок токоприемника. При перегрузке точек контакта током в режиме движения возникают контактная электровзрывная эрозия (искрение) и повышенный износ контактирующих элементов. Длительная перегрузка контакта рабочим током или током КЗ при стоянке ЭПС может привести к пережогу контактного провода. Во всех этих случаях необходимо ограничивать нижний предел контактного нажатия для заданных условий эксплуатации. Чрезмерное контактное нажатие, в т.ч. в результате аэродинамического воздействия на токоприемник, повышение динамической составляющей и вызванное ими увеличение вертикального отжатия провода, особенно у фиксаторов, на воздушных стрелках, в местах сопряжения анкерных участков и в зоне искусственных сооружений, может снизить надежность контактной сети и токоприемников, а также увеличить интенсивность изнашивания провода и контактных вставок. Следовательно, верхний предел контактного нажатия также необходимо нормировать. Оптимизацию режимов токосъема обеспечивают скоординированные требования к устройствам контактной сети и токоприемникам, что гарантирует высокую надежность их эксплуатации при минимальных приведенных расходах.
Качество токосъема может определяться разными показателями (числом и продолжительностью нарушений механического контакта на расчетном участке пути, степенью стабильности контактного нажатия, близкой к оптимальному значению, интенсивностью изнашивания контактных элементов и др.), которые в значительной мере зависят от конструктивного выполнения взаимодействующих систем – контактной сети и токоприемников, их статических, динамических, аэродинамических, демпфирующих и других характеристик. Несмотря на то, что процесс токосъема зависит от большого числа случайных факторов, результаты исследований и опыт эксплуатации позволяют выявить основополагающие принципы создания систем токосъема с требуемыми свойствами.

Жесткая поперечина

Жесткая поперечина – служит для подвешивания проводов контактной сети, расположенных над несколькими (2-8) путями. Жесткая поперечина выполняется в виде блочной металлической конструкции (ригеля), установленной на двух опорах (рис. 8.28). Такие поперечины используют также для разрекрываемого пролета. Ригель со стойками соединен шарнирно или жестко с помощью подкосов, позволяющих разгрузить его в середине пролета и уменьшить расход стали. При размещении на ригеле осветительных приборов на нем выполняют настил с перилами; предусматривают лестницу для подъема на опоры обслуживающего персонала. Устанавливают жесткие поперечины гл. обр. на станциях и раздельных пунктах.

Изоляторы

Изоляторы – устройства для изоляции проводов контактной сети, находящихся под напряжением. Различают изоляторы по направлению приложения нагрузок и месту установки – подвесные, натяжные, фиксаторные и консольные; по конструкции – тарельчатые и стержневые; по материалу – стеклянные, фарфоровые и полимерные; к изоляторам относят также изолирующие элементы
Подвесные изоляторы – фарфоровые и стеклянные тарельчатые – обычно соединяют в гирлянды по 2 на линиях постоянного тока и по 3-5 (в зависимости от загрязнения воздуха) на линиях переменного тока. Натяжные изоляторы устанавливают в анкеровках проводов, в несущих тросах над секционными изоляторами, в фиксирующих тросах гибких и жестких поперечин. Фиксаторные изоляторы (рис. 8.29 и 8.30) отличаются от всех других наличием внутренней резьбы в отверстии металлической шапки для закрепления трубы. На линиях переменного тока применяют обычно стержневые изоляторы, а постоянного – и тарельчатые. В последнем случае в основной стержень сочлененного фиксатора включают еще один тарельчатый изолятор с серьгой. Консольные фарфоровые стержневые изоляторы (рис. 8.31) устанавливают в подкосах и тягах изолированных консолей. Эти изоляторы должны иметь повышенную механическую прочность, т. к. работают на изгиб. В секционных разъединителях и роговых разрядниках применяют обычно фарфоровые стержневые, реже тарельчатые изоляторы. В секционных изоляторах на линиях постоянного тока используют полимерные изолирующие элементы в виде прямоугольных брусков из пресс-материала, а на линиях переменного тока -в виде цилиндрических стеклопластиковых стержней, на которые надеты электрозащитные чехлы из фторопластовых труб. Разработаны полимерные стержневые изоляторы с сердечниками из стеклопластика и ребрами из кремнийорганического эластомера. Их применяют в качестве подвесных, секционирующих и фиксаторных; они перспективны для установки в подкосах и тягах изолированных консолей, в тросах гибких поперечин и т. п. В зонах промышленного загрязнения воздуха и в некоторых искусственных сооружениях проводится периодическая очистка (обмывка) фарфоровых изоляторов с помощью специальных передвижных средств.

Контактная подвеска

Контактная подвеска – одна из ос новных частей контактной сети, представляет собой систему проводов, взаимное расположение которых, способ механического соединения, материал и сечение обеспечивают необходимое качество токосъема. Конструкция контактной подвески (КП) определяется экономической целесообразностью, эксплуатационными условиями (максимальной скоростью движения ЭПС, наибольшей силой тока, снимаемого токоприемниками), климатическими условиями. Необходимость обеспечения надежного токосъема при возрастающих скоростях движения и мощности ЭПС определила тенденции изменения конструкций подвесок: сначала простые, затем одинарные с простыми струнами и более сложные – рессорные одинарные, двойные и специальные, в которых для обеспечения требуемого эффекта, гл. обр. выравнивания вертикальной эластичности (или жесткости) подвески в пролете, используются пространственно-вантовые системы с дополнительным тросом или другие.
При скоростях движения до 50 км/ч удовлетворительное качество токосъема обеспечивает простая контактная подвеска, состоящая только из контактного провода, подвешенного к опорам А и В контактной сети (рис. 8.10,а) или поперечным тросам.

Качество токосъема во многом определяется стрелой провеса провода, зависящей от результирующей нагрузки на провод, которая складывается из собственного веса провода (при гололеде вместе со льдом) и ветровой нагрузки, а также от длины пролета и натяжения провода. На качество токосъема большое влияние оказывает угол а (чем он меньше, тем хуже качество токосъема), значительно изменяется контактное нажатие, появляются ударные нагрузки в опорной зоне, происходит усиленный износ контактного провода и токосъемных вставок токоприемника. Несколько улучшить токосъем в опорной зоне можно, применив подвешивание провода в двух точках (рис. 8.10,6), что при определенных условиях обеспечивает надежный токосъем при скоростях движения до 80 км/ч. Заметно улучшить токосъем при простой подвеске можно, только существенно уменьшив длину пролетов с целью снижения стрелы провеса, что в большинстве случаев неэкономично, либо применив специальные провода со значительным натяжением. В связи с этим применяют цепные подвески (рис. 8.11), в которых контактный провод подвешен к несущему тросу с помощью струн. Подвеска, состоящая из несущего троса и контактного провода, называется одинарной; при наличии вспомогательного провода между несущим тросом и контактным проводом – двойной. В цепной подвеске несущий трос и вспомогательный провод участвуют в передаче тягового тока, поэтому они соединены с контактным проводом электрическими соединителями либо токопроводящими струнами.

Основной механической характеристикой контактной подвески принято считать эластичность – отношение высоты подъема контактного провода к приложенной к нему и направленной вертикально вверх силе. Качество токосъема зависит от характера изменения эластичности в пролете: чем она стабильнее, тем лучше токосъем. В простых и обычных цепных подвесках эластичность в середине пролета выше, чем у опор. Выравнивание эластичности в пролете одинарной подвески достигается установкой рессорных тросов длиной 12-20 м, на которых крепят вертикальные струны, а также рациональным расположением обычных струн в средней части пролета. Более постоянной эластичностью обладают двойные подвески, но они дороже и сложнее. Для получения высокого показателя равномерности распределения эластичности в пролете используют различные способы ее повышения в зоне опорного узла (установка пружинных амортизаторов и упругих стержней, торсионный эффект от скручивания троса и др.). В любом случае при разработке подвесок необходимо учитывать их диссипативные характеристики, т. е. устойчивость к воздействию внешних механических нагрузок.
Контактная подвеска является колебательной системой, поэтому при взаимодействии с токоприемниками может находиться в состоянии резонанса, вызванного совпадением или кратностью частот ее собственных колебаний и вынужденных колебаний, определяемых скоростью проследования токоприемника по пролету с заданной длиной. При возникновении резонансных явлений возможно заметное ухудшение токосъема. Предельной для токосъема является скорость распространения механических волн вдоль подвески. В случае превышения этой скорости токоприемнику приходится взаимодействовать как бы с жесткой, недеформируемой системой. В зависимости от нормируемых удельных натяжений проводов подвески такая скорость может составлять 320-340 км/ч.
Простые и цепные подвески состоят из отдельных анкерных участков. Закрепления подвески “на концах анкерных участков могут быть жесткими или компенсированными. На магистральных ж. д. применяют в основном компенсированные и полукомпенсированные подвески. В полукомпенсированных подвесках компенсаторы имеются только в контактном проводе, в компенсированных – еще и в несущем тросе. При этом в случае изменения температуры проводов (вследствие прохождения по ним токов, изменения температуры окружающей среды) стрелы провеса несущего троса, а следовательно, и вертикальное положение контактных проводов остаются неизменными. В зависимости от характера изменения эластичности подвесок в пролете стрелу провеса контактного провода принимают в диапазоне от 0 до 70 мм. Вертикальную регулировку полукомпенсированных подвесок осуществляют так, чтобы оптимальная стрела провеса контактного провода соответствовала среднегодовой (для данного района) температуре окружающего воздуха.
Конструктивную высоту подвески – расстояние между несущим тросом и контактным проводом в точках подвеса – выбирают исходя из технико-экономических соображений, а именно – с учетом высоты опор, соблюдения действующих вертикальных габаритов приближения строений, изоляционных расстояний, особенно в зоне искусственных сооружений и др.; кроме того, должен быть обеспечен минимальный наклон струн при экстремальных значениях температуры окружающего воздуха, когда могут возникнуть заметные продольные перемещения контактного провода относительно несущего троса. Для компенсированных подвесок это возможно, если несущий трос и контактный провод выполнены из различных материалов.
Для увеличения срока службы контактных вставок токоприемников контактный провод располагают в плане с зигзагом. Возможны различные варианты подвески несущего троса: в тех же вертикальных плоскостях, что и контактный провод (вертикальная подвеска), по оси пути (полукосая подвеска), с зигзагами, противоположными зигзагам контактного провода (косая подвеска). Вертикальная подвеска обладает меньшей ветроустойчивостью, косая – наибольшей, но она наиболее сложна при монтаже и обслуживании. На прямых участках пути в основном применяется полукосая подвеска, на криволинейных – вертикальная. На участках с особенно сильными ветровыми нагрузками широко используют ромбовидную подвеску, в которой два контактных провода, подвешенных к общему несущему тросу, располагаются у опор с противоположными зигзагами. В средних частях пролетов провода притянуты один к другому жесткими планками. В некоторых подвесках поперечная устойчивость обеспечивается применением двух несущих тросов, образующих в горизонтальной плоскости своего рода вантовую систему.
За рубежом в основном применяют цепные одинарные подвески, в т. ч. на скоростных участках – с рессорными проводами, простыми разнесенными опорными струнами, а также с несущими тросами и контактными проводами, имеющими повышенные натяжения.

Контактный провод

Контактный провод – наиболее ответственный элемент контактной подвески, непосредственно осуществляющий контакт с токоприемниками ЭПС в процессе токосъема. Как правило, используют один или два контактных провода. Два провода обычно применяют при съеме токов более 1000 А. На отечественных ж. д. применяют контактные провода с площадью сечения 75, 100, 120, реже 150 мм2; за рубежом – от 65 до 194 мм2. Форма сечения провода претерпевала некоторые изменения; в нач. 20 в. профиль сечения приобрел форму с двумя продольными пазами в верхней части – головке, служащими для закрепления на проводе арматуры контактной сети. В отечественной практике размеры головки (рис. 8.12) одинаковы для различных площадей сечения; в других странах размеры головки зависят от площади сечения. В России контактный провод маркируют буквами и цифрами, указывающими материал, профиль и площадь сечения в мм2 (например, МФ-150 – медный фасонный, площадь сечения 150 мм2).

Широкое распространение в последние годы получили низколегированные медные провода с присадками серебра, олова, которые повышают износо- и термостойкость провода. Лучшие показатели по износостойкости (в 2-2,5 раза выше, чем у медного провода) имеют бронзовые медно-кадмиевые провода, однако они дороже медных, а их электрическое сопротивление выше. Целесообразность применения того или иного провода определяется технико-экономическим расчетом с учетом конкретных условий эксплуатации, в частности при решении вопросов обеспечения токосъема на высокоскоростных магистралях. Определенный интерес представляет биметаллический провод (рис. 8.13), подвешиваемый в основном на приемо-отправочных путях станций, а также комбинированный сталеалюминиевый провод (контактная часть – стальная, рис. 8.14).

В процессе эксплуатации происходит изнашивание контактных проводов при токосъеме. Различают электрическую и механическую составляющие износа. Для предотвращения обрыва проводов из-за возрастания растягивающих напряжений нормируется максимальное значение износа (например, для провода с площадью сечения 100 мм допускаемый износ составляет 35 мм2); по мере увеличения износа провода периодически уменьшают его натяжение.
При эксплуатации разрыв контактного провода может произойти в результате термического воздействия электрического тока (дуги) в зоне взаимодействия с другим устройством, т. е. в результате пережога провода. Наиболее часто пережоги контактного провода происходят в следующих случаях: над токоприемниками неподвижного ЭПС вследствие КЗ в его высоковольтных цепях; при подъеме или опускании токоприемника из-за протекания тока нагрузки или КЗ через электрическую дугу; при увеличении контактного сопротивления между проводом и контактными вставками токоприемника; наличии гололеда; замыкании полозом токоприемника раз-нопотеициальных ветвей изолирующего сопряжения анкерных участков и др.
Основными мерами предотвращения пережогов провода являются: повышение чувствительности и быстродействия защиты от токов КЗ; применение на ЭПС блокировки, препятствующей подъему токоприемника под нагрузкой и принудительно отключающей ее при опускании; оборудование изолирующих сопряжений анкерных участков защитными устройствами, способствующими гашению дуги в зоне возможного ее возникновения; своевременные меры, предотвращающие гололедные отложения на проводах, и др.

Несущий трос

Несущий трос – провод цепной подвески, прикрепленный к поддерживающим устройствам контактной сети. К несущему тросу с помощью струн подвешивается контактный провод – непосредственно или через вспомогательный трос.
На отечественных ж. д. на главных путях линий, электрифицированных на постоянном токе, в качестве несущего троса применяют в основном медный провод с площадью сечения 120 мм2, а на боковых путях станций -сталемедный (70 и 95 мм2). За рубежом на линиях переменного тока используют также бронзовые и стальные тросы сечением от 50 до 210 мм2. Натяжение троса в полукомпенсированной контактной подвеске изменяется в зависимости от температуры окружающего воздуха в пределах от 9 до 20 кН, в компенсированной подвеске в зависимости от марки провода – в пределах 10-30 кН.

Струна

Струна – элемент цепной контактной подвески, с помощью которого один из ее проводов (как правило, контактный) подвешивается к другому – несущему тросу.
По конструкции различают: звеньевые струны, составленные из двух и более шар-нирно связанных звеньев жесткой проволоки; гибкие струны из гибкого провода или капронового каната; жесткие – в виде распорок между проводами, применяемые значительно реже; петлевые – из проволоки или металлической полосы, свободно подвешенной на верхнем проводе и жестко или шарнирно закрепленной в струновых зажимах нижнего (обычно контактного); скользящие струны, закрепленные на одном из проводов и скользящие вдоль другого.
На отечественных ж. д. наибольшее распространение получили звеньевые струны из биметаллической сталемедной проволоки диаметром 4 мм. Недостатком их является электрический и механический износ в сочленениях отдельных звеньев. В расчетах эти струны не рассматриваются как токопроводящие. Такого недостатка лишены гибкие струны из медного или бронзового многожильного провода, жестко прикрепленные к струновым зажимам и выполняющие роль электрических соединителей, распределенных вдоль контактной подвески и не образующих существенных сосредоточенных масс на контактном проводе, что характерно для типовых поперечных электрических соединителей, используемых при звеньевых и других непроводящих ток струнах. Иногда применяют непроводящие струны контактной подвески из капронового каната, для крепления которых требуются поперечные электрические соединители.
Скользящие струны, способные перемещаться вдоль одного из проводов, используют в полукомпенсированных цепных контактных подвесках с малой конструктивной высотой, при установке секционных изоляторов, в местах анкеровки несущего троса на искусственных сооружениях с ограниченными вертикальными габаритами и в других особых условиях.
Жесткие струны обычно устанавливают только на воздушных стрелках контактной сети, где они выполняют роль ограничителя подъема контактного провода одной подвески относительно провода другой.

Усиливающий провод

Усиливающий провод – провод, электрически соединенный с контактной подвеской, служащий для снижения общего электрического сопротивления контактной сети. Как правило, усиливающий провод подвешивают на кронштейнах с полевой стороны опоры, реже – над опорами или на консолях вблизи несущего троса. Усиливающий провод применяют на участках постоянного и переменного тока. Снижение индуктивного сопротивления контактной сети переменного тока зависит не только от характеристик самого провода, но и от его размещения относительно проводов контактной подвески.
Применение усиливающего провода предусматривается на стадии проектирования; как правило, используется один или несколько многопроволочных проводов типа А-185.

Электрический соединитель

Электрический соединитель – отрезок провода с токопроводящей арматурой, предназначенный для электрического соединения проводов контактной сети. Различают поперечные, продольные и обводные соединители. Их выполняют из неизолированных проводов так, чтобы они не препятствовали продольным перемещениям проводов контактных подвесок.
Поперечные соединители устанавливают для параллельного соединения всех проводов контактной сети одного и того же пути (включая усиливающие) и на станциях для контактных подвесок нескольких параллельных путей, входящих в одну секцию. Поперечные соединители монтируют вдоль пути на расстояниях, зависящих от рода тока и доли сечения контактных проводов вобщем сечении проводов контактной сети, а также от режимов работы ЭПС на конкретных тяговых плечах. Кроме того, на станциях соединители размещают в местах трогания и разгона ЭПС.
Продольные соединители устанавливают на воздушных стрелках между всеми проводами контактных подвесок, образующих эту стрелку, в местах сопряжений анкерных участков – с двух сторон при неизолирующих сопряжениях и с одной стороны -при изолирующих сопряжениях и в других местах.
Обводные соединители применяют в тех случаях, когда требуется восполнить прерванное или уменьшившееся сечение контактной подвески из-за наличия промежуточных анкеровок усиливающих проводов или при включении в несущий трос изоляторов для прохода через искусственное сооружение.

Арматура контактной сети

Арматура контактной сети – зажимы и детали для соединения проводов контактной подвески между собой, с поддерживающими устройствами и опорами. Арматура (рис. 8.15) делится на натяжную (стыковые, концевые зажимы и др.), подвесную (струновые зажимы, седла и др.), фиксирующую (фиксирующие зажимы, держатели, ушки и др.), токопроводящую, механически мало нагруженную (зажимы питающие, соединительные и переходные – от медных к алюминиевым проводам). Изделия, входящие в состав арматуры, в соответствии с их назначением и технологией производства (литье, холодная и горячая штамповка, прессование и др.) выполняют из ковкого чугуна, стали, медных и алюминиевых сплавов, пластмасс. Технические параметры арматуры регламентируются нормативными документами.

Устройства контактной сети

КС – это комплексная система, состоящая из множества устройств. Каждое из них выполняет свою индивидуальную функцию. Соответственно функционалу различаются и требования к отдельным элементам КС. Общие требования относятся к обязательной исправности, соответствия стандартам качества, безопасности.

К КС устройствам принято относить: все опорные и поддерживающие конструкции, которые призваны обеспечивать надежное и устойчивое положение ведущих токовых элементов КС, организуемых методом подвеса; детали крепления и фиксации КС по опорам КС или линий ВЛ на отдельных опорах ВЛ; тросы несущие и вспомогательные тросы разной конструкции и разного назначения в зависимости от проектных требований КС; собственно провода КС, которые представляют основной провод (его называют контактным), а также провода другого назначения – усиливающие, отсасывающие, питания, питания автоблокир. устройств, электроснабжения и проч.

В процессе работы практически на все элементы КС оказывают влияние различные факторы. Наибольшую долю из этого влияния занимают естественные факторы среды. КС на протяжении всего своего рабочего срока находится на открытом воздухе, потому постоянно подвергается влиянию атмосферных осадков, ветра, резких смен температур, явлений гололеда и проч. Все эти условия отрицательно влияют на состояние КС и ее работу, вызывая изменение длин проводов, возникновение явлений искрения, эл. дуг, явление коррозии для опор и других металлических элементов. Полностью избавиться от данных явлений не представляется возможным, однако улучшить устойчивость сети к внешней среде можно различными техническими и технологическими методами, а также использованием в строительстве стойких и надежных материалов.

КС должна выдавать максимальную стойкость к внешним факторам среды, притом реализовывать бесперебойное движение ЭПС по линии с установленными нормативами по весу, скорости, графику и интервалу меж проходящими друг за другом составами.

Особое внимание стоит уделять устойчивости и надежности КС еще потому, что она, в отличие от других линий электрообеспечения, не предусматривает наличия резерва. То есть это означает, что при выходе из строя какого-либо из элементов КС, это приведет к полному отключению линии. Возобновить движение подвижных составов можно будет только после того, как будут проведены нужные ремонтные работы и снабжение будет восстановлено.

2017 — 2018, . Все права защищены.

Рисунок 1.6.1 – Расчетная схема для подбора опор

Вертикальная нагрузка от веса контактной подвески для расчетного режима определяется по формуле:

(1.6.1)

L – расчетная длина пролета, равная полусумме длин пролетов, смежных с расчетной опорой, м;

G и – нагрузка от веса изоляторов, принимаемая при расчетах на постоянном токе –150 Н;

G ф" – нагрузка от веса половины фиксаторного узла, G ф = 200 Н.

Аналогично определяется вертикальная нагрузка от веса усиливающего провода для расчетного режима – j.

(1.6.2)

При 3‒фазных ВЛ или ДПР нагрузки от проводов целесообразно суммировать и выбирать центры их тяжести. Подобные действия проводятся и с кронштейнами.

Вертикальные нагрузки от веса консоли кронштейна (G кн, G кр) принимаются по их типовым чертежам с увеличением этой нагрузки при гололедном режиме.

Горизонтальная нагрузка на опору под действием ветра на провода контактной сети определяется из выражения

(1.6.3)

где -й провод контактной сети при
i- м режиме, Н/м;

i – провод контактной сети (вместо i указывается «н» – для несущего троса, «к» для контактного провода, «пр» для усиливающего провода).

Усилие на опору от изменения направления провода на кривой определяется по формуле:

(1.6.4)

где Hij – натяжение i -го провода в j -м режиме, Н;

R – радиус кривой, м.

Нагрузка на опору от изменения направления проводов при отводе его на анкеровку определяется из выражения:

(1.6.5)

где Z = Г + 0,5D – расстояние от оси пути до места крепления анкеровки провода, равное сумме габарита (Г) и половине диаметра (D ) опоры.

Усилие от изменения направления контактных проводов при зигзагах на прямых участках пути, если они имеют на соседних опорах равные по величине и противоположные по направлению значения, определяют по формуле

(1.6.6)

где а – величина зигзага на прямом участке пути, м.

Нагрузка от давления ветра на опору определяется из выражения:

где Сx – аэродинамический коэффициент, для ж/б опор, Сx = 0,7;

V p– расчетная скорость ветра, м/с;

S оп – площадь поверхности, на которую действует ветер (площадь диаметрального сечения опоры):

(1.6.7)

где d, D – диаметры опоры, соответственно верхний и нижний, м;

h оп – высота опоры, м.

Произведем расчет нагрузок на промежуточную опору на прямом участке перегона для самого тяжелого режима (гололеда с ветром):

Горизонтальная нагрузка на опору под действием ветра на провода КС:

Площадь поверхности, на которую действует ветер:

Таблица 6.1.1 – Результаты расчета опор, Н∙м

По этому моменту выбираем опору при условии, что он должен быть меньше нормативного момента. Выбираем опору СС 136,6–1 с нормативным моментом = 44000 Н∙м.

Выбор оборудования

При реконструкции участка контактной сети были применены опоры типа СC136,6–1. Опоры типа СC136,6–1 были установлены в фундаменты ТСC 4,5–4 трехлучевые фундаменты со скосом предназначены для анкерной установки раздельных железобетонных и металлических опор контактной сети.

Для анкеровки проводов применялись анкера типа ТАС – 5,0. Дополнительно применялись опорные плиты ОПФ фундаментные и ОП-1 типа 1.

Контактная подвеска крепилась на консоли изолированные трубчатые типа КИС–1 и фиксаторы прямые и обратные (ФИП и ФИО), кронштейны проводов МГ–III.

Все оборудование выбиралось согласно типовых проектов КС 160-4.1; 6291, КС-160.12, разработанными ЗАО «Универсал-контактные сети».

Примечание: Маркировка фундамента ТСС 4,5–4 расшифровывается следующим образом: Т – трехлучевой, С – стаканного типа, С –со скосом, 4,5 – размер в метрах, 4 – группа несущей способности, 79 кНм.

Маркировка анкера ТАС – 5,0 расшифровывается: Т – трёхлучевой, А- анкер, С – со скосом, 5,0 – длина в метрах. Маркировка консоли КИС: К – консоль, И – изолированная, С – стальная. Маркировка фиксаторов ФИП: Ф – фиксатор сочлененный, П – прямой, О – обратный, 1 – обозначение типоразмера стержня фиксатора.

План контактной сети приведен в Приложении А.

L - расчетнаяа длина пролета, равная полусумме длин пролетов смежных с расчетной опорой, м;

С ф = 200 Н - нагрузка от веса половины фиксаторного узла.

Горизонтальная нагрузка на опору под действием ветра на провода:

где H i j - натяжение провода, Н/м;

R - радиус кривой, м.

Нагрузка на опору от изменения направления провода при отводе его на анкеровку

где а - зигзаг на прямом участке пути, м.

Суммарный изгибающий момент относительно пяты консоли

Произведем расчет нагрузок на промежуточную опору на прямом участке

Gкпод=29,93*70+150+200=2445

Gконс=24*9,8=235,2

Нагрузка от кронштейна с полевой стороны, Н/м

Gпдпр=1,72*70=120,8

Рдпр=5,52*70=387,06

Горизонтальная нагрузка на опору под действием ветра на провода КС

Pнт=6,72*70=470,8

Pкп=8,39*70=587,3

Площадь поверхности на которую действует ветер

Sоп=(9.6*(0.3+0.4))/2=3.36

Pоп=0.615*0,7*25 2 *3,36=904,05

Произведем расчет моментов

M oг =9,27*387,05-120,8*0,6-401,8*0,5+235,2*1,8+9*470,8+2*7*587,3+ +0,5*904,05*9,6+3,3*2445,2=28607,6 Н·м

М оп =(9,27-6,75)*387,05-120,8*0,6-401,8*0,5+235,2*1,8+(9-6,75)*470.8+2*(7-6,75)*587,3+0,5*904.05*(9,6-6,75)+3,3*2445,2=8672,1 Н·м

Таблица 6.1

В режиме гололеда с ветром момент наибольший. По этому моменту выбираем опору при условии, что он должен быть меньше нормативного момента. Выбираем опору СС 136,6-2 с нормативным моментом = 59000 Н. Расчеты для остальных опор производятся на ЭВМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы по проектированию контактной сети заданного участка был произведен расчет нагрузок на провода контактной сети (для главного пути gк=8,73 Н/м; gн=10,47 Н/м; g=29,9 Н/м) для заданных климатического, ветрового и гололедного районов, результаты сведены в таблицу 1.1. На основании расчетных нагрузок определили допустимые длины пролетов (таблица 2.1), разработали планы контактной сети станции и перегона. Выполнили план контактной сети станции: подготовели план станции, намечетили места фиксации контактных проводов, расставили опоры в середине станции и по ее концам, выполнили расстановку зигзагов, трассировку анкерных участков на станции, питающих линий, выбрали поддерживающие и опорные конструкции. Также выполнили план контактной сети перегона: подготовили план перегона, выполнили разбивку опор и анкерных участков, расставили зигзаги, произвели выбор типов опор. Выполнили обработку планов контактной сети и составил необходимые спецификации.

На основании рассчитанных нагрузок и длин пролетов на перегоне произведен механический расчет 1-ого пути участка «а». С помощью его был определен расчетный режим - режим гололеда с ветром, т.е. наибольшее натяжение несущего троса возникает при температуре -5 для данного района. С помощью расчета построили монтажные кривые для строительства контактной сети. После чего рассчитали нагрузки от проводов и ветровые нагрузки на опору в трех режимах. Выбрали по наибольшему изгибающему моменту опору СС 136,6-2 с нормативным изгибающим моментом 59000 Н.

Было доказано, что на станции при прохождении контактной подвески под пешеходным мостом наилучшим оказался способ прохода под ИССО без креплением к нему.

В ходе проектирования большая часть расчетов осуществлялась на ЭВМ, что сократило время расчетов и сделало их более точными.

Проектирование ведем с тем чтобы увеличить пропускную способность и сменить тепловозную тягу на электрическую, что значительно дешевле.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.В. Ефимов, А.Г. Галкин, Е.А. Полыгалова, А.А. Ковалев. Контактные сети и ЛЭП. ­­– Екатеринбург: УрГУПС, 2009. – 88с.

2. Маркварт К. Г. Контактная сеть. М: Транспорт, - 1977г. - 271с.

3. Фрайфельд А. В. , Брод Г. Н. Проектирование контактной сети.
М.: Транспорт, - 1991г. - 335с.

Федеральное агентство железнодорожного транспорта.

Иркутский государственный университет путей сообщения.

Кафедра: ЭЖТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Вариант-83

Дисциплина: «Контактные сети»

«Расчет участка контактной сети станции и перегона»

Выполнил: студент Добрынин А.И

Проверил: Ступицкий В.П.

г. Иркутск

Исходные данные.

1. Характеристика цепной подвески

На главных путях перегона и станции цепная подвеска полукомпенсированная.

При двух контактных проводах расстояние между ними принимается равным 40 мм.

Тип контактной подвески: М120 + 2 МФ – 100;

Род тока: постоянный;

2. Метеорологические условия

Климатическая зона: IIб;

Ветровой район: I;

Гололёдный район: II;

Гололёд имеет цилиндрическую форму с плотностью 900 кг/м 3 ;

Температура гололёдных образований t = -5 0 С;

Температура, при которой наблюдается ветер максимальной интенсивности t = +5 0 C;

3. Станция

На станции электрифицируются все пути, кроме подъездного к тяговой подстанции. Стрелки, примыкающие к главному пути, имеют марку 1/11 (на одиннадцать метров длины пути приходится один метр бокового отклонения), остальные стрелки принимаются марки 1/9.

Цифрами на схеме указываются расстояния от оси пассажирского здания (в метрах) до остряков стрелок, входных светофоров, тупиков и пешеходных мостов, а также указываются расстояния между соседних путей.

4. Перегон

Перегон задан в виде пикетажа основных объектов: входных сигналов, кривых с соответствующими радиусами, мостов и других искусственных сооружений. Совместимость перегона со станцией проверяется по пикетажу общего входного сигнала.

Пикетаж основных объектов перегона

Входной сигнал заданной станции 23 км 8+42;

Начало кривой (центр слева) R = 600 м 2+17;

Конец кривой 5+38;

Ось каменной трубы с отверстием 1.1 м 5+94;

Начало кривой (центр справа) R = 850 м 7+37;

Конец кривой 25 км 4+64;

Мост через реку с ездой понизу:

ось моста 7+27;

длина моста, м 130;

Ось железобетонной трубы с отверстием 3.5 м 9+09;

Начало кривой (центр слева) R = 1000 м 26км 0+22;

Конец кривой 4+30;

Входной сигнал следующей станции 27 км 7+27;

Ось переезда шириной 6 м 7+94;

Первая стрелка следующей станции 9+55.

1. Высота моста через реку 6.5 м (расстояние от УГР до нижней части ветровых связей моста);

2. Справа по ходу километров предполагается укладка второго пути;

3. На расстоянии 300 м по обеим сторонам моста через реку путь располагается на насыпи высотой 7 м.

Введение

Совокупность устройств, начиная от генераторов электростанций и кончая тяговой сетью, составляет систему электроснабжения электрифицированных железных дорог. От этой системы питаются электрической энергией, помимо собственной электрической тяги (электровозы и электропоезда), а также все не тяговые железнодорожные потребители и потребители прилегающих территорий. По этому электрификация ЖД решает не только транспортную проблему, но и способствует решению важнейшей народнохозяйственной проблемы-электрификации всей страны.

Главное преимущество электрической тяги перед автономной (имеющие генераторы энергии на самом локомотиве) определяется централизованным электроснабжением и сводятся к следующему:

Производства электрической энергии на крупных электростанциях приводит, как всякое массовое производство, к уменьшению её стоимости, увеличению КПД и снижению расхода топлива.

На электростанциях могут использоваться любые виды топлива и, в частности, малокалорийные - нетранспортабельные (затраты на транспортировку которых не оправдывается). Электростанции могут сооружаться непосредственно у места добычи топлива, вследствие чего отпадает необходимость в его транспортировки.

Для электрической тяги может, использована гидроэнергия и энергия атомных электростанций.

При электрической тяги возможна рекуперация (возврат) энергии при электрическом торможении.

При централизованном электроснабжении потребная для электрической тяги мощность практически не ограничена. Это даёт возможность в отдельные периоды потреблять такие мощности, которые невозможно обеспечить на автономных локомотивах, что позволяет реализовать, например, значительно большие скорости движения на тяжелых подъемах при больших весах поездов.

Электрический локомотив (электровоз или электровагон) в отличие от автономных локомотивов не имеет собственных генераторов энергии. По этому он дешевле и надёжней автономного локомотива.

На электрическом локомотиве нет частей, работающих при высоких температурах и с возвратно-поступательным движением (как на паровозе, тепловозе, газотурбовозе), что определяет уменьшение расходов на ремонт локомотива.

Преимущества электрической тяги, создаваемые централизованным электроснабжением, для своей реализации требуют сооружения специальной системы электроснабжения, затраты на которую, как правило, значительно превышает затраты на электроподвижной состав. Надежность работы электрифицированных дорог зависит от надежности работы системы электроснабжения. По этому вопросы надежности и экономичности работы системы электроснабжения существенно влияют на надежность и экономичность всей электрической железной дороги в целом.

Для подачи электроэнергии на подвижной состав применяются устройства контактной сети.

Проект контактной сети, является одной из основных частей проекта электрификации ЖД участка, выполняется с соблюдением требований и рекомендаций ряда руководящих документов:

Инструкция по разработке проектов и смет для промышленного строительства;

Временная инструкция по разработке проектов и смет для железнодорожного строительства;

Норм технологического проектирования электрификации железных дорог и др.

Одновременно учитываются требования, приведенные в документах, регламентирующих эксплуатацию контактной сети: в правилах технической эксплуатации железных дорог, правилах содержания контактной сети электрифицированных железных дорог.

В данном курсовом проекте произведен расчет участка контактной сети однофазного постоянного тока. Составлены монтажные планы контактной сети станции и перегона.

К устройствам контактной сети относятся все провода контактных подвесок, поддерживающие и фиксирующие конструкции, опоры с деталями для крепления в грунте, к устройствам воздушных линий – провода различных линий (питающих, отсасывающих, для электроснабжения автоблокировки и прочих не тяговых потребителей и др.) и конструкции для их крепления на опорах.

Устройства контактной сети и воздушных линий, подвергаясь воздействиям различных климатических факторов (значительные перепады температур, сильные ветры, гололедные образования), должны успешно им противостоять, обеспечивая бесперебойное движение поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и интервалами между поездами при требуемых размерах движения. Кроме того, в условиях эксплуатации возможны обрывы проводов, удары токоприемников и другие воздействия, которые также нужно учитывать в процессе проектирования.

Контактная сеть не имеет резерва, что обуславливает повышенные требования к качеству ее проектирования.

При проектировании контактной сети в разделе проекта электрификации железнодорожного участка устанавливают:

Расчетные условия – климатические и инженерно-геологические;

Тип контактной подвески (все расчеты по определению необходимой площади сечения проводов контактной сети выполняют в разделе электроснабжения проекта);

Длину пролетов между опорами контактной сети на всех участках трассы;

Типы опор, способы их закрепления в грунте и типы фундаментов для тех опор, которым они необходимы;

Виды поддерживающих и фиксирующих конструкций;

Схемы питания и секционирования;

Объемы работ по установке опор на перегонах и станциях;

Основные положения по организации строительства и эксплуатации.

Анализ исходных данных

При двойном контактном проводе компенсированную контактную подвеску применяют на участках со скоростью движения поездов 120 км/ч и более. На главных путях станции вследствие снижения скоростей, как правило, используют полукомпенсированную цепную подвеску. На основании данных метеорологических условий выбираем основные климатические параметры, повторяющиеся один раз в десять лет:

Диапазон температур из табл. 2.с3 : -30 0 С ¸ 45 0 С;

Максимальная скорость ветра из табл. 5.с14 : v нор = 29 м/с;

Толщина стенки гололеда из табл. 1.с12 : b =10 мм;

В зависимости от условий эксплуатации и характера электрифицируемого участка выбираются необходимые поправочные коэффициенты на порывистость ветра и интенсивность гололёда. Для общего случая принимаем их значения 0.95, 1.0 и 1.25 соответственно для станции, перегона и насыпи.

Определение нагрузок действующих на провода контактной сети

Для станции и перегона.

Расчет вертикальных нагрузок

Наиболее неблагоприятные условия работы отдельных конструкций контактной сети могут возникать при различных сочетаниях метеорологических факторов, которые могут складываться из четырех основных компонентов: минимальной температуры воздуха, максимальной интенсивности гололёдных образований, максимальной скорости ветра и максимальной температуры воздуха.

Нагрузку от собственного веса 1 м контактной подвески определим из выражения:

где - нагрузка от собственного веса несущего троса, Н/м;

То же но контактного провода, Н/м;

То же, но от струн и зажимов, принимается равным 1

Число контактных проводов.

В случае отсутствия данных в справочнике, нагрузку от собственного веса провода можно определить из выражения:

, Н/м (2)

где - площадь поперечного сечения провода, м 2 ;

Плотность материала провода, кг/м 3 ;

Коэффициент, учитывающий конструкцию провода (для цельного провода =1, для многопроволочного троса =1.025);

Для комбинированных проводов (АС, ПБСМ и т.д.) нагрузка от их собственного веса может быть определена из выражения:

где , - площадь поперечного сечения проволок из материалов 1 и 2, м 2 ;

Плотность материалов 1 и 2, кг/м 3 .

Для подвески М120 + 2 МФ – 100:

Согласно выражению (1) получим:

Нагрузка от веса гололёда, приходящаяся на один метр провода или троса при цилиндрической форме его отложения, определим по формуле:

где - плотность гололёда 900 кг/м 3 ;

Толщина стенки гололёдного слоя, м

Диаметр провода, м.

Учитывая, что произведение 9.81×900×3.14 = 27.7×10 3 , можно записать:

Расчётное значение толщины гололёдного слоя определим как , где - толщина гололедного слоя в соответствии с гололёдным районом b = 10 мм; К Г - коэффициент, учитывающий действительный диаметр провода и высоту его подвешивания . Для станции и перегона К Г =0.95.

Согласно выражению (5) определим вес гололёда на 1 м несущего троса

Толщина стенки гололёда на контактном проводе, учитывая её удаление эксплуатационным персоналом и токоприёмниками, уменьшается на 50 % по сравнению с несущим тросом. Расчётный диаметр контактного провода берется усредненный из высоты и ширины его сечения:

где Н – высота сечения провода, м; А – ширина сечения провода, м;

Используя выражение (6) получим:

мм.

Используя выражение (5) определим вес гололёда на 1 м контактного провода

Вес гололёда на струнах не учитывается. Тогда суммарный вес 1 м цепной подвески с гололёдом определим по формуле:

где g – вес контактной подвески Н/м;

g ГН – вес гололёда на 1 м несущего троса, Н/м;

g ГК – вес гололёда на 1 м контактного провода, Н/м.

Согласно выражению (7) суммарный вес 1 м цепной подвески с гололёдом:

Определяем горизонтальные нагрузки.

Ветровую нагрузку на провод в режиме максимального ветра определим по формуле:

(8)

где -плотность воздуха при температуре t = +15 0 С и атмосферном давлении 760 мм рт.ст. Она принимается равной 1.23 кг/м 3 ;

v Р - расчётная скорость ветра, м/с; v Р = 29 м/с.

С Х – аэродинамический коэффициент лобового сопротивления, зависящий от формы и положения поверхности объекта, для станции и перегона С Х =1.20 для одного провода С Х =1.25;

К В – коэффициент, учитывающий действительный диаметр провода и высоту его подвешивания. Для станции и перегона К В =0.95.

d i - диаметр провода (для контактных проводов – вертикальный размер сечения), мм.

Ветровая нагрузка на провод при наличии гололеда на проводе определим по формуле:

где - расчетная скорость ветра при гололеде (по табл.1.4), м/с;

Для определения на контактном проводе значение принимается равным b/2.

Определяем результирующие нагрузки на н/т для двух режимов.

Результирующие нагрузки на отдельный провод при отсутствии гололеда:

При наличии гололеда:

Расчет длин пролетов

Расчет натяжения проводов

Максимальное допустимое натяжение несущего троса определяется по формуле

где - коэффициент, учитывающий разброс механических характеристик отдельных проволок,0,95;

Временное сопротивление разрыву материала проволоки , Па;

Коэффициент запаса ;

S - раcчетная площадь поперечного сечения, м2.

Максимальное допустимое и номинальное натяжение для проводов в табл.10 .

Определение максимальных допустимых длин пролетов

где К - натяжение контактного провода, Н;

Эквивалентная нагрузка на контактный провод от несущего троса, Н/м.

где - допустимое отклонение контактного провода от оси пути. На прямом участке 0,5 м, на кривом 0,45 м;

Зигзаги контактного повода на смежных опорах. На прямом участке пути +/-0,3 м. На кривом +/-0,4 м.

Прогиб опоры под действием ветра на уровне несущего троса и контактного провода. Эти величины (в зависимости от скорости ветра) приведены на стр.48.

Зигзаг контактного провода, одинаковый по величине на соседних опорах.

Примем зигзаги на соседних опорах на прямом участке направленными в одну сторону, а на кривом в разные.

где - натяжение несущего троса в режиме ветра максимальной интенсивности, Н;

Длина пролета, м;

Высота гирлянды изоляторов. В проекте принимаем 4 ПС-70Е. Высота одной чашки 0,127 м.

Средняя длина струны в середине пролета при конструктивной высоте h0, м.

Расчет для прямого участка пути на станции (боковые пути):

Полученная длина отличается от предыдущего расчета менее чем на 5 м, следовательно можно считать её окончательно принятой.

Полученная длина отличается от предыдущего расчета менее чем на 5 м, следовательно можно считать её окончательно принятой.

Полученная длина отличается от предыдущего расчета менее чем на 5 м, следовательно можно считать её окончательно принятой.

На кривом участке пути максимальная допустимая длина пролета определяется из выражения:

Расчет максимально допустимой длины пролета выполняется:

Для прямого участка: станция (главный и боковой пути) и перегон (равнина и насыпь);

Для кривого участка: на перегоне для равнины и насыпи при заданных радиусах кривизны.

Полученная длина отличается от предыдущего расчета менее чем на 5 м, следовательно можно считать её окончательно принятой.

Полученная длина отличается от предыдущего расчета менее чем на 5 м, следовательно можно считать её окончательно принятой.

Полученная длина отличается от предыдущего расчета менее чем на 5 м, следовательно можно считать её окончательно принятой.

Полученная длина отличается от предыдущего расчета менее чем на 5 м, следовательно можно считать её окончательно принятой.

Полученная длина отличается от предыдущего расчета менее чем на 5 м, следовательно можно считать её окончательно принятой.

Полученная длина отличается от предыдущего расчета менее чем на 5 м, следовательно можно считать её окончательно принятой.

Все расчеты сводим в таблицу

Порядок составления плана станции и перегона

Порядок составления плана станции.

Подготовка плана станции. План станции вычерчиваем в масштабе 1:1000 на листе миллиметровой бумаге. Необходимую длину листа определяем в соответствии с заданной схемой станции, на которой указаны расстояния всех центров стрелочных переводов, светофоров, тупиков от оси пассажирского здания в метрах. При этом условно принимаем эти отметки в левую сторону с знаком минус, а в правую со знаком плюс.

Вычерчивание плана станции начинаем с разметки тонкими вертикальными линиями, через каждые 100 метров условных станционных пикетов в обе стороны от оси пассажирского здания, принимаемый за нулевой пикет. Пути на плане станции представляем их осями. На стрелках оси путей пересекаются в точке называемой центром стрелочного перевода. Пользуясь данными на заданной схеме станции, наносим параллельными линиями оси путей, при этом расстояния между ними должны соответствовать в принятом масштабе заданным междупутьям.

На плане станции также показываем не электрифицированные пути. Указав на специальных выносах пикетные отметки центров стрелочных переводов, вычерчиваем стрелочные улицы и съезды. Далее на план станции наносим здания, пешеходный мост, пассажирские платформы, тяговую подстанцию, входные светофоры, переезды.

Наметка мест, где необходимо фиксация контактных проводов.

Разбивку опор на станции начинаем с наметки мест, где необходимо предусматривать устройства для фиксации контактных проводов. Такими местами являются все стрелочные переводы, над которыми должны быть смонтированы воздушные стрелки и все места, где провод должен изменить свое направление.

На одиночных воздушных стрелках наилучшее расположение контактных проводов, образующих стрелку, получается, если фиксирующее устройство установлено на определенном расстоянии С от центра стрелочного перевода. Смещение фиксирующих опор допускается к центру стрелочного перевода на 1 – 2 метра и от центра стрелочного перевода на 3 - 4 метра. В вершине кривой фиксирующую опору намечаем по пикету этой вершины, при этом зигзаг у этой опоры всегда выполняется отрицательным.

Расстановка опор в горловинах станции

Разбивку опор на станции начинаем с горловины, где сосредоточены наибольшее количество мест фиксации контактных проводов. Из намеченных мест фиксации производим выбор тех мест, где рационально установить несущие опоры. При этом действительные длины пролетов не должны превышать расчетных длин и разница в длинах смежных пролетов должна быть не более 25% длины большего из них. Кроме того опоры на двухпутных участках следует располагать в одном пикете. Если установка только несущих опор приводит к значительному сокращению пикетов, то следует рассмотреть возможность выполнения части воздушных стрелок не фиксированными.

Нефиксированные воздушные стрелки могут быть выполнены только на боковых путях, на опорах, расположенных в близи (до 20 м.) от стрелочного перевода.

Выбрав размеры пролетов между опорами фиксирующими воздушные стрелки главных путей, приступаем к наметке несущих опор на следующих стрелках станции, учитывая требования к длинам пролетов перечисленные выше. У фиксирующих опор расставляем зигзаги.

Расстановка опор в средней части станции.

При наличии в пределах станции искусственных сооружении выбираем способ прохода контактной подвески через эти сооружения. В соответствии с принятым способом намечаем места установки опор у пассажирского здания. После этого на оставшихся частях станции, по возможности применяя максимальные допустимые пролеты, намечаем места для опор жестких поперечин.

Порядок прохода подвески под искусственными сооружениями на станции.

Искусственные сооружения встречаются на перегонах и станциях электрифицируемой линии, часто не позволяют пропускать цепную подвеску нормального типа с обычными габаритами.

Способ прохода контактного провода под искусственными сооружениями выбирают в зависимости от напряжения в контактной сети, высота искусственного сооружения над уровнем верха головки рельса (УГР), длины его вдоль электрифицированных путей, установленной скорости движения поездов.

Размещение контактного провода под искусственными сооружениями при ограниченных габаритах связано с решением двух основных задач:

1.Обеспечение необходимых воздушных зазоров между контактными проводами и заземленными частями искусственных сооружений;

2. Выбор материала, конструкции и способа закрепления поддерживающих устройств.

Сечение контактного провода в пределах искусственного сооружения должно быть равно сечению контактного провода на прилегающих участках, для чего в необходимых случаях монтируются обводы, восполняющие сечение НТ и усиливающих проводов.

Уклоны контактного провода на подходах к искусственному сооружению устанавливают по условиям взаимодействия токоприемника и контактного провода в зависимости от максимальной скорости движения и параметров контактной подвески и токоприемника.

Минимальная величина пространства по вертикали, необходимая для размещения токонесущих элементов контактной сети при проходе подвески в стеснённых условиях существующих искусственных сооружений, составляет 100мм. при подвески без НТ и 250мм. с НТ.

В тех случаях, когда при нормальном напряжении в контактной сети, нельзя по условиям необходимых габаритных расстояний для этого напряжения контактную подвеску разместить без реконструкции искусственного сооружения, в пределах искусственного сооружения монтируют не изолированную контактную подвеску с устройством с обеих сторон нейтральных вставок. Поезда в этом случае проводят через искусственное сооружение с выключенным током, по инерции.

Во всех случаях, когда расстояние от проводов контактной подвески до расположенных над ним заземленных частей искусственных сооружений при наиболее не благоприятных условиях менее 500мм. при постоянном токе и 650мм. при переменном токе или имеется какая - либо возможность поджатия проводов контактной подвески к частям искусственного сооружения.

нейтральный элемент

650 и менее

отбойник

изоляторы

Разбивка анкерных участков

После расстановке опор по всей длине станции производим разбивку анкерных участков и окончательно выбираем места установки анкерных опор.

При разбивке анкерных участков необходимо выполнять следующие требования и условия:

Число анкерных участков должно быть минимально возможным. При этом длина анкерного участка не должна превышать 1600 метров;

В отдельные анкерные участки выделяем боковые пути и съезды между главными путями;

Для анкеровки желательно использовать ранее намеченные промежуточные опоры;

При анкеровки провод не должен менять свое направление на угол более 7 0 ;

Если длина бокового пути более 1600 метров его следует разбить на два анкерных участка, а в середине выполнить не изолирующее сопряжение.

Длину нескольких пролетов расположенных примерно в середине анкерного участка снижаем на 10% относительно максимальной в данном месте, чтобы разместить среднюю анкеровку.

Расстановка опор по концам станции. Согласно установленной схеме секционирования контактной сети в местах примыкания перегонов к станциям выполняем продольное секционирование. Изолирующее четырех пролетное сопряжение монтируется между входным сигналом и ближайшим к перегону стрелочным переводом станции, по возможности на прямых участках пути. При этом каждый переходной пролет сокращаем на 25% от расчетного; переходные опоры по первому и второму пути смещаем относительно друг друга на 5 метров.

Приближение переходной опоры к входному светофору допускается на расстояние не менее 5 метров.

После расстановки опор под изолирующее сопряжение разбиваем пролет между крайней стрелкой и сопряжением затем расставляем зигзаги, направление которых должно быть согласованным.

При наличии на станции переезда опоры располагаем так, чтобы расстояние от края проезжей части переезда по ходу поезда до опор было не менее 25 метров.

Для выполнения поперечного секционирования со схемы питания и секционирования станции переносим все секционные изоляторы и выполняем их нумерацию, а на поперечных тросах жестких поперечин показываем врезные изоляторы между секциями, которые изолированы друг от друга.

В качестве основного типа несущих конструкций контактной сети на станциях должны приниматься жесткие поперечины, перекрывающих от двух до восьми путей. Если более восьми путей допускается применение гибких поперечин.

Питание и секционирование контактной сети

Описание схемы питания и секционирования. На электрифицированных железных дорогах электроподвижной состав получает электроэнергию через контактную сеть от тяговых подстанций, расположенных на таком расстоянии друг от друга, чтобы обеспечивать надежную защиту от токов короткого замыкания.

В системе постоянного тока электроэнергия в контактную сеть поступает поочередно от двух фаз напряжением 3,3 кВ и возвращается также по рельсовой цепи к третей фазе. Чередование питания производят для выравнивания нагрузок отдельных фаз энергоснабжающей системы.

Как правило, применяют схему двухстороннего питания, при которой каждый находящийся на линии локомотив получает энергию от двух тяговых подстанций. Исключение составляют участки контактной сети, расположенные в конце электрифицированной линии, где может быть применена схема консольного (одностороннего) питания от крайней тяговой подстанции и постов секционирования устраиваются вдоль электрифицированной линии изолирующее сопряжения и каждая секция получает электроэнергию от разных питающих линий (продольное секционирование).

При продольном секционировании, кроме разделения контактной сети у каждой тяговой подстанции и поста секционирования, выделяют в отдельные секции контактную сеть каждого перегона и станции с помощью изолирующих сопряжений. Секции между собой соединяются секционными разъединителями, каждая из секций может быть отключена этими разъединителями. Через фидер контактной сети Фл1 питается перегон с западной стороны станции, находящейся за изолирующим сопряжением, которое разделяет главные пути станции от перегона воздушным промежутком.

На фидерах установлены секционные разъединители с моторными приводами ТУ и ДУ, нормально замкнутые.

Через фидер Фл2 питается восточный перегон станции. На фидерах установлены секционные разъединители с моторными приводами ТУ и ДУ, нормально замкнутые.

Главные пути станции питаются через фидер Фл31. Снабженный секционным разъединителем с моторным приводом ТУ и ДУ, нормально замкнутый.

Разъединители А,В соединяют станционные пути и перегон, с моторными приводами на ТУ, нормально включены. При поперечном секционировании на станциях контактную сеть группы путей выделяют в отдельные секции и питают их от главных путей через секционные разъединители, которые при необходимости могут быть отключены. Секции контактной сети на соответствующих съездах между главными и боковыми путями изолируют секционными изоляторами. Этим достигается независимое питание каждого пути и каждой секции в отдельности, что облегчает устройство защиты и дает возможность при повреждении или отключении одной из секций осуществлять движение поездов по другим секциям.

Трассировка питающих и отсасывающих линий

Трассы питающих и отсасывающих линий от тяговой подстанции к электрифицируемым путям проектируем по кротчайшему расстоянию. Для анкеровки линий у здания тяговой подстанции и путей используем железобетонные опоры.

Воздушные питающие и отсасывающие линии, идущие вдоль станции подвешиваем с полевой стороны опор контактной сети. Для перевода питающих линий через пути используем жесткие поперечины, на которых смонтированы Т - образные конструкции.

Трассировка контактной сети на перегоне

Подготовка плана перегона. План перегона выполняем на листе миллиметровой бумаги в масштабе 1:2000 (ширина листа 297 мм). Необходимую длину листа определяем исходя из заданной длины перегона с учетом масштаба необходимого запаса (800 мм) в правой части чертежа на размещение общих данных в основной надписи и принимаем кратной стандартному размеру 210 мм.

В зависимости от числа путей на перегоне на плане вычерчиваем одну или две прямые линии (на расстоянии 1 см друг от друга), представляющие оси путей.

Пикеты на перегоне размечают вертикальными линиями через каждые 5 см (100 м) и нумеруют их в направлении счета километров, начиная с пикета входного сигнала, указанного в задании.

Если при трассировке контактной сети станции в правой горловине оказалось четырех пролетное изолирующее сопряжение контактных подвесок станции и перегона, расположенное до входного сигнала, то для его повторения на плане перегона нумерацию пикетов нужно начать за 2-3 пикета до заданного пикета входного сигнала. Выше и ниже прямых линий, представляющих оси путей, вдоль всего перегона размещаем данные в виде таблиц. Под нижней таблицей вычерчиваем спрямленный план линии.

Пользуясь размеченными пикетами, в соответствии с заданием на проект на плане путей показывают искусственные сооружения, а на спрямленном плане линии показываем километровые знаки, направление, радиус и длину кривого участка пути, границы расположения высоких насыпей и глубоких выемок, повторяем изображение искусственных сооружений.

Пикеты искусственных сооружений, сигналов, кривой, насыпи, и выемки обозначают в графе «Пикетаж искусственных сооружений» нижней таблицы в виде дроби, числитель которой обозначает расстояние в метрах до одного пикета, знаменатель – до другого. В сумме эти числа должны быть равны 100, т. к. расстояние между двумя нормальными пикетами равно 100 м.

Разбивка перегона на анкерные участки. Расстановку опор начинаем с переноса на план перегона опор изолирующих сопряжений станции, к которой примыкает перегон. Расположение этих опор на плане перегона должно быть увязано с их расположением на плане станции. Увязку осуществляем по входному сигналу, который обозначен и на плане станции, и на плане перегона следующим образом: определяют расстояние между сигналом и ближайшей к нему опорой по меткам на плане станции. Это расстояние прибавляем (или отнимаем) к пикетной метке сигнала и получаем пикетную отметку опоры. Затем откладываем от этой опоры длины следующих пролетов, указанных на плане станции, и получаем пикетные отметки опор изолирующего сопряжения на плане перегона. Пикетные отметки опор заносим в графу «Пикетаж опор» нижней таблицы. После этого вычерчиваем изолирующее сопряжение, т. к. это показано на плане станции, и расставляют зигзаги контактного провода.

Далее намечаем анкерные участки контактной сети и примерное расположение мест их сопряжений. После этого в серединах анкерных участков намечаем примерное расположение мест средних анкеровок с тем. Чтобы при разбивке опор пролеты со средней анкеровкой сократить по сравнению с максимальной расчетной длиной на данном участке перегона.

Намечая анкерные участки подвески, необходимо исходить из следующих соображений:

· количество анкерных участков на перегоне должно быть минимальным;

· максимальная длина анкерного участка контактного провода на прямой принимается не более 1600 м;

· на участках с кривыми длины анкерного участка уменьшают в зависимости от радиуса и расположения кривой;

Если кривая по протяженности не больше половины длины анкерного участка (800 м) и расположена в одном конце или в середине анкерного участка, то длина такого анкерного участка может быть принята равной средней длине, допустимой для прямой и кривой данного радиуса.

В конце перегона должно находиться четырех пролетное изолирующее сопряжение разделяющее перегон и следующую станцию; опоры такого сопряжения относятся уже к плану станции и на плане перегона не учитываются. Иногда в исходных данных задается к проектированию часть перегона, ограничиваемая очередным четырех пролетное изолирующим сопряжением. Опоры такого сопряжения относятся к плану перегона.

Примерное расположение опор сопряжений анкерных участков отмечаем на плане вертикальными линиями, расстояние между которыми в масштабе примерно равно трем допустимым для соответствующего участка пути пролетам. Затем намечаем каким-либо условным знаком места расположения пролетов со средней анкеровкой и только после этого переходим к расстановке опор.

Расстановка опор на перегоне. Расстановка опор производится пролетами, по возможности равными допустимым для соответствующего участка пути и местности, полученным в результате расчетов длин пролетов.

Намечая места установки опор. Следует сразу же заносить их пикетаж в соответствующую графу, между опорами указывать длины пролетов, возле опор стрелками показывать зигзаги контактных проводов.

На прямых участках пути зигзаги (0,3 м) должны быть поочередно направлены у каждой из опор то в одну, то в другую сторону от оси пути, начиная с зигзага анкерной опоры, перенесенного с плана контактной сети станции. На кривых участках пути контактным проводам дают зигзаги в направлении от центра кривой.

В местах перехода с прямого участка пути в кривую зигзаг провода у опоры, установленной на прямом участке пути, может оказаться несвязанным с зигзагом провода у опоры, установленной на кривой. В этом случае следует несколько сократить длину одного - двух пролетов на прямом участке пути, а в некоторых случаях и пролета, частично расположенного на кривой, чтобы можно было у одной из этих опор разместить контактный провод над осью пути (с нулевым зигзагом), а у смежной с ней опоры сделать зигзаг контактного провода в нужную сторону.

Зигзаги контактного провода у смежных опор, расположенных на прямом и кривом участках пути, можно считать увязанными, если большая часть пролета расположена на прямом участке пути и зигзаги контактного провода у опор сделаны в разные стороны или большая часть пролета расположена на кривом участке пути и зигзаги сделаны в одну сторону.

Длины пролетов, расположенных частично на прямых и частично на кривых участках пути, могут быть при этом приняты равными или чуть большими, чем допустимые длины пролетов для кривых участков пути. При разбивке опор разница в длине двух смежных пролетов полукомпенсированной подвески не должна превышать 25% длины большего пролета.

На участках где часто наблюдаются гололедные образования и могут возникнуть автоколебания проводов, разбивку опор следует вести чередующимися пролетами, один из которых равен максимально допустимому, а другой – на 7-8 м меньше. При этом, избегая периодичности чередования пролетов.

Пролеты со средними анкеровками должны быть сокращены: при полукомпенсированной подвеске – один пролет на 10%, а при компенсированной – два пролета на 5% максимальной расчетной длины в этом месте.

Выбор поддерживающих устройств

1. Выбор консолей.

В настоящее время на участках переменного тока применяют неизолированные прямые наклонные консоли.

Условия применения неизолированных консолей в районах с толщиной гололеда до 20 мм и скоростью ветра до 36 м/с на участках переменного тока приведены в таблице

Таблица

Маркировка консолей: НР-1-5- неизолированная наклонная консоль с растянутой тягой, кронштейном из швеллеров №5, длина кронштейна 4730 мм.

НС-1-5- неизолированная консоль со сжатой тягой, кронштейном из швеллеров №5, длина кронштейна 5230 мм.

2. Выбор фиксаторов

Выбор фиксаторов производят в зависимости от типа консолей и места их установки, а для переходных опор- с учетом расположения рабочей и анкеруемой ветвей подвески относительно опоры. Кроме того, учитывают, для какой из них предназначен фиксатор.

В обозначениях типовых фиксаторов применяют буквы Ф- фиксатор, П- прямой, О- обратный, А- контактного провода анкеруемой ветви, Г- гибкий. В маркировке имеются цифры, характеризующие длины основного стержня.

Выбор фиксаторов сведен в таблицу

Таблица

3. Выбор жестких поперечин.

При выборе жестких поперечин прежде всего определяют требуемую длину жестких поперечин.

L"=Г 1 +Г 2 +∑м+d оп +2*0,15, м

Где: Г 1 , Г 2 - габариты опор поперечины, м

∑м- суммарная ширина междупутий, перекрываемых поперечиной, м

d оп =0,44 м – диаметр опоры в уроне головок рельсов

2*0,15 м – строительный допуск на установку опор поперечины.

Выбор жестких поперечин свожу в таблицу

Таблица

4. Выбор опор

Важнейшей характеристикой опор является их несущая способность- допустимый изгибающий момент М 0 в уровне условного обреза фундамента. По несущей способности и подбирают типы опор для применения в конкретных условиях установки.

Выбор опор свожу в таблицу

Таблица

Механический расчет анкерного участка полукомпенсированной подвески

Для расчёта выбираем один из анкерных участков главного пути станции. Основной целью механического расчёта цепной подвески является составление монтажных кривых и таблиц. Расчёт выполняем в следующей последовательности:

1. Определяем расчётный эквивалентный пролёт по формуле:

где l i – длина i – го пролёта, м;

L а – длина анкерного участка, м;

n – число пролётов.

Эквивалентный пролет для первого анкерного участка перегона:

2. Устанавливаем исходный расчётный режим, при котором возможно наибольшее натяжение несущего троса. Для этого определяем величину критического пролёта.

(17)

где Z max – максимальное приведённое натяжение подвески, Н;

W г и W t min – приведённые линейные нагрузки на подвеску соответственно при гололёде с ветром и при минимальной температуре, Н/м;

Температурный коэффициент линейного расширения материала несущего троса 1/ 0 С.

Приведённые величины Z x и W x для режима “X” вычисляем по формулам:

, Н;

, Н/м;

при отсутствии горизонтальных нагрузок q x = g x выражение примет вид:

, Н/м;

при полном отсутствии дополнительных нагрузок g x = g 0 и тогда приведённая нагрузка будет определяться по формуле:

Н/м; (18)

Здесь g x , q x – соответственно вертикальная и результирующая нагрузки на несущий трос в режиме “X”, Н/м;

К – натяжение контактного провода (проводов), Н;

Т 0 – натяжение несущего троса при беспровесном положении контактного провода, Н;

j x – конструктивный коэффициент цепной подвески, определяемый по формуле:

,

Величина “c” в выражении означает расстояние от оси опоры до первой простой струны (для подвески с рессорным тросом обычно 8 – 10 м).

У полукомпенсированной цепной подвески контактный провод имеет возможность перемещения при изменении его длины в пределах анкерного участка за счёт наличия компенсации. Несущий трос также можно рассматривать как свободно закреплённый провод, так как поворот гирлянды изоляторов и применение поворотных консолей дают ему аналогичную возможность.

Для свободно подвешенных проводов исходный расчётный режим определяется сравнением эквивалентного L э < L кр, то максимальное натяжение несущего троса T max ,будет при минимальной температуре, а если L э > L кр, то натяжение T max будет возникать при гололёде с ветром. Проверку правильности выбора исходного режима осуществляют при сравнении результирующей нагрузки при гололёде q гн с критической нагрузкой q кр

Натяжение несущего троса при беспровесном положении контактного провода определяется при условии, когда j х = 0 (для рессорных подвесок), по формуле:

(19)

Здесь величины с индексом “1” относятся к режиму максимального натяжения несущего троса, а с индексом “0” – к режиму беспровесного положения контактного провода. Индекс “н” относится к материалу несущего троса, например E н – модуль упругости материала несущего троса.

5. Натяжение разгруженного несущего троса определяется по аналогичному выражению:

(20)

Здесь g н – нагрузка от собственного веса несущего троса, Н/м.

Значение A 0 в равно значению A 1 поэтому вычислять A 0 нет необходимости. Задаваясь различными значениями T рх, определяются температуры t x . По результатам расчетов построим монтажные кривые

Стрелы провеса разгруженного несущего троса при температурах tx в реальных пролетах Li анкерного участка:

Рис. 3 Стрелы провеса разгруженного несущего троса в реальных пролетах

7. Стрелы провеса несущего троса F xi в пролёте l i вычисляются из выражения:

,

; (22)

при отсутствии дополнительных нагрузок (гололёд, ветер) q x = g x = g, поэтому приведённая нагрузка в рассматриваемом случае:

,

,

; ;

Рис. 4 Стрелы провеса нагруженного несущего троса

Расчеты натяжения несущего троса при режимах с дополнительными нагрузками, где величины с индексом x относятся к искомому режиму (гололеда с ветром или ветер максимальной интенсивности). Полученные результаты наносятся на график.

8. Стрела провеса контактного провода и его вертикального перемещения у опор для реальных пролётов определяется соответственно по формулам:

, (23)

где ;

Здесь b 0i – расстояние от несущего троса до рессорного троса против опоры при беспровесном положении контактного провода для реального пролёта, м;

H 0 – натяжение рессорного троса, обычно принимают H 0 = 0.1T 0 .

(24)

Рис. 6 Стрелы провеса контактного провода в реальных пролетах при дополнительных нагрузках

Выбор способа прохода контактной подвески в искусственных сооружениях

На станции:

Проход контактной подвески под искусственными сооружениях, ширина корторых составляет не более межструнного расстояния (2-12м), в т.ч. под пешеходными мостиками, может быть осуществлен по одному из трех способов:

Искусственное сооружение используется в качестве опоры;

Контактная подвеска пропускается без крепления к искусственному сооружению;

В несущий трос включается изолированная вставка, которая крепится к искусственному сооружению.

Для выбора одного из способов необходимо выполнение соответствующего условия:

Для первого случая:

где - расстояние от уровня головок рельса до нижнего края искусственного сооружения;

Минимальная допустимая высота контактных проводов над уровнем головок рельса;

Наибольшая стрела провеса контактных проводов при стреле провеса несущего троса;

Минимальное расстояние между несущим тросом и контактным проводом в середине пролета;

Максимальная стрела провеса несущего троса;

Длина гирлянды изоляторов:

Минимальная стрела провеса несущего троса;

Часть стрелы провеса несущего троса при минимальной температуре на расстоянии от наибольшего приближения к искусственному сооружению до середины пролета;

Подъем несущего троса под воздействием токоприемника при минимальной температуре;

Минимальное допустимое расстояние между токоведущими и заземленными частями;

Допустимое расстояние от контактного провода до отбойника.

По результатам этого расчёта приходим к выводу,что для прохода контактной подвески под пешеходным мостом высотой 8,3 метра, в нашем случае необходимо использовать третий способ: в несущий трос врезается изолированная вставка,которая крепится к мосту.

На перегоне:

Контактная подвеска на мостах с ездой понизу и низкими ветровыми связями пропускается с креплением несущего троса на специальные конструкции, устанавливаемые выше ветровых связей. Контактный провод при этом пропускается с креплением под ветровыми связями с уменьшенной длиной пролета до 25 м. Высота конструкции выбирается из выражений:

Для полукомпенсированной подвески:

Список используемой литературы

1. Марквардт К. Г., Власов И. И. Контактная сеть. – М.: Транспорт, 1997.- 271с.

2. Фрайфельд А. В. Проектирование контактной сети.- М.: Транспорт, 1984,-397с.

3. Справочник по электроснабжению железных дорог. /Под редакцией К.Г. Марквардта – М.: Транспорт, 1981. – Т. 2- 392с.

4. Нормы проектирования контактной сети (ВСН 141 - 90). – М.: Минтранстрой, 1992. – 118с.

5. Контактная сеть. Задание на курсовой проект с методическими указаниями-М-1991-48с.