Подбор оборудования контактной сети. Расчет и выбор опор контактной сети. «Расчет участка контактной сети станции и перегона»
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
Фиксатор контактного провода – устройство для фиксации положения контактного провода в горизонтальной плоскости относительно оси токоприемников. На криволинейных участках, где уровни головок рельсов различны и ось токоприемника не совпадает с осью пути, применяют несочлененные и сочлененные фиксаторы.Несочлененный фиксатор имеет один стержень, оттягивающий контактный провод от оси токоприемника к опоре (растянутый фиксатор) или от опоры (сжатый фиксатор) на размер зигзага. На электрифицированных ж. д. несочлененные фиксаторы применяют очень редко (в анкеруемых ветвях контактной подвески, на некоторых воздушных стрелках), т. к. образующаяся при этих фиксаторах «жесткая точка» на контактном проводе ухудшает токосъем.
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
Секционирование контактной сети – разделение контактной сети на отдельные участки (секции), электрически разъединенные изолирующими сопряжениями анкерных участков или секционными изоляторами. Изоляция может быть нарушена во время прохода токоприемника ЭПС по границе раздела секций; если такое замыкание недопустимо (при питании смежных секций от различных фаз или принадлежности их к различным системам тягового электроснабжения), между секциями размещают нейтральные вставки. В условиях эксплуатации электрическое соединение отдельных секций осуществляют, включая секционные разъединители, установленные в соответствующих местах. Секционирование необходимо также для надежной работы устройств электроснабжения в целом, оперативного технического обслуживания и ремонта контактной сети с отключением напряжения. Схема секционирования предусматривает такое взаимное расположение секций, при котором отключение одной из них в наименьшей степени влияет на организацию движения поездов.Секционирование контактной сети бывает продольным и поперечным. При продольном секционировании осуществляют разделение контактной сети каждого главного пути вдоль электрифицированной линии у всех тяговых подстанций и постов секционирования. В отдельные продольные секции выделяют контактную сеть перегонов, подстанций, разъездов и обгонных пунктов. На крупных станциях, имеющих несколько электрифицированных парков или групп путей, контактная сеть каждого парка или групп путей образует самостоятельные продольные секции. На очень крупных станциях иногда выделяют в отдельные секции контактную сеть одной или обеих горловин. Секционируют также контактную сеть в протяженных тоннелях и на некоторых мостах с ездой понизу. При поперечном секционировании осуществляют разделение контактной сети каждого из главных путей на всем протяжении электрифицированной линии. На станциях, имеющих значительное путевое развитие, применяют дополнительное поперечное секционирование. Число поперечных секций определяется числом и назначением отдельных путей, а в ряде случаев и режимами трогания ЭПС, когда необходимо использовать площадь сечения контактных подвесок соседних путей.
Секционирование с обязательным заземлением отключенной секции контактной сети предусматривают для путей, на которых могут находиться люди на крышах вагонов или локомотивов, либо путей, вблизи которых работают подъемно-транспортные механизмы (погрузочно-разгрузочные, экипировочные пути и др.). Для обеспечения большей безопасности работающих в этих местах соответствующие секции контактной сети соединяют с другими секциями секционными разъединителями с заземляющими ножами; эти ножи заземляют отключаемые секции при отключении разъединителей.
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.
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
(6.8) |
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.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.
Методические указания предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения Саратовского техникума железнодорожного транспорта – филиала СамГУПС по специальности 13.02.07 Электроснабжение (по отраслям) (железнодорожный транспорт ). Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой профессионального модуля ПМ 01. Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей.
В результате выполнения практических работ по МДК 01.05 «Устройство и техническое обслуживание контактной сети» обучающий должен:
овладеть профессиональными компетенциями:
ПК 1.4. Обслуживания оборудования распределительных устройств электроустановок;
ПК 1.5. Эксплуатации воздушных и кабельных линий электропередачи;
ПК 1.6. Применения инструкций и нормативных правил при составлении отчетов и разработке технологических документов;
обладать общими компетенциями :
ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес;
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество;
ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития;
ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности;
ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности;
иметь практический опыт:
ПО 1. составления электрических схем устройств электрических подстанций и сетей;
ПО 4. обслуживания оборудования распределительных устройств электроустановок;
ПО 5. эксплуатации воздушных и кабельных линий электропередачи;
уметь:
У 5 контролировать состояние воздушных и кабельных линий, организовывать и проводить работы по их техническому обслуживанию;
У 9 использовать нормативную техническую документацию и инструкции;
знать:
Условные графические обозначения элементов электрических схем;
Логику построения схем, типовые схемные решения, принципиальные схемы эксплуатируемых электроустановок.
Виды и технологии работ по обслуживанию оборудования распределительных устройств;
Проектирование контактной сети станции является сложным процессом и требует системного подхода при выполнении проекта с использованием достижений современной техники и передового опыта, а также с применением компьютерных технологий.
В методических указаниях рассматриваются вопросы определение распределённых нагрузок на несущий трос контактной подвески, определение длины эквивалентного пролёта и критического, определение значений натяжений несущего троса в зависимости от температуры, построение монтажных кривых.
По заданной схеме станции требуется:
1. Расчёт распределённых нагрузок на несущий трос контактной подвески для главных и боковых путей.
4. Определение величины стрел провеса контактного провода и несущего троса для главного пути, с построением кривых. Расчёт средней длины струны.
5. Организации безопасного ведения работ.
Индивидуальные задания для выполнения практических работ выдаётся не посредственно перед выполнением, на уроке. Время для выполнения каждой практической работы 2-ва академических часа, время на защиту проделанной работы 15 минут входит в общее время.
Общее руководство и контроль за ходом выполнения практических работ осуществляет преподаватель междисциплинарного курса.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1
ПОДБОР ДЕТАЛЕЙ И МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УЗЛОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
Цель занятия: научиться практически выбирать детали для заданной цепной подвески.
Исходные данные: тип и узел цепной контактной подвески (задаётся преподавателем)
Таблица 1.1
Таблица 1.2
При выборе опорного узла и определении способа анкеровки проводов цепной контактной подвески необходимо учитывать скорости движения поездов по данному участку и то, что чем выше скорость движения поездов, тем большей эластичностью должна обладать цепная контактная подвеска.
Арматура контактных сетей представляет собой комплекс деталей, предназначенных для крепления конструкций, фиксации проводов и тросов, сборки различных узлов контактной сети. Она должна обладать достаточной механической прочностью, хорошей сопрягаемостью, высокой надёжностью и такой же коррозийной стойкостью, а для скоростного токосъёма – ещё и минимальной массой.
Все детали контактных сетей можно разделить на две группы: механические и токопроводящие.
К первой группе относятся детали, рассчитанные только на механические нагрузки: клиновой и цанговые зажимы для несущего троса, седла, коуши вилочные, ушки разрезные и неразрезные и т.п.
Ко второй группе – детали, рассчитанные на механические и электрические нагрузки: цанговые зажимы для стыкования несущего троса, овальные соединители, стыковые зажимы для зажимы для контактного провода, струновые, струновые и переходные зажимы. По материалу изготовления детали арматуры делятся на: чугунные, стальные, из цветных металлов и их сплавов (медь, бронза, алюминий).
Изделия из чугуна имеют защитное антикоррозийное покрытие- горячее оцинкование, а из стали – электролитическое оцинкование с последующим хромированием.
Рис.1.1 Анкеровка компенсированной цепной контактной подвески переменного (а) и постоянного (б) тока.
1- Оттяжка анкерная; 2- кронштейн анкерный; 3,4,19- трос компенсатора стальной диаметром 11мм, длинной соответственно 10,11, и 13 м; 5- блок компенсатора; 6- коромысло; 7- штанга «ушко-двойное ушко» длинной 150 мм; 8- пластина регулировочная; 9- изолятор с пестиком; 10- изолятор с серьгой; 11- электрический соединитель; 12- коромысло с двумя штангами; 13,22- хомут соответственно для 25-30 грузов; 14- ограничитель для гирлянд грузов одинарный (а) и сдвоенный (б); 15- груз железобетонный; 16- трос ограничителя грузов; 17 кронштейн ограничителя грузов; 18- монтажные отверстия; 20- штанга «пестик-ушко» длинной 1000 мм; 21- коромысло для крепления двух контактных проводов; 23- штанга для 15 грузов; 24- ограничитель для одинарной гирлянды грузов; H0-номинальная высота подвеса контактного провода над уровнем головки рельса; bМ- расстояние от грузов до земли или фундамента, м.
Рис. 1.2 Анкеровка полукомпенсированной цепной подвески переменного тока с двухблочным компенсатором (а) и постоянного тока с трёхблочным компенсатором (б).
1- оттяжка анкерная; 2- кронштейн анкерный; 3- штанга «пестик-ушко» длинной 1000 мм; 4- изолятор с пестиком; 5- изолятор с серьгой; 6- трос компенсатора стальной диаметром 11 мм; 7- блок компенсатора; штанга «пестик-ушко» длиной 1000 мм; 9- штанга для грузов; 10- груз железобетонный; 11- ограничитель для одинарной гирлянды грузов; 12- трос ограничителя грузов; 13- кронштейн ограничителя грузов; 14- трос компенсатора стальной диаметром 10 мм, длиной 10 м.; 15- хомут для грузов; 16- ограничитель для сдвоенной гирлянды грузов; 17- коромысло для анкеровки двух проводов.
Рис.1.3 Средняя анкеровка компенсированной (а-д) и полукомпенсированной (е) контактных подвесок для одинарного контактного провода (б), двойного контактного провода (г), крепление несущего троса и троса средней анкеровки на изолированной консоли (в) и на неизолированной консоли (д).
1- основной несущий трос; 2- трос средней анкеровки контактного провода; 3- дополнительный трос; 4- контактный провод; 5- зажим соединительный; 6- зажим средней анкеровки; 7- консоль изолированная; 8 - седло двойное; 9- зажим средней анкеровки для крепления на несущем тросе; 10- изолятор.
Рис. 1.4 Крепление несущего троса на неизолированной консоли.
Рис. 1.5 Крепление несущего троса на жёсткой поперечине: а - общий вид с фиксирующим тросом; б- с фиксаторной стойкой; и - треугольный подвес со скобами.
1-опора; 2- поперечина (ригель); 3- треугольный подвес; 4- трос фиксирующий; 5- стойка фиксаторная; 6- фиксатор; 7- штанга диаметром 12 мм; 8- скоба; 9- серьга с пестиком; 10- болт крюковой.
Порядок выполнения.
1. Выбрать опорный узел для заданной контактной подвески и зарисовать его со всеми геометрическими параметрами (рис. 1.1, 1.2, 1.3,)
2. Подобрать материал и сечение проводов для простых и рессорных струн опорного узла.
3. Выбрать, пользуясь рис. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, детали для заданного узла, наименование и характеристики которых необходимо занести в табл. 1.3.
Таблица 1.3
4. Нанести деталь для стыкования контактного провода и соединения несущего троса, которые также занести в табл. 1.3.
5. Описать назначение и место установки продольных и поперечных соединителей.
6. Описать назначение неизолирующих сопряжений. Зарисовать схему неизолирующего сопряжения и обозначить всё основные габариты.
7. Оформить отчёт. Сделать выводы.
Методическое пособие
К выполнению практических занятий
По дисциплине «Контактная сеть».
1. Подбор деталей и материалов для узлов контактной сети.
2. Определение нагрузок, действующих на провода контактной сети.
3. Подбор типовых консолей и фиксаторов для заданной схемы расположения опор.
4. Расчёт изгибающего момента, действующего на опору, и подбор типовой промежуточной опоры.
5. Оформление оперативно-технической документации при производстве работ на контактной сети.
6. Оформление оперативно-технической документации при производстве работ на контактной сети.
7. Проверка технического состояния, регулировка и ремонт воздушной стрелки.
8. Проверка состояния, регулировка и ремонт секционного изолятора.
9. Проверка состояния, регулировка и ремонт секционного разъединителя.
10. Проверка состояния, регулировка и ремонт разрядников различных типов.
11. Проверка состояния, регулировка и ремонт изолирующего сопряжения..
12. Механический расчёт анкерного участка цепной контактной подвески.
13. Определение натяжений нагруженного несущего троса.
14. Расчет стрел провеса и построение монтажных кривых несущего троса и контактного провода.
15. Составление перечня необходимых материалов, поддерживающих и фиксирующих устройств для контактной сети перегона.
Пояснительная записка.
Методическое пособие содержит варианты практических занятий по дисциплине «Контактная сеть». Целью занятий является закрепление знаний, полученных в теоретическом курсе дисциплины, приобретение практических навыков по проверке состояния и регулировке отдельных узлов контактной сети, навыков использования технической литературы. Тематика предлагаемых практических занятий выбрана согласно рабочей программе дисциплины и действующему стандарту специальности 1004.01 «Электроснабжение на железнодорожном транспорте».
Для выполнения занятий в аудитории «Контактная сеть» необходимо иметь основные элементы контактной сети или их макеты, стенды, необходимые плакаты, фотографии, измерительные и регулировочные инструменты.
В ряде работ для лучшего запоминания и усвоения материала предлагается изображать отдельные узлы контактной сети, описывать их назначение и требования к ним.
При выполнении практических занятий студенты должны пользоваться справочной, нормативной и технической литературой.
Следует обращать внимание на мероприятия по технике безопасности, обеспечивающие безопасность производства работ по техническому обслуживанию и ремонту устройств контактной сети.
Практическое занятие №1
Подбор деталей и материалов для узлов контактной сети.
Цель занятия: научиться практически выбирать детали для заданной цепной контактной подвески.
Исходные данные: тип цепной контактной подвески, узел цепной контактной подвески (задаются преподавателем согласно таблицам 1.1, 1.2).
Таблица 1.1.Типы контактных подвесок.
Номер варианта | Несущий трос | Контактный провод | Система тока | Тип подвески |
боковой путь | ||||
- | ПБСМ-70 | МФ-85 | постоянный переменный | КС 70 |
главный путь | ||||
М-120 | БрФ-100 | постоянный | КС 140 | |
М-95 | МФ-100 | постоянный | КС 160 | |
М-95 | 2МФ-100 | постоянный | КС 120 | |
М-120 | 2МФ-100 | постоянный | КС 140 | |
М-120 | 2МФ-100 | постоянный | КС 160 | |
ПБСМ-95 | НлФ-100 | переменный | КС 120 | |
М-95 | БрФ-100 | переменный | КС 160 | |
ПБСМ-95 | БрФ-100 | переменный | КС 140 | |
М-95 | МФ-100 | переменный | КС 160 | |
ПБСМ-95 | МФ-100 | переменный | КС 140 |
Таблица 1.2. Узел цепной контактной подвески.
Краткие теоретические сведения:
При выборе опорного узла цепной контактной подвески и определении способа анкеровки проводов цепной контактной подвески необходимо учитывать скорости движения поездов по данному участку и то, что чем выше скорость движения поездов, тем большей эластичностью должна обладать цепная контактная подвеска.
Арматура контактных сетей представляет собой комплекс деталей, предназначенных для крепления конструкций, фиксации поводов и тросов, сборки различных узлов контактной сети. Арматура должна обладать достаточной механической прочностью, хорошей сопрягаемостью, высокой надёжностью и такой же коррозийной стойкостью, а для скоростного токосъёма – ещё и минимальной массой.
Все детали контактных сетей можно разделить на две группы: механическую и токопроводящую.
К первой группе относятся детали, рассчитанные на чисто механические нагрузки. К ней относятся: клиновой зажим, цанговый зажим для несущего троса, седла, коуши вилочные, ушки разрезные и неразрезные и т.п.
Ко второй группе относятся детали, рассчитанные на механические и электрические нагрузки. К ней относятся: цанговые стыковые зажимы для стыкования несущего троса, овальные соединители, стыковые зажимы для контактного провода, струновые, соединительные и переходные зажимы. По материалу изготовления детали арматуры делятся на чугунные (ковкий или серый чугун), стальные, из цветных металлов и их сплавов (медь, бронза, алюминий, латунь).
Изделия из чугуна имеют защитное антикоррозийное покрытие – горячее оцинкование, а из стали – электролитическое оцинкование с последующим хромированием.
Порядок выполнения практического занятия:
1. Выбрать опорный узел для заданной контактной подвески и зарисовать его со всеми геометрическими параметрами (Л.1, стр.80).
2. Выбрать материал и сечение проводов для простых и рессорных струн опорного узла.
3. Выбрать детали для заданного узла, пользуясь Л.9 или Л10 или Л11.
Выбранные детали занести в таблицу 1.3.
4. Выбрать деталь для стыкования контактного провода и соединения несущего троса. Выбранные детали занести в таблицу 1.3.
Таблица 1.3. Детали для узлов контактной подвески.
5. Описать назначение и место установки продольных и поперечных электрических соединителей.
6. Описать назначение неизолирующих сопряжений. Зарисовать схему неизолирующего сопряжения и обозначить все основные габариты.
7. Оформить отчёт. Сделать выводы по выполненному занятию.
Контрольные вопосы:
1. Какие нагрузки воспринимают детали контактной сети?
2. От чего зависит выбор типа опорного узла цепной контактной подвески?
3. Какими способами можно сделать эластичность цепной контактной подвески равномерной?
4. Почему для несущих тросов можно применять материалы, не обладающие высокой проводимостью?
5. Сформулируйте назначение и типы средних анкеровок.
6. От чего зависит способ крепления несущего троса на поддерживающей конструкции?
Рис.1.1. Анкеровка компенсированной цепной контактной подвески переменного (а ) и постоянного (б ) тока:
1- оттяжка анкерная; 2- кронштейн анкерный; 3, 4, 19 – трос компенсатора стальной диаметром 11 мм длиной, соответственно, 10, 11, 13 м; 5- блок компенсатора; 6- коромысло; 7- штанга «ушко-двойное ушко» длиной 150 мм; 8- пластина регулиовочная; 9- изолятор с пестиком; 10- изолятор с серьгй; 11- электрический соединитель; 12- коромысло с двумя штангами; 13, 22- хомут, соответственно, для 25-30 грузов; 15- груз железобетонный; 16- трос ограничителя грузов; 17- кронштейн ограничителя грузов; 18- монтажные отверстия; 20- штанга «пестик-ушко» длиной 1000 мм; 21- коромысло для крепления двух контактных проводов; 23- штанга для 15 грузов; 24- ограничитель для одинарной гирлянды грузов.
Рис.1.2.Анкеровка полукомпенсированной цепной подвески переменного тока с двухблочным компенсатором (а ) и постоянного тока с трёхблочным компенсатором (б ):
1- оттяжка анкерная; 2- кронштейн анкерный; 3- штанга «пестик- двойное ушко» длиной 1000 мм;4- изолятор с пестиком; 5- изолятор с серьгой; 6- трос компенсатора стальной диаметром 11 мм; 7- блок компенсатора; 8- штанга «пестик - ушко» длиной 1000 мм; 9- штанга для грузов; 10- груз железобетонный; 11- ограничитель для одинарной гирлянды грузов; 12- трос ограничителя грузов; 13- кронштейн ограничителя грузов; 14- трос компенсатора стальной диаметром 10 мм, длиной 10 м; 15- хомут для грузов; 16- ограничитель для сдвоенной гирлянды грузов; 17- коромысло для анкеровки двух проводов.
Рис.1.3. Средняя анкеровка компенсированной (а-д) и полукомпенсированной (е ) цепных контактных подвесок; для одинарного контактного провода ( б ), двойного контактного провода (г ); на изолированной консоли (в ) и на неизолированной консоли (д ).
Компания «Металлопром» является одним из лидеров в России по поставке и производству деталей контактной сети для электрификации железных дорог, а также линейной арматуры для воздушных линий электропередачи. Одной из основных специализаций компании является воздушная контактная сеть ж/д.
С каждым годом мы наращиваем производство и осваиваем изготовление новой номенклатуры. Наряду с изделиями для электрифицированных железных дорог, нашей компанией налажено изготовление ряда изделий для высоковольтных линий электропередач.
Гарантией высокого качества является соответствие выпускаемых узлов, деталей и элементов для контактной сети железной дороги требованиям Департамента электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД», а также ОСТу 32.204-2002.
Перечень изделий КС для электрифицированных железных дорог
- Фиксаторы;
- Кронштейны;
- Консоли;
- Оттяжки;
- Изделия на жёстких поперечинах;
- Узлы заземления;
- Изделия для установки разъединителей и ОПН на металлических и железобетонных опорах;
- Узлы и детали КС для анкеровки, крепления и фиксации контактных проводов, рессорных и натяжных тросов.
Одной из приоритетных задач компании «Металлопром» является расширение географии рынка сбыта на территории Российском Федерации и стран СНГ.
Из года в год растёт профессионализм коллектива компании. Благодаря слаженной работе, опыту и новейшему оборудованию увеличивается производительность труда, что позволят сократить сроки изготовления и поставки изделий, при этом качество производимой продукции остаётся неизменно высоким.