Расчет участка контактной сети станции и перегона

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, в следствии 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 отличии 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.

1. Определение нагрузок, действующих на провода контактной сети, для станции и перегона

Вертикальные нагрузки.

Вес проводов цепной подвески определяется:

g= (g+g)*n +g, Н/м

где g - вес контактного провода, для 2МФ-100 принимается равным 8,9 Н/м;

g – вес несущего троса, для М-95 принимается равным 8,5 Н/м;

g – вес от струн и зажимов, принимается равным 1 Н/м;

n – число контактных проводов.

g= (1 + 8,9)*2 +8,5 = 28,3 Н/м

По заданному району определяем нормативную стенку гололеда.

b=10 мм

Расчетная стенка гололеда определяется по формуле:

b=b*k*k,мм

где: k-коэффициент учитывающий диаметр провода, для М-95 d=12.6 мм k=0,96;

k- коэффициент учитывающий высоту насыпи на которой расположена подвеска, на ровном месте, k=1.

b=10*0,96*1=9,6 мм

Стенка гололеда на контактном проводе, принимается 50% от стенки гололеда несущего троса.

b=0.5b=4,8 мм

Вес гололеда на провода цепной подвески определяется:

, Н/м

где: d-диаметр к/п и н/т, мм;

b - толщина стенки гололеда.

 Н/м

 Н/м

Горизонтальные нагрузки.

По заданному ветровому району определяем нормативную скорость ветра.

Расчетная скорость ветра определяется по формуле:

где коэффициент учитывающий высоту насыпи, на которой расположена подвеска, для станций и перегона принимается равным 1,15.

Ветровая нагрузка в режиме max ветра определяется по формуле:

, Н/м

где - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления проводов, для М-95 и 2МФ-100 принимается равным 1,25 и 1,85 соответственно.

 Н/м;

 Н/м.

Скорость ветра при гололеде принимается равной 60% от расчетной U.

, м/с;

, м/с;

, Н/м

 Н/м;

 Н/м;

Результирующие нагрузки на н/т для двух режимов.

- Режим :

 Н/м;

- Режим Г+:

 Н/м

Насыпь h=7м.

Горизонтальные нагрузки.

По заданному ветровому району определяем нормативную скорость ветра.

Расчетная скорость ветра определяется по формуле:

где коэффициент учитывающий высоту насыпи, на которой расположена подвеска, для станций принимается равной 1,25.

Ветровая нагрузка в режиме max ветра определяется по формуле:

, Н/м

где - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления проводов, для М-95 2МФ-100 принимается равным 1,25 и 1,85 соответственно.

 Н/м;

 Н/м;

Ветровая нагрузка в режиме гололеда с ветром:

Скорость ветра при гололеде принимается равной 60% от расчетной U.

, м/с;

, м/с;

, Н/м;

 Н/м;

 Н/м;

Результирующие нагрузки на н/т для двух режимов.

-Режим :

 Н/м;

-Режим Г+:

 Н/м

2. Определение максимальных допустимых длин пролетов

Определим длину пролета на прямом участке пути методом постепенного приближения. Для этого сначала найдем длину пролета на прямом участке пути без учета влияния несущего троса (Р_э=0):

L_мах=, м;

где К- натяжение контактного провода, Н/м;

Для контактного провода 2МФ-100 К=20000 Н/м;

Р_к- ветровая нагрузка на контактный провод, Н/м;

Из нормативных таблиц для расчетной скорости ветра ( Up=33.25 м/с) выберем значения прогибов опоры под действием ветра на уровне несущего троса и контактного провода( и 0,022 соответственно).

Для данного  выбираем Впр=0,85 м, с учетом, что на соседних опорах прямых участков пути применены разносторонние зигзаги контактных проводов, равные 0,3 м

L_мах=2* м

Найдем длину струны.

С=h-0,115, м

где h- конструктивная высота подвески, м. По исходным данным h=2 м;

g_пр- вес проводов, Н/м.

L- длина пролета, м.

Т_о- натяжение несущего троса в беспровесном положении, Н.

С= м

Найдем эквивалентную нагрузку на контактный провод от несущего троса по формуле:

Р_э=, Н/м

где Р_к- ветровая нагрузка на контактный провод, Н/м

Р_т- ветровая нагрузка на несущий трос, Н/м.

Т- натяжение несущего троса в режиме ветра максимальной интенсивности, Н. Для М – 95 Т=10990 Н

К- натяжение контактного провода, Н. Для 2 МФ-100 К=20000 Н

h_и- высота гирлянды изоляторов, м. На участках постоянного тока в гирлянде подвесной изоляции принимают равной 0,381 м

g_т- результирующая нагрузка в режиме максимального ветра, Н/м.

γ_н- прогиб опоры на уровне крепления несущего троса, м. Для расчетного режима γ_н=0,03 м.

γ_к- прогиб опоры на уровне крепления контактного провода, м. Для расчетного режима γ_к=0,022 м.

g_к- вес контактного провода. Для 2 МФ-100 g_к=2*0,89 Н/м.

С- длина струны, м.

Р_э= Н/м;

Определяем длину пролета с учетом Р_э.

L_мах=2, м.

L_мах=2м

Полученные длины пролетов отличаются более, чем на 5 метров, поэтому необходимо повторить расчет.

С= м;

Р_э=

Н/м

Вновь найдем длину пролета с учетом Р_э:

L_мах=2

3. Расчет длин пролетов на путях перегона при насыпи 7 м

Определяем длину пролета при Р_э=0

L_мах=2*

С=

Р_э= Н/м

Определяем длину пролета с учетом Р_э:

L_мах=2*

Полученные длины пролетов отличаются более, чем на 5 метров, поэтому необходимо повторить расчет.

С=

Р_э= Н/м

Вновь найдем длину пролета с учетом Р_э:

L_мах=2*

4. Расчет длин пролетов на кривой радиусом R₁ = 600 м

Для =0,022 выбираем Вкр=0,828 м, с учетом, что на соседних опорах кривых участков пути применены одинаковые односторонние зигзаги контактных проводов, равные 0,4 м

Определяем длину пролета с Р_э=0:

L_мах=2, м.

L_мах=2*=55,24 м

С=

Р_э=Н/м

Определяем длину пролета с учетом Р_э.

L_мах=2, м.

L_мах=2*=53,55 м

5. Расчет длин пролетов на кривой радиусом R₂ = 850 м

Определяем длину пролета с Р_э=0

L_мах=2*=62,78 м

С=

Р_э=

Определяем длину пролета с учетом Р_э

L_мах=2*

6. Расчет длин пролетов на кривой радиусом R₃ = 1000 м

Определяем длину пролета с Р_э=0

L_мах=2*

С=

Р_э=

Определяем длину пролета с учетом Р_э

L_мах=2*

7. Расчет длин пролетов на кривой радиусом R₂ = 850 м при насыпи

Определяем длину пролета с Р_э=0

L_мах=2*

С=

Р_э=Н/м

Определяем длину пролета с учетом Р_э

L_мах=2*

8. Расчет длин пролетов на кривой радиусом R₂ = 1000 м при насыпи

Определяем длину пролета с Р_э=0

L_мах=2*

С=

Р_э= Н/м

Определяем длину пролета с учетом Р_э.

L_мах=2*

9. Расчет станционного анкерного участка полукомпенсированной рессорной подвески. Определение длины эквивалентного пролета

, м

где: l_i- длина пролета с номером i, м.

n-число пролетов в анкерном участке.

l_а=∑l_i- длина анкерного участка,1250 м.

Выбор максимального допустимого натяжения н/т и номинального натяжения к/п.

Выбор режима с максимальным натяжением несущего троса.

Будем исходить из сравнения эквивалентного пролета с критическим, длину которого определим по формуле:

,

где с – раcстояние от оси опоры до первой простой струны, для подвески с рессорным тросом принимаем равным 10 м.

конструктивный коэффициент цепной подвески, определяется по формуле:

где натяжение несущего троса при бес провесном положение к/п, принимается равным 75% максимального допустимого.

К – натяжение контактных проводов.

максимальное приведенное натяжение подвески:

, Н/м

Н/м

 Н/м

 и - приведенные линейные нагрузки на подвеску соответственно при гололеде с ветром и при минимальной температуре:

,

где  - результирующая нагрузка на несущий трос в режиме гололеда с ветром, Н/м;

- вес контактной подвески, Н/м;

 - линейная нагрузка от веса гололеда на подвеске, Н/м;

 Н/м;

 Н/м;

где:  - температурный коэффициент линейного расширения материала н/т;

-принимается равным 17*10^-6 1/;

расчетная температура гололедных образований, принимается равной –5;

минимальная температура, равна -38;

максимальная температура, равна +35;

 м

Так как критический пролет оказался больше эквивалентного, максимальным натяжение н/т будет при минимальной температуре.

Определяем температуру беспровесного положения к/п.

,

где: коррекция натяжения к/п токоприемником в середине пролета. При двойном к/п принимаем t=10.

10. Определение натяжения н/т при беспровесном положении контактного провода

Линейно интерполируя, определяем, что равенство соблюдается при T0 = 13475.5 Н

Расчет разгруженного н/т

 - вес несущего троса

При значении = 10467 Н

=-38

Меняя значения  получаем следующие данные: