Проектирование контактной сети

В последние годы на дорогах страны расширяется движение тяжеловесных и длинносоставных поездов, вводится в эксплуатацию новый электроподвижной состав большей мощности, повышаются скорости движения пассажирских и грузовых поездов, растет грузонапряженность.

В таких условиях эксплуатации возрастают требования к надежности устройств контактной сети, что вызывает необходимость постоянно совершенствовать ее устройство и методы расчета.

К устройствам контактной сети относят все провода контактных подвесок, поддерживающие и фиксирующие конструкции, а также опоры с деталями для их закрепления в грунте, а к устройствам воздушных линий – провода различных линий (питающих, отсасывающих, усиливающих, для электроснабжения автоблокировки и прочих нетяговых потребителей и др.) и конструкции для их крепления на опорах с контактной подвеской и на самостоятельных 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.

В отличие от других устройств электрифицированной железной дороги, контактная сеть практически не имеет резерва, что необходимо учитывать в процессе проектирования, добиваясь возможно более высокой надежности ее в условиях эксплуатации.

Проект контактной сети, в которой рассматриваются и воздушные линии, является одной из основных частей проекта электрификации железнодорожного участка; его выполняют, соблюдая требования и рекомендации руководящих документов по разработке проектов и смет для промышленного и железнодорожного строительства, а также документов, регламентирующих эксплуатацию контактной сети и воздушных линий.

В разделе контактной сети проекта устанавливают: расчетные условия – климатические, инженерно-геологические, тип контактной подвески, длину пролетов между опорами на всех участках трассы, типы опор, фундаментов, поддерживающих и фиксирующих конструкций; схемы питания и секционирования; трассировку опор на станциях и перегонах (для определения объемов работ).

В данном курсовом проекте будет предпринята попытка произвести расчеты основных нагрузок на провода и конструкции контактной сети, длин пролетов, принять наиболее рациональный вариант технического решения.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ПРОВОДОВ ПОДВЕСКИ

На основании исходных данных для выполнения курсового проекта по справочным данным подбираем данные проводов цепной подвески и заполняем таблицу 1 по следующей форме:

Таблица 1.

Исходные данные проводов и тросов

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Определение расчетных ветровых нагрузок, действующих на провода контактной сети

Для расчета длин пролетов нужно знать исходный расчетный режим. Поэтому выполняем расчет нагрузок на провода для двух режимов:

– режим гололеда с ветром;

– режима максимального ветра.

Затем сравниваем ветровые нагрузки на к.п. (Р_к и Р_кг).

Если Р_кг < Р_к, то исходный (расчетный) максимального ветра; если Р_кг > Р_к, то исходный расчетный режим гололеда с ветром. Все расчетные величины и коэффициенты обозначаем со следующими буквенными индексами:

ст – для главных путей станции;

б – для боковых путей станции.

При расчетах считаем, что станция расположена в выемке. Ветровые отклонения проводов зависят от расчетных климатических условий (ветровых и температурных воздействий, гололедных отложений, а также от особенностей местности, где находятся провода). Особенности местности учитываются поправочными коэффициентами:

– к скорости ветра К_v (коэффициент порывистости ветра), для выемки К_v= 1;

– к толщине стенки гололеда К_г (коэффициент гололедообразования), для выемки К_г = 1;

– аэродинамический коэффициент лобового сопротивления ветру, зависит от высоты или диаметра провода, его принимаем для несущих тросов равным С_х=1,25, для контактных проводов выбираем в зависимости от марки контактного провода и его сечения по справочным таблицам: для контактного провода марки 2МФ-100 С_х=1,55, для контактного провода марки МФ-100 С_х=1,25.

Расчеты по определению нагрузок на провода в режиме гололеда с ветром выполняем в таблице 2.

Таблица 2

Определение нагрузок в режиме гололеда с ветром

Расчет нагрузок на провода в режиме максимального ветра выполняем в таблице 3.

Таблица 3

Определение нагрузок в режиме максимального ветра

Сравниваем ветровые нагрузки на контактную подвеску в двух режимах и выбираем наиболее опасный (расчетный) режим:

Р_к > Р_кг – расчетный режим максимального ветра.

2.2 Определение допустимых длин пролетов

Длины пролетов между опорами определяют число опор и поддерживающих конструкций и, следовательно, влияют на строительную стоимость контактной сети.

В связи с этим из экономических соображений длины пролетов должны быть приняты возможны большими. Однако от длины пролета зависит величина наибольшего горизонтального отклонения контактных проводов от оси токоприемника под действием ветра b_{к max}. Эта величина согласно ПУТЭКС не должна превышать допустимые значения: на прямых b_{к доп} = 0,5 м.

Допустимые длины пролетов рассчитываем по следующим формулам:

– для прямых участков пути:

, м,

где К – номинальное натяжение к.п., даН;

В_пр – условное расчетное отклонение к.п. на прямых участках пути, определяем по формуле:

, м,

b_{к доп} – наибольшее допустимое горизонтальное отклонение к.п. от оси токоприемника в пролете;

а - зигзаг контактного провода; на прямых принимаем 0,3 м;

Р_э – удельная эквивалентная нагрузка, учитывающая взаимодействие н.т. и к.п. при ветровом их отклонении, определяется по формуле:

, даН/м;

Р_к, Р_н, g_к, g_vmax – данные из таблиц 1 и 3;

h_и – длина подвесной гирлянды изоляторов, м, зависит от числа изоляторов:

для 3-х изоляторов h_и = 0,73 м;

γ_к, γ_т – прогиб опоры на уровне соответственно к.п. и н.т. под действием ветровой нагрузки на опоры и провода, м; зависит от скорости ветра:

для V_н = 25 м/с включительно γ_к = 0,01 м, γ_т = 0,015 м;

S_ср – средняя длина струны в средней части пролета, определяется по формуле:

, м,

где h – конструктивная высота цепной подвески, м;

Т – натяжение н.т. подвески в расчетном режиме, даН;

Т₀ – натяжение н.т. конт. подвески при беспровесном положении к.п., даН;

для полукомпенсированных подвесок:

для биметаллического н.т. Т=Т₀=0,8Т_доп;

для медного н.т. Т=Т₀=0,75Т_доп;

Поскольку для определения нагрузки Р_э, входящей в расчетные формулы длин пролета, необходимо знать длину пролета, в расчетах ℓ_max используем метод последовательных приближений. Сначала определяем ℓ₁ без учета Р_э (Р_э=0), затем по найденной длине пролета находим Р_э и уточняем расчет ℓ₂. Разница между двумя последовательно полученными длинами пролетов должна быть меньше 5% от большей величины. Последнее значение ℓ округляем до целого числа и считаем окончательным. При этом учитываем, что окончательно принятая длина пролета не должна превышать 70 м (согласно Правил устройства и технической эксплуатации контактной сети). Расчеты по определению длин пролетов выполняем в табличной форме (таблицы 4, 5).

Таблица 4

Определение допустимых длин пролетов на главных путях станции

Таблица 5

Определение допустимых длин пролетов на боковых путях станции

2.3 Определение отклонений контактного провода

Для полученных значений максимальных допустимых длин пролетов определяем расчетные отклонения контактного провода по формуле для прямых участков пути:

, м;

Расчетные отклонения должны быть меньше или равны допустимым.

в_{к mах ст} = 0,32 м;

в_{к mах б} = 0,49 м.

По окончании расчетов, сравнивая полученные значения отклонений с допустимыми, получаем, что расчетные значения меньше допустимых, т.е. меньше в_{к доб} = 0,5 м. Значит, условие выполняется, и длины пролетов рассчитаны верно.

3. СХЕМА ПИТАНИЯ И СЕКЦИОНИРОВАНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЗАДАННОЙ СТАНЦИИ И ПРИЛЕГАЮЩИХ ПЕРЕГОНОВ (С ОПИСАНИЕМ)

Секционирование контактной сети выполняют для обеспечения надежной работы и удобства ее обслуживания. Секционирование выполняют продольным и поперечным.

Продольное секционирование предусматривает отделение контактной сети перегонов от контактной сети станций по каждому главному пути. Кроме того, продольное секционирование выполняют у каждой тяговой подстанции, поста секционирования, а также с обеих сторон крупных искусственных сооружений (мостов с ездой понизу и тоннелей длиной более 300 м).

Продольное секционирование, как правило, осуществляют трехпролетными изолирующими сопряжениями и секционными разъединителями. Однако следует учесть, что на переменном токе в местах расположения тяговых подстанций секционирование контактной подвески различных фаз выполняют двумя изолирующими сопряжениями (воздушными промежутками) с нейтральной вставкой между ними по каждому из главных путей. Нейтральная вставка исключает одновременное перекрытие токоприемниками этих сопряжений, т.к. даже кратковременное соединение проводов различных фаз ведет к тяжелым повреждениям.

Изолирующие сопряжения анкерных участков на станции располагаются между входным сигналом или знаком "Граница станции" и крайним стрелочным переводом станции, преимущественно на прямых участках пути. Места устройства нейтральных вставок выбираются с проверкой возможности проследования их поездами со скоростью не менее 20 км/час у сигнального знака "Отключить ток", на перегоне за входным сигналом так, чтобы нейтральная вставка, по которой электроподвижной состав должен безостановочно проходить по инерции, не препятствовала остановке поезда у закрытого входного сигнала.

На участках, где применяется только электрическая тяга, от входного светофора станции до сигнала "Включить ток на электровозе" должно быть не менее 300 м.

На участках, где имеется пригородное движение, от входного светофора станции должно быть не менее 300 м до сигнала "Включить ток на моторвагонном поезде", а затем еще 150 м до сигнала "Включить ток на электровозе".

Поперечное секционирование контактной сети между путями осуществляется секционными изоляторами, секционными разъединителями, а также врезными изоляторами в фиксирующих тросах поперечин и в нерабочих ветвях контактных подвесок пересекающих подвески различных секций.

Такой вид секционирования выполняют в следующих случаях:

- на двухпутных и многопутных электрифицированных участках контактная сеть каждого главного пути, как на перегонах, так и на станциях должна быть выделена в отдельную секцию;

- к контактной подвеске каждого главного пути допускается присоединить подвески одно-трех смежных с ним станционных электрифицируемых путей, остальные станционные электрифицируемые пути, примыкающие к каждому из главных, выделяют в отдельную секцию;

- пути для производства погрузочно-разгрузочных работ, осмотра крышевого оборудования, отстоя и экипировки э.п.с. снабжения водой пассажирских вагонов и налива цистерн, путей электродепо выделяют в отдельную секцию независимо от числа электрифицируемых путей;

- для обеспечения плавки гололеда на проводах контактной сети в одной из горловин станции предусматривают установку секционных изоляторов в контактные подвески станционных путей, примыкающих к главным, т.к. по условиям плавки гололеда контактная подвеска в пределах цепи тока плавки должна иметь эквивалентное сечение, обеспечивающее одинаковый нагрев проводов.

Секционным изоляторам присваивают номера в следующем порядке: в четной горловине станции – четные, в нечетной – нечетные. Номер секционного изолятора обводят кружком.

Поперечные секции контактной сети боковых путей получают питание от главных путей станции через секционные разъединители с ручными или моторными приводами, которые, как правило, обозначают буквой «П» и цифровыми индексами.

Разъединителям, присоединенным к нечетным путям присваивают нечетный номер, обозначающий номера соединяемых путей, к четным – четный.

Поперечные разъединители нормально отключенные устанавливают между главными путями:

- за нейтральными вставками, для резервного питания одного из путей перегона в случае выхода из строя одного из фидерных разъединителей;

- для выравнивания потенциала и обеспечения безопасности работ на секционных изоляторах, врезанных в съезды.

Расстояние от секционного изолятора до поперечного секционного разъединителя в последнем случае должно быть не более 600 м.

Присоединение контактных подвесок путей, где производятся работы вблизи контактной сети, выполняют секционными разъединителями с заземляющими ножами, обозначают их буквой «З».

Продольные разъединители и воздушные промежутки обозначают первыми буквами русского алфавита (А, Б, В, Г и т.д.). Продольные разъединители служат для резервного питания одной из продольных секций станции или перегона в случае выхода из строя одного из фидерных разъединителей.

Продольные разъединители, нормально отключенные на изолирующих сопряжениях нейтральных вставок служат для подачи напряжения на нейтральную вставку в случае остановки э.п.с. на ней и поэтому устанавливаются на одном из изолирующих сопряжений – по направлению движения. Если же возможно движение э.п.с. по данному пути в обоих направлениях, то продольные разъединители устанавливаются на обоих изолирующих сопряжениях нейтральной вставки.

Особенности питания контактной сети от тяговых подстанций будут зависеть от рода тока, развития станции (малая или большая), количества главных путей.

Станция считается большой, если имеется пять и более боковых путей, малой, если четыре и менее боковых путей.

Для двухпутных участков в случае расположения тяговых подстанций на большой станции при электрификации на переменном токе контактная сеть каждой продольной секции должна питаться от тяговых подстанций самостоятельном питающей линией.

В остальных случаях на двухпутных участках должны предусматриваться схемы питания контактной сети станций и перегонов без специальной питающей линии.

На крупных станциях предусматриваются самостоятельные питающие линии для питания контактной сети депо и отдельных крупных парков с большим числом электрифицируемых путей.

В каждой питающей линии контактной сети переменного тока линейные разъединители с моторными приводами устанавливают в месте присоединения к контактной сети.

На территории заданной станции расположена тяговая подстанция постоянного тока.

Продольное секционирование контактной сети выполнено с помощью изолирующих сопряжений.

На воздушных промежутках установлены секционные разъединители А, Б, В и Г с моторными приводами нормально отключенные с телеуправлением. Они служат для резервного питания контактной сети станции или перегона в случае выхода из строя фидерных разъединителей.