Проектирование контактной сети постоянного тока электрифицированной железной дороги

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Совокупность устройств, начиная от генераторов электростанций и кончая тяговой сетью, составляет систему электроснабжения электрифицированных железных дорог. От этой системы питаются электрической энергией, помимо собственной электрической тяги (электровозы и электропоезда), а также все не тяговые железнодорожные потребители и потребители прилегающих территорий. Поэтому 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. Поэтому 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. Поэтому 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.

Контактная сеть - комплекс устройств для передачи электроэнергии от тяговых подстанций к ЭПС через токоприёмники. Контактная сеть является частью тяговой сети и для рельсового электрифицированного транспорта обычно служит её полюсом (при постоянном токе); другим полюсом служит рельсовая сеть. Контактная сеть может быть выполнена с контактным рельсом или контактной подвеской. Ходовые рельсы впервые были использованы для передачи электроэнергии движущемуся экипажу в 1876 русским инженером Ф.А. Пироцким. Первая контактная подвеска появилась в 1881 в Германии.

Основным элементами контактной сети с контактной подвеской являются провода контактной сети (контактный провод, несущий трос, усиливающий провод и пр.), опоры, поддерживающие устройства (консоли, гибкие поперечины и жёсткие поперечины) и изоляторы.

При проектировании контактной сети 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 электроподвижного состава и другими условиями токосъема; находят длины пролета; выбирают длину анкерных участков, типы опор и поддерживающих устройств для перегонов и станций; разрабатывают конструкции контактной сети 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 (рисунок 1.1).

В отличие от др. устройств электроснабжения контактная сеть не имеет резерва. Поэтому к надёжности контактной сети предъявляют повышенные требования, с учётом которых осуществляются проектирование, строительство и монтаж, техническое обслуживание контактной сети и ремонт контактной сети.

При проектировании контактной сети ставятся различные задачи, учитывающие конкретные условия эксплуатации электрифицируемой дороги. Однако во всех случаях проектировщики разных стран решают ряд общих задач, которые сводятся к выполнению следующих требований:

- оборудование контактной сети должно быть простым и не усложняющим строительные и монтажные работы, а также техническое обслуживание и ремонт;

- детали должны обладать продолжительным сроком службы, высокой надёжностью, технологичностью и иметь низкую себестоимость;

- возможность повреждений должна быть минимальной;

- оборудование контактной сети не должно препятствовать повышению скоростей и веса поездов;

- контактная сеть должна в минимальной степени усложнять обслуживание других железнодорожных устройств и не препятствовать движению пассажиров.

Совершенствование конструкций контактной сети направлено на повышение её надёжности при снижении стоимости строительства и эксплуатации. Железобетонные опоры контактной сети и фундаменты металлических опор выполняются с учётом электрокоррозионного воздействия на их арматуру блуждающих токов. Увеличение срока службы контактного провода достигается, как правило, применением на токоприёмниках угольных контактных вставок.

При техническом обслуживании контактной сети на отечественных железных дорогах без снятия напряжения используют изолирующие съёмные вышки, монтажные автомотрисы. Перечень работ, выполняемых под напряжением, был расширен благодаря применению двойной изоляции на гибких поперечинах, в анкерах проводов и др. элементах контактной сети. Оперативность переключений секционных разъединителей контактной сети значительно возросла благодаря применению телеуправления. Увеличивается оснащённость дистанций электроснабжения специализированным механизмами и машинами для ремонта контактной сети (например, для рытья котлованов и установки опор).

В последние годы на дорогах страны расширяется движение тяжеловесных и длинносоставных поездов, вводится в эксплуатацию новый электроподвижной состав большой 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 устройства, методы их расчета, монтажа, технического обслуживания и ремонта этих устройств.

Рисунок 1.1 - Основные элементы контактной сети и размеры, характеризующие её размещение относительно двух постоянных устройств магистральных железных дорог: П_кс - провода контактной сети; О - Опора контактной сети; И - изоляторы

В данном дипломном проекте рассматривается проектирование контактной сети постоянного тока с целью получения навыков по проектированию, выбору оборудования, разработке и обоснованию схемы питания и секционирования контактной сети станции и прилегающих перегонов, расчету стоимости сооружения контактной сети на перегоне, испытанию электрозащитных средств при выполнении работ на контактной сети.



1. Теоретический раздел

1.1 Расчет нагрузок, действующих на подвеску

Из всего многообразия сочетания метеорологических условий, действующих на провода контактной сети, можно выделить три расчетных режима, при которых усилия (натяжения) в несущем тросе может оказаться наибольшим опасным для прочности троса:

- режим минимальной температуры - сжатие троса;

- режим максимального ветра - растяжение троса;

- режим гололеда - растяжение троса;

Для этих расчетных режимов и определяем нагрузки на несущий трос.

Режим минимальной температуры. Несущий трос испытывает только вертикальную нагрузку от собственного веса и нагрузку от веса контактного провода, струн и зажимов.

Вертикальная нагрузка от собственного веса 1-го погонного метра определяется по формуле:

,

где , - нагрузка от собственного веса одного метра несущего и контактного проводов, даН/м; для расчетов примем и ;

n - число контактных проводов;

- нагрузка от собственного веса струн и зажимов, равномерно

распределяется по длине пролёта принимается равной 0,05даН/м,

для каждого контактного провода.

Для перегона, насыпи и выемки: несущий трос - М-120, контактный провод - БрФ-100:

.

Режим максимального ветра. В этом режиме на несущий трос действует вертикальная нагрузка от веса проводов контактной подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий и контактные провода (гололед отсутствует), ветер максимальной интенсивности наблюдается при t⁰c воздуха плюс 5⁰с.

Вертикальная нагрузка от веса проводов контактной подвески определена выше по формуле (1.1).

Горизонтальная ветровая нагрузка на несущий трос в даН/м определяется по формуле:

,

где - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления провода ветру; ;

- коэффициент, учитывающий влияние местных условий расположения подвески на скорость ветра; на перегоне , для выемки = 1,15; на насыпи ;

- нормативная скорость ветра наибольшей интенсивности, м/с с повторяемостью 1раз в 10 лет; на перегоне , на насыпи ; для выемки ;

d - диаметр несущего троса, мм, мм.

Горизонтальная ветровая нагрузка на контактный провод определяется по формуле:

,

где Н - высота контактного провода, H = 11,8 мм.

Расчет горизонтальной ветровой нагрузки на контактный провод и несущий трос на перегоне:

;

.

Расчет горизонтальной ветровой нагрузки на контактный провод и несущий трос в выемке глубиной до 7 м.:

;

.

Расчет горизонтальной ветровой нагрузки на контактный провод и несущий трос на насыпи высотой более 5м.:

;

.

Результирующая (суммарная) нагрузка на несущий трос в даН/м определяется по формуле:

.

Расчет результирующей нагрузки на несущий трос на перегоне:

.

Расчет результирующей нагрузки на несущий трос в выемке глубиной до 7м.:

.

Расчет результирующей нагрузки на несущий трос на насыпи высотой более 5м.:

.

При определение результирующей нагрузки на контактный провод она учитываться не будет, т.к. в основном воспринимается фиксаторами.

Режим гололеда с ветром. На провода контактной подвески в этом режиме действует вертикальная нагрузка от веса проводов контактной подвески, вес гололеда и горизонтальная нагрузка от давления ветра на провода контактной подвески, скорость ветра при гололеде минус 5⁰С, вертикальная нагрузка от собственного веса проводов контактной подвески определяется выше.

Вертикальная нагрузка от веса гололеда на несущем тросе определяется по формуле:

,

где n_г - коэффициент перегрузки принимаю:

n_г=1 для нормальных условий контактной сети (станция, кривая);

n_г = 1,25 для незащищенных участков контактной сети (насыпь);

b_т - толщина стенки гололеда на несущем тросе, мм;

d - диаметр несущего троса, мм;

- 3,14.

Толщина стенки гололеда на несущем тросе, мм определяется по формуле:

,

где b_н-нормативная толщина стенки гололеда, мм;

- коэффициент, учитывающий влияние диаметра провода на

отложения гололеда;

- коэффициент, учитывающий влияние высоты расположения

контактной подвески.

Расчет толщины стенки гололеда на несущем тросе на перегоне:

.

Расчет толщины стенки гололеда на несущем тросе в выемке глубиной до 7 м.:

.

Расчет толщины стенки гололеда на несущем тросе на насыпи высотой более 5м.:

ю

Расчет вертикальной нагрузки от веса гололеда на несущем тросе на перегоне определяется по формуле (1.5):

ю

Расчет вертикальной нагрузки от веса гололеда на несущем тросе в выемке глубиной до 7 м.:

ю

Расчет вертикальной нагрузки от веса гололеда на несущем тросе на насыпи высотой более 5м.:

.

Вертикальная нагрузка от веса гололёда на контактном проводе в даН/м определяется по формуле:

,

где b_к - толщина стенки гололёда на контактном проводе, мм; на контактных

проводах толщину стенки гололёда принимают равной 50 % от толщины гололёда на несущем тросе;

d_к - средний диаметр контактного провода, мм.

Средний диаметр контактного провода определяется по формуле:

,

где Н и А - соответственно высота и ширина сечения контактного

провода, мм; Расчет вертикальной нагрузки от веса гололёда на контактном проводе на перегоне определяется по формуле (1.7):

.

Расчет вертикальной нагрузки от веса гололёда на контактном проводе в выемке глубиной до 7 м.:

.

Расчет вертикальной нагрузки от веса гололёда на контактном проводе на насыпи высотой более 5м.:

.

Полная вертикальная нагрузка от веса гололеда на проводах контактной подвески в даН/м определяется по формуле:

,

где - равномерно распределённая по длине пролёта вертикальная нагрузка от веса гололёда на струнах и зажимах при одном контактном проводе, даН/м, которая в зависимости от толщены стенки гололёда составляет .

Расчет полной вертикальной нагрузки от веса гололеда на проводах контактной подвески на перегоне:

.

Расчет полной вертикальной нагрузки от веса гололеда на проводах контактной подвески в выемке глубиной до 7м.:

.

Расчет полной вертикальной нагрузки от веса гололеда на проводах контактной подвески на насыпи высотой более 5м.:

.

Горизонтальная ветровая нагрузка на несущий трос, покрытый гололёдом в даН/м, определяется по формуле:

,

где - нормативная скорость ветра при гололёде, м/с;

Расчет горизонтальной ветровой нагрузки на несущем тросе, покрытый гололёдом на перегоне:

.

Расчет горизонтальной ветровой нагрузки на несущем тросе, покрытый гололёдом в выемке глубиной до 7м.:

.

Расчет горизонтальной ветровой нагрузки на несущем тросе, покрытый гололёдом на насыпи высотой более 5 м.:

.

Горизонтальная ветровая нагрузка на контактный провод, покрытый гололёдом в даН/м, определяется по формуле:

,

Расчет горизонтальной ветровой нагрузки на контактный провод, покрытый гололёдом на перегоне:

.

Расчет горизонтальной ветровой нагрузки на контактный провод, покрытый гололёдом в выемке глубиной до 7м.:

.

Расчет горизонтальной ветровой нагрузки на несущем тросе, покрытый гололёдом на насыпи высотой более 5м.:

.

Результирующая (суммарная) нагрузка на несущий трос определяется по формуле:

.

Расчет результирующей (суммарной) нагрузки на несущий трос на перегоне:

.

Расчет результирующей (суммарной) нагрузки на несущий трос в выемке глубиной до 7м.:

.

Расчет результирующей (суммарной) нагрузки на несущий трос на насыпи высотой более 5м.:

.

Выбор исходного расчетного режима. По результатам расчета нагрузок, действующих на провод контактной подвески была составлена таблица 1.1 и был выбран расчетный режим.

Сравним нагрузки: горизонтальную ветровую нагрузку на несущий трос и горизонтальную ветровую нагрузку на несущий трос, покрытый гололёдом - расчетный режим максимального ветра (P_{tv max} больше Р_тг).

Нагрузки на боковых путях меньше, чем на главных, следовательно, при расчетах длины пролетов на боковых путях учитываться не будут.

Таблица 1.1 - Результаты расчета нагрузок

Участок местности	Нагрузки, действующие на контактную подвеску, даН/м
	g0	gт	gк	gc	Ptvmax	Pkvmax	gtvmax	Pтг	Pкг	gтг	gкг	gг
Прямой участок перегона и кривые различных радиусов	2,0	1,06	0,89	0,05	2,55	2,15	3,24	2,01	1,19	1,92	0,62	2,64	5,06
Выемка глубиной до 7 м	2,0	1,06	0,89	0,05	2,55	2,15	3,24	1,64	0,99	3,44	1,09	4,63	3,85
Насыпь высотой не более 5 м	2,0	1,06	0,89	0,05	3,01	2,92	3,61	1,94	2,72	0,92	0,3	1,32	7,04

1.2 Расчет максимально допустимых длин пролетов

Правилами устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог (ЦЭ-868) рекомендуется выполнять длины пролетов по условиям токосъема не более 70 метров.

Длина пролета для прямого участка пути определяется по формуле:

,

на кривых:

,

где К - номинальное натяжение контактных проводов, даН;

- наибольшее допустимое горизонтальное отклонение контактных проводов; от оси токоприемника в пролете; - на прямых и - на кривых;

а - зигзаг контактного провода, - на прямых и - на кривых;

- ветровая нагрузка на контактный провод, даН/м;

- упругий прогиб опоры, м, взят из таблицы при соответствующей скорости ветра ;

R - радиус кривой, м.

Расчет длины пролета для прямого участка на перегоне:

.

Расчет длины пролета для прямого участка в выемке глубиной до 7 м.:

.

Расчет длины пролета для прямого участка на насыпи:

.

Расчет длины пролета для кривых при нормальных условиях:

.

.

Далее определяем среднюю длину струны по формуле:

,

где h - конструктивная высота подвески, м;

g₀ - нагрузка на несущий трос от веса всех проводов цепной подвески, даН/м;

Т ₀ - натяжение несущего троса при беспровесном положении контактного провода, даН.

Расчет средней длины струны для прямого участка на перегоне:

.

Расчет средней длины струны для прямого участка в выемке глубиной до 7м.:

.

Расчет средней длины струны для прямого участка на насыпи высотой более 5м.:

.

Расчет средней длины струны для кривой при нормальных условиях:

.

.

Удельная эквивалентная нагрузка, учитывающая взаимодействие несущего троса и контактного провода при ветровом их отклонении, даН/м, определяется по формуле:

,

где Т - натяжение несущего троса контактной подвески в расчетном

режиме, даН;

Р_т - ветровая нагрузка на несущий трос, даН/м;

- результирующая нагрузка на несущий трос, даН/м;

- длина подвесной гирлянды изоляторов, м;

- длина пролёта, м.

Расчет удельной эквивалентной нагрузки для прямого участка на перегоне:

.

Расчет удельной эквивалентной нагрузки для прямого участка в выемке глубиной до 7м.:

.

Расчет удельной эквивалентной нагрузки для прямого участка на насыпи высотой более 5м.:

.

Расчет удельной эквивалентной нагрузки для кривых:

.

.

Окончательно определяем длину пролёта с учетом удельной эквивалентной нагрузки по формулам:

На прямых:

,

На кривых:

,

Расчет окончательной длины пролета, с учетом удельной эквивалентной нагрузки для прямого участка на перегоне:

.

Расчет окончательной длины пролета, с учетом удельной эквивалентной нагрузки для прямого участка в выемке глубиной до 7 м.:

.

Расчет окончательной длины пролета, с учетом удельной эквивалентной нагрузки для прямого участка на насыпи высотой более 5м.:

.

Расчет окончательной длины пролета, с учетом удельной эквивалентной нагрузки для кривых при нормальных условиях:

.

.

Расчёты сведём в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 - Результаты расчетов длин пролетов

Характерный участок местности	Lmax, м	L max, м	Sср, м	L для трассировки, м
Н.у.(перегон)	60,85	60,44	1,63	60
Кривая радиусом R1 = 900м	42,62	43,79	1,92	44
Кривая радиусом R2 = 1250 м	48,93	45,89	1,84	46
выемка	44,85	44,44	1,89	48
насыпь	48,48	48,29	1,84	45

1.3 Разработка и обоснование схемы питания и секционирования контактной сети станции и прилегающих перегонов

На электрифицированных линиях электроподвижной состав получает электроэнергию через контактную сеть от тяговых подстанций, расположенных на таком расстоянии между ними, чтобы было обеспечено стабильное номинальное напряжение на электроподвижной состав и работала защита от токов короткого замыкания. При системе электроснабжения постоянного тока в контактную сеть электроэнергия поступает от шин положительной полярности напряжением 3,3 кВ тяговых подстанций и возвращается после прохождения через тяговые двигатели электроподвижного состава по рельсовым цепям, присоединенным к шинам отрицательной полярности. Расстояние между тяговыми подстанциями постоянного тока в зависимости от грузонапряженности колеблется в широких пределах от 7 до 30 км.

Схема питания и секционирования, а также сопряжения анкерных участков должны предусматривать электрическую плавку гололеда или профилактический подогрев проводов контактной сети главных путей станций и перегонов, а также воздушных линий электроснабжения. В I и II гололедных районах, а также на электрифицированных участках железных дорог III и IV категории допускается не оборудовать сопряжения анкерных участков устройствами для плавки гололеда на контактном проводе.

На электрифицированных железных дорогах применяют схему двустороннего питания: каждый находящийся на линии локомотив получает электроэнергию от двух тяговых подстанций. Исключения составляют участки контактной сети, расположенные в конце электрифицированной линии, где может быть применена схема консольного (одностороннего) питания от крайней тяговой подстанции.

На питающей линии непосредственно у тяговой подстанции устанавливают разъединитель с моторным приводом. Кроме того, при длине линии к контактной сети дополнительно монтируют разъединитель с ручным приводом, при длине более 750 м - с моторным.

На тяговых подстанциях, питающих контактную сеть постоянного тока, защита от токов короткого замыкания осуществляется с помощью быстродействующих автоматических выключателей.

Контактная сеть делится на отдельные участки (секции), электрически изолированные один от другого изолирующими сопряжениями или секционными изоляторами. Изоляция секций нарушается при проходе токоприемника ЭПС по границе их раздела. Электрическое соединение отдельных секций осуществляют включением секционных разъединителей, установленных на стыках секций. Секционирование КС необходимо также для обеспечения надежной работы, оперативного технического обслуживания и ремонта контактной сети с отключением напряжения. Схема секционирования контактной сети предусматривает такое взаимное расположение секций, при котором отключение одной из них в наименьшей степени влияет на организацию движения поездов. Секционирование контактной сети может быть продольным и поперечным.

При продольном секционировании осуществляют продольное разделение участка контактной сети у всех тяговых подстанций и постов секционирования (ПС) с помощью изолирующих сопряжений и нейтральных вставок. В отдельные продольные секции выделяют контактную сеть перегонов, станций, разъездов и обгонных пунктов. Посты секционирования (ПС) располагают в середине участка между двумя тяговыми подстанциями для соединения секций контактных подвесок путей двухпутного участка при нормальной работе и разделения их при коротком замыкании на одной из них. Пункты параллельного соединения (ППС) располагают между ТП и ПС на двухпутных участках для соединения подвесок двух путей в общую сеть. При коротком замыкании на подвеске одного из путей ППС отключается, разделяя подвески путей. ПС и ППС обеспечивают более экономичное использование сечения проводов контактных подвесок, снижение в них потерь электроэнергии. Секционируют также контактную сеть в протяженных тоннелях и на некоторых местах с ездой понизу.

При поперечном секционировании контактную сеть каждого из главных путей выделяют в отдельную секцию с помощью секционных разъединителей, которые при необходимости могут быть отключены. Секции контактной сети на соответствующих съездах между главными и группами второстепенных путей изолируют секционными изоляторами, чем достигается их электрическое разделение. Это облегчает схему и устройство защиты и дает возможность при повреждении или отключении одной из секций осуществлять движение поездов по другим секциям и главным путям. На станциях, имеющих значительное путевое развитие, применяют дополнительное поперечное секционирование. Количество поперечных секций определяется количеством и назначением отдельных путей. Например, на крупных станциях, имеющих несколько групп (парков) электрифицированных путей, контактная сеть каждой группы (парка) путей образует самостоятельную поперечную секцию.

На промежуточных станциях предусматривают секционирование контактной сети с обеих сторон станций. Продольные разъединители обеих горловин оборудуют моторными приводами. На двухпутных участках в пределах станции между главными путями устанавливают поперечный секционный нормально отключенный разъединитель П, чтобы при необходимости можно было подать напряжение от соседнего главного пути или зашунтировать пути для выполнения работ на секционных изоляторах контактной сети под напряжениеям.

Группа путей отделяется от главного пути и питается через нормально включенный секционный разъединитель П. Если на станции имеется путь, предназначенный для погрузочно-разгрузочных работ, то контактная сеть над ним отделяется от остальных путей с питанием через секционный разъединитель З с заземляющим ножом.

Схема присоединения зависит от числа путей на перегоне и станции. На двухпутных линиях постоянного тока на станциях с числом электрифицированных путей пять и более (кроме главных) питающие сетевые фидеры соединяют с подвесками каждого главного пути на перегонах через линейные разъединители Ф_{л 1}, Ф_{л 2}, Ф_{л 4} Ф_{л 5}. Еще одну линию подключают к контактной сети станции через разъединители Ф ₃, Ф ₃₁ и Ф _32. Эта линия, нормально питающая все подвески станции, является в то же время резервной для перегонных фидеров на случай отключения одного из них. При такой схеме питание может быть осуществлено через станционную линию как всей станции, так и перегонов. Однако применение такой схемы питания требует подвески питающих линий вдоль всей станции. Площадь сечения проводов каждой из них должна быть равна площади сечения контактных подвесок на главных путях перегонов (в медном эквиваленте). На главных путях станции подвески используют в этом случае только для питания ЭПС, находящегося на этих путях.

Изолирующие сопряжения и их разъединители должны быть обозначены заглавными буквами русского алфавита по направлению счета километров, которые наносят на приводе разъединителя. Секционные изоляторы и воздушные стрелки должны иметь присвоенный номер. Таблички с номерами секционных изоляторов устанавливают на несущем тросе.

Сетевые фидеры присоединяют к контактной подвеске через секционные разъединители, которые устанавливаются на станции. При воздушных фидерах секционные разъединители устанавливают также и у подстанции. Это позволяет отключать питающую линию со стороны контактной сети и со стороны тяговой подстанции для ее осмотра и ремонта.

Изменения в схемы вносят по согласованию со службой электрификации и электроснабжения железной дороги с уведомлением энергодиспетчера, персонала ЭЧК и других причастных лиц. Схемы выверяются ежегодно на 1 января и переутверждаются каждые пять лет.

Рисунок 1.2 - Схема питания и секционирования станции

Утвержденные схемы питания и секционирования должны быть на энергодиспетчерском пункте, а выкопировки из схем - в районах контактной сети (в пределах своего примыкающих районов), на тяговых подстанциях (в пределах зоны питания), а также в техническо-распорядительном акте железнодорожной станции (в пределах её путей) и в электродепо (в пределах тракционных путей).

Схема питания секционирования станции представлена на рисунке 1.2.

1.4 Трассировки контактной сети перегона

Составление планов (трассировки) контактной сети является важным этапом в проектировании контактной сети. Планы контактной сети составляют отдельно для станций и перегонов. Условия расстановки опор на станциях несколько сложнее, чем на перегонах. Поэтому трассировку контактной сети обычно сначала производят на станциях, а затем на перегонах, увязывая ее с соответствующими станциями.

На планах контактной сети приводят все необходимые данные для составления заявок на оборудование и материалы, а также для сооружения контактной сети. Это прежде всего спецификации: анкерных участков контактных подвесок с указанием длины и марок проводов; питающих, отсасывающих и других проводов; опор, поперечин, консолей, фиксаторов, фундаментом, анкеров, лежней; суммарная длина электрифицированных путей.

Планы контактной сети составляют так, чтобы построенная по ним контактная сеть была надежна, экономична и удобна при сооружении и в эксплуатации.

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

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

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

Если при трассировке контактной сети станции в правой горловине оказалось четырехпролетное изолирующее сопряжение контактных подвесок станции и перегона, расположенное до входного сигнала, то для его повторения на плане перегона нумерацию пикетов нужно начать за 2-3 пикета до заданного пикета входного сигнала.

Выше и ниже прямых линий, представляющих оси путей, вдоль всего перегона размещаем данные в виде таблиц. Под нижней таблицей вычерчиваем спрямленный план линии.

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

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

Разбивка перегона на анкерные участки. Прежде чем начать расстановку опор, делят перегон на участки с примерно одинаковыми условиями воздействия ветра на контактную подвеску. Для каждого из таких участков в соответствии с принятыми для них расчетными скоростями ветра определяют наибольшие допустимые длины пролетов для прямых и кривых участков пути.

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

Намечая анкерные участки подвески, необходимо исходить из следующих соображений:

· количество анкерных участков на перегоне должно быть минимальным;

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

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

· сопряжения анкерных участков рекомендуется, как правило, устраивать на прямых.

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

Расчетные допустимые пролеты, принятые для данного участка перегона, при расстановке опор должны быть уменьшены для переходных пролетов изолирующих сопряжений анкерных участков (в %): на 25 - на прямых участках пути и кривых радиусом более 1500 м; 20 - на кривых радиусом от 1000 до 1500 м; 15 - на кривых радиусом от 500 до 1000 м и на 10 - на кривых радиусом менее 500 м. Кроме того, длина пролетов со средней анкеровкой, а также пролетов, расположенных на кривых участках пути, в пучинистых местах, на свежеотсыпанных насыпях и в других случаях, при которых возможен перекос пути, также сокращается на 10 %.

Длины пролетов уменьшают также в тех случаях, когда требуется уменьшить нагрузки на опорные и поддерживающие конструкции, обеспечить необходимую высоту расположения контактного провода компенсированной цепной подвески над рельсами при гололеде и необходимые габариты проводов различного назначения, подвешиваемых на опорах контактной сети, а также увязать зигзаги или выносы контактных проводов в смежных пролетах.

Длины пролетов цепных подвесок зависят и от размера и направления зигзагов контактных проводов у соседних опор. Поэтому при расстановке опор одновременно размечают зигзаги контактного провода и показывают их у опор стрелками, причем нормальные размеры зигзагов (на прямых - 300 мм, а на кривых - 400 мм), исходя из которых были рассчитаны допустимые длины пролетов, показывают только стрелкой без цифр.

При подходах к кривым участкам пути, воздушным стрелкам и изолирующим сопряжениям анкерных участков некоторых случаях приходится менять направление и размер зигзагов контактного провода, а следовательно, и устанавливать и длину пролета, соответствующую этим зигзагам и радиусам кривых.

Зигзаги контактного провода у опор в пролете, распложенного частично на прямом и частично на кривом участках пути, считаются согласованными, если большая часть пролета расположена на прямом участке пути и зигзаги имеют противоположное направление или большая часть пролета расположена на кривом участке пути и зигзаги при этом имеют одинаковое направление.

На расстановку опор контактной сети может повлиять расположение сопряжений анкерных участков контактной подвески. Поэтому, прежде чем перейти непосредственно к расстановке опор, обычно намечают анкерные участки контактной сети и примерное расположение мест их сопряжений.

Контактную подвеску делят на анкерные участки, а анкерные опоры располагают с учетом обеспечения нормальной работы узлов контактной подвески и её взаимодействия с токоприемниками при крайних расчетных температурах воздуха.

Если длина анкерного участка меньше половины длины максимально допустимого для данного плана пути, то может быть применена односторонняя компенсация контактных проводов, а при компенсированной подвеске - и несущих тросов. В таком случае для прямых участков пути длину анкерного участка принимают не более 800 м.

Чем ближе участок пути, имеющий кривую, к компенсирующим устройствам проводов, тем больше сказывается влияние отклонения консолей и фиксаторов на натяжение проводов. Поэтому анкерные опоры по возможности располагают так, чтобы кривые (особенно малых радиусов) находились ближе к середине анкерных участков. Сопряжения анкерных участков стараются размещать на прямых участках пути. В случае их размещения на кривых угол между анкеруемой ветвью контактного провода и рабочей ветвью не должен превышать 6⁰ (отклонения провода не более 1 м на длине 10 м), на второстепенных путях станций, а также в следующих пролетах после первого, угол перелома может быть до 10⁰ (отклонение не более 1 м на длине 6 м).

Средние анкеровки размещают таким образом, чтобы обеспечить примерно одинаковые условия компенсации обеих половин анкерного участка. Среднюю анкеровку контактного провода и несущего троса анкерного участка. Среднюю анкеровку контактного провода и несущего троса анкерного участка с одинаковыми условиями трассы (например, полностью прямой или кривой участок пути) делают в середине анкерного участка. Смещение в ту или другую сторону не должно превышать одного пролета. Если анкерный участок частично расположен в кривых, то средняя анкеровка должна быть смещена от середины анкерного участка на один - два пролета в сторону кривой меньшего радиуса так, чтобы условия компенсации (натяжение проводов при изменениях температуры) обеих частей анкерного участка были примерно одинаковыми. Возможные места расположения анкерных опор сопряжений на плане намечают вертикальными линиями, расстояние между которыми в масштабе соответствует терм допустимым для соответствующего участка пути пролетам. Вертикальными линиями намечают также пролеты со средними анкеровками, чтобы при расстановке опор дать сокращенные пролеты.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Пролеты со средними анкеровками должны быть сокращены: при полукомпенсированной подвеске - один пролет на 10 % от максимальной расчетной длины в этом месте.

На главных путях перегонов предусматривают однотипные контактные подвески (компенсированные или полукомпенсированные). При различных типах подвесок их сопряжение осуществляют анкерным участком, одна половина которого работает как полукомпенсированная, а другая - как компенсированная подвеска. Для этого на одном анкерном участке устраивают среднюю анкеровку компенсированной подвески, а по концам анкерного участка - анкеровки проводов в соответствии с принятыми типами подвесок.

1.5 Подбор опорно-поддерживающих конструкций

Выбор опор и опорных плит. Опоры контактной сети в зависимости от назначения и характера нагрузок, воспринимаемых от проводов контактной подвески, классифицируются по назначению, по направлению приложения нагрузки, по конструктивному выполнению поддерживающих конструкций, по материалу, из которого они изготовлены и по способу закрепления в грунте.

В зависимости от назначения различают опоры контактной сети: промежуточные, переходные, анкерные и фиксирующие.

По материалу, из которого изготовлены опоры, различают: металлические и железобетонные.

В зависимости от способа закрепления в грунте: раздельные (с фундаментами) и нераздельные (бесфундаментные). Раздельные опоры могут устанавливаться на фундаменты мелкого (стаканные, клиновидные) и глубокого заложения (свайные). Соединение опор с фундаментом выполняется с помощью стакана или анкерных болтов.

Промежуточные опоры воспринимают нагрузки от массы проводов контактных подвесок и дополнительных нагрузок на них (гололед, изморозь) и горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и от изменения направления проводов на кривых участках пути.

Переходные опоры устанавливают в местах устройства сопряжений анкерных участков контактных подвесок. На переходные опоры также воздействуют усилия от изменения направления проводов при отводе их на анкеровку и на стрелочной кривой.

Анкерные опоры могут воспринимать нагрузки от натяжения закрепленных на них проводов и, кроме того, нести такие же нагрузки, как и промежуточные консольные. Анкерные опоры образуют из промежуточных опор с добавлением одной или двух металлических оттяжек, закрепляемых на железобетонном анкере. Стойки опор устанавливают на специальные опорные плиты, воспринимающие вертикальные нагрузки. Оттяжки изготавливают из отдельных звеньев круглого прутка диаметром 20 или 24 мм.

Фиксирующие опоры воспринимают только горизонтальные нагрузки от изменения направления проводов на кривых участках пути, на воздушных стрелках, при отходах на анкеровку и от давления ветра на провода.

Различают также опоры питающих и отсасывающих линий и специальные опоры. Опоры питающих и отсасывающих линий в соответствии с классификацией опор, принятой в линиях электропередачи, разделяют на промежуточные, угловые, анкерные (провода заанкерованы с обеих сторон) и концевые (провода заанкерованы с одной стороны опоры). Специальные опоры предназначены для установки секционных разъединителей или какого-либо иного оборудования.

Консольные опоры служат для крепления на консоли контактной подвески одного, двух или нескольких путей.

Опоры жесткой поперечины, или, как их называют, ригельные или портальные, служат для крепления контактных подвесок электрифицируемых путей на ригеле жесткой поперечины.

Опоры гибкой поперечины служат для крепления контактных подвесок на перекрываемых поперечиной электрифицируемых путях.

В опорах всех типов должны предусматриваться отверстия: в верхней части - для установки закладных деталей, в нижней - вентиляционные отверстия для уменьшения перепадов температур снаружи и изнутри опоры, выравнивания влажности внутренней полости и исключения конденсации влаги на внутренней поверхности опор.

В дипломном проекте были использованы следующие виды опор:

- железобетонные: ССА-100.6-2, ССА-100.6-3, ССА-100.6-4.

ССА-100.6-2 - раздельная железобетонная опора со смешанным армированием длиной 10,6м проволочной напрягаемой и ненапрягаемой стержневой арматурой по всей длине конструкции, предназначенной для применения на участках постоянного тока, толщиной стенки 60мм, второй группы по несущей способности.

Анкерные железобетонные опоры образуют из опор с нормативным изгибающим моментом 79 кНм, усиленных продольными оттяжками (одной или двумя). Для крепления оттяжек применяют специальный трехлучевой фундамент (анкер) типа ТА.

В дипломном проекте были выбраны:

ФКА - клиновидный фундамент;

ТА-4,5 - тип анкеров.

Выбор консолей и фиксаторов

Консоли - поддерживающие устройства предназначены для закрепления проводов контактной сети в определенном положении относительно оси пути, уровня головки рельса, земли и других сооружений. Для этих целей используют консоли, кронштейны, фиксаторы, жесткие (ригели) и гибкие поперечины.

Консоль состоит из кронштейна, тяги и подкоса; она крепится к опоре шарнирно с помощью пяты и удерживается на опоре с помощью тяги. Пяты консолей и тяг могут быть поворотными и неповоротными; консоли, имеющие также поворотные узлы, называют поворотными. Тяги консолей в зависимости от направления приложения нагрузок могут быть растянутые и сжатые.

Наклонные изолированные консоли независимо от типа и габарита опоры должны быть оборудованы подкосами.

Консоли классифицируются:

- по числу перекрываемых путей - однопутные и двухпутные;

- по форме - прямые, изогнутые, наклонные;

- по наличию изоляции - неизолированные и изолированные.

Однопутные консоли применяются на перегонах одно- и двухпутных участков, где контактные подвески каждого пути должны быть, как правило, механически обособлены. Однопутные консоли могут быть: неизолированные, когда изоляторы расположены между несущим тросом и кронштейном и в фиксаторе; изолированные, когда изоляторы вмонтированы в кронштейн, тягу и подкос у опоры; изолированные с усиленной изоляцией, у которых изоляторы имеются как в кронштейне, тяге и подкосе у опор, так и между несущим тросом и кронштейном.

В изолированных консолях изоляторы удалены из зоны непосредственного воздействия дыма и газов, выходящих из труб тепловозов. Это уменьшает загрязнение изоляторов и повышает их надежность. Кроме того, можно без снятия напряжения с контактной сети проводить работы на несущем тросе в местах его подвеса на консолях, что недопустимо при неизолированных консолях. Отсутствие подвесной гирлянды изоляторов в изолированных консолях обеспечивает более стабильное положение несущего троса, а также позволяет устанавливать такие консоли на опорах меньшей высоты.

При трассировки контактной сети тип консолей выбирают в зависимости от вида опорного устройства (консольная опора, жесткая поперечина), габарита, места установки (прямая, внутренняя или наружная сторона кривой) и назначения опоры (промежуточная, переходная), а также действующих на консоли нагрузок.

Изолированные консоли дополняют подкосом со стержневым изолятором или без изолятора с креплением подкоса к тяге. Подкос должен быть в натянутом положении слегка нагруженным. Место крепления подкоса к кронштейну консоли должно находиться на расстоянии не более 500 мм от места крепления фиксатора.

Изолированные консоли из трубы обозначают ИТР (И-изолированная) или ИТС, а из швеллеров - ИР или ИС. Также, как и у неизолированных консолей, римская цифра указывает на номер их типа по длине кронштейна, арабские цифры - на номер швеллера, из которого изготовлен кронштейн консоли; буква "п" - на наличие подкоса, буква "у" - на усиленную изоляцию.

В дипломном проекте были выбраны консоли типа ИТР - II, ИТС-II.

ИТР-II - консоль изолированная, трубчатая, с растянутой тягой, с нагрузочной способностью II.

ИТС-II - консоль изолированная, трубчатая, со сжатой тягой, с нагрузочной способностью II.

Устройства, с помощью которых контактные провода удерживаются в горизонтальной плоскости в требуемом положении относительно оси пути (оси токоприемника), называются фиксаторами. Они должны обеспечивать нормальный токосъем при принятых на данном участке скоростях движения поездов, надежный проход токоприемников при отжатии ими контактных проводов до 250мм в любых расчетных климатических условиях. В конструкции фиксатора предусмотрена возможность регулирования зигзага контактного провода.

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

Опорные или поддерживающие конструкции, на которых закрепляют фиксаторы, чаще всего устанавливают с одной стороны пути. Контактный провод подвешивают с зигзагами в разные стороны от оси пути, поэтому для обеспечения работы на растяжение дополнительного стержня фиксатора используют прямые и обратные сочлененные фиксаторы. Прямые фиксаторы применяют при минусовых зигзагах контактного провода или при горизонтальном усилии, направленном от опоры, возникающем при изменении направления контактного провода; обратные фиксаторы - при плюсовых зигзагах контактного провода или горизонтальном усилии к опоре.

На переходных опорах сопряжений анкерных участков для фиксирования нерабочей анкерной ветви устанавливают только основные фиксаторы без дополнительных.

На фиксирующих тросах устанавливают только дополнительные фиксаторы.

На главных путях перегонов и станций и приемоотправочных путях, где скорость движения превышает 50 км/ч, устанавливают сочлененные фиксаторы, состоящие из основных и дополнительных стержней, связанных непосредственно с контактным проводом.

На основном стержне фиксатора закрепляют стойку, которая снабжается ушками для дополнительных фиксаторов. При регулировке контактного провода стойку вместе с дополнительными стержнями фиксаторов перемещают вдоль основного стержня и закрепляют в нужном положении. Дополнительные стержни изготавливают из полосовой стали длиной 1,2 м. Стержень по всей длине выштамповывают, что позволяет повысить его жесткость. Для шарнирного закрепления на стойке дополнительный стержень фиксатора имеет на одном конце отверстие, а на другом - приваренную скобу крепления фиксирующего зажима. Применяют также профильные дополнительные стержни фиксаторов из алюминиевого сплава в виде швеллера.