Расчет контактной сети переменного тока

Расчет контактной сети переменного тока

Исходные данные

Характеристика контактной подвески

Таблица 1

Таблица 2 - Метеорологические условия

ВВЕДЕНИЕ

Контактная сеть, рельсы, фидеры и отсасывающие линии образуют тяговую сеть железных дорог.

Контактная сеть служит для непосредственного подведения электрической энергии к электроподвижному составу. В зависимости от назначения и условий эксплуатации контактная сеть может быть выполнена в виде воздушной подвески на опорах или контактного (третьего) рельса, установленного рядом с путями на кронштейнах с изоляторами. Контактные рельсы используют в РФ только на метрополитенах. На магистральных электрических дорогах их не применяют из-за трудностей, связанных с обеспечением безопасности людей и животных, с защитой от снежных заносов и т.д.

Контактная сеть должна обеспечивать бесперебойный токосъем при наибольших скоростях в любых атмосферных условиях. Практически это означает, что при значительных колебаниях температуры, образовании гололеда, сильном ветре, максимально допустимой скорости движения электроподвижного состава, установленной графиком движения, не должен нарушаться скользящий контакт между контактным проводом и токоприемником.

Основным критерием качества механического взаимодействия токоприемника и контактной подвески является степень постоянства контактного нажатия, т.е. нажатия в месте контакта токоприемника и провода в процессе движения электроподвижного состава. Если контактное нажатие близко к постоянному, то, во-первых, не происходит отрывов полоза токоприемника от контактного провода и не создаются тем самым условия для повышенного электрического износа провода и элементов полоза в результате искрения; во-вторых, не происходит заметных повышений контактного нажатия в жестких точках контактной подвески и не создаются условия для повышенного механического износа провода и токосъемных элементов.

С помощью контактной сети обеспечивается снабжение нетяговых железнодорожных потребителей (освещение станций, переездов, питание путевого инструмента).

Контактная сеть бывает двух типов:

воздушная контактная сеть.

контактные рельсы (на троллейбусе не применяются).

Несмотря на то, что на рельсовом транспорте ходовые рельсы обычно применяются для отвода обратного тягового тока, - они, как правило, не рассматриваются в качестве части контактной сети.

Основными элементами контактной сети являются:

опоры и опорные конструкции;

контактные подвески;

арматура и спецчасти;

контактные, питающие и усиливающие провода, подключённые к электрической сети.

Наиболее распространённые виды подвесок

Простая контактная подвеска - провод, свободно висящий между расположенными на опорах точками подвеса. Применяются в настоящее время только для устройства контактной сети в условиях карьеров.

Поперечно-цепная контактная подвеска - контактный провод между опорами контактной сети висит не свободно, а на часто расположенных проволоках, называемых струнами, которые прикреплены другим концом к несущему тросу.

Продольно-цепная контактная подвеска - вдоль трассы натянут продольный трос, подвешенный на жёстких или гибких поперечинах. К нему с помощью струн подвешен контактный провод. Такая подвеска очень эластичная; благодаря этому, контактный провод меньше изнашивается, что продлевает срок его службы.

Секционирование контактной сети

Для обеспечения возможности питания контактной сети от нескольких тяговых подстанций, а также для ремонта отдельных участков без отключения всей контактной сети, применяется секционирование контактной сети. При этом, контактная сеть разбивается на участки, -т. н. секции. Каждая секция запитывается отдельным фидером от тяговой подстанции. В случае неисправности на тяговой подстанции (или повреждения фидера) обычно есть возможность запитать секцию от другой тяговой подстанции. Таким образом, секционирование повышает надёжность контактной сети, обеспечивая бесперебойную подачу электроэнергии.

Изолирование секций

Для обеспечения надёжной изоляции секций и предотвращения образования дуги, которая может нарушить изоляцию между секциями при прохождении токосъёмников из одной секции в другую используются секционные изоляторы.

1. Основные данные проводов

Из таблицы 5 следует выписать основные данные несущего троса и контактного провода, входящих в заданный тип контактной подвески.

Определить максимально допустимое натяжение, несущего троса Тmах и номинальное натяжение контактного провода К. Максимально допустимое натяжение несущего троса в даН* определяется по формуле

 =  (1)

где вр - временное сопротивление разрыву материала проволок, из которых свит трос, Па; значения вр следует взять из таблицы 5 или из таблицы 9, стр.18 (2);р - расчетное сечение несущего троса, м2; значения Sр в мм2 следует взять из таблицы 5 или из таблицы 8 стр.17 (2);

Кз - номинальный коэффициент запаса прочности:

значения Кз принимаются, для медных, бронзовых и алюминиевых многопроволочных тросов - не менее 2; для биметаллических сталемедных многопроволочных тросов - не менее 2,5;

для стальных многопроволочных тросов - не менее 3.

Максимальное натяжение несущего троса Тmах обычно - принимают несколько ниже Тдоп. Рекомендуемые величины максимально допустимых натяжений несущих тросов цепных подвесок приведены в таблице 6 или из таблицы 10, стр. 18 (2).

Номинальное натяжение новых контактных проводов К может быть принято или взято из таблицы 10, стр18 (2):

для МФ-85. НЛОл 0,04 Ф-85 850 даН (850 кгс)

для БрМг 0,25Ф-85 950 даН (950 кгс)

для МФ-100, МФО-100,Р1ЛОлО,04Ф-100,

НЛОлО,04ФО-100 1000 даН (1000 кгс)

для БрМгО,25Ф-100,БрМгО,25ФО-100

1300 да Н (1300 кгс)

для МФ-150, НЛОл 0,04Ф-150, НЛОл 0,04ФО-150

даН (1500 кгс)

для БрМгО,25Ф-150, БрМг'0,25ФО-150

даН (1800 кгс)

для 2МФ-100, 2МФО-100, 2НЛОл 0,04Ф-100

даН (2000 кгс)

даН (2600 кгс)

Расчеты натяжений и нагрузок удобно выполнять в единицах, называемых даН (деканьютон); 1 даН=10 Н=1 кгс.

Таблица 3 - Натяжение несущих тросов цепных контактных подвесок

Определение нагрузок на несущий трос.

Из всего многообразия сочетаний метеорологических условий, действующих на провода КС, можно выделить три расчетных режима, при которых усилие (натяжение) в НТ может оказаться наибольшим, опасным для прочности троса:

Режим минимальной температуры - сжатие троса

Режим максимального ветра - растяжение троса

Режим гололеда - растяжение троса.

Для этих режимов и определяют нагрузки на НТ.

В режиме минимальной температуры НТ испытывает только вертикальную нагрузку - от собственного веса; ветра и гололеда нет; tх= tmin.

Вертикальная нагрузка от собственного веса 1м проводов в даН/м определяется по формуле:=gт+nк(gк+gс)=1,06+2(0,89+0,1)=3,04даН (1)

где gт ,gк - нагрузки от собственного веса 1м НТ и КП, даН/м; эти значения следует взять из таблицы 5 в соответствии с заданием или из (табл. 11, стр19, 2).с - нагрузка от собственного веса струн и зажимов, равномерно распределенная по длине пролета, это значение принимаем равным 0,1 даН/м при одном контактном проводе из (табл. 11, стр19, 2).

пк - число контактных проводов.

В режиме максимального ветра на НТ действует вертикальная нагрузка от веса проводов контактной подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на НТ (гололед отсутствует): tх = tvmax=-5°С.

Вертикальная нагрузка от собственного веса 1м проводов подвески определена выше по формуле (1).

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

Ptv max = Сх =  (2)

Где Сх - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления несущего троса ветру, может быть найден по таблице 7 или из (табл.14,стр. 27,2);н - нормативная скорость ветра наибольшей интенсивности, м/с с повторяемостью 1 раз в 10 лет определяется по таблице 4,стр14 (2) в соответствии с заданным в таблице 4 ветровым районом.

Кв - коэффициент, учитывающий влияние местных условий расположения подвески (высоты расположения проводов над поверхностью окружающей местности z из таблицы 7, стр16 (2) и шероховатости этой поверхности, выражаемой параметром шероховатости zо , из таблицы 6, стр.15 (2) на скорость ветра; значения коэффициента Кв приведены в таблице 7, стр.16 (2);- диаметр несущего троса, мм, определяется по таблице 8б стр. 17(2)

Результирующая (суммарная) нагрузка на несущий трос в даН/м в режиме максимального ветра определяется по формуле:max =² = 3,04+0,2=3,24 даН/м (3)

При определении результирующей нагрузки на несущий трос ветровая нагрузка на контактные провода не учитывается, т.к. она в основном воспринимается фиксаторами.

В режиме гололеда с ветром на несущий трос действуют вертикальные нагрузки от собственного веса проводов контактной подвески, от веса гололеда на проводах подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос, покрытый гололедом, при скорости ветра Vr;= tr= -5°С.

Вертикальная нагрузка от собственного веса 1 м проводов подвески определена выше по формуле (1).

Вертикальная нагрузка от веса гололеда на несущем тросе в даН/м определяется по формуле:

 =0,0009∙3,14∙20(14+20)= 0,05652∙34=1,92 даН/м (4)

где Вт - толщина стенки гололеда на несущем тросе, мм;- диаметр несущего троса, мм;

 =3,14.

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

 =0,0009∙3,14∙10(12,31+10)=

=0,2826∙22,31=0,63 даН/м (5)

где Вк - толщина стенки гололеда на контактном проводе, мм;ср.к - средний диаметр контактного провода, мм.

На контактных проводах толщину стенки гололеда принимают равной 50% от толщины стенки гололеда на несущем тросе:

Вк=0,5 • Вт =0,5∙20=10 (6)

Средний диаметр контактного провода в мм

 = (7)

где Н и А - соответственно высота и ширина сечения контактного провода, мм, принимаются по таблице 8 стр17 (2).

Остальные величины, входящие в формулу (5), те же, что и в формуле (4).

Полная вертикальная нагрузка от веса гололеда на проводах контактной подвески в даН/м равна= grг+nк(gгк+gгс) = 1,92+2(0,63+0,1)=3,38 даН/м (8)

где nк - число контактных проводов;гс - равномерно распределенная по длине пролета вертикальная нагрузка от веса гололеда на струнах и зажимах при одном контактном проводе, даН/м, которая может быть найдена по табл.

Таблица 4

контактный подвеска провод нагрузка

Горизонтальная ветровая нагрузка на несущий трос, покрытый гололедом в даН/м, при скорости ветра vi, определяется по формуле:

Pтг=Сх= (9)

где Сх - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления несущего троса ветру; таблица 20 (2);

Кв - ветровой коэффициент; таблица 7, стр.16 (2);- диаметр несущего троса, мм , из таблицы 8, стр.17 (2);

где Vн - нормативная скорость ветра наибольшей интенсивности, м/с, определена выше по таблице 2,стр.13 (2).

Результирующая (суммарная) нагрузка на несущий трос в режиме гололеда с ветром, даН/м, определяется по формуле:

= = 3,04+3,38+0,79=7,21 (11)

2. Определить погонные нагрузки в даН\м на провода контактной подвески во всех расчетных режимах

Погонные (распределительные) нагрузки на провода контактной подвески создаются за счет веса проводов и веса гололеда на проводах (вертикальные нагрузки) и за счет действия ветра на провода подвески (горизонтальные нагрузки)

Часть погонных нагрузок была определена в предыдущем пункте:- нагрузка от собственного веса проводов цепной подвески- нагрузка от веса гололеда на проводах подвескитvmax - нагрузка от давления ветра на несущий трос, при максимальной скорости ветра Vvax.тr - нагрузка от давления ветра на несущий трос при гололеде и скорости ветра Vr.

Здесь должны быть дополнительно определены нагрузки в даН/м от давления ветра на контактные провода:

а) в режиме максимального ветра

=   (12)

б) в режиме гололеда с ветром

= (13)

где Сх - аэродинамический коэффициент -лобового сопротивления (Кв•Vн) контактных проводов ветру; см. таблицу 14,стр.27,(2);

Н - высота сечения контактного провода, мм, определяется по таблице 8,стр.17 (2);н - нормативная скорость ветра наибольшей, интенсивности, м/с;_=0,5Vн - нормативная скорость ветра при гололеде, м/с, Таблица1стр.12 (2);

Ьк - толщина стенки гололеда на контактном проводе, мм (Вк=0,5 • Вт);

Кв - ветровой коэффициент, см таблицу 7,стр16,(2)

Значение Vн, Vг, Ьк определены в предыдущем пункте. При определении коэффициента Кв следует учесть, что рассматриваемая контактная подвеска расположена на нулевом месте в открытой местности с редким лесом.

3. Определение длины эквивалентного и критических пролетов и установление расчетного режима

Длина эквивалентного пролета в м определяется по формуле:

 = (14)

где Ij - длина пролета с номером j;

п - число пролетов в анкерном участке.

Для дальнейших расчетов полученную длину эквивалентного пролета следует округлить до целого числа.

Из теории известно, что для определения по уравнению состояния несущего троса ценной подвески значения натяжения Тх при любой температуре tх и любой нагрузке gх, нужно знать исходное состояние (исходный режим), т.е. знать температуру t1, нагрузку g1 и соответствующее этим условиям значение натяжения несущего троса Т1. Поскольку первоначально из всех возможных натяжений несущего троса известно только его максимальное натяжение Тmax, то необходимо установить, при каком из расчетных режимов для заданного типа подвески и заданных климатических условий в несущем тросе создается наибольшее натяжение; принять этот режим за исходный и считать Т1=Тmах.

Таким исходным режимом, может быть либо режим минимальной температуры (tmin), при которой натяжение в несущем тросе может оказаться наибольшим за счет сжатия материала троса, либо режим наибольшей дополнительной нагрузки - режим гололеда с ветром или режим максимального ветра, при которых натяжение в несущем тросе может оказаться наибольшим за счет растяжения, вызываемого дополнительной нагрузкой на трос от гололеда и ветра.

Чтобы определить, какой из названных режимов для конкретных заданных климатических условий и заданного анкерного участка контактной подвески должен быть принят за исходный, нужно рассчитать длины критических пролетов в м для обоих режимов наибольшей дополнительной нагрузки (gvmax и gr) по формулам:

для режима гололеда с ветром

 =   (15)

для режима максимального ветра:

 =   (16)

В формулах (15, 16) значение 24α должно быть взято для несущего троса заданной подвески по табл. 5.

В соответствии с определением понятия «критический пролет» можно сделать вывод, что для того, чтобы натяжение в несущем тросе при режиме гололеда с ветром создалось такое же, как и при заданной минимальной температуре и было бы равно Тmах, длина эквивалентного пролета lэ, заданного анкерного участка должна быть равна длине lкр.г, полученной но формуле (15).

Аналогичный вывод можно сделать и относительно полученной по формуле (16) длины lкр.vmах.

Остается сравнить полученные длины lкр.г и lкр.vmах с найденной выше длиной эквивалентного пролета Iэ для заданного анкерного участка цепной подвески.

Если окажется, что оба значения критического пролета больше 1э, т.е. 1кр.г>1э и 1кр.vmах> 1э, то исходный расчетный режим - минимальная температура.

Если окажется, что одно из значений 1кр меньше, чем 1э, то исходный расчетный режим - тот режим, которому соответствует это малое значение 1кр, т.е. или режим гололеда с ветром (если 1крг<1э), или режим максимального ветра (если 1крvmах<1э).

4. Определение натяжений нагруженного (контактным проводом) несущего троса в зависимости от температуры и построение монтажной кривой Тх(tх)

Определение натяжений несущего троса при всех расчетных режимах и при температуре беспровесного положения контактных проводов. Составление монтажной таблицы

Расчет зависимости натяжения нагруженного несущего троса от температуры и построение монтажной кривой Тх(tх).

Расчет зависимости Т.х (tх) выполняется по уравнению состояния несущего троса цепной полукомпенсированной контактной подвески

=  (17)

В уравнении состояния величины с индексом «I» следует отнести к исходному режиму, при котором Т1=Тmах (т.е. наибольшему допускаемому натяжению):

а) если исходный расчетный режим - минимальная температура, то Т1=Тmах, t1= tmin , g1 =g

б) если исходный расчетный режим - гололед с ветром,то Т1==Тmах, t1=tг=-5°С; g1=gг;

в) если исходный расчетный режим - максимальный ветер, тоТ1=Тmах; t 1=t vmax=-5oC; g 1 = g v max;

Величины с индексом «х» в уравнении состояния - это искомые значения натяжения несущего троса Тх и соответствующие им значения температуры tх и нагрузки gх.

При этом, поскольку вначале предстоят рассчитать зависимость натяжения несущего троса только от температуры Тх(tх), без учета влияния дополнительных нагрузок от ветра и гололеда, то в данном разделе расчета следует принять: qх=g

Значения произведений  и  для несущего троса заданной подвески следует выбрать по таблице 11,стр.19,(2).

Для упрощения дальнейшего расчета уравнение состояния может быть приведено к виду:

 = (18)

Для 1932 даН:

Для 2132даН:

Для 2332 даН:

Для 2532 даН:

где А, В, С - постоянные для данного расчета коэффициенты;= t1- =

 (19)=  = (20)

С=αES = 21,56 (21)

Подставляя в уравнение (18) различные значения Тх, взятые с интервалом 200 даН, получают соответствующие им значения tх. Начать следует с Тx=Тmах. Расчет следует продолжать до тех пор, пока значениями tх не будет охвачен весь заданный диапазон температур от tmin до tmах - в итоге будет получен ряд значении (Тх, tх), которые удобно свести в промежуточную таблицу. По этим результатам расчета нужно построить на листе миллиметровой бумаги кривую Тх(tх) - монтажную кривую натяжения нагруженного (контактным проводом) несущего троса полукомпенсированной цепной подвески в зависимости от температуры.

Пример построения кривой Тх(tх). При построении кривой Т.х(tх) рекомендуется принять масштаб:

по вертикали (Тх) 10 мм - 100 даН;

по горизонтали (tх) 10 мм - 10°С,

ось Тх следует провести через 0°С.

Определение натяжений несущего троса при всех трех расчетных режимах:

при минимальной температуре Ttmin;

при максимальном ветре Тv max;

при гололеде с ветром Тг.

Один из этих расчетных режимов, как это определено выше, является исходным расчетным, натяжение несущего троса при этом режиме равно максимальному Тmах (см. определение исходного расчетного режима).

При этом обычно возможны два варианта расчета в зависимости от установленного выше исходного расчетного режима для уравнения состояния несущего троса полукомпенсированной контактной подвески:

а) если исходным расчетным режимом оказался режим минимальной температуры, то значение Ttmin==Tmax.

Находить же нужно в этом случае натяжение несущего троса при максимальном ветре Ту max и при гололеде с ветром Тг.

Значения Тvmах и Тг определяются методом подбора по уравнению состояния несущего троса полукомпенсированной контактной подвески (17).

Для этого в уравнении состояния величины с индексом «1» следует отнести к исходному расчетному режиму, т.е. так же, как и в предыдущем расчете, в данном случае будет

ti=tmin; T1=Tmax; q1=g

Иными словами, коэффициент А в уравнении состояния (в его упрощенном виде) будет иметь найденное в предыдущем расчете значение; коэффициент С также остается прежним. Уравнение состояния приобретает вид:

 (22)

Величины с индексом «х» в уравнении состояния следует вначале отнести к режиму максимального ветра, а затем - к режиму гололеда с ветром.

Метод подбора состоит в следующем:

Пусть вначале определяется значение Тvmax. Тогда в уравнении состояния qx=qvmax.

* Режим максимального ветра, как правило, не оказывается исходным расчетным (т.е. самым тяжелым) для метеоусловий, возможных на железных дорогах.

Значение qy max найдено ранее по формуле (3). Далее следует произвольно задаться значением Tv max и принять его за Тх.

Примечание. Для ускорения расчета следует начать подбор со значения Тх, несколько большего, чем значение Тx на кривой, соответствующее температуре tx=tvmax= -5°C.

Подставив значения qх и Тх в уравнение состояния (22), вычислить tх.

Если tx окажется равной температуре, при которой наблюдается максимальная скорость ветра tv max== -5°С, то значение Tvmax выбрано правильно. Если же tх не будет равна tvmax=-5°С, то 'следует взять другую величину Tvmax, принять её за Тх и вновь подставить в уравнение состояния.

Если и при этом tх не равна tvmax, то действительное значение Тvmax можно определить методом линейной интерполяции.

Задаемся Тх1 и Тх2 и если искомая температура оказалась tvmax=-50С оказалась между tx1=-3,8°С и tх2=-11°C.

Соответственно между двумя принятыми выше значениями Tx1 и Тх2 находится искомое значение Tv max, которое может быть найдено линейной интерполяцией:

 =

Аналогично методом подбора определяется и значение Тг. В этом случае в уравнении состояния (22) величины с индексом «х» должны относиться к режиму гололеда с ветром, т.е. gх=gг.

Значение gr найдено выше по формуле (11). Значениями Тх=Тг задаются и ожидают получить при подстановке gх и Тх в уравнение состояния (22) значение:tx=tr=-5°С.

Полученные значения Тvmах и Тг должны быть точками с координатами (Тvmax; tvmax) и (Тг; tг) отмечены на монтажной кривой Тх(tх).

б) если исходным расчетным режимом оказался режим гололеда с ветром, то значение Тг=Тmах.

Находить же нужно в этом случае натяжение несущего троса при максимальном ветре Тvmах и при минимальной температуре Тtmin.

В этом случае в уравнении состояния величины с индексом «1», относящиеся к исходному расчетному режиму, имеют следующие значения:=tг=--5°С; Т1= Тvmах; g1==gг.

Коэффициенты А и С в уравнении состояния (в его упрощенном виде) будут иметь значения, найденные ранее при расчете кривой Тх(tх).

Натяжение несущего троса при режиме максимального ветра можно определить по уравнению состояния (22) методом подбора так, как это описано выше, принимая:х= gvmах; Тх=Тv mах; tх=Тv max= -5 О С.

Значение натяжения несущего при режиме минимальной температуры также можно определить методом подбора по уравнению состояния несущего троса, приняв:

gх=g; Тх=Ttmin; t==tmin.

Однако, это можно сделать проще: значение натяжения несущего троса при режиме минимальной температуры может быть определено по монтажной кривой.Тх (tх), построенной выше, соответственно температуре t min.

Определение натяжения несущего троса при беспровесном положении контактных проводов.

Прежде всего следует определить температуру tо, при которой контактный провод будет занимать беспровесное положение.

Для полукомпенсированной цепной подвески температуру 1о беспровесного положения контактных проводов обычно принимают несколько ниже" (на величину Г), чем среднее значение температуры в заданном районе. В связи с этим формула для определения температуры беспровесного положения контактных проводов может быть записана так:

 =  (24)

где t - величина, зависящая от типа и количества контактных проводов; ее значения приведены в таблице 9.

Таблица 5

Величину натяжения несущего троса при беспровесном положении контактных проводов То проще всего определить по построенной выше монтажной кривой натяжения несущего троса Тх(tх) соответственно найденной температуре беспровесного положения контактных проводов tо.

5. ЦЕПНАЯ ПОДВЕСКА

Цепные контактные подвески применяются на железнодорожном транспорте.

Различаются по следующим основным признакам:

способу подвешивания контактных проводов к несущему тросу

способу регулирования натяжения проводов

взаимному расположению проводов, образующих подвеску в плане

типу струн у опор.

В зависимости от способа подвешивания контактного провода к несущему тросу подвески разделяются на:

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

По способу регулирования

По способу регулирования натяжения проводов цепная подвеска может быть:

некомпенсированной, когда контаткный провод и несущий трос анкеруют (закрепляют) на концевых опорах анкерного участка жестко и нет устройств для автоматического регулирования их натяжения;

полукомпенсированной, в которой часть проводов, например, контактный или контактный и вспомогательный, снабжена устройствами для автоматического регулирования натяжения - компенсаторами;

компенсированной, в которой все провода снабжены общими или отдельными для каждого провода компенсаторами.

По взаимному расположению проводов

По взаимному расположению проводов, образующих цепную подвеску в плане, различают:

вертикальную цепную подвеску, в которой провода расположены в одной вертикальной плоскости или имеют небольшое (не более 0,5 м) смещение, и

косую, когда несущий трос значительно (угол наклона струн к вертикали в плоскости, перпендикулярной оси пути, превышает 20°) смещен относительно контактного провода.

Косая подвеска используется на кривых участках пути и позволяет существенно уменьшить углы изменения направления контактного провода у опор в местах расположения фиксаторов (устройств, удерживающих контактный провод в требуемом положении в горизонтальной плоскости). Это повышает эластичность контактной подвески в опорных узлах, что благоприятно сказывается на токосъёме. При определенных радиусах кривых косая контактная подвеска может даже выполняться без фиксаторов. Косая подвеска значительно сложнее в монтаже и эксплуатации; правильное её содержание возможно только при высокой квалификации обслуживающего персонала, так как она обладает свойством «опрокидывания» - эффект, когда контактный провод оказывается выше несущего.

В зависимости от типа струн и их расположения у опор, цепная подвеска может быть:

с простыми опорными струнами, - струны устанавливают не далее 1-2 м от опор (см. рис. «Одинарная контактная подвеска» выше);

со смещёнными простыми опорными струнами, - струны удалены от опор более чем на 2 м. В одинарной подвеске опорные простые струны устанавливают на расстоянии 4-5 м от опоры, в двойной - 5-9 м;

рессорной, - в ней струны закреплены на рессорном проводе;

с упругими струнами, - струны подвешивают к несущему тросу с помощью упругих элементов, например гибких полимерных стержней или рычагов, скручивающих несущий трос;

Струны цепной подвески

Струны цепной подвески должны обеспечивать надежное крепление контактного провода к несущему тросу, а также возможность перемещения провода по высоте и вдоль пути. Кроме того, струны должны позволять осуществлять регулировку контактного провода по высоте, необходимую для обеспечения токосъема хорошего качества. В цепных подвесках применяют звеньевые, скользящие и рессорные струны. Связь между контактным проводом и несущим тросом не должна быть жесткой, поэтому струны выполняют из отдельных звеньев.

Звеньевые струны цепных подвесок. При одиночном контактном проводе компенсированной или полукомпенсированной подвески струна состоит из трех звеньев. Независимо от места расположения ее в пролете верхнее и нижнее звенья изготовляют постоянной длины. Среднее звено выполняют с запасом на регулировку. Такие же струны применяют при компенсированной подвеске с двойным контактным проводом. В этом случае их устанавливают поочередно на каждый провод (шахматное расположение).

При полукомпенсированной подвеске с двойным контактным проводом оба провода подвешивают к одной струне, которая состоит из четырех звеньев. Верхнее и два нижних звена изготовляют постоянной длины, а среднее звено - с запасом на регулировку. Для обеспечения необходимой регулировки двойного контактного провода два нижних звена надо изготовлять с высокой точностью по длине. Нижние звенья струн, связанные с проводом, выполняют длиной не более 300 мм. Длину струн выбирают в зависимости от типа цепной подвески, ее конструктивной высоты, длины пролета и места расположения в пролете.

Для уменьшения износа струн в местах соединения звеньев устанавливают медные коуши. Струны прикрепляют к контактному проводу и несущему тросу струновыми зажимами. При этом на проводе и тросе ставят одинаковые зажимы.

Первую струну устанавливают в 10 м от опоры. Расстояние между струнами при компенсированной подвеске берут 6-8 м, при компенсированной подвеске с двойным контактным проводом между смежными струнами - 3-4 м, при полукомпенсированной подвеске - 10-12 м.

При изменении температуры происходит взаимное перемещение контактного провода и несущего троса вдоль пути (по обе стороны от средней анкеровки). Особенно сильно это явление сказывается при полукомпенсированной подвеске. Здесь несущий трос практически не имеет продольных перемещений, у контактного же провода эти перемещения достаточно велики. Взаимное перемещение троса и провода приводит к перекосу струн. В результате меняется положение контактного провода по высоте, а также искажается натяжение проводов цепной подвески.

Скользящие струны применяют, чтобы уменьшить влияние этих нежелательных факторов. На рабочих ветвях подвески скользящую струну устанавливают в тех местах, где наклон струны к вертикали превышает 30°. Это обычная звеньевая струна, которая в верхней своей части имеет возможность свободно перемещаться вдоль несущего троса. В качестве направляющей используют отрезок круглой стали диаметром 12 мм и длиной 600 мм. Направляющая прикреплена к тросу двумя соединительными зажимами. В верхней части струны вместо струнового зажима применена медная скоба. В нижней части струну крепят к контактному проводу струновым зажимом.

На нерабочей ветви подвески, независимо от перемещений проводов, используют скользящую струну. Эта струна отличается от обычной тем, что прикрепляется к контактному проводу не струновым зажимом, а скобой. Такая струна обеспечивает взаимное перемещение проводов и более проста при монтаже.

Рессорные струны широко применяют в опорных узлах цепной подвески. Вспомогательный трос изготовляют из биметаллической сталемедной проволоки диаметром 6 мм. Его прикрепляют к несущему тросу зажимом рессорной струны. Звеньевые струны крепят с одной стороны к вспомогательному тросу струновыми зажимами или медными скобами, а с другой - к контактному проводу.

При компенсированной подвеске рессорные струны используют на перегонах и главных путях станций во всех случаях. При полукомпенсированной подвеске на неизолированных консолях, установленных на кривых радиусом 800 м и более, рессорные струны применяют на перегонах и главных путях станций. На более крутых кривых рессорные струны не устанавливают. В этом случае используют обычные струны, располагаемые на расстоянии 2 м по обе стороны от опоры. Эти струны называют простыми опорными. На станционных путях, где скорость движения не превышает 70 км/ч, также применяют простые опорные струны.

Воздушные контактные подвески подразделяют на простые и цепные. Простая контактная подвеска, называемая иногда трамвайной, состоит из контактного провода, подвешенного на опорах к консолям на изоляторах. Контактный провод может занимать почти горизонтальное положение только при какой-то одной температуре. При любой другой температуре он либо провиснет, либо натяжение его превысит допустимое. В условиях больших скоростей движения токоприемник может не успевать следовать за очертаниями контактного провода; в результате этого возможны нарушения скользящего контакта, особенно в точках подвеса контактного провода.

На магистральных участках железных дорог, применяют цепные подвески, состоящие из контактных проводов и несущих тросов. Это деление в некоторой мере условно. Однако принято к несущим тросам относить провода, основная функция которых - воспринимать механические нагрузки, а к контактным проводам те, основная функция которых проводить ток.

Цепные подвески в свою очередь подразделяют на одинарные и двойные. Цепные подвески позволяют увеличивать расстояние между опорами и обеспечивают безыскровой скользящий контакт при высоких скоростях.

В цепной одинарной подвеске контактный провод с помощью часто размещенных струн подвешивают к несущему тросу. Несущий трос, используя изоляторы, крепят к консолям, расположенным на опорах. Положение цепной подвески относительно оси пути задают с помощью фиксаторов. При двойной цепной подвеске (рис. 135) к несущему тросу на струнах подвешивают вспомогательный провод, к которому также струнами крепят контактный провод. Двойная цепная подвеска допускает наибольшие скорости движения.

Контактный провод в цепных подвесках подвешивают так, чтобы он располагался по всей длине пролета примерно на одной высоте от головки рельса. Это достигается применением струн разной длины: коротких в средней части пролета и более длинных у опор. Условия механического взаимодействия токоприемника и контактного провода ухудшаются при увеличении расстояний между соседними струнами, так как в этом случае значительны стрелы провеса контактного провода в межструновых пролетах. Эти стрелы провеса уменьшить практически невозможно, поскольку натяжения проводов уже приняты максимальными, в частности по условиям обеспечения наибольшей ветроустойчивости подвески.

По этой причине единственным путем снижения межструновых стрел провеса остается сближение струн до экономически целесообразных пределов. На отечественных железных дорогах расстояние между соседними струнами в средней части пролета обычно составляет 7-9 м. В подвесках с двумя контактными проводами при шахматном расположении струн (струны разных контактных проводов смещены друг относительно друга) расстояние между ними уменьшено до 4-6 м.

В плане на прямых участках пути контактные провода располагают зигзагообразно относительно оси пути. Это необходимо для обеспечения равномерного износа накладок токоприемников. Зигзаг устанавливают в соответствии с длиной рабочей части токоприемника. На дорогах Советского Союза зигзаг составляет 0,3 м в каждую сторону. Зигзаг контактному проводу придают фиксаторами, размещаемыми на каждой опоре.

Несущий трос может быть расположен зигзагообразно вместе с контактным проводом, по оси пути и с зигзагом, обратным зигзагу контактного провода. В зависимости от этого цепная подвеска называется соответственно вертикальной, полукосой и косой. Выбор типа расположения подвески в плане зависит от скорости и преимущественного направления ветра на данном участке. Косая цепная подвеска наиболее устойчива к воздействию ветра и позволяет применять большие пролеты. Однако монтаж ее сложнее.

В проводах контактной подвески необходимо поддерживать определенное натяжение, чтобы обеспечить минимальные стрелы провеса контактного провода. На электрифицированных железных дорогах применяют полукомпенсированные и компенсированные контактные подвески, различающиеся способом натяжения проводов.

В полукомпенсированной цепной подвеске с помощью грузовых компенсаторов обеспечивают натяжение только контактного провода. Вследствие этого отдельные точки контактного провода перемещаются вдоль пути при изменениях окружающей температуры и тем больше, чем ближе точка находится к компенсатору. В полукомпенсированной подвеске несущий трос закреплен на опоре жестко и при колебаниях температуры стрела его провеса изменяется. Вместе с несущим тросом приподнимается или опускается контактный провод. В зимнее время возникает так называемый отрицательный провес, что значительно снижает качество токосъема. Учитывая это, в полукомпенсированной подвеске натяжение контактного провода регулируют так, чтобы он занимал беспровесное положение при температуре не среднегодовой, а ниже ее на 10-15°С.

В компенсированной цепной подвеске в контактный провод и несущий трос включены приспособления, автоматически компенсирующие температурные изменения и поддерживающие постоянное натяжение троса и контактного провода. Довольно часто контактный провод и несущий трос крепят к общему компенсатору.

Грузовой компенсатор в полукомпенсированной и компенсированной подвесках состоит из груза и нескольких блоков, через которые его с помощью троса присоединяют к проводам. Чтобы можно было включить грузовые компенсаторы в провод контактной подвески, последнюю разбивают на отдельные участки, механически не связанные друг с другом, называемые анкерными. Длина анкерного участка составляет около 1600 м на прямых отрезках пути.

В полукомпенсированной или компенсированной подвеске не исключена вероятность того, что по какой-либо причине контактный провод в случае температурных изменений начнет перемещаться только в сторону одного грузового компенсатора, например, при неисправности блока компенсатора, расположении подвески на уклоне, под действием токоприемника и т.д. Во избежание этого устраивают среднюю акеровку, т.е. жестко закрепляют контактный провод в середине анкерного участка.

В полукомпенсированной цепной подвеске средняя анкеровка представляет собой отрезок троса, прикрепленный в средней точке, а к контактному проводу, а концами - к несущему тросу. Разность усилий в двух частях анкерного участка воспринимается ветвью средней анкеровки. В случае обрыва контактного провода (предположим, в точке б) выходит из строя только половина анкерного участка. Среднюю анкеровку компенсированной подвески устроить сложнее, так как ее необходимо выполнить и для контактного провода, и для несущего троса.

Чтобы обеспечить плавный переход полоза токоприемника с контактного провода одного анкерного участка на смежный без нарушения скользящего контакта и снижения установленной скорости движения, устраивают так называемые сопряжения анкерных участков. Рассмотрим такое сопряжение. Между анкерными опорами 1 и 4 расположены две переходные опоры 2 и 3, на которых подвешены контактные подвески сопрягаемых анкерных участков 1 и 2.

В пролете между переходными опорами каждый из контактных проводов по мере приближения к переходной опоре, с которой он отходит к своей анкерной опоре, постепенно поднимается и у переходной опоры располагается на 200 мм выше рабочего контактного провода. Этого достигают, соответственно укорачивая струны. Токоприемник, проходя между опорами 2 и 3, сначала скользит по контактному проводу одного участка (например, 1 при движении слева направо), затем примерно в середине пролета касается проводов обоих сопрягаемых участков и далее продолжает движение, касаясь контактного провода сопрягаемого анкерного участка 2.

Если контактные подвески в сопряжениях анкерных участков электрически не связаны специальными электрическими соединителями, то образуется так называемый воздушный промежуток, и контактные подвески сопрягаемых анкерных участков соединяются электрически только в момент прохода токоприемника через сопряжение. В тех случаях, когда анкерные участки даже на мгновение нельзя электрически соединять, например, при сопряжении анкерных участков с различными по фазе напряжениями, применяют нейтральные вставки.

Нейтральной вставкой называют участок контактной подвески, на котором в нормальных условиях нет напряжения. Нейтральные вставки на дорогах постоянного тока устраивают в тех случаях, когда габаритные размеры какого-либо искусственного сооружения не позволяют подвесить контактный провод, находящийся под напряжением, без нарушения минимального расстояния до ближайших заземленных частей.

Нейтральную вставку выполняют, монтируя дополнительную контактную подвеску 1, которая вместе с подвесками смежных анкерных участков 1 и 2 образует два последовательно включенных воздушных промежутка. Нейтральные вставки располагают так, чтобы токоприемник локомотива, следующего через сопряжение анкерных участков, сначала переходил с контактного провода анкерного участка 1 (при движении слева направо) на нейтральную вставку и далее с нейтральной вставки на контактный провод анкерного участка 2. Через нейтральную вставку поезд проходит без тока по инерции. Для того чтобы он не остановился в пределах нейтральной вставки, при подходе к ней машинист разгоняет поезд до соответствующей скорости. Если поезд вынужденно остановился под нейтральной вставкой, то его выводят, включив секционные разъединители 2 и 3 в зависимости от того, в какую сторону он должен двигаться. Чтобы машинист знал, где нужно отключить и снова включить тяговые двигатели, устанавливают предупредительные сигнальные знаки.

Для обеспечения нормальной работы электрифицированных железных дорог большое значение имеет выбор электрического сопротивления контактной подвески. Напомним, что номинальное напряжение в ней на дорогах переменного тока составляет 25 кВ и постоянного тока - 3 кВ. Все тяговые и другие расчеты производят исходя из этих значений. На шинах тяговых подстанций напряжение на 10% выше номинального для компенсации падения напряжения и составляет 27,5 кВ для дорог переменного тока и 3,3 кВ на дорогах постоянного тока при номинальной нагрузке.

Однако резкие изменения нагрузок в тяговой сети вызывают значительные колебания напряжения. При понижении напряжения снижается скорость движения поездов, вследствие чего уменьшается пропускная способность дорог. Поэтому Правилами технической эксплуатации железных дорог Союза РФ установлен уровень напряжения на токоприемнике электровозов на любом участке: не менее 21 кВ при переменном токе и 2,7 кВ при постоянном. Электрическое сопротивление контактной сети должно быть выбрано таким, чтобы эти требования удовлетворялись. При этом учитывают также сопротивление рельсовой сети, питающих и отсасывающих линий.

Контактные провода изготовляют из меди, обладающей большой проводимостью. Наибольшее распространение получили контактные провода марки МФ (медный, фасонный). Фасонными их называют из-за двух продольных пазов (рис. 143), необходимых для закрепления различных зажимов. На главных путях применяют контактные провода сечением 100 и 150 мм2 (МФ-100, МФ-150), а на станционных - сечением 85 мм2. Иногда используют также провода бронзовые, стале-медные.

В качестве несущих тросов применяют медные и биметаллические (стале-медные) провода, стальные тросы. Биметаллические провода свиты из отдельных биметаллических проволочек, каждая из которых имеет стальную сердцевину, покрытую тонким слоем меди. Площадь сечения проводов контактной сети дорог переменного тока значительно меньше, чем на дорогах постоянного тока. Это объясняется более высоким напряжением, подводимым к токоприемникам электровозов. Обычно на дорогах переменного тока вполне достаточно несущего троса и контактного провода для обеспечения необходимой проводимости контактной подвески.

На дорогах постоянного тока вынуждены подвешивать два контактных провода, располагая их рядом; кроме того, дополняют подвеску усиливающими проводами.

Рельсовая сеть служит вторым проводом тяговой сети. На железных дорогах используют рельсы типов Р50, Р65 и Р75 (цифры указывают массу в килограммах 1 м рельса).

Для уменьшения сопротивления рельсовой сети тяговому току устанавливают соединители в рельсовых стыках. Стыковые соединители представляют собой небольшие отрезки гибкого медного провода с двумя наконечниками, привариваемыми к рельсам по обе стороны стыка.

На линиях, оборудованных автоблокировкой или электрической централизацией, устраивают изолированные стыки для разделения рельсов на блок-участки. В этих случаях путь для тягового тока в обход изолированных стыков без нарушения работы устройств автоблокировки обеспечивают, устанавливая дроссель-трансформаторы, называемые также путевыми дросселями, с обеих сторон каждого изолированного стыка. Средние точки их соединяют.

Для срабатывания устройств автоблокировки необходимо, чтобы сигнальный ток прошел из одной рельсовой нити в другую, отделенную изолированным стыком. Обмотки дроссель-трансформаторов обладают большим индуктивным сопротивлением, что практически делает невозможным прохождение через них сигнального переменного тока. В последнее время в устройствах автоблокировки на дорогах переменного тока применяют ток частотой 25 Гц, а на дорогах постоянного тока - частотой 50 Гц. Это предотвращает ложное срабатывание сигналов автоблокировки.

Переменный или постоянный тяговый ток свободно проходит через обмотки дроссель-трансформаторов в перемычку между их средними точками, так как тяговые токи в каждой половине обмотки направлены встречно, вследствие чего магнитные потоки, создаваемые ими, взаимно уничтожаются.