Расчет контактной сети участка железной дороги переменного тока

Введение

Одним из основных элементов электрификации железных дорог является контактная сеть, служащая для передачи электрической энергии к электроподвижному составу через непосредственный контакт с токоприемником. В сложных климатических условиях при заданных скоростях движения и весах поездов.

Поэтому при ее проектировании необходимо обеспечить механическую прочность и устойчивость всех ее элементов: проводов, опорных и поддерживающих устройств с учетом экономической целесообразности и надежности.

Решая вопросы в комплексе при выполнении проекта, проводилось глубокое изучение теории расчетов и устройства контактной сети, использовались техническая справочная литература, опыт эксплуатации контактной сети на электрифицированных участках и участках вновь электрифицируемых.

В дипломном проекте спроектирован участок контактной сети железной дороги переменного тока, на основании климатических условий соответствующих Магдагачинской дистанции электроснабжения Забайкальской железной дороге, а так же рассмотрен вопрос о износе контактных проводов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет контактной сети участка железной дороги переменного тока

 

Необходимость освоения высоких размеров движения, в условиях рыночной экономики, ставит перед работниками железнодорожного транспорта важную задачу отыскания неиспользованных резервов увеличения пропускной и провозной способности железной дороги при минимальной себестоимости перевозок.

Железнодорожный транспорт благодаря своей универсальности, надежности и возможности освоения массовых грузовых и пассажирских потоков является основным видом транспорта Российской Федерации. Исследования показывают, что в перспективе железные дороги будут выполнять более половины грузооборота страны и около трети пассажирооборота.

В плане развития железнодорожного транспорта предусматривается сочетание мероприятий, проводимых в общесетевом масштабе и осуществляемых на отдельных железных дорогах или направлениях.

Мероприятия, направленные на усиление пропускной и провозной способности железной дороги в зависимости от способа осуществления поставленной задачи подразделяются на организационно-технические и реконструктивные.

Реконструктивные мероприятия обеспечивают весьма значительное увеличение мощности существующих железных дорог, но требуют крупных капитальных затрат и внедрения более совершенного технического оснащения.

Введение более совершенных средств технического оснащения требует относительно меньших капитальных затрат и в меньшей мере усложняет условия движения поездов в период производства работ.

В настоящее время широкое распространение имеют следующие реконструктивные мероприятия:

• электрификация железных дорог;
• строительство вторых (третьих, четвертых) путей и двухпутных

   вставок;

• удлинение приемоотправочных путей,
• введение более мощных локомотивов;
• совершенствование устройств СЦБ.

Особым видом работ, имеющим весьма важное значение, является реконструкция узлов и станций. Возникает настоятельная необходимость довести полезную длину приемоотправочных путей до 1700 метров (для супертяжеловесов, сдвоенных и других длинносоставных поездов).

Провода контактной подвески в эксплуатации подвергаются действию различных факторов, определяющих те или иные значения натяжений и стрел провеса проводов. Основными из этих факторов являются температура провода и действующие на провод нагрузки постоянные (вес проводов и деталей подвески) и временные (гололед и давление ветра).

Расчетные климатические условия для механического расчета устройств контактной сети определяются на основании анализа имеющихся данных наблюдений за температурой воздуха, скоростью ветра и гололедообразованием на проводах в районе расположения железнодорожной линии.

Расчетные климатические условия устанавливаются по наиболее невыгодным сочетаниям температур и дополнительных нагрузок от ветра и гололеда, наблюдаемым не реже одного раза в 10 лет. В таблице 1.1 приведены данные климатических условий для Магдагачинской дистанции электроснабжения Забайкальской железной дороги.

Таблица 1.1 Климатические условия дистанции электроснабжения

Дистанции электроснабжения (ЭЧ)	Категорийность по ЭЧ	Температурные районы	Ветровые районы	Гололедные районы	Районы по загрязненности
Дальневосточная железная дорога
Магдагачинская (ЭЧК-37)	II	I	II	I	IV

 

 

2 Определение расчетных нагрузок на провода и тросы, и выбор их натяжения.

 

В расчетные формулы для определения длин пролетов входят вертикальные g и g k горизонтальные р к и р т и результирующая gт нагрузки, а также натяжение контактного провода К и несущего троса Т и То.

Нагрузку на провода и тросы принимаем равномерно распределенными по длине пролета, так как они относятся к одному метру длины провоза.

Нагрузку от собственного веса проводов и тросов определим по таблице 1.5 [8,18] или таблице 5 [2А9];  для главных путей станции и перегона подвеска

ПБСМ-95 + МФ-100

g k =0,89 даН/м,

g т = 0,77 даН/м.

Для боковых путей подвеска

ПБСМ-70 + МФ-85

g k =0,76 даН/м,

g т = 0,60 даН/м.

Нагрузку от собственного веса контактных подвесок находят, суммируя нагрузки отдельных проводов, из которых состоит подвеска, струн и зажимов для их крепления. Нагрузку от рессорного троса, зажимов учитывают приближенно, относя ее к 1м блины подвески в размере 0,1 даН/м при одном контактном проводе. Таким образом

                                            g = g н + n k* (g k+ 0.1)                                     (2.1)

 где n k - число контактных проводов

Вычислим нагрузку контактных подвесок от собственного веса по                                                                

формуле (2.1)

g = 0,77+1* (0,89+0.1) =1.76 даН/м;

 

Вертикальная нагрузка от веса гололеда на один метр длины проводов или троса, принимая гололед цилиндрической формы плотностью 900 кг/м3

 

                                    g г = 2,77 * b г* (d+ b г) * 10-3                                   (2.2)

где bг - толщина стенки гололеда, мм;

d - вертикальный размер диаметрального сечения, мм.

 

                                         b н = b н* К г                                                                                         (2.3)

 

      К г - коэффициент зависящий от характера местности,

      b н - нормативная толщина стенки льда

 

b н = 15 * 0,99 * 1,1 = 16,335мм

 

      Для несущего троса ПБСМ-95, d=12,5;

для ПБСМ-70, d=11;

для провода МФ-100, d=12,3.

Вертикальную нагрузку от веса гололеда определим по формуле (2.2)

Для несущего троса

 

     g гт = 2,77 * 16,332 * (12,5+16,332) * 10-3 = 1,305 даН/м

 

2.1 Для контактного провода

 

g гт = 2,77 * 8,168 * (12,5+8,168) * 10 -3 = 0,926 даН/м

 

Нагрузку от веса гололеда на один метр контактной подвески определяют, суммируя нагрузки от веса гололеда отдельных провозов, при этом нагрузки от веса гололеда на струнах и зажимах можно не учитывать

                                                 g г = g гк + g гн ,                                          (2.4)

g г = 1,305+0,926=2,231 даН/м.

Вертикальная нагрузка от веса цепной подвески с гололедом

                                         g пг = g+g г ,                                                    (2.5)

g пг =1,76+2,231=3,991 даН/м.

Горизонтальная нагрузка от воздействия Ветра на провод, свободный от гололеда, определяется по формуле

                                 Pв = 0.615 * Сx * V r 2 * (d i+ b r) * 10-4                     (2.6)

где С x - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления

(1,25 - для одиночных контактных проводов и тросов контактной подвески с учетом зажимов и струн);

Vr-расчетная скорость ветра при отсутствии гололеда, м/с.

V= V н * К в, м/с

где Vн - нормативная скорость ветра для заданного ветрового района;

Кв - коэффициент зависящий от вида поверхности

V=26 * 1,1=28,6 м/с

На несущий трос

Pк = 0,615 * 1,25 * 28,62 * (1,25+16,332) * 10-4 =1,813 даН/м

 На контактный  провод

       Pв = 0,615 * 1,25 * 28,62 * (12,3+8,168) * 10-4 =1,287 даН/м

Горизонтальная ветровая  нагрузка на несущий трос при наличии гололедных образований

                          Ргт = 0,615 * С x * V r2 * (d+2 * b r) * 10-4                         (2.7)

где V r -расчетная скорость ветра при наличии гололеда на проводе, м/с

Ргт = 0,615 * 1,25 * 20 2 * (12,5+2 * 16,335) * 10 -4 =1,389 даН/м

Горизонтальная ветровая нагрузка на контактный провод при наличии гололедных образований

                     Ргт= 0,615 * С x * V r2 * (H k+ b r) * 10-4 ,                        (2.8)

 

 

 

где Hk - высота сечения контактного провода, мм

Ргт= 0,615 * 1,25 * 20 2 * (12,3+8,168) * 10-4 = 0,614 даН/м

 

 

2.2 Результирующие нагрузки на отдельный провод при ветре без

гололеда

                                    g т= вт                                                     (2.9)

g т = 2=2,527 даН/м

Результирующая нагрузка на несущий трос при совместном действии гололеда и ветра

                                    g гт =вт                                              (2.10)

g гт ==4,383 даН/м.

 

Расчет нагрузок на провода боковых путей станции производится аналогично, результаты расчетов представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Результаты нагрузок на провода и тросы контактной сети

Нагрузки, даН/м	gт	g к	g	gгт	gгк	gr	gпг	рвт	рвк	gгт	gгк	gr	gгт
Главные пути станции	0,770	0,890	1,760	1,305	0,926	2,231	3,991	1,813	1,287	1,389	0,614	2,527	4,383
Выемка	0,770	0,890	1,760	1,040	0,756	1,796	3,556	1,248	0,908	1,252	0,580	2,158	3,769
Насыпь	0,770	0,890	1,760	1,497	1,047	2,544	4,304	2,269	1,587	1,480	0,637	2,872	4,865
Боковые пути станции	0,600	0,760	1.460	0,660	0505	1,165	2,625	1,376	1,052	1,008	0,500	2,007	2,964

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Определение допустимых длин пролетов контактной сети

 

От длины пролета между опорами контактной сети во многом определяется ее надежность и экономичность. Чем больше длина пролета, тем меньше количество опор и, следовательно, стоимость строительства контактной сети. В связи с этим из экономических соображений длины пролетов должны быть приняты возможно большими. Но с увеличением длины пролета становятся больше отклонения проводов под действием ветра, в результате чего при определенных условиях контактный провод может сойти с верхней поверхности полоза токоприемника и попасть под него. Это приводит к разрушению токоприемника и повреждению струн и фиксаторов, а в отдельных случаях и к обрыву контактного провода.

Определение допустимых длин пролетов производят по упрощенной динамической методике. Для прямых участков пути максимально допустимая длина пролета определяется по формуле

 

                 l max=2 *                  (3.1)

где К- номинальное натяжение контактного провода, даН/м,

(согласно  таблице 5 [2,49]).

Для МФ-100,

К  =1000 даН/м; для МФ -85,

К= 850 даН/м;

р вк –ветровая нагрузка на контактные провода даН/м;

р э - удельная эквивалентная нагрузка, учитывающая взаимодействие

       несущего троса и контактного провода при ветровом их отклонении,

      даН/м;                                                          

 b кдоп –наибольшее допустимое горизонтальное отклонение контактных

       проводов от оси токоприемника в  пролете, м, b кдоп  = 0,5 - на прямых

       участках пути;

  к и т - прогибы опор на уровне контактного провода и несущего троса                                  соответственно, м,

 к =0,015; т =0,022;

а - зигзаг контактного провода, м, а = 0,3 на прямых участках пути.

                          К1 = К2+2*+***                         (3.2)

где  * и *  - коэффициенты, учитывающие пульсацию ветра;

     *  - коэффициент динамичности;

 

К2 - коэффициент, учитывающий упругие деформации провода при его отклонении, определяется выражением

                                     К2 = К3 * К4 * К5                                                                                     (3.3)

где К3 - определяется в зависимости от длины пролета;

К 4-зависит от скорости ветра, в нашем случае К 4 =1,42;

К5- находим в зависимости от типа контактных проводов,

К 5 =1,00 для МФ-100, К 5 =0,99 - для МФ-85.