Проектирование контакной сети

 

          Филиал  ГОУ ВПО

                    Иркутский государственный университет путей сообщения

          в г. Красноярске

       

 

 

 

                                                                                                                                                Кафедра СД

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

По дисциплине «Контактные сети и линии электропередач»

 

На тему: «Проектирование контактной сети»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                      Выполнил студент Панченко О.Н.

    Группа ЭНС-04-1

                                                                          Принял преподаватель Попов Ю.П.

 

 

                                  

 

Красноярск 2007

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………………………4

  1. Исходные данные к выполнению проекта………………………………………… ...5
    1. Характеристика электрифицируемого участка……………...………………..5
      1. Станция……………………………………………………………………..…..  5
      2. Перегон…………………………………………………………………..……..  6
    2. Метеорологические условия…………………………………………………..……  7
    3. Контактная подвеска………………………………………………………..……….  9
      1. Типы контактных подвесок……...…………………………………….……… 9
      2. Основные технические требования к контактной сети…………………....  10
      3. Характеристика выбранной цепной подвески…………………………….…13
  2. Расчет нормативных нагрузок на провода и тросы…………………………………17
  3. Расчет температуры беспровесного положения контактного провода………….…22
  4. Определение допускаемых длин пролетов между опорами контактной сети……..23
    1. Расчет длины пролета без учета влияния несущего троса………………………..23
    2. Расчет эквивалентной нагрузки…………………………………………………….25
    3. Расчет длины пролета с учетом влияния несущего троса………………………...26
  5. Питание и секционирование контактной сети………………………………………28
  6. Трассировка контактной сети…………………………………………………………29
    1. План контактной сети станции……………………………………………………..29
    2. План контактной сети перегона…………………………………………………….29
  7. Механический расчет анкерного участка полукомпенсированной контактной подвески…………………………………………………………………………………….30
  8. Выбор опорных и поддерживающих конструкций…………………………………38
    1. Опорные и поддерживающие конструкции на перегоне………………………….38
    2. Опорные и поддерживающие конструкции на станции..………………………….38

 

Заключение…………………………………………………………………………………40

Список использованных источников……………………………………………………..41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УДК 621.332

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

31с,   9 рис.,   10 табл.,  3 ист., 2 прил.

 

КОНТАКТНАЯ СЕТЬ, НИЖНИЙ ФИКСИРУЮЩИЙ ТРОС, ОПОРА, РИГЕЛЬ КОНТАКТНЫЙ ПРОВОД, ЖЕСТКАЯ ПОПЕРЕЧИНА, КОНСОЛЬ, ОТТЯЖКА, ФИКСАТОР

 

Цель проекта - необходимо рассчитать параметры и характеристики цепной подвески и выбрать необходимые устройства.

 

Методы исследования - аналитические, с применением ПЭВМ.

Дано определение нагрузок на провода и тросы контактной сети; определение допускаемых, длин пролетов контактной сети; составление схемы питания и секционирования контактной сети; трассировка контактной сети, питающих и других линий на станции; трассировка контактной сети; расчет анкерного участка полукомпенсированной цепной подвески, построение монтажных кривых; расчет и выбор опор контактной сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Устройства контактной сети и воздушных линий, подвергаясь воздействиям различных климатических факторов, должны им противостоять, обеспечивая бесперебойное движение поездов с установленными весовыми нормами, скоростями и интервалами между поездами при требуемых размерах движения.

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

Проектные работы по электрификации железнодорожных линий, строящихся или переводимых на электрическую тягу, а также при усилениях и переустройствах на действующих электрифицированных участках выполняют транспортные проектно-изыскательные институты и дорожные проектные организации.

По каждому проекту электрификации новой линии назначается главный инженер проекта, координирующий выполнение различных разделов, отвечающих за качество проекта и все принципиальные технические решения, а также за правильное определение сметой стоимости строительства, технико-экономические показатели, соблюдение норм проектирования и установленных сроков разработки проекта. В процессе строительства главный инженер проекта контролирует правильное выполнение проектных решений и согласовывает изменения, если в этом возникает необходимость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные  к выполнению

курсового проекта

 

    1. Характеристика электрифицируемого участка

 

1.1.1. Станция

 

На станции электрифицируются все пути, кроме подъездного пути к тяговой подстанции. Стрелки и стрелочные улицы, примыкающие к главному пути, имеют марки 1/11, остальные стрелки – марки 1/8.

На схеме станции цифрами указаны условные пикеты (расстояние от оси пассажирского здания до пикетов в метрах) остряков стрелок, входных светофоров, тупиков и пешеходного мостика. Показаны расстояния между осями путей.

Схема станции изображена на рис.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. – Схема станции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.2. Перегон

 

Данные для трассировки контактной сети на перегоне (пикетаж сигналов, сооружений и др.) представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. - Данные для трассировки контактной сети на перегоне

 

Сигналы, сооружения,

кривые, рельеф местности

Пикет

Входной сигнал заданной станции

50 км

2+20

Ось переезда шириной 6 м

3+40

Начало кривой R,

 центр справа по  ходу километров

51 км

2+20

Радиус кривой R, м

1000

Конец кривой

5+25

Начало выемки глубиной 2 м

7+52

Конец выемки

9+40

Ось оврага небольшой ширины

52м

0+98

Начало насыпи высотой 10 м,

открытое место

4+70

Пикет оси моста через реку

«с ездой понизу»

6+22

Длина моста, м

110

Конец насыпи

7+80

Ось каменной трубы с отверстием 1,1 м

53 км

4+20

Входной сигнал следующей станции

54 км

2+63

Центр перевода первой стрелки

 следующей станции

5+50

Предполагаемое расположение в перспективе

второго пути (на однопутных участках)

Справа по ходу

 километров


 

Примечание:

- в обозначениях пикетных отметок  цифры показывают: первая – номер пикета; две других – расстояние в метрах до этого пикета;

- высота металлического моста  «с ездой понизу» (расстояние  от головок рельсов до нижней  части верхних связей моста) – 7 м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Метеорологические условия

 

Климатические факторы – основа исходных данных технических условий проектирования, расчётов, а также эксплуатации контактных сетей, относящихся к устройствам наружной установки. От температуры окружающего воздуха зависят усилия (натяжения) проводов, действующие на опорно-поддерживающие устройства, а также требования, предъявляемые к материалам по хладоломкости.  Воздействия ветра и гололёда определяют расчётные горизонтальные и вертикальные нагрузки на подвешенные провода и элементы других подсистем контактных сетей. От нагрузок и собственного веса проводов, распределённых в пролёте, также зависит их натяжение. ВЛ должны работать при любых атмосферных условиях, поэтому при расчётах необходимо учитывать наиболее опасные сочетания нагрузок и климатических факторов, установленные действующими нормами и правилами.

 

Принимаем:

- гололёд имеет цилиндрическую форму и плотность 900 кг/м3;

- температура гололёдных образований  при высоте сооружений до 100 м  равна -5 оС;

- температура, при которой учитывают  максимальную нормативную скорость ветра, равна +5 оС;

- проектируемый участок контактной  сети на перегоне расположен в основном на нулевых местах или на насыпях высотой 1-2 м (кроме указанных выемки, насыпи высотой 10 м и моста через реку), равномерно покрытых препятствиями высотой более 10 м (лесные массивы).

 

          Таблица 2.

  Метеорологические условия

Минимальная температура, °С

-50

Максимальная температура, °С

+35

Толщина корки гололеда, мм

10

Скорость ветра при гололеде, м/с

10

Ветровой район

3


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Контактная подвеска

 

Контактная подвеска – совокупность проводов, конструкций, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприёмникам электроподвижного состава через скользящий контакт.

 

1.3.1. Типы контактных  подвесок

 

Контактные подвески классифицируются (рис. 2):

- по способу крепления проводов к поддерживающим конструкциям: простые, простые петлевые, цепные;

- по способу крепления (подвешивания) контактных проводов к несущему  тросу: одинарные, двойные, равноэластичные (рычажные);

- по способу крепления струн  у опор (поддерживающих конструкций): с простыми опорными струнами, с рессорными опорными струнами;

- по способу регулирования натяжения  проводов: некомпенсированные, полукомпенсированные, компенсированные;

- по способу расположения проводов  в плане: вертикальные, косые, ромбовидные, пространственно-ромбовидные;

- по количеству проводов: с одинарным  контактным проводом, с  двойными контактными проводами;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.2. Основные технические  требования к контактной сети

для скоростей движения на перегоне до 160 км/ч

на переменном токе КС-160-25

 

Таблица 3. – Исходные данные КС-160-25

 

Электрические параметры

Номинальное напряжение, кВ

25

Максимальное напряжение, кВ

29

Минимальное напряжение, кВ

21

Механические параметры

Скорость движения поездов, км/ч

160

Максимальный допустимый износ контактного провода, %

30

Точность монтажа контактных проводов по высоте, мм

10

Тип и схема контактной подвески

Одинарная цепная компенсированная с рессорным тросом с одним

контактным проводом и следующими основными параметрами:

Высота подвешивания контактных проводов над уровнем головки рельса, мм:

- наибольшая

6800

- наименьшая

5750

Высота контактных проводов на всей линии для новых электрифицируемых участков должна быть максимально приближена к единой и равной, мм

6250

Конструктивная высота контактной подвески не менее, мм

1800

Натяжение в несущем тросе, кН

М-95

14,5

ПБСМ-95

18

Натяжение в контактных проводах, кН

МФ-100

10

Допустимые отклонения в натяжении несущего троса и контактных проводов от номинального, %

10

Расположение несущего троса подвески

по оси пути

Боковое отведение (зигзаг) контактного провода (и несущего троса), мм

- на прямых участках пути, не  более

300

- на кривых участках пути в  зависимости

от радиуса кривой, не более

400

Максимальная длина пролёта, м

70

Габарит промежуточных опор, м

- для новых участков электрификации

3,3; 4,9; 5,7

- при капитальном ремонте, реконструкции

3,1-3,3; 4,9; 5,7

Рессорный трос М-35:

- длина, м (уточняется расчётом)

14-16

- натяжение, кН (уточняется расчётом)

2,5-3,5

Количество подрессорных струн, шт.

2

Варианты струн цепной подвески:

- звеньевые, с одним звеном, тип  проволоки БСМ-4

+

- электросоединения – по ПУТЭКС

+


 

 

 

 

 

 

 


Усиливающий провод алюминиевый А-185

- сечение, мм2

185

- натяжение при t= - 40 оС, кН

9

Эластичность контактной подвески

Коэффициент неравномерности эластичности в пролёте,

не менее

0,75

Ветроустойчивость контактной подвески

Наибольшее допустимое отклонение контактного провода от оси

токоприёмника, мм

- на кривых

450

- на прямых

500

Ветроустойчивость обеспечивается применением ветровых струн и упоров от опрокидывания фиксатора

Анкерные участки, сопряжения

Наибольшая длина анкерного участка, м

1500

Расстояние от анкерной опоры до средней анкеровки,

не более, м

800

Сопряжение анкерных участков в зависимости от длин пролётов по расчёту:

Изолированные - четырёхпролётные

+

Неизолированные - трёхпролётные

+

Наибольшее отжатие токоприёмником контактных проводов, допускаемое под фиксатором, мм

300

Расстояние между контактным проводом и основным стержнем фиксатора без нагрузки, не менее, мм

450

Изоляторы

Разрушающая нагрузка при растяжении, кН, не менее

- консольные

70

- анкерные:

                   - тарельчатые стеклянные

120

                   - полимерные

120

- подвесные – тарельчатые стеклянные

70

Разрушающий изгибающий момент консольных изоляторов, кН/м, не менее

3,5

Длина пути утечки тока не менее, мм

- подвесных

950

- остальных

950

Допускается применение полимерных изоляторов

+

Провода и тросы

Несущий трос

ПБСМ-95, М-95

Контактные провода

МФ-100

Рессорный трос

М-35

Тросы средней анкеровки КП

М-70, ПБСМ-70

Провода средней анкеровки НТ

М-95, ПБСМ-95

Электрические соединители

М-70

Усиливающий, экранирующий провод

А-185

Для подключения ОПН к контактной сети

М-70, ПБСМ-70



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.3. Характеристика выбранной цепной подвески

 

На перегоне принимается тип контактной подвески КС-160-25 – одинарная цепная компенсированная, полукосая на прямых участках и вертикальная на кривых участках пути, с рессорным тросом  и одним контактным проводом     (ПБСМ-95+МФ-100).

На станции на главном пути принимается одинарная компенсированная цепная подвеска с параметрами  КС-160-25. На остальных станционных путях, в отличие от цепной подвески на главном пути, - полукомпенсированная цепная подвеска ПБСМ-70+МФ-85.

Характеристики контактных подвесок представлена в табл. 4.

Профили контактного провода и несущего троса изображены на рис. 4, 5.

Основные геометрические и физико-механические параметры контактных проводов и несущих тросов представлены в табл. 5, 6.

 

  Таблица 4. – Характеристики контактных подвесок

 

Местоположение контактной подвески

Тип подвески

Род тока

Перегон

ПБСМ-95+МФ-100

Переменный

Станция

Главный путь

ПБСМ-95+МФ-100

Боковой путь

ПБСМ-75+МФ-85


 

 

 

Рис. 4. – Контактные провода:

а – фасонные;

б – фасонные овальные;

ΔS– износ контактного провода

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 

 

Рис. 5. – Многопроволочные провода (несущие и вспомогательные тросы):

а – медные (М), стальные (С, ПС), алюминиевые (А);

б – биметаллические сталемедные (ПБСМ) и биметаллические сталеалюминевые (ПБСА);

в – сталеалюминевые (СА);

1 – медь (алюминий); 2 – сталь; 3- алюминий.

 

Таблица 5. – Основные геометрические и физико-механические параметры контактных проводов

 

Параметры

Обозначения

Тип проводов

МФ-85

МФ-100

Фактическая площадь сечения, мм2

S

85

100

Высота, мм2

H

10,8

0,1

11,8

0,11

Ширина, мм2

A

11,76

0,22

12,81

0,25

Расстояние, мм

C

1,3

1,8

Радиус нижней части провода, мм

R

6,0

6,5

Масса 1 км провода, кг

m

755

890

Линейная плотность, кг/м

ρl

0,755

0,890

Плотность материала, кг/м3

ρ

8900

8900

Электрическое сопротивление 1 км провода при 20 оС, Ом, не более

R

0,207

0,177

Температурный коэффициент линейного расширения, 10-6  оС-1

17

17

Временное сопротивление при растяжении, МПа (кгс/мм2), не менее

δвр

367,5 (37,5)

382,6 (37,0)

Нагрузка от силы тяжести, даН/м

g

0,746

0,873

Модуль упругости, ГПа

E

127,5

127,5

Разрывное усилие, даН, не менее

Hраз

3125

3625

Аэродинамический коэффициент

лобового сопротивления,

(с учётом гололёда)

Cх

1,25 (1,2)

1,25 (1,2)

Номинальное натяжение, даН

Кном

835

980

Допустимое натяжение, даН

Кдп

1000

1180

Номинальное напряжение, ГПа

σном

0,098

0,098

Допустимое напряжение, ГПа

σдп

0,118

0,118


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6. – Основные геометрические и физико-механические параметры несущих тросов

 

Параметры

Обозначения

Тип тросов

ПБСМ - 70

ПБСМ – 95

Расчётная площадь сечения, мм2

Sр

72,2

93,3

Диаметр троса, мм

Dт

11

12,5

Диаметр проволоки, мм

Dпр

2,2

2,5

Число проволок

n

19

19

Приблизительная масса 1 км

провода, кг

m

606

783

Линейная плотность, кг/м

ρl

0,598

0,774

Плотность материала, кг/м3

ρ

8230

8230

Электрическое сопротивление 1 км провода при 20 оС, Ом, не более

R

0,731

0,563

Температурный коэффициент линейного расширения, 10-6  оС-1

13,3

13,3

Временное сопротивление при растяжении, МПа (кгс/мм2), не менее

δвр

0,735

0,735

Нагрузка от силы тяжести, даН/м

g

0,586

0,759

Модуль упругости, ГПа

E

171,7

171,7

Разрывное усилие, даН, не менее

Hраз

4630

6000

Аэродинамический коэффициент

лобового сопротивления,

(с учётом гололёда)

Cх

1,25 (1,2)

1,25 (1,2)

Номинальное натяжение, даН

Тном

1470

1765

Допустимое натяжение, даН

Тдп

1570

1960


 

При использовании биметаллического провода в качестве несущего троса следует применять провод типа ПБСМ 1, имеющий первый класс проводимости (провод ПБСМ 2 для этих целей применять не рекомендуется). Наименьшая толщина медной оболочки проволоки провода ПБСМ 1 составляет 10% радиуса, а ПБСМ 2 – около 7%. В многопроволочных проводах проволоки должны плотно прилегать одна к другой без выпирания  и перехлёстывания; вмятины, надломы, разрывы, повреждения медной (алюминиевой) оболочки и другие механические повреждения не допускаются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчёт нормативных  нагрузок на провода и тросы 

 

Нагрузки на провода и тросы принимают равномерно распределёнными по длине пролёта и называют распределёнными линейными, так как относят их к одному метру длины провода. Нагрузки, действующие на провода контактной сети, разделяются на вертикальные (от собственного веса проводов или подвесок и от веса гололёда на проводах или подвесках), горизонтальные (от воздействия) ветра на свободные от гололёда провода и на покрытые гололёдом) и результирующие (определяемые совместным действием вертикальных и горизонтальных нагрузок).

Нагрузки от собственного веса контактных подвесок g (даН/м) находят, суммируя нагрузки отдельных проводов, из которых состоит подвеска, струн и зажимов для их крепления. Нагрузку от рессорного троса, струн и зажимов учитывают приближённо, относя её к 1 м длины подвески в размере 0,1 даН/м при одном контактном проводе,

,

где nк – число контактных проводов.

Для контактной подвески ПБСМ-70+МФ-85:

, даН/м.

Для контактной подвески ПБСМ-95+МФ-100:

, даН/м.

Нагрузки от веса гололёда на 1м длины провода или троса gri , даН/м,

,

где bг – расчётная толщина стенки гололёда, мм;

di – диаметр провода (для контактных проводов среднее арифметическое значение из высоты и ширины его диаметрально сечения), мм.

Для МФ-85 di=(10,8+11,76)/2=11,28;

МФ-100 di=(11,8+12,81)/2=12,31.

               

Расчётное значение толщины стенки гололёда определяется, мм,

,

где bн – толщина стенки гололёда, мм;

kr – коэффициент, учитывающий действительные диаметр провода и высоту его подвешивания.

Диаметры проводов и тросов рассматриваемых контактных подвесок примерно равны 10 мм, поэтому коэффициент равен kдм=1,0.

На перегоне в районе насыпи высотой 10 м провода контактной подвески будут находить на высоте относительно земли примерно 15 м, поэтому коэффициент равен kв=1,35. На остальном участке перегона и на всём участке станции провода контактной подвески будут находиться на высоте примерно равной 5 м, поэтому коэффициент равен kвс=1,10.

Тогда коэффициент kг будет определяться,

.

Коэффициент kг для участка с насыпью высотой 10 м (на перегоне),

.

 

 

 

 

 

Коэффициент kг для участка без насыпи (на станции и перегоне),

.

Расчётное значение толщины стенки гололёда для участка перегона с насыпью, мм,

.

Расчётное значение толщины стенки гололёда для участка перегона и станции без насыпи, мм,

.

При определении веса гололёдных образований на контактных проводах расчётную толщину стенки гололёда, учитывая удаление его эксплуатационным персоналом и токоприёмниками, условно принимают в размере 50% расчётного значения bг для остальных проводов.

 

 

Нагрузка от веса гололёда на участке перегона с насыпью, даН/м,

,

.

Нагрузка от веса гололёда на участке перегона и на главном пути станции без насыпи, даН/м,

,

.

Нагрузка от веса гололёда на боковых путях станции без насыпи, даН/м,

,

.

 

Нагрузка от веса гололёда на цепной подвеске определяется, даН/м,

.

 

Нагрузка от веса гололёда на цепной подвеске на участке перегона с насыпью, даН/м,

.

Нагрузка от веса гололёда на цепной подвеске на участке перегона и на главном пути станции без насыпи, даН/м,

.

Нагрузка от веса гололёда на цепной подвеске на боковых путях станции без насыпи, даН/м,

Нагрузка от веса проводов с гололёдом на цепной подвеске определяют как сумму g и gгi, даН/м.

 

 

 

 

 

 

Нагрузка от веса проводов с гололёдом на участке перегона с насыпью, даН/м,

.

Нагрузка от веса проводов с гололёдом на участке перегона и на главном пути станции без насыпи, даН/м,

.

Нагрузка от веса проводов с гололёдом на боковых путях станции без насыпи, даН/м,