Вступ
В останні роки на дорогах країни розширюється рух великовагових і довго- складових поїздів, вводиться в експлуатацію новий електрорухомий склад великої потужності, підвищуються швидкості руху пасажирських і вантажних поїздів, зростає вантажонапруженість. У таких умовах експлуатації зростають вимоги до надійності пристроїв контактної мережі, що викликає необхідність постійно вдосконалювати, методи її розрахунку, монтажу, технічного обслуговування і ремонту цих пристроїв.
Розроблено нові проведення для контактних підвісок, полімерні ізолятори всіх призначень, високошвидкісні секційні ізолятори з ефективними дуго-гасильними пристроями, нові способи з'єднання проводів і арматури.
Розвиток електрифікації залізничного транспорту на всіх етапах супроводився постійним вдосконаленням технічних засобів на основі досягнень науки і техніки, кореною зміною методів проектування, будівництва, монтажу і експлуатації. На тягових підстанціях встановлено сучасне устаткування, широко застосовується автоматика і телемеханіка. На контактній мережі використовуються сучасні типи підвісок і вузли, які забезпечують високі швидкості руху потягів.
Згідно програми електрифікації залізниць 1994 – 2004 рр., розробленої за завданням «Укрзалізниці», введено 2148 км контактної мережі в експлуатацію, щоб довести загальну експлуатаційну довжину електрифікованих залізниць до 10500 км. Завдяки цьому перевозиться на електротязі не менше 85% вантажів і пасажирів.
Контактна мережа є відповідальним елементом системи тягового електро-постачання, що забезпечує необхідний об'єм перевезень пасажирів і вантажів народного господарства. Від її надійності, стійкої роботи залежить безпека руху потягів, пропуск потягів збільшеної ваги, довжини і швидкості.
Пристрої контактної мережі та повітряних ліній, які піддаються діям різних кліматичних чинників (значні перепади температури, сильні вітри, утворення ожеледі), повинні їм успішно протистояти, забезпечуючи безперебійний рух потягів.
Найважливішими задачами господарства електрифікації і енергетики є підвищення надійності роботи тягових підстанцій, пристроїв контактної мережі і енергетики, упровадження нових форм і методів експлуатації та ремонту, поліпшення умов праці і техніки безпеки, підвищення продуктивності праці за рахунок упровадження нових технічних рішень і механізації робіт.
Райони контактної мережі і ремонтно-ревізійні ділянки дистанції електропостачання мають в своєму розпорядженні сучасні прилади, вимірювальні пристрої, високопродуктивні механізми.
В дистанціях електропостачання розроблено і упроваджено багато нових технічних рішень і технологічних процесів. Все це дозволяє забезпечувати безперебійний рух потягів з електричними локомотивами і надійне електропостачання всіх споживачів залізничного транспорту.
В дипломному проекті виконується розробка заходів по модернізації контактної мережі станції Брагіновка. Для цього потрібно провести електричний розрахунок з урахуванням реального вантажопотоку, виконати секціонування контактної мережі заданої станції, розробити схему її живлення. Потім визначити навантаження на проводи контактної мережі в режимі максимального вітру і ожеледі з вітром, вибрати початковий розрахунковий режим. На основі цих розрахунків визначаються максимально допустимі довжини прольотів і проводиться трасування контактної мережі станції.
В дипломному проекті передбачається розробка питань техніки безпеки при спорудженні контактної мережі,а також розрахувати економічний ефект від модернізації контактної підвіски станції Брагіновка.
Аналіз існуючих конструктивних рішень контактної мережі станції
Збільшення вантажонапруженості і розмірів руху на окремих електрифікованих лініях вимагає особливого підходу до забезпечення руху потягів. З цією метою на ділянках електропостачання ведеться велика робота по підвищенню надійності шляхом модернізації і упровадження нових технологій в пристрої електропостачання. На кількість ремонтів контактної мережі, що проводяться, істотний вплив мають останнім часом збільшена вантажонапруженість на електрифікованих лініях і інтенсивність руху потягів. З цієї причини об'єм запланованих робіт по ремонту в «вікна» зменшується, відповідно вік контактної підвіски збільшується і збільшується необхідність в капітальному ремонті, оскільки дана контактна підвіска застаріла, а багато вузлів модернізувалися.
Капітальний ремонт виконують у встановлений термін для своєчасної заміни зношених елементів контактної мережі й повітряних ліній. Фінансують його за рахунок амортизаційних відрахувань. Кошторису на капітальний ремонт становлять по кошторисно-нормативних довідниках на підставі даних оглядів, виконуваних при експлуатаційному обслуговуванні.
При капітальному ремонті повністю відновлюють первісну технічну характеристику пристроїв з урахуванням необхідної модернізації для підвищення надійності роботи, ліквідації місць із підвищеною небезпекою, впровадження модернізованих вузлів і конструкцій, забезпечення руху поїздів великовагових, при підвищенні швидкості й розмірів руху.
До капітального ремонту відносять також роботи з перемонтажу контактної мережі, викликані реконструкцією колії, пристроєм нових колій та ін.
Перед початком капітального ремонту становлять дефектну відомість і кошториси на виробництво ремонтних робіт. Для складних робіт, пов'язаних з перемонтажем, перерозбивкою прольотів опор і зміною плану або траси лінії, розробляють проект і якщо буде потреба вв'язування плану робіт декількох бригад - сітковий графік їхнього виконання.
На кожну роботу становлять технологічну карту або використають типову із числа розроблених, що найбільше часто зустрічаються роботи. У технологічній карті приводяться схема технологічного процесу, состав виконавців, застосовувані інструмент і пристрої й витрати часу на виконання роботи.
Роботи капітального ремонту виконують бригади дистанції контактної мережі або спеціалізованих бригад ділянки енергопостачання або енергомонтажного поїзда. Виконані роботи приймає по акті представник ділянки енергопостачання, перевіряючи їхню якість і обсяг.
Основними роботами при капітальному ремонті є: зміна зношених контактних проводів і пристрій вставок у проводах, заміна ушкоджених несучих і поперечних тросів або тросів старих типів, зміна проводів і ремонт повітряних ліній, заміна опор, фундаментів, анкерів, що підтримують пристроїв і встаткування, фарбування металевих опор, твердих поперечок і інших конструкцій, ремонт залізобетонних опор.
Обсяг і строки капітального ремонту пристроїв залежать від конкретних особливостей електрифікованої ділянки: розмірів і швидкості руху ЕРС, кліматичних умов, наявності в атмосфері шкідливих домішок, типу й конструкцій застосованого встаткування й елементів і т.п.
Особлива увага звертається на проведення робіт, що запобігають корозію й інші види руйнування пристроїв: сталеві троси й нарізні частини кріпильних деталей покривають антикорозійним змащенням; металеві опори, тверді поперечки, консолі, кронштейни й інші металеві підтримуючі пристрої офарблюють не рідше чим 1 раз в 6 років, а в зонах підвищеної загазованості - не рідше 1 рази в 3 роки.
Сталеві проведення повітряних ліній у місцях переходу через електрифіковані залізниці через 10 років експлуатації заміняють.
На основі досвіду експлуатації встановлений наступний усереднений строк служби й періодичності капітального ремонту (у літах):
Мідні багатопроволочні проведення, металеві опори й конструкції – 50,
сталемідні, алюмінієві й сталеалюмінієві проведення, залізобетонні опори й фундаменти – 40, металеві опори й конструкції в зонах з підвищеним ступенем забруднення й загазованості – 30, ізолятори порцелянові й скляні, мідні й бронзові проведення в зонах із сірчаними й сірчистими забрудненням – 25.
Виходячи з цього, контактна підвіска станції Брагіновка потребує повної модернізації.
При спорудженні контактної мережі основним електроізоляційним матеріалом є фарфор – широко вживаний діелектрик, що володіє високою електричною міцністю. Проте через низьку механічну міцність при розтягуванні і згині фарфорові ізолятори повинні мати великий поперечний перетин і масу. Тому перспективним електроізоляційним матеріалом для контактної мережі і ЛЕП є полімерні матеріали, вироби з яких, в порівнянні з фарфоровими, мають більш високу механічну міцність і дугостійкість, невелику масу і поперечний перетин, не ушкоджуються від ударів, зручні в транспортуванні і монтажі.
Рисунок 1.1 - Полімерні ізолятори контактної мережі
Тому пропонується заміна старих ізоляторів на нові, більш сучасні марки НСПКр 120-3/0,6-Б, НСКр-120. Зразки полімерних ізоляторів контактної мережі наведені на рис.1.1.
Ізолятори стержневі полімерні для контактної мережі залізниць призначені для ізоляції й кріплення пристроїв контактної мережі залізниць змінного струму, напругою 25кВ, частотою до 100Гц і постійного струму напругою 3кВ в атмосфері з різним ступенем забруднення.
Залізничні полімерні ізолятори мають ті ж складові елементи, що й лінійні підвісні, але ізоляційна оболонка виконана суцільнолитим способом.
Строк експлуатації не менш 25 років.
Умовне позначення ізолятора:
НСПКр 120-3/0,6-Б,
де Б,В,Г...- індекс модифікації ізолятора по виду зачеплення;
0,6;0,95; і т.д.- довжина шляху витоку струму в метрах;
3;25...- клас ізолятора: значення нормованної руйнуючої механічної сили при розтягненні в кілоньютонах, (кН);
р- індекс: цільнолита ребриста захисна оболонка;
К- матеріал захистного покриття ізоляційної частини: полімер;
С- конструктивне виконання: стержневий;
КНПФ- призначення ізолятора:
К- консольний;
Н- натяжний;
П- підвісний;
Ф- фіксаторний.
Приклад умовного позначення:
Ізолятор НСПКр 120-3/0,6-Б Натяжний стержневий полімерний ізолятор із захисною ребристою оболонкою ізоляційної частини із кремнійорганічної гуми класу 120 на номінальну напругу 3 кВ, з довжиною шляху витоку 0,6 м, модифікація Б.
Полімерні матеріали, що рекомендуються для використання в пристроях і вузлах контактної мережі і ЛЕП, разом з високими електроізоляційними властивостями володіють великою механічною міцністю і тривало зберігають ці властивості в умовах дії різних атмосферних чинників (волога, зміни температури, дії сонячного проміння, хімічних речовин, що забруднюють атмосферу, і т. п.)
Застосування полімерних матеріалів в пристроях контактної мережі було викликано в першу чергу підвищенням швидкості руху потягів. Громіздкість і велика маса фарфорових ізоляторів не дозволяли створити надійний секційний ізолятор, забезпечуючий нормальний прохід струмоприймача при високих швидкостях. З цієї причини секційні ізолятори стали першими пристроями контактної мережі, які потребують модернізації їх полімерними планками. Незамінними виявляться полімерні ізолюючі елементи контактної мережі в штучних спорудах з обмеженими габаритами.
В ізолюючих сполученнях анкерних ділянок ланцюгових підвісок в неробочі гілки контактних проводів у перехідних опор доцільно замість фарфорових ізоляторів врізати полімерні ізолятори ИСП-25 (без яких-небудь коромисел) або полімерні ізолюючі вставки ковзуни. Це забезпечить плавний прохід струмоприймачів по ізолюючому сполученню і надійну роботу їх при сильному вітрі .
В анкеровках контактних проводів і несучих тросів, та одиночних проводах (особливо в загальнодоступних місцях ) бажано використовувати полімерні стержневі ізолятори марки НСКр-120, які не руйнуються кинутими в них предметами.
Широко почали застосовувати полімерні ізолятори в підтримуючих і фіксуючих пристроях контактної мережі. У розтягнуті тяги ізольованих консолей встановлюють полімерні стержневі ізолятори. Такі ізолятори більш надійні в експлуатації, ніж стержневі фарфорові, оскільки при перекритті електричною дугою не руйнуються. Для жорсткої тяги ізольованих консолей призначені полімерні стержневі або трубчасті (виготовлені з полімерних труб) ізолятори. Для кронштейнів ізольованих консолей розробляється спеціальний полімерний ізолятор .
Замість підвісних гірлянд з двох-п'яти фарфорових тарільчатих ізоляторів на неізольованих консолях, жорсткій і гнучкій поперечинах слід використовувати стержневі ребристі або литі полімерні ізолятори ПСКр-120. Застосування підвісних полімерних ізоляторів в контактній мережі підвищить її надійність і зменшить її експлуатаційні витрати на утримання ізоляторів.
Ізолювати зчленовані фіксатори від опори можна за допомогою спеціальних полімерних ізоляторів ФСКр 70-4-27,5-А3. Розглядається також можливість виготовлення основного стержня зчленованого фіксатора повністю з полімерної труби, яка одночасно була б ізолятором і несучої конструкції.
Литі або трубчасті полімерні ізолятори типу ОСКр-27,5 замінять ненадійні по механічній і електричній міцності фарфорові ізолятори в роз’єднувачах контактної мережі.
Рисунок 1.2- Роз’єднувач контактної мережі
В поперечних несучих тросах і фіксуючих тросах гнучкої поперечини встановлюють полімерні стержневі ізолятори НСКр-120/0,45 при цьому спрощується монтаж гнучкої поперечини і підвищується безпека робіт, оскільки перехопити руками довгий полімерний ізолятор, на відміну від коротких фарфорових не представляється можливим.
Полімерні матеріали, вживані в ізолюючих пристроях контактної мережі, є довговічними, не схильні до інтенсивного старіння. Дослідження старіння (зміна властивостей матеріалів залежно від часу перебування в атмосферних умовах ) є вельми трудомісткими і тривалим процесом. Тому разом з випробуваннями в природних умовах старіння полімерних матеріалів вивчається більш прискореними методами, такими як: штучне старіння протягом 180 діб в термокамері при температурі 100оС, в дуговій везерометрі при температурі 700оС і ультрафіолетовому випромінюванні, в гідростаті при температурі 800о С і відносної вологості 98%.
Випробування матеріалів вказаними методами показали, що трекінгостійкість у кремнійорганічних полімерних матеріалів після невеликого поліпшення стабілізується, а у фторопласту залишається без зміни.
Найбільш раціонально застосувати секційні ізолятори, в яких ізолюючі вставки практично не працюють на розтягування і не є одночасно ковзунами. З 1986 року успішно експлуатується КСПК 70-25/1,1 УХЛ 1 замість широко вживаних ЦНИИ-1.
Рисунок 1.3- Секційний ізолятор КСПК 70-25/1,1 УХЛ 1
В ньому застосовані найбільш механічно і електрично міцні ізолюючі вставки, забезпечує плавний прохід струмоприймача при швидкостях руху електропоїздів до 160 км/година, швидко гасить дугу, має довжину не більше 2860 мм і масу не більше 19,6 кг.
Під час гроз на проводах контактної мережі можуть утворитися значні ПН, що представляють більшу небезпеку для мережі й ЕРС. Для зниження їх на опорах або консолях установлюють спеціальні розрядники, при пробої яких проведення контактної мережі з'єднуються з тяговими рейками. Розрядники можуть бути розміщені на всіх опорах, крім тих, на яких є відтягнення.
Розрядники призначені для захисту ізоляції обладнання електричних станцій, підстанцій та ліній електропередачі від комутаційних і атмосферних перенапруг.
Для станцій та підстанцій промисловість випускає вентильні розрядники, для ліній електропередачі - трубчаті розрядники.
На контактній мережі постійного струму встановлюють рогові розрядники з двома іскровими проміжками по 5 мм кожний для предостереження хибного спрацювання захисту при випадковому замиканні одного з них.
При модернізації застосуємо рогові розрядники нових конструкцій замість старих КС-774-66.
Рисунок 1.4- Роговий розрядник
Їх конструкція дозволяє повністю ізолювати його від опори, легкі при монтажі і експлуатації, економічно вигідні, мають маленьку вагу, підтримуюча конструкція менш громіздка, ніж у передуючих.
Розрядники постійного струму РМВУ-3,3. Розрядники з магнітним дуттям, вентильні, уніполярні на 3,3 кв установлюють на живильних лініях (фідерах) контактної мережі тягових підстанцій постійного струму. РМВУ-3,3 призначені для захисту встаткування постійного струму від атмосферних перенапруг, що набігають із контактної мережі. Основна відмінність розрядників постійного струму від розрядників змінного струму полягає в тім, що для гасіння дуги в розряднику, що виникає в результаті перенапруги, застосоване магнітне дуття. Створення магнітного дуття, аналогічного магнітному дуттю швидкодіючих вимикачів постійного струму, викликане тим, то дуга постійного струму, виникнувши, горить дуже стійко, тому що струм не проходить через нульове значення.
Розрядник РМВУ-3,3 складається з порцелянового кожуха 13 (рис. 1.6), армованого в основ фланцем 15, до якого болтами 3 прикріплене днище 1. Усередині кожуха встановлені два вілітових диски 10, два іскрових проміжки 6, ув'язнених між постійними магнітами 5. Магніти й іскрові проміжки шунтовані резисторами 7. Всі деталі фіксовані упорними 4 і розпірним 8 кронштейнами, фіксатором 9 і натискною пружиною 12. Для запобігання дисків 10 від горизонтальних переміщень служать прокладки 11. Герметичність розрядника створюється кільцевими прокладками 2 і 14, виготовленими зі зносостійкої й морозостійкої гуми. Бічні частини вілітових дисків покривають ізоляційною замазкою, що скріплює їх між собою й одночасно запобігає розрядам по цих поверхнях. При спрацьовуванні розрядника дуга видувається полем постійних магнітів у ліву або праву частину дугогасних камер. Виникнення значного тиску газів може спричинити вибух розрядника. Для захисту від цього передбачений запобіжний клапан 16, що забезпечує вихід газів назовні. Ці розрядники застосовують для закритих і відкритих установок. Основні параметри РМВУ - 3,3: найбільше пропускна напруга, 4,2 кВ, пробивна напруга при частоті 50 Гц - не менш 10,5 і не більше 13 Кв; імпульсна пробивна напруга при предразрядному часу від 2 до 20 мкс - 14,5 Кв, що залишається напруга при імпульсному струмі 3000 А - не більше 12 кВ.
Рисунок 1.5- Розрядник РМВУ-3,3 (а) і його електрична схема (б).
Також ми використаємо більш сучасні ізолятори в конструкції фіксатора.
Рисунок 1.6- Гнучкий фіксатор ФГ-25 а) на залізобетонній опорі, б) на мета левій опорі
Також застосуємо прямі консолі, виготовлені з швелера замість двотаврової, через їх конструкцію вони зручні в транспортуванні. З метою економії коштів їх виробництво вже освоєно в деяких дорожніх майстернях. З метою продовження експлуатації консолі і економії засобів при періодичному фарбуванні консолей їх покривають тонким шаром цинку (оцинковані). В комплекті з оцинкованою консоллю йдуть оцинковані хомути, тяга, регулювальна планка. Так само застосований пластинчатий бугель. Він простий у виготовленні, відповідно економічно дешевше, простий в установці і по механічній міцності не поступається звичайним конструкціям бугелів.
Рисунок 1.7 - Пластинчатий бугель
В даному проекті замінимо застарілі, особливо фундаменти, гнучкі поперечини на жорсткі поперечини. При установці жорсткої поперечини економимо два поперечних несущих троси, верхній фіксуючий трос, дванадцять ізоляторів. В нижньому фіксуючому тросі не потрібна нейтральна вставка економія в чотири ізолятори, також не будуть потрібні струни між верхнім фіксуючим і поперечним несущим тросом, КС-125-2-76 теж не потрібна. Застосуємо оцинковану жорстку поперечину.
Встановимо більш вдалу конструкцію турнікетів, які простіше у виготовленні, більш надійно, отже, дешевше.
Встановимо фіксаторні кронштейни типу КС 144-76 замість старих в конструкції, в яких не було передбачено шарнірне вушко і фіксатор не міг вільно переміщатися вертикально при зміні температури, що призводило до зламу стержневого фіксаторного ізолятора марки ФТФ.
Рисунок 1.8- Фіксаторний кронштейн
Використовуємо основний фіксатор, виготовлений з кутникової сталі з фіксаторними стояками КС-117-2-76 і КС-118-2-76 замість старих конструкцій, це пояснюється тим що в цих фіксаторних стояках йде менший знос вушка додаткового фіксатора.
Рисунок 1.9 - Фіксаторний стояк
Допоміжний фіксатор КС-109-76 встановимо з металевої смуги спеціального профілю замість трубчатого, практика показала, що вони надійніше в експлуатації.
Обмежники перенапруг нелінійні (ОПН) призначені для захисту ізоляції контактних мереж постійний і змінний струми напругою 3,3 і 27,5 кВ від грозових і камутаційних перенапруг. Вони виключають короткі замикання на контактних мережах, що виникають при спрацьовуванні рогових і трубчастих розрядників при атмосферних перенапругах.
У порівнянні з вентельними розрядниками ОПН володіє неоспаримими перевагами: низьким захисним рівнем для всіх перенапруг, відсутністю супровідного струму після імпульсу, високою питомою енергоємністю, відсутністю необхідності регулювання.
У контактних мережах, незважаючи на високий рівень іспитової напруги ізоляторів, у грозові сезони пошкоджуваність підвищується в 1,5- 2 рази. ОПН дозволяє знизити рівень грозових перенапруг для постійного струму з 35- 40 до 17 кв. Щоб виключити заземлення контактних мереж через, що ушкоджує при прямому ударі блискавки ОПН, його підключають через роговий розрядник із проміжком, замкнутим мідним дротом діаметром 1,4 мм. Розроблені також конструкції обмежників типу ОПНК- 3,3; ОПНК-27,5.
На опорах з відтягненнями встановлювати розрядники й обмежники напруги забороняється.
Рисунок 1.10- Установка ОПН з запобіжником
Для більш плавного проходу при високих швидкостях полоза струмоприймача по повітряній стрілці і кращої її роботи замінимо напівкомпенсовані повітряні стрілки на компенсовані .
Рисунок 1.11 - Компенсована повітряна стрілка
Замінимо дерев'яні траверзи 10 кВ, що прийшли в непридатність, на металеві.
а) б)
Рисунок 1.12 - Траверзи дерев’яні (а) та металеві (б)
2 Електричний та механічний розрахунки ділянки контактної мережі
2.1 Електричний розрахунок
Система електропостачання електрифікованої залізниці повинна забезпечувати плановані розміри руху: пропуск необхідного числа поїздів із установленими ваговими нормами, швидкостями й інтервалом руху. При цьому розміщення тягової підстанції, їхня потужність і перетин проводів контактної мережі повинні забезпечувати задані розміри руху при дотриманні рівня напруги, що допускається на струмоприймачах електрорухомого складу, температури нагріву проводів і можливості захисту від струму короткого замикання. Встановлення оптимального, найбільш доцільного в технічному відношенні варіанта системи електропостачання виробляється на підставі техніко-економічних розрахунків.