11.2. Ветроустойчивость устройств контактных сетей и лэп

Определение длин пролетов является одним из основных вопросов проектирования воздушных линий, в том числе и контактных подвесок.

Длина пролета должна определяться с учетом как экономичес­ких, так и технических факторов и в первую очередь с учетом огра­ничений, накладываемых на длину пролета условиями обеспече­ния надежной эксплуатации воздушной линии.

В устройствах контактной сети «экономические» длины пролетов обычно намного превышают длины пролетов, определяемые услови­ями обеспечения надежного токосъема при допустимых скоростях дви­жения и возможных ветровых воздействиях на контактную подвеску.

Ограничения по условиям токосъема определяются описанным выше динамическим расчетом контактной подвески при воздействии на нее токоприемника с наибольшими допустимыми скоростями движения. Очень важными являются также ограничения, накладываемые условиями обеспечения надежного токосъема при воз­действиях на контактную подвеску ветра: отклонение контактного провода от оси пути при ветре не должно превышать установлен­ной наибольшей допускаемой величины отклонения провода для принятого на данном участке типа токоприемника.

Эта величина определяется шириной рабочей части токоприем­ника с учетом возможных в эксплуатации отклонений токоприем­ника от нормального его положения вследствие перекосов пути и подвижного состава, неправильного расположения, перекосов и поперечных колебаний токоприемника, неточности в расположении проводов контактной подвески по отношению к оси пути и пр. Для токоприемников Л и Т при ширине рабочей части полоза 1300мм величина наибольшего допустимого отклонения провода от оси то­коприемника при учете влияния отклонений несущего троса и про­гибов опор под действием ветровой нагрузки принимается равной 500 мм. В подвесках с двойным контактным проводом эта величина относится к осевой линии между контактными проводами.

Кроме того, еще одним ограничением длины пролета цепной кон­тактной подвески является требование по сохранению установленных вертикальных габаритов контактных проводов при воздействии на кон­тактную подвеску сил, зависящих от изменения внешней температур: с учетом гололедных нагрузок и нагрева проводов токами нагрузки.

11.3. Ветровые отклонения проводов и допустимые длины пролетов простых контактных подвесок и лэп

Величина горизонтального отклонения провода при простой подвеске легко может быть определена на основании ранее выве­денных соотношений.

При действии на провод вертикальной g и горизонтальной р_к нагрузок, провод расположится в наклонной плоскости, как показано на рис. 11.3, где дан поперечный разрез провода в пролете.

Обозначив через Ь_к величину горизонтального отклонения провода в данной точке и через у провес провода в этой точке в направлении результирующей силы q, из подобия треугольников получим

(11.1)

Величина провеса провода в любой точке пролета согласно (3,24) может быть опреде­лена выражением

Подставив это значение y выражение (11.1), получим:

(11.2)

Для средней точки пролета, где стреле про­веса провода f будет соответствовать наи­большее горизонтальное отклонение прово­да b_{к max} из выражения (11.2) получим

(11.3)

При зигзагообразном расположении контактного провода откло­нение его от оси пути будет определяться суммой отклонений у₁ и у₂ (рис. 11.4), величины которых могут быть найдены из выражений

где а — величина зигзага провода.

Рис. 11.3. Схема располо­жения провода при откло­нении его ветром

Рис. 11.4. Схема расположения отклоненного ветром провода на прямой при главных зигзагах: 1 — ось пути и токоприемника; 2,3 — неотклоненное и отклоненное положение контактного провода; 4 — опора

Отсюда получим значение отклонения провода b_к от оси пути в любой точке пролета, расположенной на расстоянии x от опоры:

(11.4)

Приравнивая к нулю первую производную Ь_к и определяя из получен­ного уравнения значение л; находим расстояние от опоры, при кото­ром отклонение контактного провода от оси пути будет наибольшим:

откуда

После подстановки этого значения х в выражение (11.3) получим

(11.5)

В том случае, если провод имеет различные зигзаги а₁ и а₂, величи­на наибольшего его отклонения определится следующим образом. Обозначим через а среднюю величину зигзага контактного провода:

тогда согласно рис. 11.5 получим:

(11.6)

Величина наибольшего отклонения провода в пролете может быть определена при этом согласно (11.5) и (11.6) из выражения

(11.7)

Если в выражении (11.5) положить b_{к max} = b_{к доп} и решить это уравнение относительно l, то получим выражение для определе­ния наибольшего пролета провода на прямых участках при дан­ных р_к, а, К и b_{к доп}

(11.8)

Рис. 11.5. Схема расположения отклоненного ветром провода на прямой при неравных зигзагах: 1 — ось пути и токоприемника; 2 — неотклоненный про­вод; 3 — отклоненный ветром провод; 4 — опора

На кривых участках вынос контактного провода выполняется в одну и ту же сторону от оси пути на обеих опорах, ограничива­ющих участок кривой. При отклонении провода ветром на кри­вой он занимает положение, показанное на рис. 11.6.

Величина стрелки кривой оси пути у_х может быть определена из схемы, представленной на рис. 11.7.

Из прямоугольного треугольника ABC имеем:

откуда получим:

Величина отклонения провода от оси пути у₂ при отсутствии вет­ра определится как (см. рис. 11.6)

(11.9)

Рис. 11.6. Схема расположения отклоненного ветром провода на кривой: 1 — ось пути и токоприемника; 2 — неотклоненный провод; 3 — отклоненный вет­ром провод; 4 — опора; 5— хорда кривой пути

При действии ветра на провод величину наибольшего отклонения про­вода от оси пути можем определить согласно рис. 11.6 из выражения

где знак плюс соответствует направле­нию ветра внутрь кривой, а знак ми­нус — на внешнюю сторону кривой. Наибольшее отклонение провода от оси токоприемника получается в этом случае при ветре, направленном внутрь кривой, и оно равно

откуда после подстановки значения y₂ из выражения (11.9) получим

(11.10)

Значения наибольших допускаемых пролетов на кривых участ­ках пути получим, приняв в выражении (11.10) b_{к max} = b_{к доп} и ре­шив его относительно l_max.

После несложных преобразований получим:

(11.11)

На кривых больших радиусов значения l_max по формуле (11.11) при нормальных выносах провода у опор получаются больше про­лета l_max, определенного по формуле (11.8) для прямых участков. Однако в практике проектирования ограничивают длину проле­тов на таких кривых наибольшей длиной пролета, установленной для прямых участков, исходя из которой определены габаритные размеры опор и размещение на них поддерживающих устройств. Величину выносов провода a₁ у опор в таких случаях определяют из условия, чтобы провод в середине пролета располагался по оси токоприемника. Как видно из рис. 11.6, это будет тогда, когда

Решая это уравнение относительно a₁, получим

(11.12)

Рис. 11.7. Схема для опреде­ления стрелки кривой пути

Все приведенные выше выражения были выведены без учета сме­щений точек крепления провода на опорах при ветре (вследствие про­гиба опор и пр.). Но если обозначить величину этих смещений через у, приведенные выше формулы примут вид:

– для прямых участков при расположении контактного провода с зигзагом а

(11.13)

(11.14)

– для кривых участков

(11.15)

(11.16)