книги из ГПНТБ / Фрайфельд А.В. Устройство, монтаж и эксплуатация контактной сети учебник

Поэтому обычно применяют схему двусторонней компенсации (рис. 30), при которой компен­ саторы устанавливают с обеих сторон анкерного участка контакт­ ного провода. Однако, если при этой схеме не создать где-то в се­ редине анкерного участка точку, относительно которой контактный провод не имел бы возможности продольно перемещаться, то про­ вод, мог бы сдвинуться в сторону одного из компенсаторов, что вызвало бы повреждение цепной подвески во всем анкерном участке.

Такое перемещение провода может произойти при расположении подвески на уклонах, при неравенстве веса грузов компенсаторов и даже просто при движении токоприемников все время в одну и ту же сторону. При обрыве контактного провода будет нарушена целость цепной подвески во всем анкерном участке, так как ком­ пенсаторы перестанут тянуть контактный провод только тогда, ког­ да они опустятся на землю. Поэтому при схеме двусторонней ком­ пенсации обязательно выполняют среднюю анкеровку (см. рис. 113).

Разность натяжений в частях анкерного участка будет вос­ приниматься одной из половин троса средней анкеровки. При обры­ ве контактного провода в какой-либо части анкерного участка вто­ рая часть останется неповрежденной, так как контактный провод будет удержан от перемещения тросом средней анкеровки.

Применение двусторонней компенсации контактного провода со средней анкеровкой позволяет удвоить длины анкерных участков по сравнению с теми, которые допустимы при односторонней ком­

кривые, длины анкерных участков по причинам, изложенным вы­ ше, уменьшают.

Длина анкерного участка некомпенсированного несущего троса не ограничивается и определяется условиями монтажа.

Большое значение для обеспечения бесперебойного токосъема при крайних (т. е. минимальной и максимальной) температурах имеет правильный выбор той температуры, при которой контакт­ ный провод будет занимать беспровесное положение. Это положе­ ние может быть задано при любой температуре путем соответству­ ющего подбора длины струн. Очевидно, что задавать контактному проводу беспровесное положение при какой-либо из крайних тем­ ператур нельзя, так как будет значительно ухудшен токосъем при другой крайней температуре. Если же задать беспровесное поло­ жение при средней температуре, то и это не даст решения постав­ ленной задачи.

4 0

На рис. 31, а сплошными ли­ ниями показаны положения про­ водов при крайних температурах /мин и ^макс, а штриховыми При средней температуре /СрПрови­ сание контактного провода вниз от горизонтальной линии называ­

вода объясняется тем, что сокра­ щение длины несущего троса при понижении температуры вызыва­ ет увеличение его натяжения и уменьшение стрел провеса.

Поднимаясь, несущий трос через струны тянет за собой кон­ тактный провод, заставляя его выгибаться кверху.

В рассматриваемом случае положительная и отрицательная стрелы провеса контактного провода примерно одинаковы. Но так как токоприемник при движении поднимает провод (примерные траектории токоприемника показаны на рис. 31, а штрих-пункти­ ром), то при минимальной температуре условия токосъема будут хуже, чем при максимальной, ибо траектория токоприемника боль­ ше отклонится от прямой линии. Очевидно, что беспровесное поло­ жение контактному проводу должно быть задано при температуре, более близкой к минимальной. Тогда отрицательная стрела прове­ са провода будет меньше положительной (рис. 31, б). Поэтому значение температуры to, при которой контактный провод должен занимать беспровесное положение, выбирают ниже средней tcp:

Среднюю температуру tcр воздуха для данного района следует выбирать, исходя из наиболее часто наблюдаемых значений край­

положения контактных проводов нужно выбирать в зависимости от скорости. Эта температура должна, быть определена так, чтобы при средней температуре данного района у контактных проводов имела место оптимальная стрела провеса. При этом во время на­ ступления крайних температур, учитывая их небольшую длитель­ ность, возможно считать качество токосъема удовлетворительным, если не будут наблюдаться отрывы токоприемника от контактных проводов.

41

Цепные подвески характеризуют конструктивной высотой Л0 — расстоянием между несущим тросом и контактным проводом, из­ меренным у опоры при беспровесном положении контактного про­ вода:

4 2

Ьі и b2 выбирают в соответствии с теми натяжениями, которые не­ обходимо обеспечить. Например, если во вспомогательном тросе надо иметь натяжение в 2 раза меньше, чем в контактном проводе, то длина плеча Ь2 должна быть в 2 раза больше, чем длина пле­ ча b1 .

Компенсированной цепной подвеской называют такую, в кото­ рой все провода анкеруют через компенсаторы. Эти компенсаторы выполняют общими (рис. 32, а) или раздельными для каждого из проводов. График натяжения контактного провода, приведенный на рис. 32, б, построен аналогично тому, как было указано выше (см. рис. 27, б). Допускаемые изменения номинального натяжения несущего троса установлены нормами в размере + 1 0 %.

Изменения натяжения происходят главным образом под дейст­ вием сил, возникающих при перемещении несущего троса вдоль анкерного участка на каких-то поворотных конструкциях. По­ скольку несущий трос в эксплуатации не изнашивается токоприем­

меньше, чем в полукомпенсированных, а при одинаковых мате­ риалах несущего троса и контактного провода наклон струн прак­ тически отсутствует. Однако влияние перемещений фиксаторов на изменения натяжения контактного провода проявляется так же, как при полукомпенсированной подвеске. При компенсированных подвесках длины анкерных участков несущего троса и контактного провода принимают одинаковыми и тех же размеров, что были указаны выше для полукомпенсированных подвесок.

При двусторонней компенсации устройство средней анкеровки компенсированной подвески сложнее, чем у полукомпенсирован­ ной (см. рис. 114), так как она выполняется не только для кон-, тактного провода, но и для несущего троса.

При компенсированной подвеске появляется возможность за­ дать контактному проводу такую стрелу провеса, которая наи­ лучшим образом отвечает процессу токосъема. Поскольку эластич­ ность подвески в середине пролета всегда выше, чем у опор, и кон­ тактный провод там поднимается токоприемником больше, стрела провеса контактного провода должна быть положительной, чтобы при проходе токоприемника по пролету его траектория приближа­ лась к прямой линии. Величина оптимальной стрелы провеса кон­ тактного провода невелика и составляет примерно 1 / 1 0 0 0 от дли­ ны пролета, уменьшенной на 2 0 м.

Благодаря весьма незначительным изменениям натяжения не­ сущего троса при колебаниях температуры изменения стрел про­ веса всех проводов также невелики, что позволяет обеспечить бес­ перебойный токосъем при высоких скоростях движения.

Однако компенсированные цепные подвески, хорошо работаю­ щие при любых изменениях температуры, теряют свои положи­ тельные качества при увеличении нагрузки на провода. Из-за того,

43

что натяжение проводов поддерживается почти постоянны

увеличение нагрузки вызывает рост их стрел провеса, которые в данном случае увеличиваются гораздо быстрее, чем в полукомпенсированных подвесках, где одновременно с нагрузкой растет натя­ жение несущего троса. Особенно сильно ухудшается процесс токо­ съема при образовании гололеда на проводах, когда нагрузка весьма велика и стрелы провеса контактного провода становятся значительно больше тех, которые были заданы.

Компенсированные подвески немного дороже полукомпенси-

высоких скоростях движения только компенсированные подвески обеспечивают бесперебойный токосъем и поэтому их широко при­ меняют на электрифицированных линиях СССР.

§ 10. Длина пролета между опорами контактной сети

Длина пролета в большой степени определяет как строитель­ ную стоимость контактной сети, так и ее надежность в условиях эксплуатации. Чем больше длина пролета, тем дешевле контактная сеть, так как уменьшается необходимое число опор и поддержи­ вающих устройств. Некоторое увеличение мощности опор и их вы­ соты при росте длины пролета (вследствие увеличения стрелы про­ веса несущего троса и конструктивной высоты цепной подвески) вызывает увеличение стоимости сети, меньшее, чем экономия, до­ стигаемая за счет уменьшения количества опор. Поэтому с эконо­ мической точки зрения всегда выгодно иметь большие пролеты. Однако при увеличении длины пролетов условия токосъема ухуд­ шаются, так как усиливается неравномерность эластичности под­

вески в пролете и растут стрелы провеса всех проводов. Кроме того, увеличивается отклонение контактного провода под действием ветра. В от­ дельных случаях, когда контактные провода име­ ют значительные перемещения по высоте, чрез­ мерно большие пролеты могут не позволить соб­ люсти те положения контактного провода по от­ ношению к уровню головок ходовых рельсов, ко­ торые установлены ПТЭ.

Длину пролета между опорами контактной сети выбирают всегда возможно большей, но так, чтобы была обеспечена необходимая надеж-

Рис. 33. Схема для- ность работы в эксплуатации. Для этого нужно,

4 4

Сохранялись нормальные условия токосъема, t. е. кон'гактное нажатие не имело резких колебаний в разных местах пролета;

соблюдались установленные границы высотного положения контактного провода от уровня головок рельсов на всех перегонах и станциях электрифицируемой линии.

Рабочая ширина полозов применяемых в СССР токоприемни­ ков составляет около 1300 мм. Таким образом, максимальное от­ клонение контактного провода от оси токоприемника не должно превышать 650 мм. Смещение контактного провода от оси токопри­ емника может быть вызвано отклонением контактного провода под действием ветра, прогибом опор, вызванным дополнительной на­ грузкой от ветра на провода цепной подвески и на саму опору, неравномерной просадкой рессор локомотива, поперечными коле­ баниями кузова локомотива, а также отклонением от нормального уровня головок ходовых рельсов, когда кузов получает наклон, отличный от расчетного (рис. 33).

Небольшой перекос кузова внизу на величину d вызывает до­ вольно значительное смещение х оси токоприемника на высоте кон­ тактного провода hK:

где а — ширина колеи.

Отклонения, определяемые перемещением кузова локомотива и состоянием пути, должны находиться в пределах +150—200 мм. Поэтому максимальное допускаемое ветровое отклонение контакт­ ного провода в одну сторону от оси токоприемника с учетом про­ гиба опор установлено равным 500 мм на прямых и 450 мм на кривых участках пути.

При наличии двух контактных проводов ветровое отклонение дальнего по направлению ветра провода меньше, чем отклонение одного провода того же сечения при такой же скорости ветра, так как один провод защищает от ветра другой.

Наличие зигзагов контактного провода на прямых участках пути приводит к тому, что ветровые отклонения его быстрее дости­ гают допускаемого значения, чем при расположении провода по оси пути. Поэтому при увеличении зигзагов для соблюдения до­ пускаемого ветрового отклонения контактного провода нужно уменьшать длину пролета.

Несущий трос цепной подвески по-разному влияет на ветровые отклонения контактного провода. В косых подвесках несущий трос всегда уменьшает отклонение контактного провода. При верти­ кальных и полукосых подвесках возможны три случая (рис. 34). Первый — ветровые отклонения несущего троса и контактного про­ вода одинаковы (рис. 34, а), при этом струны располагаются вер­ тикально и несущий трос не оказывает влияния на ветровое отклонение контактного провода. Второй — отклонение контакт­ ного провода под действием ветра больше, чем несущего троса (рис. 34, б), и струны располагаются наклонно. Вследствие этого

45

наличии в подвеске двух контактных проводов и на линиях пере­ менного тока при неизолированных консолях (см. § 19) из-за боль­ шой длины гирлянды изоляторов, на которых подвешен несущий трос. Эта гирлянда при действии ветра тоже отклоняется от нор­ мального положения, в результате чего увеличивается ветровое отклонение несущего троса. На линиях постоянного тока отклоне­ ние подвесных изоляторов под действием ветра меньше влияет на отклонение несущего троса, так как гирлянда имеет меньшую длину.

Если несущий трос ограничивает ветровое отклонение контакт­ ного провода, то длину пролета можно принять больше, чем в том случае, когда несущий трос не оказывает никакого влияния. Если же несущий трос увеличивает ветровое отклонение контакт­ ного провода, то длина пролета должна быть уменьшена по срав­ нению с той, которая была бы при отсутствии этого влияния.

Во всех случаях максимальную допускаемую длину пролетало ветровым отклонениям контактного провода устанавливают так, чтобы максимальное ветровое отклонение было равно допускае­ мому. Отсюда ясно, как важно правильно содержать контактную сеть в эксплуатации: при нарушении расчетных положений ветро­ вое отклонение контактного провода может стать больше допус­ каемого и он соскользнет с полоза токоприемника.

Иногда, например при нахождении железнодорожного пути в защищенной от ветра местности, длины пролетов, определяемые ветровыми отклонениями, могут получиться довольно значитель­ ными. Однако пролеты длиной более 75 м в СССР не применяют.

Большое значение имеет соблюдение установленных нормами вертикальных габаритов контактных проводов, что в значительной степени зависит от принятой длины пролета.

В некомпенсированных и полукомпенсированных цепных под­ весках контактный провод при изменениях температуры будет пе­ ремещаться по высоте на ту величину, которая определяется раз­ ностью между максимальным и минимальным значениями стрелы провеса несущего троса. Кроме того, провод получит дополнитель­

46

ный подъем при минимальной температуре во время прохода токо­ приемника, а при максимальной температуре — дополнительное провисание, вызванное нагревом его тяговыми токами. Могут быть нарушены габариты и при опускании провода во время гололед­ ных образований.

При компенсированных цепных подвесках основную опасность представляет провисание провода при гололеде, а общее переме­ щение должно определяться с учетом максимального подъема про­ вода токоприемником при отсутствии гололеда.

В то же время вертикальные перемещения контактного прово­ да строго ограничены, так как его высота над уровнем головок рельсов должна быть, как правило, не ниже 6250 мм на станциях и 5750 мм на перегонах, чтобы было обеспечено соответствующее расстояние от находящегося под напряжением провода до наибо­ лее высокой части подвижного состава. (В исключительных слу­ чаях с разрешения МПС указанная высота может быть уменьше­ на до 5675 мм при переменном токе и до 5550 мм при постоянном. Эти величины применяют в пределах существующих искусствен­ ных сооружений на перегонах и расположенных на путях станций, на которых не предусмотрена стоянка подвижного состава). Наи­

подвески того или иного типа зависит от заданной максимальной скорости движения поездов, принятой системы тока и напряжения, определяющей общее сечение проводов контактной сети, и вели­ чины длительных тяговых токов, а также от метеорологических условий (пределов изменения температуры, величины гололедных образований и скорости ветра).

Нормами проектирования железных дорог общей сети Союза ССР, Нормами технологического проектирования электрификации железных дорог и Правилами содержания контактной сети преду­ смотрено, что на главных путях перегонов и станций при скорости движения более 1 2 0 км/ч (до 160 км/ч) следует применять компен­ сированную рессорную цепную подвеску или по разрешению МПС полукомпенсированную двойную подвеску с сочлененными фикса­ торами. На действующих линиях в отдельных случаях с разреше­ ния МПС допускается эксплуатация одинарной полукомпен­

до 1 2 0 км/ч.

На станционных путях (кроме главных), тракционных, а также малодеятельных, где скорость движения не превышает 70 км/ч, применяют одинарную полукомпенсированную подвеску с простыми

4 7

скорости до 50 км/ч допускается применение компенсированной простой подвески без несущего троса.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что при наличии двух контактных проводов, одинарные полуком­ пенсированные подвески при правильно выбранной температуре беспровесного положения контактных проводов (в зависимости or скорости) обеспечивают хорошее качество токосъема при скоро­ стях движения до 160 км/ч включительно. Компенсированные же одинарные подвески с оптимальными параметрами (см. § 9) мо­ гут обеспечить бесперебойный токосъем при скоростях движения до 250 км/ч включительно, независимо от числа контактных проводов.

Ведутся работы по созданию контактных подвесок с равно­ мерной эластичностью вдоль пролета (равноэластичных) для ис­ пользования при высоких скоростях движения.

Вопрос о выборе того или иного типа подвески в зависимости от скорости движения решают одинаково для линий как посто­ янного, так и переменного тока, однако при переменном токе, как правило, для главных путей перегонов выбирают компенсирован­ ную подвеску независимо от реализуемой скорости.

При системе постоянного тока на вновь электрифицируемых ли­ ниях применяют одинарные цепные подвески с одним или двумя контактными проводами в- зависимости от величины снимаемых токов. Два контактных провода сечением по 100 мм2 или один се­ чением 150 мм2 подвешивают на участках, где снимаемые токи (кроме пусковых при трогании) больше 1000 А. Двойные цепные подвески на новых линиях не применяют, так как для их выполне­ ния требуется большое количество дефицитного цветного металла. В тех случаях, когда сечение всех проводов одинарной цепной подвески меньше расчетного, недостающее сечение признано более целесообразным восполнять алюминиевыми усиливающими про­ водами, а не с помощью двойных подвесок, для вспомогательных тросов которых нужна медь.

Для линий, электрифицируемых на переменном токе напряже­ нием 25 кВ, сечение проводов двойных цепных подвесок оказыва­ ется слишком большим, так как благодаря высокому напряжению расчетные сечения контактной сети, как правило, могут б,ыть обес­ печены несущим тросом и контактным проводом, т. е. одинарной цепной подвеской. Поэтому на линиях переменного тока двойные подвески применяют за рубежом только при очень высоких скоро­ стях движения.

В СССР двойные подвески нашли распространение лишь на давно эксплуатируемых линиях постоянного тока, где их применя­ ют, когда изношенный контактный провод требует замены, а воз­ росшие размеры движения (следовательно, и токовые нагрузки)

48

контактных проводов по условиям допускаемых токов, вместо то­ го, чтобы заменять изношенный контактный провод и одновремен­ но подвешивать усиливающие провода, переоборудуют одинарную цепную подвеску в двойную. В качестве вспомогательного троса используют старый контактный провод, а усиливающие провода или вообще не подвешивают, или сокращают их число. Это поз­ воляет и увеличить сечение контактной подвески, и значительно улучшить качество токосъема.

Вертикальные и полукосые цепные подвески в СССР приме­ няют почти везде независимо от интенсивности ветра на данной трассе. Полукосые подвески монтируют на прямых участках пути, а вертикальные — на кривых. Косые подвески используют только в районах, где действуют особенно сильные ветры. Эти подвески удобно применять лишь в тех случаях, когда в качестве поддержи­ вающих устройств устанавливают гибкие или жесткие поперечи­ ны, и менее удобно при наличии консолей (см. главу V), где для обеспечения значительных зигзагов несущего троса требуется су­ щественно утяжелять конструкции.

В местностях, подверженных особо сильным ветровым воздей­ ствиям, и там, где наблюдаются автоколебания проводов, приме­ няют специальные цепные подвески с повышенной ветроустойчи­ востью (см. § 71).

Глава III

ИЗОЛЯТОРЫ, ПРОВОДА И ТРОСЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ

ВКОНТАКТНОЙ СЕТИ

§12. Изоляторы

Все изоляторы должны удовлетворять определенным требова­ ниям в отношении электрической и механической прочности. Элек­ трическую прочность изолятора характеризуют его сухоразряд­ ным, мокроразрядным и пробивным напряжениями. Сухоразряд­ ным называют напряжение, при котором происходит поверхност­ ное перекрытие чистого и сухого изолятора. Мокроразрядным на­ зывают напряжение, при котором происходит поверхностное пере­ крытие изолятора при дожде, направленном под углом 45° к го­ ризонту. Пробивным является напряжение, при котором происхо­ дит пробой изолятора. Пробивное напряжение должно быть не ме­ нее чем в 1,5 раза выше сухоразрядного.

Механическую прочность изолятора характеризуют допускае­ мой, испытательной и разрушающей электромеханическими на­

грузками,

4 9