Контактные сети и ЛЭП

ные рельсы, желобчатые токопроводы и др.). Они могут обладать такими же дина-

мическими характеристиками, как и гибкие подвески, а также удовлетворять требо-

ваниям, которые им недоступны: малогабаритность, легкоразборность, наличие ава-

рийного резерва. Конструкции самонесущих контактных токопроводов различаются схемами и габаритами несущих балок, устройством токосъемных элементов, раз-

борных модулей, их сечением, стыковыми и концевыми узлами, подвесами к под-

держивающим кронштейнам и т.п.

Определение параметров и характеристик токопроводов основывается на ста-

тическом и динамическом расчетах упругих не разрезных балок, подвешенных бо-

лее чем на двух опорах. Однако кроме прочностных показателей они должны вы-

держивать определенные значения температурных удлинений (зазоры в стыках),

стрел провеса, ординат высотного положения концевых отводов (воздушные стрел-

ки) и т.д.

Использование того или иного типа токопровода определяется видом электро-

подвижного состава и местом их монтажа.

На магистральных железных дорогах контактный токопровод с верхним подве-

сом применяется на станциях с дебаркадерами (Дания), в депо для электропоездов

(Германия), тоннелях (Япония). Третий контактный рельс для открытых участков применяется для электровозов и электропоездов в Англии.

В метрополитенах разных стран используются расположенные рядом с ходо-

вым рельсом третий (четвертый) специальный контактный рельс с токосъемом с нижней (Россия) или верхней (Швеция) его поверхности, а также токопроводы, под-

вешенные наверху под сводом тоннеля.

В трамвайных сетях (Франция, г. Бордо) начали внедрять напольный контакт-

ный токопровод в виде изолированной с трех сторон шины, располагаемой на уровне земли по оси пути. При этом напряжение на него подается только при наезде трамвая по сигналу электронного датчика; ток снимается токоприемниками, нахо-

дящимися под кузовом вагона (рис. 3.35).

На монорельсовых видах транспорта с пневматическим или магнитным подве-

сом используют жесткие токопроводы, количество которых соответствует числу пи-

тающих ЭПС фаз плюс заземление. Могут применяться контактные рельсы метро-

политена или специальные желобчатые токопроводы, как на московской монорель-

совой линии «Тимирязевская» — « Ботанический сад».

Рис. 3.35. Схема наземного контактного токопровода с автоматическим подключением для электроснабжения трамвая во Франции: 1 — сигнальная линия с датчиками ЭПС; 2 – секция токопроводящей шины; 3 — токоприемник; 4 — ЭПС (трамвай)

Контактные рельсы образуют жесткую контактную подвеску (сеть), у которой при проходе токоприемника не изменяется первоначальная ордината точек рабочей поверхности. Рельсы имеют специальный профиль и изготавливаются из стали с по-

ниженным электрическим сопротивлением. Применяются также комбинированные рельсы — сталеалюминиевые. При токосъеме с нижней поверхности рельс закры-

вают с трех сторон коробом (деревянным или пластмассовым) для защиты от воз-

никновения гололедных образований на контактных рельсах наземных участков и парковых путей электродепо, а также для защиты персонала от случайных прикос-

новений к контактному рельсу, находящемуся под напряжением. На стрелках ис-

пользуются концевые и боковые отводы (рис. 3.36), обеспечивающие проход токо-

приемников по воздуху.

Существуют также конструкции (Германия, г. Эрфурт) верхних жестких токо-

проводов, изготовленных в виде алюминиевой коробчатой шины, к нижней части которой крепят медный контактный провод (рис. 3.37).

Полужесткие токопроводы (модули) выполняют из труб с прикрепленными к ним контактным проводами. Концы таких эластичных балок стыкуются на упругом Подвесе поддерживающего устройства, что обеспечивает равноэластичность в про-

лете.

Рис. 3.36. Схема расположения контактного рельса и концевого отвода на стрелочном переводе (а), вид сбоку концевого отвода метрополитена (6): 1 — контактный рельс; 2 — концевой отвод; З — ходовой рельс

Рис. 3.37. Сечение жесткого комбинированного токопровода воздушной контактной подвески (Германия): 1 — контактный провод: 2 — алюминиевый профиль

В заключение необходимо отметить, что зарубежными и отечественными спе-

циалистами, в том числе Омского государственного университета путей сообщения

(ОмГУПС), все больше внимания уделяется совершенствованию существующих и разработке новых конструкций контактных токопроводов, которые получают широ-

кое распространение в системах электроснабжения метрополитена, железных дорог

и новых видов транспорта.

3.7. Силовые кабели

Кабельные линии электрических сетей прокладывают в земле, под водой и на воздухе. Условия их работы и применение в хозяйстве электроснабжения были рас-

смотрены выше. Хотя кабельные линии значительно дороже воздушных и эксплуа-

тация их сложнее, однако в отдельных случаях применение кабелей является един-

ственно возможным способом передачи электроэнергии потребителям, расположен-

ным, например, на территории плотной застройки (города, поселки, промышленные предприятия). Пересечения ЛЭП с железнодорожными путями и водоемами также удобнее осуществлять кабельными линиями.

По числу токопроводящих жил различают одно- , двух- , трех- и четырехжиль-

ные кабели. Одножильные кабели применяют главным образом в линиях перемен-

ного и постоянного тока напряжением 110 кВ и выше. Их используют также в каче-

стве отсасывающих линий рельсовых цепей электрических железных дорог посто-

янного тока. Двухжильные кабели применяют в линиях постоянного тока. Область применения трехжильных кабелей значительно шире. Их используют в кабельных линиях трехфазного тока всех напряжений до 35 кВ включительно. Наконец, четы-

рехжильные кабели прокладывают в четырехпроводных сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ.

Трехжильный кабель на напряжение до 10 кВ (рис. 3.38) в общем виде состоит из сегментообразных токопроводящих жил, свитых из отдельных проволок или це-

ликовых. Жилы кабеля имеют фазную изоляцию, поверх которой наложена общая поясная изоляция. Свободное пространство между жилами заполняют специальны-

ми наполнителями во избежание образования газовых включений. Свинцовая, алю-

миниевая или пластмассовая оболочка герметизирует кабель, предотвращает высы-

хание его изоляции и всасывание влаги внутрь кабеля. Для защиты от действия кис-

лот и щелочей, содержащихся в грунте, оболочку покрывают несколькими слоями кабельной бумаги или пластмассовых лент, так называемой «подушкой». От воз-

можных механических повреждений кабель защищают броней из стальной ленты,

поверх которой накладывают наружные защитные покровы разной конструкции для предохранения от химической коррозии. При прокладке кабеля в помещениях, кана-

лах и тоннелях джутовые наружные покровы во избежание распространения огня при возможном пожаре снимают.

Рис. 3.38. Трехжильный бронированный кабель (а) и его сечение (б): 1 — токопроводящие жилы; 2 — фазная изоляция; 3 — заполнитель; 4 — поясная изоляция; 5 — оболочка; 6 — подушка; 7 — стальная броня; 8 — наружный защитный покров

Фазную и поясную изоляцию кабелей выполняют из электроизоляционных ма-

териалов: пластмассы, пропитанной кабельной бумаги, жидкого масла (маслонапол-

ненные кабели), газа (газонаполненные кабели) и т.д. Особенно широкое распро-

странение получила пластмассовая изоляция, которую применяют практически для кабелей всех напряжений (вплоть до 500 кВ). Кабели напряжением до 1 кВ, как пра-

вило, имеют экструдированную пластмассовую изоляцию из полиэтилена или поли-

винилхлорида, кабели напряжением 6—10 кВ — бумажную или пластмассовую изоляцию.

Трехфазные кабели напряжением 20— З5 кВ изготавливают с металлическими экранами для каждой жилы в отдельности. Такая конструкция кабеля создает ради-

альное электрическое поле с равномерным распределением напряженности по по-

верхности жил и в слоях изоляции, что повышает электрическую прочность кабеля и препятствует переходу однофазных замыканий на землю в многофазные короткие замыкания.

Кабели на напряжения 110 кВ и выше изготавливают одножильными с покры-

тием стальной броней или в трубе (газоили маслонаполненные) с пластмассовой,

масляно-бумажной и масляной изоляцией. Маслонаполненные кабели могут рабо-

тать при низком (до 105 Па), среднем (2÷4·10 5 Па) или высоком (10 – 15·10 5 Па) дав-

лении. Наиболее распространенными в настоящее время являются маслонаполнен-

ные кабели среднего давления и кабели с пластмассовой изоляцией.

Обозначения марок кабелей соответствуют их конструкции. Например, кабели с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами имеют марки ААГ, АСБГ, ААБ и АСГ. Первая буква обозначает материал жил (А — алюминий), вторая — материал оболочки (А — алюминий, С — свинец), буква Г — отсутствие защитных покровов.

Кабели, бронированные стальными лентами, имеют в марке букву Б (броня). В мар-

ках кабелей с медными жилами буквы, обозначающие название материала жил, не ставят.

При пересечении трассы электрической железной дороги постоянного тока для предохранения от коррозии блуждающими токами кабель заключают в асбестоце-

ментные трубы, пропитанные гудроном или битумом. Если число кабелей велико,

их прокладывают в каналах или тоннелях. Из-за повышенной опасности пожаров в тоннелях часто прокладывают кабели на открытых эстакадах.

Соединять кабели друг с другом и присоединять их к аппаратам необходимо так, чтобы гарантировалась надежная работа всей кабельной линии. Для предотвра-

щения попадания в кабель влаги, кислот и других реагентов, ухудшающих изоля-

цию, соединяемые концы кабеля герметически заделывают с помощью специальных кабельных соединительных муфт. Для соединения кабелей напряжением до 1 кВ применяют чугунные соединительные муфты, в сетях 6 и 10 кВ — свинцовые. Спе-

циальные конструкции соединяемых и концевых муфт из термоусаживающихся электроизоляционных материалов разработаны для кабелей низкого и высокого напряжения с пластмассовой и бумажной изоляцией.

Если кабель необходимо соединить с воздушной линией, применяют специаль-

ную концевую муфту (рис. 3.39). Конец кабеля предварительно разделывают и за-

ключают в разъемный корпус муфты. Токоведущие жилы кабеля соединяют с

наружными медными штырями, проходящими через стержневые изоляторы. По окончании монтажа муфту закрывают крышкой и заливают кабельной массой. С

помощью скоб муфту укрепляют на стене, опоре ВЛ или металлической конструк-

ции.

Рис. 3.39 Концевая муфта трехжильного кабеля на напряжение до 10 кВ: 1— корпус; 2 — токопроводящие жилы; 3 — изоляторы; 4 — медный стержень; 5 — скобы для крепления

Внутри помещений для оконцевания кабелей до 10 кВ применяют концевые заделки различной конструкции.

ГЛАВА 4

ОПОРНО-ПОДЦЕРЖИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА КОНТАКТНЫХ СЕТЕЙ И ЛЭП

4.1. Общие положения

Опорно-поддерживающие устройства предназначены для закрепления на них токопроводящих и контактных элементов с помощью изолирующих деталей. К ним относятся опоры с фундаментами, консоли, кронштейны, жесткие и гибкие попере-

чины и т.п., характеристики которых рассчитываются методами строительной меха-

ники.

К вертикальным нагрузкам в расчетах относят и равномерно распределенные по длине устройств их собственный вес G0, вес гололеда Gг , а также сосредоточен-

ные нагрузки: вес цепной подвески, поддерживающих изоляторов и фиксаторов (по-

следние учитывают целиком или частично) Qп и вес гололеда на проводах Qг .

К горизонтальным нагрузкам относят: силу давления ветра на провода подвес-

ки Рв; усилия, возникающие от изменения направления проводов на кривой Рг, а

также при отводах на анкеровки, зигзагах, стрелках, пересечениях и т. п.

Найдем величину горизонтальной составляющей натяжения провода на кривой

В в точке А (рис. 4.1). На опору, расположенную на кривой, действует составляющая натяжения контактного провода РкR. Ее можно определить из рассмотрения подоб-

ных треугольников АСО (силовой) и А ВО:

АD/DС=АВ/OВ.

Заменим АD = РкR, кН; АС = К (натяжение контактного провода), кН; АВ=l

Рис. 4.1. Расчетная схема для определения составляющей натяжения провода на кривой

Заменив в этом выражении натяжение контактного провода К на натяжение

несущего троса Т, получим выражение для определения горизонтального усилия от изменения направления несущего троса на кривой радиусом R:

Аналогично вместо z можно подставить значение зигзага, а затем просуммиро-

вать все усилия.

Действие на опоры показанных выше усилий создает разные эпюры изгибаю-

щих моментов, исчисляемых, например, для консольных опор относительно услов-

ного обреза фундамента, представляющего собой линию, проходящую на 0,5 м ниже уровня головки рельса (УГР).

На рис. 4.3, а приведена эпюра опоры с консолью для простой подвески, где Q

—вертикальная сила; Р — горизонтальная сила (давление ветра на подвеску и не-

уравновешенные составляющие натяжения проводов); Q0 — равномерно распреде-

ленная вертикальная нагрузка (заштрихованная часть на кронштейне); Р0 — давле-

ние ветра на опору.

Эпюра на рис. 4.3, б относится к опорам с цепной подвеской на прямой и внеш-

ней стороне кривой. Здесь Pт — давление ветра на несущий трос при подвеске на кривой; Рк — горизонтальная сила от контактного провода. Эпюра отличается изло-

мом на уровне силы Pk.

Рис. 4.2. Расчетная схема для определения поперечной составляющей натяжения провода при его отводе от оси пути

Рис. 4.3. Схемы нагрузки и эпюры изгибающих моментов консольных опор

Эпюра на рис. 4.3, в относится к опорам, установленным с внутренней стороны кривой ,и на прямой при действии ветра по направлению от пути к опоре. Здесь направление сил Pт и Рк обратное по сравнению с предыдущими. Силы РТ и Рк пред-

ставляют сумму усилий от кривой и ветра. Направление ветровых усилий выбирают таким, чтобы получить наибольшие значения изгибающих моментов.