Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Контактные сети и ЛЭП

.pdf
Скачиваний:
295
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
16.52 Mб
Скачать

привели к созданию подводного и подземного кабелей. (П. Л. Шиллинг, 1812г., Э.В.

Сименс, 1848 г.).

В 1873 г. в Вене состоялась международная выставка, с которой начинается ис-

тория электропередачи. На этой выставке инженер Фонтен демонстрировал обрати-

мость электрических машин, включив между генератором и электродвигателем ба-

рабан с кабелем длиной в 1 км, который имитировал ЛЭП соответствующей длины.

В России в 1874 г. Ф. А. Пироцкий провел опыт по передаче энергии на рассто-

яние 200—1000 м на артиллерийском полигоне Волкова поля (около Петербурга),

использовав в качестве генератора электромашину Грамма.

В 1882 г. французский электротехник М. Депре построил линию Мисбах – Мюнхен длиной 57 км на постоянном токе напряжением 1,5 – 2 кВ и мощностью

3 л.с. с телеграфным проводом диаметром 4,5 мм.

В 1889 г. русский инженер М. О. Доливо-Добровольский сконструировал пер-

вый трехфазный асинхронный двигатель. В августе 1891 г. осуществил преобразо-

вание и передачу электроэнергии трехфазным током на 170 км от места установки турбины мощностью 300 л.с. на реке Неккер (близ местечка Лауфен) до Всемирного электротехнического выставки во Франкфурте-на-Майне. Электрогенератор был выполнен на напряжение 95 В, масляные трансформаторы повышали линейное напряжение до 15 кВ и подавали его в трехпроводную линию с пролетом средней длиной 60 м. Медные провода диаметром 4 мм крепились на штыревых фарфорово-

масляных изоляторах.

Первые линии электропередачи в России напряжением до 20 кВ появились в районах Баку и Донбасса, в Брянской области и ряде других промышленных райо-

нов.

В настоящее время подразделениями Департамента электроснабжения и элек-

трификации железных дорог МПС России (сетевыми районами и районами контакт-

ной сети) обслуживается значительный объем ЛЭП: высоковольтных (до 35 кВ) –

около 130, низковольтных – около 60 тыс. км.

Условия работы ЛЭП. Узлы и детали подсистем ЛЭП выполняются из раз-

личных материалов: металла, железобетона, полимеров, силикатов (стекло, фарфор),

волокнистых материалов (древесина и др.).

Условия работы элементов ЛЭП можно представить в виде факторов, влияю-

щих на деструкцию (разрушение) материалов, объединив их в группы: климатиче-

ские, биологические, атмосферные, почвенные, эксплуатационные (рис. 1.4). Ре-

зультатами воздействия этих факторов являются различные виды деструкции, тре-

бующих соответствующих мероприятий по защите. Причинами разрушений (повре-

ждений) также могут быть чрезмерные нагрузки (монтажные, транспортные, ава-

рийные, большие, чем расчетные по повторяемости). Кроме того, для воздушных ЛЭП устанавливаются дополнительные конструктивные ограничения, влияющие на режимы работы. К ним относятся вертикальные и горизонтальные габариты по условиям электробезопасности, большие пролеты на речных и других переходах,

значительная разность высот точек подвеса в гористой местности и т.п.

Условия работы кабельных линий (подземных и подводных) связаны с мень-

шим числом факторов, влияющих на их деструкцию, но обременены рядом допол-

нительных эксплуатационных условий, связанных с необходимостью защиты от че-

ловека, животных и т.п. (механических воздействий) и электрического пробоя изо-

ляции.

Основные габариты. Как уже указывалось выше, железнодорожные предпри-

ятия России эксплуатируют главным образом ЛЭП напряжением не выше 35 кВ,

конструктивное исполнение и габаритные размеры которых определяются требова-

ниями ПУЭ. В качестве примера ниже приведены основные габариты ВЛ как наибо-

лее массового типа линий электропередачи МПС России. Полностью все габариты ВЛ, КЛ, токопроводов и электропроводок изложены в соответствующих разделах ПУЭ.

Наименьшее расстояние между проводами ВЛ принимается из условия их до-

пускаемого сближения в пролете и зависит от стрелы провеса, материала проводов и площади их сечения. Например, для пролета длиной 75 м в IV районе гололедности

(см. гл. 2) это расстояние при штыревых изоляторах должно быть не менее 1750 мм,

при подвесных – 2000 мм. Для повышения грозоустойчивости ЛЭП напряжением до

10 кВ рекомендуется применять деревянные траверсы. Горизонтальное расположе-

Факторы, влияющие на деструкцию

Эксплуата-

ционные

Вандализм

Токи коротких замыканий

Блуждающие токи

Неисправленные

токоприемники

Почвенные

Выхлоп тепловозов

Пыль сыпучих грузов

 

 

Вибрации от поездов

 

Химическая агрессивность

Волокнистые:

древесина и др.

Силикаты:

фарфор стекло,

Биологические Атмосферные

Сыпучие пески

Запыленность

Химическая агрессивность

Термиты

Птицы

Полимеры:

полиолефины и пр.

Растения-паразиты

Бактерии

Грибки

Грозы

Влажность

Железобетоны

Поломки, возгорания

Микродеструкция

(грибки)

Лихенодеструкция

(плесень)

Термитодеструкция

Солевая деструкция

Возгорания, пожары

Перекрытия изоляции

Абразивная деструкция

Вибрационные

разрушения

Электрическая эрозия

Коррозия

Климатические

Температура

Давление

Гололед

Ветер

Металлы

Образование трещин

Фрикционные

изнашивания

Поломки, отжиги, пережоги проводов

Рис.1.4. Условия работы узлов ЛЭП (влияющие факторы и виды деструкции материалов и кон-

струкций)

ние проводов (в одной плоскости) обязательно при стенке гололеда более 20 мм, в

остальных случаях возможно расположение проводов по вершинам треугольника.

Наименьшее изоляционное расстояние по воздуху от токопроводящих до за-

земленных частей ВЛ по грозовым перенапряжениям для штыревых изоляторов должно быть 350, для подвесных – 450 мм, а по внутренним перенапряжениям и наибольшему рабочему напряжению – 300 и 100 мм соответственно. При высоте над уровнем моря выше 1000 м на каждые 100 м следует увеличивать это расстояние на

1 %.

Наименьшее расстояние от низшей точки проводов ВЛ 6 – 35 кВ до поверхно-

сти земли при нормальном режиме и максимальной температуре воздуха в населен-

ной, ненаселенной и труднодоступной местности в соответствии с ПУЭ должно быть соответственно 7; 6 и 5 м, а на ВЛ напряжением до 1 кВ – 6; 6 и 3,5 м. Мини-

мальное расстояние по горизонтали от проводов ВЛ до ближайших выступающих частей зданий и сооружений должно быть для ВЛ 35 кВ – 4 м; ВЛ 6 – 20 кВ – 2 м;

ВЛ до 1 кВ – 1,5 м.

1.4. Общие сведения о контактных сетях электрического транспорта

Контактные сети электрического транспорта предназначены для питания ЭПС

ив зависимости от типа транспортных средств могут быть выполнены в виде:

воздушной эластичной контактной подвески с одинарным или двойным кон-

тактным проводом верхнего расположения (электрифицированные железные доро-

ги, трамвай, промышленный транспорт);

то же с двумя разнополярными контактными проводами (троллейбус);

жесткого контактного рельса (метро, монорельсовый транспорт).

На электрифицированных железных дорогах и трамвайных линиях питание ЭПС осуществляется по контактной сети в основном с верхней эластичной контакт-

ной подвеской над путями (рис. 1.5). Контактные подвески (провода) закрепляются на опорах, расположенных вдоль железной дороги, с помощью консолей или попе-

речин. В качестве обратного провода используются ходовые рельсы.

Рис. 1.5. Схема внешнего электроснабжения и питания электроподвижного состава электрической железной дороги: ЭС — электрическая станция; ЛЭП — линия электропередачи; ТПС — тяговая подстанция: ПЛ — питающая линия; ОЛ — отсасывающая линия; КС — контактная сеть; ТК — токоприемник; PC — рельсовая сеть; ЭПС — электроподвижной состав; ТС — тяговая сеть

Специфика троллейбусной контактной сети заключается в наличии двух парал-

лельных (разнополярных) гибких воздушных контактных подвесок с дистанционно управляемыми из кабины водителя воздушными стрелками. Токоприемники трол-

лейбусов выполнены в виде поворотных штанг с направляющими токосъемными башмаками и ловителями, срабатывающими при сходе башмаков с контактных про-

водов. В местах пересечения троллейбусных проводов с трамвайными устанавли-

вают специальные секционные изоляторы, в которых токоприемники трамваев про-

ходят под троллейбусными проводами по инерции (по воздуху).

В метрополитене в качестве контактного провода используется третий (четвер-

тый) рельс, а в качестве обратного провода – ходовые рельсы. В местах стрелочных переводов контактные рельсы прерываются, превращаясь в концевые отводы, или их нижняя поверхность разворачивается в сторону оси пути (токоприемника), обра-

зуя боковой отвод. Токоприемники выполняются в виде рычагов с контактными башмаками на одних концах и шарнирными основаниями с пружинами на других.

Основания устанавливаются на изоляторах или деревянных брусьях, закрепленных на буксах колесных пар вагона (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Схема расположения контактного рельса метрополитена: 1 – контактный рельс; 2 – изо-

ляторы; 3 – резиновый шнур; 4 – деревянный короб; 5 – скоба; 6 – кронштейн; 7 – контактный башмак; 8 – деревянный брус

Применяется токосъем с верхней и боковой поверхностей контактных токопро-

водов.

В монорельсовом транспорте подвижной состав перемещается по бетонной эс-

такаде. Контактные рельсы крепятся к вертикальным стенкам балок-эстакад. К ним прижимаются контактные башмаки токоприемников, закрепленных на кузовах ва-

гонов. Все элементы токоприемников работают в сложных аэродинамических пото-

ках в пространстве «экипаж – эстакада» (рис. 1.7).

В случае применения магнитного подвеса условия еще больше усложняются в связи с тем, что высота кузова при «всплытии» (подъеме) периодически изменяется относительно уровня эстакады. Токоприемник должен отслеживать суммарные из-

менения высотного положения рельсов и подъема (всплытия) экипажа. На стрелках эстакада поворачивается в горизонтальной плоскости вместе с рельсами или ее сек-

ция вместе с экипажем перемещается трансбордером (рельсовой тележкой).

Известно переворачивание эстакады на стрелках на 180° относительно про-

дольной оси.

Рис. 1.7. Особенности системы токосъема монорельсового транспорта на магнитном подвесе: 1 – тележка вагона; 2 – Т-образная эстакада; 3 – опорные рельсы; 4 – посадочные упоры; 5 – элементы подрессоривания; 6 – кузов; 7 – линейный двигатель; 8 – реактивная шина; 9 – феррорельс; 10 – электромагниты подвеса; 11 – токоприемник; 12 – контактный рельс с изолятором

1.5. Этапы развития контактных сетей электрического транспорта

Почти сразу же после появления первых электродвигателей (1831 – 1832 гг.)

начались попытки применить электрическую энергию для транспорта, вначале авто-

номного.

В 1834 – 1835 гг. американец Девенпорт построил несколько вагонов, автоном-

но передвигавшихся от энергии батарей гальванических элементов. Подобные опы-

ты проводили Беккер и Стратинг в Германии, Ботто в Турине (Италия). В 1838 г. Р.

Давидсон совершил поездку на двухосной тележке (5 т) на участке Глазго – Эдин-

бург. В 1845 г. профессор Паж достиг скорости 30 км/ч на участке Вашингтон – Бладенсбург.

В 1834 г. русский физик Б. С. Якоби построил электродвигатель с постоянными магнитами и установил его на лодку (бот) для вращения гребных колес. Для питания двигателя электроэнергией на лодке были размещены 320 медно-цинковых гальва-

нических элементов (0,5 л.с.). Лодка смогла плыть по Неве против течения со скоро-

стью более 4 км/ч.

После появления генератора электрической энергии системы Лэдда в 1867 г. и

системы 3. Грамма в 1877 г. стала возможной неавтономная электрическая тяга с контактной сетью. В 1876 г. русский военный инженер Ф. А. Пироцкий оборудовал вагон Петербургской конной железной дороги двигателем с зубчатой тяговой пере-

дачей к колесной паре. Реборды колес были изолированы от своих центров и снима-

ли ток с ходовых рельсов. Рельсы были уложены на просмоленную парусину, ис-

пользуемую в качестве изоляции, и подключены как прямой и обратный провода к генератору мощностью 6 л.с., вращаемого паровой машиной (локомобилем). Во время испытаний в Дегтярном переулке вагон успешно возил груз 7 т (40 пас-

сажиров), используя для токосъема принцип контактных рельсов.

В 1879 г. на Берлинской промышленной выставке В. Сименс демонстрировал электровоз мощностью 3 л.с., получавший питание напряжением 130 В от шины,

уложенной между рельсами на изоляторах, с помощью щетки-токоприемника. Была применена ременная передача от двигателя к колесной паре. Подобную же систему испытывал Т. А.Эдисон в Менло-Парке, а в 1881 г. она начала работать на железной дороге между Берлином и Лихтерфельде длиной 2,45 км при напряжении 160 В. Так успешно утвердилась система токосъема с жестким контактным токопроводом.

В1882 г фирмой Сименс-Гальске был построен опытный участок под Берлином

спервыми верхними гибкими контактными проводами, выполненными в виде под-

вешенных к стальным тросам двух труб с прорезями в нижней части. В трубы по-

мещались токоприемники (челноки-скользуны), от которых по двум гибким прово-

дам напряжение подавалось к подвижной единице. Это был первый троллейбус.

В 1884 г. по этой системе была выполнена первая линия Франкфурт-на-Майне – Оффенбах напряжением 300 В. Но система была сложна на воздушных стрелках и пересечениях. В 1885 г. на трамвайной линии в Канзас-Сити (США) на воздушной контактной подвеске вместо трубок был использован круглый медный провод, к ко-

торому прижимался токосъемный ролик-«троллей», затем был применен валик и,

наконец, скользящий контакт.

В России первый трамвай был пущен на Александровском спуске в Киеве в

1892 г. военным инженером А. Е. Струве. Линия была оборудована простой кон-

тактной подвеской. В начале XX в. трамвай с нормальной узкой колеёй распростра-

нился по России, в том числе в 32 городах были проложены узкоколейные линии.

Лишь из-за войны с Германией не была достроена первая пригородная линия России

– « Оранэла» – от Санкт-Петербурга до Ораниенбаума (г. Ломоносов).

Одновременно с трамваем в мире интенсивно развивались пригородные и меж-

дугородные пассажирские электрические железные дороги, но лишь в 1895 г. на ли-

нии Балтимор – Огайо был электрифицирован тоннель, использовавшийся для гру-

зового движения.

Первым пригородным участком железной дороги в СССР стал Баку – Сабунчи

– Сурханы протяженностью 19 км, электрифицированный в 1926 г. на постоянном токе 1200 В с применением цепной некомпенсированной контактной подвески. В 1929 г. с пригородного участка Москва – Мытищи протяженностью 17,7 км начал электрификацию железных дорог на постоянном токе 1650 В Народный комиссари-

ат путей сообщения СССР.

Первый в СССР участок магистральной железной дороги Хашури – Зестафони

(Сурамский перевал) протяженностью 63 км был электрифицирован в 1932 г. на по-

стоянном токе 3000 В. В разных частях участка были применены цепные некомпен-

сированная и полукомпенсированная контактные подвески.

В 1935 г. была пущена первая линия метрополитена в Москве длиной 11,6 км – тринадцать станций (от Сокольников до Парка культуры с ответвлением на Смолен-

скую). Токосъем обеспечивался с нижней поверхности подошвы третьего жесткого контактного рельса на постоянном токе напряжением 800 В.

Таким образом в СССР (России) в начале 30-х гг. был создан технический фун-

дамент для расширения полигона электрификации железных дорог и совершенство-

вания контактных сетей на базе современных научных достижений.

Вклад российских (советских) ученых и инженеров в развитие контактных

сетей. Проектирование, строительство и эксплуатацию самой протяженной сети

электрифицированных железных дорог в России (СССР) обеспечил коллектив высо-

коквалифицированных инженеров и ученых страны. Большинство из них прошли обучение в вузах железнодорожного транспорта и учились по учебникам «Кон-

тактная сеть», написанными в период с 1938 по 1994 гг. профессорами К. Г. Марк-

вардтом и И. И. Власовым, пользовались их справочниками по электрификации и электроснабжению электрических железных дорог, научными трудами по контакт-

ным сетям.

Константин Густавович Марквардт (1904 – 1998) – ученый в области электро-

снабжения электрических железных дорог, доктор технических наук, профессор. С 1947 по 1983 гг. – заведующий кафедрой «Электроснабжение электрических желез-

ных дорог» Московского института инженеров железнодорожного транспорта, ру-

ководитель большого числа аспирантов, почетный профессор Московского универ-

ситета путей сообщения (МИИТ). Им написаны учебники и научные труды по элек-

троснабжению железных дорог, организации учебного процесса и др.

Иван Иванович Власов (1900 – 1966) – ученый в области электрификации же-

лезных дорог, доктор технических наук, профессор. За годы работы во Всесоюзном научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) в

качестве руководителя лаборатории контактной сети внес большой вклад в развитие теории и совершенствования конструкций контактной сети. Участник строительства первых электрифицированных участков железных дорог в стране. Им написаны труды по конструированию и монтажу контактной сети, токосъему. Он является ав-

тором 60 научных работ, учебников, в том числе для вузов.

Сергей Михайлович Сердинов (1909 – 1989) – инженер-электрик, с 1958 г. –

первый заместитель, а с 1959 по 1980 г. – начальник Главного управления электри-

фикации и энергетического хозяйства МПС CCCP. Под его руководством осуществ-

лялось выполнение Генерального плана электрификации железных дорог (1956 – 1970 гг.), в результате чего за 15 лет было электрифицировано свыше 28,5 тыс. км железных дорог и достигнуты наивысшие объемы и темпы электрификации в мире.

По его инициативе была разработана и внедрена система электрификации железных дорог на переменном токе 25 кВ и ее разновидность 2х25 кВ, а также различные способы усиления устройств электроснабжения, созданы новые системы телеуправ-

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.