Контактные сети и ЛЭП

где my0 и mh — предельные давления на боковые стенки соответственно на глу-

бине y0 и h.

Значения величин из выражений (4.31) подставим в уравнение (4.30)

ет случаю, когда на опору действует только опрокидывающий момент, а горизон-

тальная и вертикальные силы равны нулю. Другими словами, второй член подко-

ренного выражения (4.35) всегда значительно меньше первого. Такое соотношение позволяет упростить выражение (4.35). Вынесем h2/2 за знак радикала и используем

Найдем значение УОЗ После возведения в степень множителя в скобках отбро-

сим два члена уравнения из-за их малого значения. Тогда

Величину y03 из выражения (4.37) подставим в формулу (4.34) и после преобра-

зований получим

Решим уравнение (4.38) относительно М0:

Если на опору момент, то и фундамент действует только опрокидывающий мо-

мент, то

где К = 0,7 — коэффициент однородности; σ п — предельное давление грунта на подошву фундамента (см. таблицу); b и d — ширина и толщина фундамента. Значе-

ние е примерно равно 0,4 d.

Определение допустимой нагрузки для фундамента. Приведенные выше вы-

воды и расчетные формулы для определения предельной горизонтальной силы и предельного момента даны для некоторых обезличенных условий. Согласно приня-

той терминологии условным назван фундамент призматической формы прямо-

угольного поперечного сечения (без лежней или с лежнями), закопанный на гори-

зонтальной площадке при отсутствии в непосредственной близости железнодорож-

ного пути и при нагрузке, в которой доля постоянной составляет 35 %. Всякий фун-

дамент, условия работы которого будут отличаться от приведенных, называют за-

данным. Предельную нагрузку для заданного фундамента определяют, умножая предельную нагрузку условного фундамента на коэффициенты условий работы,

значения которых установлены опытным путем. В соответствии с этим предельную нагрузку для призматического фундамента другой формы и в других условиях рабо-

ты определяют по выражению

где m — коэффициенты, учитывающие: mф — форму поперечного сечения; mОТ

—очертание поверхности грунта в месте расположения фундамента; mвб — вибра-

ции (колебания) грунта около фундамента от проходящих поездов; ту — повышен-

действии усилия вдоль его стенки, т.е.перпендикулярно полке). Коэффициент mот

при нагрузке, действующей в плоскости, перпендикулярной бровке земляного по-

лотна, определяют по рис. 4.28 в зависимости от очертания поверхности грунта в месте установки фундамента и направления горизонтальной нагрузки. Если нагруз-

ка действует в плоскости, параллельной бровке земляного полотна, mот принимают равным единице.

При вибрации (колебании) грунта около фундамента от проходящих поездов,

т.е. для опор, устанавливаемых в теле земляного полотна главных путей, коэффици-

ент mвб = 0,9, а при отсутствии колебаний mвб = 1. Коэффициент тy принимают рав-

ным единице для закапываемых фундаментов, т. е. устанавливаемых в котловане,

вырытых вручную или буровой машиной; 1,2 — для свайных фундаментов сплош-

ных сечений и пустотелых, забитых с закрытым концом; 1,1 — для свайных пусто-

телых фундаментов, забитых с открытым концом, двутавровых и трехлучевых. Ко-

эффициент mп=1 при расположении фундамента за кюветом или при расстоянии от

оси пути до ближайшей грани фундамента более 4 м, или при моменте, действую-

щем в плоскости, параллельной оси пути mп=1,2 — при моменте, действующем в сторону пути при расстоянии от оси ближайшего пути до передней грани фундамен-

та менее 3,2 м (при расстоянии от 3,2 до 4 м mп=1,1) и mп=1,1 при моменте, действу-

ющем в сторону поля, и расстоянии от оси ближайшего пути до ближайшей грани фундамента до 4 м.

Рис. 4.28. Таблицы и схемы для определения коэффициента '»от, учитывающего влияние очертания поверхности грунта

Перемещение фундамента связано со временем действия силы, поэтому вре-

менные нагрузки оказывают меньшее влияние, чем постоянные, поэтому коэффици-

ент тнг определяется по формуле

где ξ — коэффициент, характеризующий долю постоянной нагрузки в суммар-

ной.

Если ξ = 0,35, то mнг = 1 (для условного фундамента все коэффициенты равны

1,0, а ξ = 0,35). При расчетных моментах Мрп (от постоянной нагрузки) и Мрп (от временной нагрузки), действующих в одном направлении,

Выражение (4.44) верно при Н»h, т.е. практически всегда при расчете фунда-

ментов опор контактной сети, так как высота опоры Н всегда > глубины заделки

грунта h. Если действует только постоянная нагрузка (ξ = 1), то тнг=0,5 (почти

двойной коэффициент запаса). Если действует только временная нагрузка (ξ = 0),

то мнг=2, т.е. допускается вдвое большая нагрузка, чем предельная. При действии моментов Мрп и Мрв в противоположных направлениях, когда Мрп<Мрв, мнг= 2,0. Ес-

ли Мрп > Мрв, то расчет выполняют только на действие момента Мрп при mнг = 0,52.

Определим допустимое давление на подошву фундамента, учи-! тывая, что при расчетах фундамента всегда необходимо проверять его также на действие только вертикальной нагрузки. Вертикальному перемещению фундамента препятствуют возникающие реакции грунта на подошву и сила трения между боковыми стенками фундамента и грунта. Это перемещение несколько увеличивается, если возникает вибрация грунта от проходящих поездов. В соответствии с этим допустимая верти-

кальная нагрузка

где и — периметр поперечного сечения фундамента (для фундаментов таврового,

двутаврового сечения периметр определяют по контурам, показанным на рис. 4.29); h — глубина фундамента; τ — предельное удельное сопротивление трения грунта по вертикальной поверхности фундамента (для закопанных фундаментов независи-

мо от категории грунта рекомендуется принимать 9,81 кПа); σ п — предельное дав-

ление грунта на подошву фундамента (см. таблицу); Fп — площадь подошвы за-

капываемого фундамента или плиты, на которую он опирается.

Свайные фундаменты, как правило, на вертикальную нагрузку не проверяют.

Для закрепления поддерживающих и опорных конструкций в грунте разработа-

ны типовые способы и конструкции подземной части, включая и непосредственную заделку железобетонных опор. При выборе стремятся использовать типовые реше-

ния. Способ закрепления опор в грунте выбирают по нормативному изгибающему моменту опоры. При этом учитывают все условия, определяемые местом установки опоры: габарит относительно оси пути, направление действия опрокидывающего момента, характеристики грунта, поперечный профиль (площадка, насыпь или вы-

емка).

Рис. 4.29. Расчетная схема для определения расчетного периметра таврового (а), двутаврового (б) и трехлучевого (в) сечений

ГЛАВА 5

ИЗОЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В КОНТАКТНЫХ СЕТЯХ И ЛЭП

5.1. Основные параметры

Изолирующие элементы входят во все подсистемы контактной сети и ЛЭП,

осуществляющих электроснабжение железнодорожного транспорта, и обеспечивают механическое крепление токопроводящих электропотенциальных частей, а также изоляцию их между собой и относительно заземленных конструкций. Все изолиру-

ющие элементы изготавливают из диэлектрических материалов электропроводно-

стью менее 10-7 — 10 -8 Ом/м, которые могут быть использованы для этих целей только при напряжениях, не превышающих предельных значений, характерных для них в определенных условиях. Если напряжение будет выше указанных предельных значений, то наступает пробой — полная потеря изоляционных (диэлектрических)

свойств.

Электрическая изоляция контактной сети подвергается воздействию несколь-

ких видов напряжений. Во-первых, это длительно действующие рабочие напряже-

ния, достигающие на линиях постоянного тока 4 кВ и переменного 29 кВ. Во-

вторых, на контактную сеть воздействуют кратковременные внутренние перенапря-

жения, возникающие при включениях и отключениях различных элементов кон-

тактной сети, а также при аварийных режимах. Опасными внутренними перенапря-

жениями являются перенапряжения при отключении коротких замыканий ненагру-

женных участков контактной сети и трансформаторов. На участках постоянного то-

ка наиболее опасны перенапряжения при отключении фидерными выключателями коротких замыканий вблизи тяговой подстанции или поста секционирования. Такие перенапряжения достигают значений 10—11 кВ с длительностью 10—15 мс.

На участках переменного тока перенапряжения при отключении ненагружен-

ных трансформаторов могут достигать более чем трехкратного значения макси-

мального рабочего напряжения в контактной сети Umах. При отключении контактной

сети без нагрузки напряжение не превышает 2,5 Umах. Перенапряжения до (1,5*2,0)

пряжения, которые повреждают изоляцию при прямых ударах молнии в опору или контактную подвеску. Время их воздействия очень мало 10 — 100 мс, однако мак-

симальные значения их могут достигать миллионов вольт (при отсутствии специ-

альных мер защиты). Таких высоких напряжений не выдерживает никакая изоляция.

Поэтому атмосферные перенапряжения стараются ограничить до приемлемых зна-

чений с помощью специальных устройств (разрядников).

Проектируемый уровень изоляции должен соответствовать воздействующим на изоляцию напряжениям, принятым защитным мерам и целесообразному запасу электрической прочности, обеспечивающему необходимую надежность. Такое со-

гласование называется координацией изоляции.

Уровень изоляции выбирают, исходя из расчетных кратностей внутренних пе-

ренапряжений. Основной характеристикой изоляции является мокроразрядное напряжение, значение которого для контактной сети переменного и постоянного то-

ка

U mp = kвнU max / 0.9β

где kвн — расчетная кратность внутренних перенапряжений;

Umах — максимальное рабочее напряжение в контактной сети, кВ.

Коэффициент 0,9 в формуле учитывает разницу между напряжением в эксплуа-

тации и разрядным напряжением, полученным при испытаниях, а поправочный ко-

эффициент β — условия эксплуатации изолятора; его принимают равным 0,94.

В контактной сети переменного тока расчетная кратность внутренних перена-

пряжений может быть принята равной 3. Тогда мокроразрядное напряжение изоля-

ции должно быть не менее

Uмр = 3 × 29 / 0,9 × 0,94 = 100кВ .

Уровень изоляции в анкеровках проводов контактной сети должен быть на 25

— 30 % выше уровня изоляции для других узлов и составлять 125—130 кВ.

Расчетная кратность внутренних перенапряжений в контактной сети постоян-

ного тока также не превышает трех, поэтому мокро-Разрядное напряжение изоляции должно быть не менее

U/мр = 3 × 4 / 0,9 × 0,94 = 15кВ .

Пробивное же напряжение роговых разрядников на участках поц стоянного то-

ка принимают 32 — 34 кВ, т.е. на 1 5 — 20 % ниже разряд: ного напряжения защи-

щаемой изоляции. С учетом этого изоляция контактной сети постоянного тока должна выдерживать мокроразрядное напряжение не менее 34 ×1,2 =40 кВ, а анкер-

ная изоляция, как и при переменном токе, на 25 — 30 % выше, т.е. не менее 50 кВ.

Мокроразрядные напряжения гирлянд тарельчатых изоляторов Uмг прямо про-

порциональны числу изоляторов в гирлянде п: Umг=ЕмnH ,

где Ем — среднее значение мокроразрядного градиента, кВ/мм (для фарфоровых тарельчатых изоляторов Ем - 0,21 кВ/мм, для стеклянных Ем - 0,26 кВ/мм);

Н — конструктивная высота одного изолятора, мм.

Классифицируют изолирующие элементы по материалу, конструктивному ис-

полнению и области применения (рис. 5.1). Они могут быть изготовлены из твер-

дых, пластичных, иногда из газообразных и жидких диэлектрических материалов.

По конструктивному исполнению различают: простые изолирующие элементы — покрытия, краски, напыления, втулки (рис. 5.2, а), прокладки (рис. 5.2, б), шайбы

(рис. 5.2, в), колпачки (рис. 5.2, г); без специальных узлов присоединения — бруски

(рис. 5.2, д), стержни; с узлами присоединения — подвесные и стержневые изолято-

ры, штанги с оконцевателями; комбинированные — стеклопластиковые стержни с защитной кремнийорганической смазкой и фторопластовыми чехлами (рис. 5.2, е),

скользуны (рис. 5.2, ж) и т. д. По применению изолирующие элементы подразделя-

ют в зависимости от типа линий: для высоковольтных и низковольтных ВЛ; для контактной сети, для кабельных линий.

Наиболее многочисленным классом среди изолирующих элементов являются изоляторы, к которым относятся также изолирующие элементы секционных изоля-

торов (СИ) контактной сети и опорные элементы разрядников и разъединителей. Их

классифицируют: по конструкции — тарельчатые (рис. 5.3, а, б, в), стержневые (рис. 5.3, г, д, е), вставки, втулки, скользуны, опорные, штыревые, орешковые (рис. 5.3, о),

седлообразные; по направлению приложения нагрузок и месту установки подвес-

ные, натяжные, фиксаторные (рис. 5.3, ж, з, и), консольные (рис. 5.3, к, л), штыре-

вые (рис. 5.3, м, н); по материалу — стеклянные, фарфоровые, полимерные, из дель-

та-древесины (один из видов древеснослоистых пластиков; изготавливается путем прессования или склеивания березового шпона, пропитанного фенолоили крезоло-

формальдегидной смолой); по напряжению — 1,3, 10, 20, 25 и 35 кВ и т.д. Кроме то-

го, их классифицируют: по группам; условиям работы; номинальному напряжению;

механической прочности; номинальному току (только проходные). Совокупность всех этих признаков определяет тип изолятора, поэтому при выборе необходимо знать его основные электромеханические характеристики.