Контактные сети и ЛЭП

ления и автоматики и др.

Леонид Осипович Грубер (1907 – 1995) – инженер-электрик, организатор и ру-

ководитель электромонтажных работ при осуществлении Генерального плана элек-

трификации железных дорог, главный инженер Главтрансэлектромонтажа Мини-

стерства транспортного строительства СССР (1954 – 1980 гг.). Под его непосред-

ственным руководством были электрифицированы крупнейшие сверхмагистрали

СССР: Москва – Байкал, Ленинград – Ленинакан, Москва – Свердловск, Москва – Чоп и др. Автор учебников и фундаментальных трудов по электрификации желез-

ных дорог, разработчик новых методов и технологий монтажа контактной сети и тя-

говых подстанций, один из создателей отечественной школы электрификаторов же-

лезных дорог.

1.6. Контактные сети электрифицированных железных дорог

Общие сведения. Эксплуатационная длина электрифицированных железных дорог России составляет свыше 41 тыс. км – примерно половину длины всего поли-

гона железных дорог России (86 тыс. км). Это в два раза больше, чем в Германии – страны, имеющей наибольшую длину электрифицированных путей в мире (кроме России). Если учесть пути станций и то, что большинство электрифицированных

Основные требования к контактным сетям – передача (канализация) электро-

энергии и обеспечение надежного, экономичного и экологически чистого токосъема в расчетных метеоусловиях при установленных максимальных скоростях движения,

типах токоприемников и значениях токов ЭПС. Эти положения закладываются в технических условиях для конкретных типов контактных сетей по всем их подси-

стемам. Так, например, для сети КС-200 устанавливается срок службы изоляторов

30 лет, для контактных проводов – по износу, для остальных устройств – 50 лет.

Оговариваются типы контактных подвесок на перегонах и станциях, коэффициент неравномерности жесткости (эластичности), конструктивная высота подвесок и т.п.

Кроме того, для облегчения корректировки документации контактной сети, по-

вышения четкости спецификации рабочих чертежей, а также для обеспечения воз-

можности компьютерной систематизации чертежей и оперативности оформления и учета поставок элементов и узлов техническая документация контактной сети ряда КС-200 маркируется буквами латинского алфавита (А—I) и цифрами (КС 100000000

– КС 900000000), в том числе чертежи фундаментов и анкеров обозначаются буквой А, опор и стоек – В, поперечных устройств контактной подвески – С, продольной контактной подвески – D, усиливающих и питающих линий – Е, разъединителей и разрядников – F, заземлений и обратных проводов – G, монтажных агрегатов – Н,

деталей разного назначения – I.

Условия работы. На условия работы контактных сетей влияют три группы факторов: климатические, конструктивные и эксплуатационные.

К основным климатическим факторам, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации, относятся: температура воздуха, скорость ветра,

толщина стенки гололеда, влажность воздуха (туман, дождь), интенсивность сол-

нечной радиации, плотность абразивных (пыль, песок) и химически активных ча-

стиц в воздухе, наличие биологических организмов и насекомых, особенности грун-

та (вечная мерзлота и т.п.). Кроме того, для климатических условий Байкало-

Амурской (БАМ) и Амуро-Якутской (АЯМ) магистралей в дополнение к вечной мерзлоте и сверхнизким температурам должно учитываться критическое состояние железобетонных опор, когда они с одной стороны нагреваются солнцем, а с другой

обдуваются холодным ветром.

Конструктивные факторы для контактных сетей определяются зависимостью от рельсовой колеи и воздействием ЭПС. К ним относятся: малые допуски на горизон-

тальные и вертикальные габариты контактных проводов, отсутствие резерва пита-

ния ЭПС, вибрационное воздействие ЭПС на фундаменты и изоляторы, изнашива-

ние контактных проводов, вероятность отжига и пережога проводов при токосъеме,

возникновение блуждающих токов от перемещающегося ЭПС, необходимость про-

пуска поездов при обслуживании сетей. Дополнительные конструктивные сложно-

сти возникают в тоннелях из-за ограничений вертикальных габаритов для контакт-

ной подвески и необходимости размещения грузовых компенсаторов.

К факторам, облегчающим эксплуатацию контактных сетей, относятся: воз-

можность монтажа, обслуживания и восстановления рельсового пути, а также нали-

чие протяженного заземлителя – рельсов.

Основные габариты. Все подсистемы контактных сетей должны соответство-

вать требованиям габаритов приближения строений и подвижного состава. В верх-

нем зазоре между этими габаритами Должны помещаться контактные провода и то-

коприемники.

Габарит приближения строений – предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, внутрь которого не должны заходить никакие части сооруже-

ний и устройств, расположенных вдоль железнодорожного пути, на самом пути или при его пересечении, а также лежащие вдоль пути материалы, запасные части, обо-

рудование, в том числе и на территории станций. Для магистральных железных до-

рог общей сети с колеёй 1520 мм, а также для подъездных путей с такой колеёй принят габарит С (рис. 1.9). Для путей на территории промышленных предприятий установлен облегченный габарит Сп. Габариты С и Сп корреспондируются с габари-

том подвижного состава Т (рис. 1.10) и применяются при строительстве новых же-

лезных дорог, сооружений и устройств.

Габариты устройств контактных сетей нормируются следующим образом.

Минимальная высота подвешивания контактных проводов над уровнем головки рельса (УГР) должна быть на перегонах и станциях не менее 5750 мм, а на переездах

Рис. 1.9. Габарит С приближения строений к пути на железных дорогах общей сети

Рис. 1.10. Габарит Т подвижного состава железных дорог общей сети: а — верхнее очертание; б — нижнее очертание

– не менее 6000 мм. В исключительных случаях это расстояние в пределах искус-

ственных сооружений, расположенных на путях станций, на которых не предусмат-

ривается стоянка подвижного состава, а также на перегонах с разрешения МПС мо-

жет быть уменьшено до 5675 мм для линий на переменном токе и до 5550 мм на по-

стоянном.

Максимальная высота подвешивания контактных проводов не должна превы-

шать 6800 мм. При электрификации это расстояние (при беспровесном положении контактных проводов) следует принимать на перегонах 6500 и станциях 6600 мм для обеспечения последующей подъемки пути.

Уклон контактного провода при переходе от одной высоты его подвешивания к другой при беспровесном положении провода не должен превышать: 0,01 (10 см на длине 10 м) на путях, где скорость ЭПС не превышает 50 км/ч; 0,004 – до 120 км/ч и

0,002 – более 120 км/ч. При этом с обеих сторон каждого участка с основным укло-

ном предусматривают переходные участки длиной не менее одного пролета с укло-

ном 0,001.

Расстояние от нижней точки усиливающих и других проводов, волноводов, во-

локонно-оптических линий связи (ВОЛС) и др. до поверхности земли и сооружений,

а также расстояние между проводами линий при их взаимном пересечении или сближении должны быть не менее нормированных.

Расстояние от изолированных консолей, фиксаторов, нижних фиксирующих тросов и шлейфов, находящихся под напряжением, до поверхности пассажирских платформ, конструкция которых исключает проезд транспортных средств, должно быть не менее 4,5 м.

В пределах искусственных сооружений расстояния от частей токоприемника и контактной сети, находящихся под напряжением, до заземленных частей сооруже-

ний и подвижного состава должны соответствовать габаритам, установленным ГОСТ 9238 – 83 ( рис. 1.11). Расстояние от контактных проводов до расположенных над ним заземленных частей искусственных сооружений должно быть при двух кон-

тактных проводах не менее 500 мм, при одном – не менее 650 мм. Минимально до-

пустимые расстояния от контактных проводов до изолированного отбойника без

учета отжатия токоприемником должны составлять: не менее 150 мм для одного контактного провода и 100 мм – для двух контактных проводов при скорости дви-

жения ЭПС более 120 км/ч; соответственно не менее 100 мм и 70 мм – до 120 км/ч и не менее 50 мм на станциях, деповских и других второстепенных путях – до 50 км/ч.

В искусственных сооружениях расстояние между несущим тросом и контактным проводом в середине пролета должно быть не менее 150 мм.

2040/2240 (на перегонах) 2000/2240 (на станциях)

Рис. 1.11. Расстояние между искусственными сооружениями, устройствами контактной сети, то-

коприемниками и подвижным составом: 1 — габарит подвижного состава; 2 — габарит искус-

ственных сооружений; 3 — положение токоприемника с учетом его смещения

Расстояние от оси пути до внутреннего края фундаментов или опор на перего-

нах и станциях должно быть не менее 3,1 м, а в снегозаносимых выемках — 5,7 м. В

особо стесненных условиях допускается расстояние 2,45 м на станциях и 2,7 м на перегонах. При скорости движения ЭПС выше 160 км/ч оно должно быть увеличено

до 3,3 м. На кривых все приведенные габаритные расстояния уширяются.

1.7. Понятия о характеристиках материалов, применяемых для изготовления узлов и элементов контактных сетей и линий электропередачи

Долговечность устройств контактной сети и линий электропередачи определя-

ется стабильностью в течение эксплуатации первоначальных параметров механиче-

ской и электрической прочности, а также минимизацией электромеханического из-

нашивания, коррозионных и прочих деструкции материалов, из которых указанные устройства изготовлены.

Для сооружения контактных сетей и линий электропередачи используются, как правило, следующие группы материалов: электротехнические (токопроводящие и изоляционные), конструкционные (различные стали и чугуны, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, пластмассы, резины и т.п.), строительные (железобетон,

древесина и т.п.) и др.

Проводниковые материалы применяются как в чистом виде, так и легирован-

ные различными присадками. Свойства меди улучшаются при применении различ-

ных способов изготовления проводов — холодной протяжкой или прокаткой. При этом увеличиваются прочность и износостойкость (твердость), но при перегреве во время эксплуатации появляется опасность отжига, приводящего к потере получен-

ного эффекта. Провода подвержены вытяжке после монтажа, циклические нагрузки на них могут привести к усталостным явлениям в материале.

Механический износ деталей уменьшается полимерными покрытиями. Для этой же цели между контактными пластинами токоприемников закладывают сухую графитовую смазку, обеспечивающую также защиту (путем смазки) контактных проводов. Степень электроэрозионного изнашивания контактных материалов зави-

сит от дугостойкости поверхностей.

Коррозионная стойкость стальных опор и деталей достигается цинкованием,

покраской, покрытием антикоррозионной смазкой. Защита арматуры нижней части опор и фундаментов от стекания токов обеспечивается антикоррозионными покры-

тиями.

К важнейшим характеристикам материалов проводов, находящихся под натя-

жением, относятся: коэффициент линейного расширения, модуль упругости, плот-

ность, временное сопротивление разрыву, предел пропорциональности. Важны они и для других деталей, несущих механическую нагрузку, но при этом для них допол-

нительно учитываются допускаемые напряжения на растяжение, сжатие, изгиб, срез,

смятие, кручение. Нормируется также и хладноломкость материалов при низких температурах. При соединении деталей сваркой различных видов (холодной, взры-

вом, термитной, газовой и т.д.) определяющим является качество полученных швов.

Важнейшей функциональной характеристикой проводящих деталей является их электрическое сопротивление.

Необходимо также учитывать характеристики железобетонных конструкций

(прочность, плотность, гигроскопичность и т.п.) и деревянных деталей (склонность к возгоранию, гниению и т.д.) От значений параметров и характеристик свойств ма-

териалов зависит надежная работа контактных сетей и ЛЭП.

ГЛАВА 2

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЭЛЕМЕНТЫ КОНТАКТНЫХ СЕТЕЙ И ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

2.1. Общие положения

Климатические факторы — основа исходных данных технических условий проектирования, расчетов, а также эксплуатации любых ЛЭП и контактных сетей,

относящихся к устройствам наружной установки. От температуры окружающего воздуха зависят усилия (натяжения) проводов, действующие на опорно-

поддерживающие устройства, а также требования, предъявляемые к материалам по хладоломкости. Воздействия ветра и гололеда определяют расчетные горизонталь-

ные и вертикальные нагрузки на подвешенные провода и элементы других подси-

стем контактных сетей и ВЛ. От нагрузок и собственного веса проводов, распреде-

ленных в пролете, также зависит их натяжение. ВЛ должны работать при любых ат-

мосферных условиях, поэтому при расчетах необходимо учитывать наиболее опас-

ные сочетания нагрузок и климатических факторов, установленные действующими нормами и правилами. Любые отступления от правил должны быть обоснованы.

Нагрузки, действующие на провода и конструкции, подразделяют на постоян-

ные, временные и особые. К постоянным нагрузкам относят вес всех элементов и усилия в устройствах, вызываемые натяжением проводов. К временным нагрузкам

относят гололедные и снежные образования на проводах и конструкциях, давление ветра на них и нагрузки (изменение нагрузок), которые появляются при изменениях натяжений проводов, а также вес электромонтера с инструментом и нагрузки, воз-

никающие при монтаже конструкций. Временные (добавочные) нагрузки необходи-

мо учитывать при расчете, т.к. большинство разрушений воздушных линий проис-

ходит при гололеде и ветре. При расчетах проводов добавочные нагрузки принима-

ют равномерно распределенными и равными среднему значению. Особые нагрузки

на конструкции создаются при обрыве проводов.

Если принять за расчетное наиболее неблагоприятное сочетание наибольших