Контактные сети и ЛЭП

равновесия. При крайних амплитудных значениях отклонений провода, когда vп =

0, угол атаки α = 0.

В настоящее время теория «пляски» проводов как воздушных линий, так и цепной подвески разработана недостаточно. Поэтому большое значение приобре-

тают результаты наблюдений при эксплуатации, которые затем используются при проектировании контактной сети. Например, при одинаковых по длине прилега-

ющих пролетах фиксаторы практически не перемещаются, т.е. узлы волн со-

средоточиваются у опор. В то же время при различных по длине пролетах пере-

мещение фиксаторов достигает 10 — 15 см, а перемещение грузов компенсаторов

1 5 — 20 см, что связано с передачей энергии колебаний из одного пролета в дру-

гой и с усилением тем самым ее рассеяния. Это наблюдение и привело к рекомен-

дации для борьбы с «пляской» проводов в особо опасных районах: при сооруже-

нии контактной сети располагать рядом пролеты различной длины.

В отдельных случаях при автоколебаниях проводов могут возникать аэродина-

мические крутящие моменты, вызывающие периодические закручивания провода относительно его оси. Эти моменты направлены так, что при закручивании провода уменьшаются углы атаки его воздушным потоком, что вызывает увеличение ампли-

туд автоколебаний провода. Периодические изменения аэродинамических сил лобо-

вого сопротивления могут привести к горизонтальным колебаниям провода, в ре-

зультате чего возникают сложные колебания, когда траектория провода приобретает эллиптическую или другую форму. Такие колебания провода могут сочетаться так-

же с периодическими закручиваниями провода вокруг оси. Начальный толчок, необ-

ходимый для возникновения автоколебаний, может появиться из-за горизонтальных смещений провода при изменениях скорости ветра и вертикальных перемещений провода в средней части пролета.

Иной характер имеют колебания проводов воздушных линий, известные под названием вибраций. Вибрации имеют большую частоту (около 100 Гц), небольшие амплитуды колебаний и обычно наблюдаются при скорости ветра 2—5 м/с, направ-

ленного под углом 60—90° к линии. Причиной вибраций является периодическое возникновение вихрей различного направления при обтекании воздушным потоком

провода (рис. 11.2, б). Вихри отрываются от поверхности провода в правильной по-

следовательности: одни — по часовой стрелке, другие — против нее, что и вызывает возникновение поперечных сил переменного направления.

11.2. Ветроустойчивость устройств контактных сетей и ЛЭП

Определение длин пролетов является одним из основных вопросов проектиро-

вания воздушных линий, в том числе и контактных подвесок.

Длина пролета должна определяться с учетом как экономических, так и техни-

ческих факторов и в первую очередь с учетом ограничений, накладываемых на дли-

ну пролета условиями обеспечения надежной эксплуатации воздушной линии.

В устройствах контактной сети «экономические» длины пролетов обычно намного превышают длины пролетов, определяемые условиями обеспечения надеж-

ного токосъема при допустимых скоростях движения и возможных ветровых воз-

действиях на контактную подвеску.

Ограничения по условиям токосъема определяются описанным выше динами-

ческим расчетом контактной подвески при воздействии на нее токоприемника с наибольшими допустимыми скоростями движения. Очень важными являются также ограничения, накладываемые условиями обеспечения надежного токосъема при воз-

действиях на контактную подвеску ветра: отклонение контактного провода от оси пути при ветре не должно превышать установленной наибольшей допускаемой ве-

личины отклонения провода для принятого на данном участке типа токоприемника.

Эта величина определяется шириной рабочей части токоприемника с учетом возможных в эксплуатации отклонений токоприемника от нормального его положе-

ния вследствие перекосов пути и подвижного состава, неправильного расположения,

перекосов и поперечных колебаний токоприемника, неточности в расположении проводов контактной подвески по отношению к оси пути и пр. Для токоприемников Л и Т при ширине рабочей части полоза 1300мм величина наибольшего допустимо-

го отклонения провода от оси токоприемника при учете влияния отклонений несу-

щего троса и прогибов опор под действием ветровой нагрузки принимается равной

500 мм. В подвесках с двойным контактным проводом эта величина относится к осевой линии между контактными проводами.

Кроме того, еще одним ограничением длины пролета цепной контактной под-

вески является требование по сохранению установленных вертикальных габаритов контактных проводов при воздействии на контактную подвеску сил, зависящих от изменения внешней температур: с учетом гололедных нагрузок и нагрева проводов токами нагрузки.

11.3. Ветровые отклонения проводов и допустимые длины пролетов простых контактных подвесок и ЛЭП

Величина горизонтального отклонения провода при простой подвеске легко может быть определена на основании ранее выведенных соотношений.

При действии на провод вертикальной g и горизонтальной рк нагрузок, провод расположится в наклонной плоскости, как показано на рис. 11.3, где дан поперечный разрез провода в пролете.

Обозначив через Ьк величину горизонтального отклонения провода в данной точке и через у провес провода в этой точке в направлении результирующей силы q,

из подобия треугольников получим

(11.1)

Величина провеса провода в любой точке пролета согласно (3,24) может быть определена выражением

Подставив это значение y выражение (11.1), получим:

(11.2)

Для средней точки пролета, где стреле провеса провода f будет соответствовать наибольшее горизонтальное отклонение провода bк max из выражения (11.2) получим

(11.3)

При зигзагообразном расположении контактного провода отклонение его от оси пути будет определяться суммой отклонений у1 и у2 (рис. 11.4), величины кото-

рых могут быть найдены из выражений

где а — величина зигзага провода.

Рис. 11.3. Схема расположения провода при отклонении его ветром

Рис. 11.4. Схема расположения отклоненного ветром провода на прямой при главных зигзагах: 1

— ось пути и токоприемника; 2,3 — неотклоненное и отклоненное положение контактного провода; 4 — опора

Отсюда получим значение отклонения провода bк от оси пути в любой точке пролета, расположенной на расстоянии x от опоры:

(11.4)

Приравнивая к нулю первую производную Ьк и определяя из полученного уравнения значение л; находим расстояние от опоры, при котором отклонение кон-

тактного провода от оси пути будет наибольшим:

откуда

После подстановки этого значения х в выражение (11.3) получим

(11.5)

В том случае, если провод имеет различные зигзаги а1 и а2, величина наиболь-

шего его отклонения определится следующим образом. Обозначим через а среднюю величину зигзага контактного провода:

тогда согласно рис. 11.5 получим:

(11.6)

Величина наибольшего отклонения провода в пролете может быть определена при этом согласно (11.5) и (11.6) из выражения

(11.7)

Если в выражении (11.5) положить bк max = bк доп и решить это уравнение относи-

тельно l, то получим выражение для определения наибольшего пролета провода на прямых участках при данных рк, а, К и bк доп

(11.8)

Рис. 11.5. Схема расположения отклоненного ветром провода на прямой при неравных зигзагах: 1

— ось пути и токоприемника; 2 — неотклоненный провод; 3 — отклоненный ветром провод; 4 — опора

На кривых участках вынос контактного провода выполняется в одну и ту же сторону от оси пути на обеих опорах, ограничивающих участок кривой. При от-

клонении провода ветром на кривой он занимает положение, показанное на рис.

11.6.

Величина стрелки кривой оси пути ух может быть определена из схемы, пред-

ставленной на рис. 11.7.

Из прямоугольного треугольника ABC имеем:

откуда получим:

Величина отклонения провода от оси пути у2 при отсутствии ветра определится как (см. рис. 11.6)

(11.9)

Рис. 11.6. Схема расположения отклоненного ветром провода на кривой: 1 — ось пути и токоприемника; 2 — неотклоненный провод; 3 — отклоненный ветром провод; 4 — опора; 5— хорда кривой пути

При действии ветра на провод величину наибольшего отклонения провода от

оси пути можем определить согласно рис. 11.6 из выражения

где знак плюс соответствует направлению ветра внутрь кривой, а знак минус — на внешнюю сто-

рону кривой. Наибольшее отклонение провода от оси токоприемника получается в этом случае при ветре, направленном внутрь кривой, и оно равно

откуда после подстановки значения y2 из выражения (11.9) получим

(11.10)

Значения наибольших допускаемых пролетов на кривых участках пути полу-

чим, приняв в выражении (11.10) bк max = bк доп и решив его относительно lmax.

После несложных преобразований получим:

(11.11)

Все приведенные выше выражения были выведены без учета смещений точек крепления провода на опорах при ветре (вследствие прогиба опор и пр.). Но если обозначить величину этих смещений через у, приведенные выше формулы примут вид:

– для прямых участков при расположении контактного провода с зигзагом а

(11.13)

(11.14)

– для кривых участков

(11.15)

(11.16)

11.4. Ветровые отклонения проводов и допустимые длины пролетов цепных контактных подвесок

В цепной подвеске отклонение контактных проводов определяется с учетом влияния несущего троса, на который действует нагрузка рт . При различных откло-

нениях несущего троса и контактного провода струны принимают наклонное поло-

жение в перпендикулярной оси пути плоскости и передают часть ветровой нагрузки с троса на контактный провод или обратно (в зависимости от того, какой из этих проводов имеет большее горизонтальное отклонение).

Точный учет взаимодействия несущего троса и контактного провода при ветро-

вом отклонении представляет значительные трудности. Ниже приводится вывод приближенных формул для ветрового расчета цепной подвески, основанных на сравнительно простых допущениях и дающих в то же время вполне достаточную для практических целей степень точности.

В качестве основного допущения принимается, что контактный провод и несу-

щий трос взаимодействуют между собой (в отношении перераспределения между ними ветровой нагрузки) лишь в средней части пролета, равной половине общей его длины. Нагрузка, передающаяся с контактного провода на несущий трос (или об-

ратно), принимается на этом участке пролета равномерно распределенной.

Если принять длину струн в этой части пролета постоянной и равной среднему ее значению, то принятое допущение является равносильным тому, что все струны в средней части пролета имеют при ветре одинаковый угол наклона (в направлении поперек пути) и разность ветровых отклонений контактного провода и несущего троса остается в этой части пролета неизменной. Тогда для какого-либо поперечного сечения подвески в средней части пролета (рис. 11.8) можно написать:

где е — разность отклонений контактного провода и несущего троса в средней ча-

сти пролета;

р'— равномерно распределенная нагрузка в средней части пролета, передаю-

щаяся с контактного провода на несущий трос (или обратно); gK — нагрузка от веса контактного провода;

с' — расстояние по вертикали от контактного провода до несущего троса.

В дальнейшем ввиду относительно малых значений угла наклона струн к вер-

тикали принимаем с' равным средней длине струны С, т.е. полагаем, что

(11.17)

Среднюю длину струны в средней части пролета, равной половине общей его длины, определим из выражения

(11.18)

где Ст — длина струны в середине выбранного пролета;

F0 — стрела провеса несущего троса при беспровесном положении контактно-