Проектирование и расчет контактной сети переменного тока

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

На электрифицированных линиях электроподвижной состав получает питание через контактную сеть от тяговых подстанций, расположенных на таком расстоянии между ними, чтобы было обеспечено стабильное номинальное напряжение на электроподвижном составе и работала защита от токов короткого замыкания.

Контактная сеть является наиболее ответственной составной частью электрифицированных железных дорог. Контактная сеть должна обеспечивать надежное и бесперебойное снабжение электроэнергией подвижного состава в любых климатических условиях. Устройства контактной сети конструируют таким образом, чтобы они не ограничивали скорость, установленную графиком движения поездов, и обеспечивали бесперебойный токосъем при экстремальных температурах воздуха, в период наибольших гололедных образований на проводах и при максимальной скорости ветра в районе, где расположена дорога. Контактная сеть в отличие от всех других устройств системы тягового электроснабжения не имеет резерва. Поэтому к контактной сети предъявляют высокие требования, как по совершенствованию конструкций, так и по качеству выполнения монтажных работ и тщательному содержанию в условиях эксплуатации.

Контактная сеть представляет собой контактной подвеску, расположенную в правильном положении относительно оси пути с помощью поддерживающих, фиксирующих устройств, которые в свою очередь закреплены на опорных конструкциях.

Контактная подвеска в свою очередь состоит из несущего троса и присоединенного к нему посредством струн контактного провода (или двух контактных проводов).

На главных путях в зависимости от категории линии, а также на станционных путях, где скорость движения поездов не превышает 70 км/ч, должна применяется полукомпенсированная цепная подвеска (КС-70) со смещенными от опор на 2--3 м вертикальными струнами и сочлененными фиксаторами.

На главных и приемо-отправочных путях, по которым предусматривается безостановочный пропуск поездов со скоростью до 120 км/ч, используется полукомпенсированная рессорная подвеска КС-120 или компенсированная КС-140.

На главных путях перегонов и станций при скорости движения поездов более 120 (до 160) км/ч применяют, как правило, компенсированную рессорную подвеску с одним или двумя контактными проводам КС-160. На действующих электрифицированных линиях допускается до обновления или реконструкции эксплуатация полукомпенсированных рессорных подвесок КС-120 с сочлененными фиксаторами и компенсированных рессорных подвесок КС-140 -- 160 км/ч.

На железных дорогах РФ существует несколько типов основных контактных подвесок, каждая подвеска выбирается для разных условий работы транспорта (скорость, токовые нагрузки, климатические и другие местные условия) на основании технико-экономического сравнения вариантов. При этом учитывается возможное в перспективе повышение скоростей и размеров движения поездов и массы грузовых поездов.

Опоры контактной сети в зависимости от назначения и характера нагрузок, воспринимаемых от проводов контактной подвески, разделяют на промежуточные, переходные, анкерные и фиксирующие.

Промежуточные опоры воспринимают нагрузки от массы проводов контактных подвесок и дополнительных нагрузок на них (гололед, изморозь) и горизонтальные нагрузки от давления ветра на провода и от изменения направления проводов на кривых участках пути.

Переходные опоры устанавливаются в местах устройства сопряжений анкерных участков контактных подвесок и воздушных стрелок и воспринимают нагрузки, аналогичные промежуточным опорам, но от двух контактных подвесок. На переходные опоры также воздействуют усилия от изменения направления проводов при отводе их на анкеровку и на стрелочной кривой.

Анкерные опоры могут воспринимать только нагрузки от натяжения закрепленных на них проводов или, кроме того, нести такие же нагрузки, как промежуточные, переходные или фиксирующие опоры.

Фиксирующие опоры не несут нагрузок от массы проводов и воспринимают только горизонтальные нагрузки от изменения направления проводов на кривых участках пути, на воздушных стрелках, при отходах на анкеровку и от давления ветра на провода.

По типу закрепляемых на опорах поддерживающих устройств контактной сети различают:

- консольные опоры с креплением на консоли контактной подвески одного, двух или нескольких путей;

- опоры с жесткой поперечиной, или, как их называют, ригельные или портальные, с креплением контактных подвесок электрифицируемых путей на жесткой поперечине (ригеле);

- опоры с гибкой поперечиной с креплением на ней контактных подвесок перекрываемых этой поперечиной электрифицируемых путей.

Для трассировки контактной сети на однопутных и двухпутных участках (перегонах) применяют струнобетонные конические опоры высотой 13,6 м и толщиной стенки бетона 60 мм типа С для участков переменного тока и СО для участков постоянного тока. В последнее время на постоянном и переменном токе внедряются опоры СС, ССА (Рис.1).

Стойки этих опор представляют собой полые конические бесстыковые трубы из предварительно напряжённого железобетона с армированием высокопрочной проволокой. Поперечное армирование принято в виде спирали. Для предотвращения стягивания продольной арматуры при навивке спирали по длине стоек предусмотрена установка монтажных колец.

В нижней части опор предусмотрено смешанное армирование - т.е. с установкой дополнительных стержней ненапрягаемой арматуры: у опор с высотой стойки 10,8 м на 2 метра от низа опоры, у опор высотой 13,6 м - на 4 метра. Смешанное армирование повышает трещиностойкость опор.

Важнейшей характеристикой опор является их несущая способность - допустимый изгибающий момент М0 на уровне условного обреза - УОФ, который находится на 500 мм ниже уровня головки рельса (УГР). По несущей способности подбирают типы опор для применения в конкретных условиях установки.

Рисунок 1

Железобетонные стойки имеют отверстия: в верхней части - для закладных деталей опор, в нижней - для вентиляции (для уменьшения влияния перепада температур наружной и внутренней поверхностей).

Для установки железобетонных опор применяют стаканные фундаменты типа ДС-6 и ДС-10. Фундаменты ДС состоят из двух основных конструктивных частей: верхней - стакана и нижней - фундаментной части. Верхняя часть представляет собой железобетонный стакан прямоугольного сечения. Нижняя часть фундаментов ДС имеет двутавровое сечение. Сопряжение верха фундамента с нижней двутавровой частью выполнено в виде пирамидального конуса.

Для закрепления оттяжек анкерных железобетонных опор в грунте использованы двутавровые анкеры типа ДА-4,5. Анкеры изготовлены таких же размеров, как фундамент ДС, но без стаканной части. Для закрепления оттяжек в верхней части анкера заложены проушины из полосовой стали.

Заземление опор контактной сети выполнено индивидуальными заземляющими проводниками, присоединёнными к тяговым рельсам с использованием искровых промежутков, а также тросом группового заземления для опор, стоящих за платформой.

Выбор опор начинают, как правило, с расчёта и подбора опор для кривых участков пути, т.к. эти условия установки опор являются наиболее отягощёнными, особенно в кривых малых радиусов.

Для расчёта необходимо составить расчётную схему, показав на ней все силы, действующие на опору, и плечи этих сил относительно точки пересечения оси опоры с УОФ. Расчет суммарных изгибающих моментов в основании опор определяют для трех расчетных режимов по нормативным нагрузкам: в режимах гололеда с ветром, максимального ветра, минимальной температуры. По наибольшему из полученных моментов и выбирают опору для установки.

Для поддержания проводов на заданном уровне от головки рельсов служат поддерживающие устройства - кронштейны с тягами, называемые консолями, которые классифицируются:

- по числу перекрываемых путей --однопутные, в соответствии с рисунком 2 (а, б, в); двухпутные, в соответствии с рисунком 2 (г, д); в некоторых случаях трехпутные;

- по форме -- прямые, изогнутые, наклонные;

- по наличию изоляции -- неизолированные и изолированные.



Рисунок 2 - Консоли контактной сети: а - изогнутая наклонная консоль; б - прямая наклонная консоль; в - прямая горизонтальная; г - двухпутная горизонтальная с одной фиксаторной стойкой; д - двухпутная горизонтальная с двумя фиксаторными стойками; 1 - кронштейн; 2 - тяга; 3 - опора; 4 - фиксаторная стойка

Консоли, используемые для крепления проводов цепной контактной подвески, как правило, выбирают однопутные - исключающие механическую связь с другими подвескам. По степени изоляции они могут быть неизолированные от опоры контактной сети, и изолированные. По типу расположения кронштейна бывают наклонные, изогнутые и горизонтальные консоли. Наклонные изолированные консоли независимо от габарита опоры оборудуют подкосами.

При трассировке контактной сети тип консолей выбирают в зависимости от вида опорного устройства (консольная опора, жесткая поперечина), габарита, места установки (прямой участок, внутренняя или внешняя сторона кривой) и назначения опоры (промежуточная, переходная), а также действующих на консоли нагрузок. При подборе консольных устройств для переходной опоры необходимо учитывать вид сопряжения анкерных участков контактных подвесок, расположение рабочей и анкеруемой ветвей подвески относительно опоры и какая из ветвей крепится на данной консоли.

Консоль состоит из кронштейна, тяги и подкоса; она крепится к опоре шарнирно с помощью пяты и удерживается на опоре с помощью тяги. Пяты консолей и тяг могут быть поворотными и неповоротными; консоли, имеющие также поворотные узлы, называют поворотными. Тяги консолей в зависимости от направления приложения нагрузок могут быть растянутые и сжатые.

Однопутные консоли могут быть: неизолированные, когда изоляторы расположены между несущим тросом и кронштейном и в фиксаторе; изолированные, в соответствии с рисунком 4, когда изоляторы вмонтированы в кронштейн, тягу и подкос у опоры; изолированные с усиленной (двойной) изоляцией, у которых изоляторы имеются как в кронштейне, тяге и подкосе у опор, так и между несущим тросом и кронштейном.

В последние годы устанавливают изолированные (Рис.3) или неизолированные сдвоенные прямые наклонные консоли (Рис.4) при нормальных и увеличенных габаритах, кронштейн которых имеет прямую форму и состоит из двух швеллеров с соединительными планками или из труб.

Рисунок 3 - Изолированная наклонная однопутная консоль: 1 - кроштейн; 2 - тяга (растянутая); 3 - регулировочная пластина; 4 - бугель с серьгой пластинчатый; 5 - тяга (сжатая); 6 - регулировочная труба; 7 - кронштейн фиксаторный; 8 - подкос



Рисунок 4 - Неизолированные прямые наклонные консоли: 1 - регулируемая вставка; 2 - тяга консоли; 3 - бугель; 4 - кронштейн прямой; 5 - фиксаторные кронштейны; 6 - фиксаторы

Динамическая устойчивость к нажатию токоприемника достигается более совершенной конструкцией контактной подвески. Вертикальность подвески КС-200 с фиксированным положением относительно оси пути несущего троса обеспечивает большую ветровую и динамическую устойчивость, чем традиционные подвески для крепления несущего троса главных путей с зигзагом, соответствующим зигзагу контактного провода; применены изолированные горизонтальные с подкосом консоли из стальных оцинкованных или алюминиевых труб с закреплением несущего троса в поворотном опорном седле, подвешенном на горизонтальном стержне консоли. Конструкция консолей разработана для габаритов 3,3--3,5 м; 4,9 м; 5,7 м и обеспечивает удобство, быстроту и точность их сборки. Дополнительные фиксаторы -- из алюминиевого профиля, без ветровых струн; стойки сочлененных фиксаторов -- стальные, оцинкованные. Однопутные изолированные консоли компенсированной контактной подвески главных путей на перегонах и станциях устанавливаются на опорах или на жестких поперечинах на консольных стойках.



Рисунок 5 - Негоризонтальная изолированная консоль

Для контактной сети переменного тока как правило применяют изолированные консоли, а для контактной сети постоянного тока - неизолированные.

Прямые наклонные неизолированные консоли из двух швеллеров обозначаются буквами НР (Н - наклонная, Р - растянутая тяга) или НС (С - сжатая тяга), из трубы - буквами НТР (Т - трубчатая) и НТС.

Изолированные консоли из трубы обозначают ИТР (И - изолированная) или ИТС, а из швеллеров - ИС или ИР. Римская цифра указывает на номер типа консоли по длине кронштейна, арабские цифры - на номер швеллера, из которого изготовлен кронштейн консоли, буква п - на наличие подкоса, буква у - на усиленную изоляцию. Наклонные изолированные консоли независимо от типа и габарита опоры должны быть оборудованы подкосами.

На многопутных участках железной дороги (станиях), а также в случае установки опор с увеличенным габаритом в выемках за кюветом, применяют жесткие поперечины. Жесткие поперечины (ригели) представляют собой металлические фермы с параллельными поясами и раскосой треугольной решеткой с распорками в каждом узле. Для усиления в узлах устанавливают еще одну распорку по диагонали. Отдельные блоки фермы стыкуют между собой накладками из угловой стали (приварными или болтовыми). В зависимости от количества путей, перекрываемых жесткими поперечинами, они могут иметь длину от 16,1 до 44,2 м и собираться из двух, трех и четырех блоков. Жесткие поперечины расчетной длиной более 29,1 м, на которые устанавливаются прожекторы для освещения путей станций, оборудуются настилом и перильным ограждением. Ригели жестких поперечин рамного типа установлены на железобетонных стойках типа С и СА длиной 13,6м и 10,8 м.

Устройства, с помощью которых контактные провода удерживаются в горизонтальной плоскости в требуемом положении относительно оси пути (оси токоприемника), называются фиксаторами.

На главных путях перегонов и станций и приемоотправочных путях, где скорость движения превышает 50 км/ч, устанавливают сочлененные фиксаторы, состоящие из основных и легких дополнительных стержней, связанных непосредственно с контактным проводом.

Опрокидывание фиксаторов скоростной контактной подвески (КС-200) предотвращается ненагруженной ветровой струной длиной 600 мм, соединяющей дополнительный стержень фиксатора с основным стержнем (Рис. 7).

Прямые фиксаторы используют при минусовых (к опоре) зигзагах контактного провода или при горизонтальном усилии, направленном от опоры в случае изменения направления контактного провода; обратные фиксаторы- при плюсовых(от опоры) зигзагах контактного провода или горизонтальном усилии к опоре (поддерживающему устройству).

а)

Рисунок 6 - Типы фиксаторов: а - ФП-3; б - УФП; в - ФО-25; г - УФО; д - ФР; 1, 8, 9 - изоляторы; 2 - деталь сочленения; 3 - стержень основной; 4 и 11 - стойки прямого и обратного фиксаторов; 5 - фиксатор дополнительный; 6 - зажим фиксирующий; 7 и 10 - наклонные и страхующие струны; 12 - держатели струны и контактного провода; 13 - коуш стальной; 14 - стойка фиксатора УФО

Рисунок 7 - Фиксатор обратный с ветровой струной: а -- схема установки ветровой струны на обратном фиксаторе; б -- схема установки ветровой струны на прямом фиксаторе; в -- общий вид ветровой струны; 1 -- стержень основного обратного фиксатора; 2 -- ветровая струна; 3 -- зажим фиксирующий; 4 -- фиксатор дополнительный; 5 -- стойка; 6 -- стержень основного прямого фиксатора



Рисунок 8 - Прямой фиксатор ФП с ветровой струной

При больших усилиях (более 200Н) от изменения направления контактного провода на внешней стороне кривой монтируют гибкие фиксаторы. В Правилах устройства и технической эксплуатации контактной сети [6] определены условия установки гибких фиксаторов.

В обозначениях фиксаторов буквы и цифры указывают на его конструкцию, напряжение в контактной сети, для которого он предназначен, и геометрические размеры: Ф - фиксатор, П - прямой, О - обратный, А - анкеруемой ветви, Т - троса анкеруемой ветви, Г - гибкий, С - воздушных стрелок, Р - ромбовидных подвесок, И - изолированных консолей, У - усиленный, цифра 3 - на напряжение 3кВ (для линий постоянного тока), 25 - на напряжение 25кВ (для линий переменного тока); римские цифры І, ІІ, ІІІ и т.д. - характеризуют длину основного стержня фиксатора.

Длины основных стержней фиксаторов выбирают в зависимости от габарита установки опор, направления зигзага контактного провода, длины дополнительного стержня. Длина дополнительного стержня принята 1200мм.

Фиксаторы для изолированных консолей отличаются от фиксаторов для неизолированных консолей тем, что на конце основного стержня, обращенном к консоли, вместо стержня с нарезкой для соединения с изолятором приварено ушко для соединения с консолью.

В тех местах, где пересекаются электрифицированные железнодорожные пути, в контактной сети образуется пересечение соответствующих контактных подвесок, которое называется воздушной стрелкой. Воздушные стрелки должны обеспечивать плавный, без ударов и искрений, переход полоза токоприемника с контактных проводов одного пути (съезда) на контактные провода другого, свободное взаимное перемещение подвесок, образующих воздушную стрелку, и минимальное взаимное вертикальное перемещение контактных проводов в зоне подхвата полозом токоприемника провода примыкающего пути.

Рисунок 9 - Схема воздушной стрелки контактной сети: 1 -- зона прохода нерабочей части полоза токоприемника под нерабочей частью контактного провода; 2-- основной электрический соединитель; 3-- нерабочая ветвь контактного провода; 4 -- область расположения фиксирующего устройства; 5-- зона подхвата полозом токоприемника контактных проводов; 6 -- контактный провод прямого пути; 7 -- контактный провод отклоненного пути; 8 -- дополнительный электрический соединитель; 9 -- место пересечения контактных проводов

Воздушные стрелки над обыкновенными и перекрестными стрелочными переводами и над глухими пересечениями путей должны быть фиксированными с обеспечением возможности взаимных продольных перемещений контактных проводов. На второстепенных путях допускается применять нефиксированные воздушные стрелки [6].

Для крепления контактных проводов к несущему тросу в цепных подвесках служат струны. Струны должны обеспечивать эластичность подвески, а в полукомпенсированной цепной подвеске также возможность свободных продольных перемещений контактного провода относительно несущего троса при изменениях температуры. Материал струн должен иметь необходимую механическую прочность, долговечность и стойкость к атмосферной коррозии. Связь между контактным проводом и несущим тросом не должна быть жесткой, поэтому струны изготавливают отдельными звеньями.

Звеньевые струны цепных подвесок изготавливают из сталемедной проволоки диаметром 4 мм (Рис. 10), отдельные звенья шарнирно связаны между собой. В зависимости от длины струна может быть выполнена из двух и более звеньев, при этом нижнее звено, связанное с контактным проводом, во избежание излома должно быть длиной не более 300 мм. для уменьшения износа струн в местах соединения звеньев устанавливают коуши. Звеньевые струны прикрепляют к контактному проводу и несущему тросу струновыми зажимами, двойные контактные провода полукомпенсированной подвески крепятся на общих струнах с отдельными нижними звеньями. При изменениях температуры происходит взаимное перемещение контактного провода и несущего троса (по обе стороны от средней анкеровки).

Взаимное перемещение проводов приводит к перекосу струн. В результате меняется как положение контактного провода по высоте, так и натяжение проводов цепной подвески. Чтобы уменьшить это влияние, угол наклона струны не должен превышать 30° к вертикали вдоль оси пути (Рис. 10, в).



Рисунок 10 - Струны цепных контактных подвесок: а - звеньевая струна; б и в - расположение струны на компенсированной и полукомпенсированной подвеске; г - допускаемый наклон струны к вертикали; 1 - несущий торос; 2 - контактный провод; 3 - полоз токоприемника; 4 - струновой зажим 046

Для более равномерной эластичности и уменьшения стрел провеса контактного провода при температурных изменениях у опорных конструкций его подвешивают на рессорных струнах (тросах) марки БМ - 6. Рессорные струны изготавливают из сталемедной проволоки диаметром 6 мм. Звеньевые струны крепят с одной стороны к рессорной струне (тросу) струновыми зажимами или медными скобами, а с другой к контактному проводу с обычным креплением струн зажимами.

Для обеспечения хода тока по всем проводам, входящим в контактную подвеску или по всем проводам, входящим в одну секцию, а также в случае разанкеровки проводов на опоре или в обход искусственного сооружения, применяются электрические соединители. Электрические соединители устанавливают на сопряжениях анкерных участков и отдельных секций на железнодорожных станциях, в местах соединения усиливающих проводов с контактной подвеской и несущих тросов с контактными проводами. Они должны обеспечивать надежный электрический контакт, эластичность контактной подвески и возможность продольных температурных перемещений проводов по всей длине.

Поперечные соединители (Рис. 11) устанавливают между всеми проводами контактной сети, относящимися к одному пути или группе путей (секции) на станции (контактными, усиливающими проводами и несущими тросами). Такое соединение обеспечивает протекание тока по всем параллельно расположенным проводам.

Продольные соединители (Рис. 12) устанавливают в местах сопряжения анкерных участков, местах подключения усиливающих и питающих проводов к контактной подвеске. Суммарная площадь сечения продольных соединителей должна быть равна площади сечения соединяемых ими подвесок, причем для надежного контакта продольные соединители на главных путях и других ответственных местах контактной сети выполняют из двух и более параллельно расположенных проводов.

Рисунок 11 - Схемы установки поперечных электрических соединителей (а, б) и подключения усиливающих проводов (в) и шлейфов разъединителя (разрядника, ОПН) к контактной подвеске (г); 1 и 5- соединительные и питающие зажимы; 2- несущий трос; 3- электрический соединитель (провод МГГ); 4 и 7- контактный и усиливающий провода; 6- «С- образный» электрический соединитель (провод М, А и АС); 8- шлейф от разъединителя (разрядника, ОПН); 9-зажим переходной



Рисунок 12 - Продольный электрический соединитель: 1 - электрический соединитель (провод МГ); 2 - соединительный зажим; 3 - несущий трос; 4 - контактный провод; 5 - питающий зажим

Продольные электрические соединители должны иметь площадь сечения, соответствующую сечению соединяемых ими подвесок. Продольные электрические соединители к питающим и усиливающим проводам у анкеровок следует подсоединять к выходящим из заделки свободным концам, а на неизолирующих сопряжениях и обводы - к каждому несущему тросу двумя соединительными зажимами и к контактному проводу одним питающим зажимом. При компенсированной подвеске длина электрического соединителя должна быть не менее 2 м.

Все виды электрических соединителей и шлейфы выполнены из медных проводов М сечением 70- 95 мм2 на участках переменного тока, допускается применение медных проводов МГ того же сечения.

Поперечные электрические соединители между несущими тросами и контактными проводами на перегонах установлены за пределами рессорных или первых вертикальных струн на расстоянии 0,2 - 0,5 м от их мест крепления.

Для питания контактной сети от тяговых подстанций существует несколько схем тягового электроснабжения. Наибольшее распространение получили система постоянного тока напряжением 3,3 кВ и системы переменного тока напряжением 25 кВ и 2х25 кВ.

При системе электроснабжения постоянного тока в контактную сеть электрическая энергия поступает от шин положительной полярности напряжением 3,3 кВ тяговых подстанций и возвращается после прохождения через тяговые двигатели электроподвижного состава по рельсовым цепям, присоединенным к шинам отрицательной полярности. Расстояние между тяговыми подстанциями постоянного тока в зависимости от грузонапряженности колеблется от 7 км до 30 км.

В системе электроснабжения переменного тока электроэнергия в контактную сеть поступает от двух фаз А и В напряжением 27,5 кВ (на шинах тяговых подстанций) и возвращается по рельсовой цепи к третьей фазе С. При этом питание осуществляют одной фазой встречно на фидерную зону (параллельная работа смежных тяговых подстанций) с чередованием питания для последующих фидерных зон с целью выравнивания нагрузок отдельных фаз энергоснабжающей системы. При этой системе электроснабжения вследствие высокого напряжения тяговые подстанции располагают через 40-60 км.

В последние годы на сети железных дорог России наряду с решением разных проблем и поставленных задач уделяется особое внимание проблеме пропускной способности перегонов и станций. Эта проблема возникает в условиях жесткой конкуренции между железными дорогами и другими отраслями транспортной промышленности РФ (морскими, автомобильными и т.д.). Успех в этом во многом зависит от быстрой, качественной и безопасной доставки грузов и пассажиров, что в значительной мере осложняется постоянно растущим грузооборотом и пассажиропотоком. Одним из наиболее предподчительных вариантов решения данной проблемы является повышение веса грузовых поездов.

Согласно инструкции по организации движения грузовых поездов повышенной длины и веса тяжеловесными поездами считаются поезда, вес которых более 6000 т или длина более 350 осей.

Обращение поездов повышенного веса и длины допускается на одно-двухпутных участках в любое время суток при температуре не ниже -30 С, а поездов из порожних вагонов - не ниже - 40 С [Л5].

Соединенные поезда организуются на станциях или перегонах из двух, а в необходимых случаях из трёх поездов, каждый из которых должен быть сформирован по длине приемоотправочных путей, но не более 0,9 их длины, установленным графиком движения, а так же с учетом ограничений по силе тяги и мощности локомотива и устройств энергоснабжения.

Соединение и разъединение поездов повышенного веса и длины разрешается на спусках и подъемах до 0,006 с соблюдением условий безопасности движения, предусмотренных местной инструкцией.

На электрифицированных участках порядок пропуска соединенных грузовых поездов устанавливается по условиям нагрева проводом контактной сети одного пути. Суммарный ток всех электровозов в поездах повышенного веса и длины не должен превышать допустимого тока по нагреву контактной сети, указанного в Правилах устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог. При минусовых температурах допустимые токи проводов контактной подвески могут быть увеличены в 1,25 раза.

Число поездов повышенного веса и длины (для нормального электроснабжения) в зоне между тяговыми подстанциями должно быть не более заложенного в графике движения. При этом для расчета загруженности устройств электроснабжения поезд двойного унифицированного веса и длины считается за два поезда, тройного - за три и т.д.

Уменьшение интервала до заданного значения возможно чередованием пропуска поездов повышенного веса с более легкими поездами, введением ПС и ППС или увеличением допустимого тока контактной сети.

Введение дополнительных ПС и ППС на двухпутных участках с существенным (не менее чем в два раза) различающимися нагрузками по путям позволяет снизить примерно в 1,1 - 1,4 раза расчетный межпоездной интервал вследствие уменьшения токов в проводах контактной сети.

Минимальный межпоездной интервал проверяют по мощности устройств электроснабжения тяги, напряжению на токоприемнике электровоза, току уставки защиты питающих линий (фидеров) тяговых подстанций работе элементов тяговой рельсовой цепи.

Для организации обращения поездов повышенного веса и длины на дорогах разрабатываются мероприятия, в которых предусматривается увеличение площади сечения контактной подвески, улучшения токораспределения в проводах, повышения уровня напряжения в контактной сети и другие меры.

Одним из направлений транспортной политики является дальнейшее развитие скоростного движения поездов, которое ставит перед электрификаторами ряд новых технических задач. В международной практике к настоящему времени сложилась следующая классификация: скоростными считаются линии со скоростью движения 160--200 км/ч, высокоскоростными -- со скоростью свыше 200 км/ч.

Следует отметить, что изменения в конструктивных решениях, в выборе высокоэлектропроводных материалов и коррозионностойких покрытий, в применении новых изоляторов, усовершенствованных поддерживающих и опорных конструкций, в конструкции самой контактной подвески и пр., появившиеся в связи с внедрением подвески КС-200, показывают современные направления развития контактной сети и уже широко используются в проводимой на ряде дорог реконструкции для увеличения скоростей движения до 160 км/ч.

Трудовые и экономические затраты, необходимые для эксплуатации и капитального ремонта контактной сети на протяженном полигоне электрифицированных железных дорог, заставляет совершенствовать конструкции контактной сети, методы их монтажа и обслуживания.

Контактная сеть КС-200 должна обеспечивать надежный токосъем с числом проходов токоприемников до 1,5 млн, высокую эксплуатационную надежность, долговечность не менее 50 лет, а также значительное сокращение эксплуатационных расходов на ее обслуживание за счет более совершенных характеристик подвески: выравнивания эластичности в пролетах; снижения веса зажимов и фиксаторов, применения совместимых коррозийностойких материалов; антикоррозионных покрытий; высокой теплопроводности и малого электрического сопротивления используемых материалов.

Существует несколько вариантов переустройства контактной сети. Модернизацию проводят, если на участке постоянные элементы контактной сети выработали более 75% нормативного срока службы (ресурса) и понизили более чем на 25% несущую способность или допустимые нагрузки. В зависимости от объемов замены основных постоянных элементов осуществляют полную или частичную модернизацию контактной сети.

Полная модернизация предполагает полное обновление всех постоянных элементов контактной сети по типовым проектам контактной подвески. Замена контактных проводов производится в зависимости от степени их износа. Решение по сохранению опор, установленных при предшествующем капитальном ремонте и не выработавших свой ресурс, принимается при проектировании в зависимости от возможности их использования в подвеске и разбивки мест установке опор.

При частичной модернизации производится значительное обновление постоянных элементов и при необходимости полное обновление отдельных элементов - поддерживающих конструкций, компенсирующих устройств, изоляции, несущих тросов, арматуры.

1. Теоретические аспекты проектируемого участка

Техническое описание проектируемого участка.

Техническое описание представляет собой характеристику проектируемого участка, которую следует излагать в следующем порядке:

- род тока и система электроснабжения проектируемого участка;

- протяженность станции (расстояние между светофорами), пикетаж оси пассажирского здания;

- количество главных и второстепенных путей, расстояние в междупутьях, наличие тупиков и путей, не подлежащих электрификации;

- наличие подьездных путей к грузовым дворам и складским помещениям;

- протяженность прилегающего перегона и его характеристика (кривые, насыпи, выемки, искусственные сооружения)

Разработка и описание схемы питания и секционирования контактной сети станции и прилегающих перегонов.

На электрифицированных линиях ЭПС получает электроэнергию через контактную сеть от тяговых подстанций, расположенных на таком расстоянии между ними, чтобы было обеспечено стабильное номинальное напряжение на ЭПС и работала защита от токов короткого замыкания.

Для каждого участка электрифицированной линии при ее проектировании разрабатывают схему питания и секционирования контактной сети. При разработке схем питания и секционирования контактной сети электрифицированной линии используют типовые принципиальные схемы секционирования, разработанные на основе опыта эксплуатации, с учетом затрат на сооружение контактной сети.

Роль «человеческого фактора» в обеспечении безопасности движения поездов.

Анализ литературных источников показывает, что в деятельности железных дорог мира много общего, в том числе и проблем. Одна из них - безопасность движения поездов.

Каждая ошибка человека - это всегда результат его действия или бездействия, т.е. проявления его психики определение его аспекта. Причиной возникновения ошибки зачастую является не один, а целый комплекс негативно действующих факторов.

Работа железнодорожного транспорта неизбежно связана с риском, который определяется как мера вероятности опасности и степени тяжести ущерба (последствий) от нарушения безопасности. Транспортный риск-это результат проявления множества факторов как субъективного, так и объективного характера. Поэтому он будет существовать всегда. "Нельзя выиграть битву за безопасность раз и навсегда".

Аварию нельзя полностью исключить с помощью технических или организационных мероприятий. Они лишь снижают вероятность ее возникновения. Чем эффективней противодействие риску аварийных ситуаций, тем выше затраты сил и средств. Затраты на безопасность порой могут даже превышать убытки от аварий, крушений и брака в поездной и маневровой работе, что может привести к временному ухудшению экономических показателей отрасли. И все же такие затраты социально оправданны и их необходимо учитывать при экономических расчетах.

Безопасность движения поездов, безопасность железнодорожной транспортной системы представляет собой интегральное понятие, не поддающееся непосредственному измерению. Обычно под безопасностью понимается отсутствие (исключение) опасностей. При этом под опасностью подразумевается любое обстоятельство, которое способно причинить вред здоровью людей и окружающей среде, функционированию системы или нанести материальный ущерб.

Безопасность движения поездов - центральный сист емообразующий фактор, объединяющий различные составляющие железнодорожного транспорта в единую систему.

Железнодорожный транспорт - важнейшая составляющая экономической деятельности современного государства. Нарушения безопасности связаны с безвозвратными экономическими, экологическими и, прежде всего, с человеческими потерями.

Рассматривая железнодорожный транспорт как систему "человек - техника - среда", можно выделить четыре группы факторов, влияющих на эксплуатационную безопасность;

- ТЕХНИКА (неисправность пути и подвижного состава, отказы средств СЦБ и связи, приборов безопасности, электроснабжения и ДР.);

-ТЕХНОЛОГИЯ (нарушение и несоответствие законодательных норм, правил, предписаний, приказов, инструкций, плохие условия труда, противоречия между отраслевой и внешней инфраструктурой, недостатки эргономики, ошибки разработчиков технических средств, неправильные алгоритмы управления и др.);

- СРЕДА (неблагоприятные объективные условия - рельеф местности, метеорологические условия, природные катаклизмы, повышенная радиация, электромагнитные помехи и др.).

ЧЕЛОВЕК, непосредственно управляющий техническими средствами и выполняющий обеспечивающие функции (неправильное выполнение своих производственных обязанностей умышленно или вследствие ухудшения состояния здоровья, недостаточной подготовленности, невозможности выполнять их на требуемом уровне).

Железнодорожный транспорт включает в себя тысячи разнообразных технических средств, которые в отдельности представляют опасность для окружающей среды и жизнедеятельности человека. В комплексе человеко-машинные системы несут гораздо большую опасность, которую нужно учитывать при их разработке, внедрении и эксплуатации. Все это указывает на необходимость создания теории безопасности - методологической основы мероприятий по обеспечению безопасности на железных дорогах.

Любое нарушение в технике и технологии в конечном итоге вызвано человеком, если не тем, кто управляет техническими средствами, так командиром или обслуживающим персоналом. Поэтому "...любое нарушение правильности функционирования во-первых, во-вторых и в-третьих исходит от человека" . На железных дорогах Российской Федерации за последние пять лет по вине человека произошло около 90 % всех аварий и крушений.

Человек совершает ошибки, и с этим необходимо считаться. Человек имеет право на ошибку (конечно, речь идет не об умышленных нарушениях). И чем больше отклонение состояния человека от его оптимального, тем больше вероятность ошибки. Поэтому необходимо построить систему безопасности таким образом, чтобы минимизировать последствия этих ошибок.

Для эффективного решения проблемы контроля состояния человека и построения автоматических устройств, частично дублирующих его действия, необходим современный подход, рассматривающий человека во взаимосвязи и взаимодействии со средой его обитания.

При этом "человеческий фактор" понимается достаточно широко. Это:

- действия руководителей, железнодорожных операторов, работников, непосредственно не связанных с движением поездов;

- различного рода регламентация, документооборот, разработка и выполнение приказов, инструкций, распоряжений, правил, законов и др.;

- отбор, подбор, расстановка и обучение кадров как руководящих, так и инженерно-технических, операторских и рабочих профессий (кадровый менеджмент);

- ошибки разработчиков технических средств и алгоритмов технологических процессов;

- исследование и учет влияния специфики железнодорожной среды на уровень здоровья человека (условия труда и отдыха);

- контроль и оценка текущего состояния работников (до смены, во время и после работы).

Обеспечение безопасности движения является на железнодорожном транспорте важнейшей задачей и включает три относительно самостоятельные функции: конструктивно-эксплуатационная надежность; высокоэффективное управление и надежность работы локомотивной бригады.

При этом, если процент возникновения различных происшествий технического и технологического плана играет относительно малую роль, то удельный вес причин брака «человеческого» происхождения, объединяемых понятием «личный фактор», весьма высок.

Значительным резервом здесь является изучение причин происшествий, связанных с человеком, и разработка на этой основе мер по их устранению.

Охрана труда.

Рабочим местом электромонтеров является электрифицированный участок в установленных для района контактной сети границах.

Выполнение работ на контактной сети требует твердых знаний правил безопасности и неукоснительного их выполнения.

Эти требования обусловлены повышенной опасностью: работы на контактной сети выполняются при наличии движения поездов, с подъемом на высоту, в различных метеорологических условиях, иногда в темное время суток, а также вблизи от проводов и конструкций, находящихся под высоким напряжением, или непосредственно на них без снятия напряжения, с соблюдением организационных и технических мероприятий по обеспечению безопасности работающих [7, 8].

Условия выполнения работ.

При работе со снятием напряжения и заземлением полностью снимают напряжение и заземляют провода и оборудование, которых работают. Работы требуют повышенного внимания и высокой квалификации обслуживающего персонала, так как в зоне проведения работ могут оставаться под напряжением провода и конструкции. Приближение к проводам, находящимся под рабочим или наведенным напряжением, а также к нейтральным элементам на расстояние менее 0,8 м запрещен.

При работе под напряжением работник непосредственно соприкасается с частями контактной сети, находящимися под рабочим или наведенным напряжением. В этом случае безопасность работающего обеспечивается применением основных средств защиты: изолирующих съемных вышек, изолирующих рабочих площадок автомотрис и дрезин, изолирующих штанг, которые изолируют работающего от земли. В целях повышения безопасности выполнения работ под напряжением исполнитель во всех случаях завешивает шунтирующие штанги, необходимые для выравнивания потенциала между частями, к которым он одновременно прикасается, и на случай пробоя или перекрытия изолирующих элементов. При работах под напряжением обращают особое внимание на то. чтобы работающий одновременно не прикоснулся к заземленным конструкциям и находился от них на расстоянии не ближе 0,8 м.

Работы вблизи частей, находящихся под напряжением, выполняются на постоянно заземленных опорных и поддерживающих конструкциях, и между работающими и частями, находящимися под напряжением, может быть расстояние менее 2 м, но оно во всех случаях не должно быть менее 0,8 м.

Если расстояние до частей, находящихся под напряжением, более 2 м, то эти работы относят к категории выполняемых вдали от частей, находящихся под напряжением . При этом их подразделяют на работы с подъемом и без подъема на высоту. Работами на высоте считаются все работы, выполненные с подъемом от уровня земли до ног работающего на высоту 1 м и более.

Во время работ со снятием напряжения и заземлением и вблизи частей, находящихся под напряжением, запрещено:

- работать в согнутом положении, если расстояние от работающего при его выпрямлении до опасных элементов окажется менее 0,8 м:

- работать при наличии электроопасных элементов с двух сторон на расстоянии менее 2 м от работающего;

- выполнять работы на расстоянии ближе 20 м по оси пути от места секционирования (секционные изоляторы, изолирующие сопряжения и т.п.) и шлейфов разъединителей, которыми осуществляется отключение при подготовке места работы;

- пользоваться металлическими лестницами.

При работах под напряжением и вблизи частей, находящихся под напряжением, в бригаде должна быть заземляющая штанга на случай необходимости срочного снятия напряжения.

В темное время суток в зоне работ должно быть освещение, обеспечивающее видимость всех изоляторов и проводов на расстоянии не менее 50 м.

К опасным местам на контактной сети относят:

врезные и секционные изоляторы, отделяющие погрузочно-разгрузочные пути, пути осмотра крышевого оборудования и т.д.;

прогнивающие контактную подвеску и проходящие над ней на расстоянии менее 0,8 м шлейфы разъединителей и разрядников или ОПН другой секции контактной сети с другими потенциалами;

опоры, где расположены два и более разъединителей, разрядников или анкеровок различных секций;

места сближения консолей или фиксаторов различных секций на расстояние менее 0,8 м;

места прохода питающих, отсасывающих и других проводов по тросам гибких поперечин;

общие стойки фиксаторов различных секции контактной сети при расстоянии между фиксаторами менее 0,8 м;

опоры с анкерными отходами контактной подвески различных секций и заземленные анкерные отходы, расстояние от места работы на которых до токоведущих частей менее 0,8 м;

места расположения электрорепеллентной защиты ;

опоры с роговым разрядником или ОПН, на которых смонтирована подвеска одного пути, а шлейф подключен к другому пути или фидерной трассы .

Опасные места на контактной сети обозначают специальными предупреждающими знаками указателями (красная стрела или. плакат «Внимание! Опасное место»). Работы по обеспечению безопасности в таких местах выполняются согласно «Карточки производства работ в опасном месте контактной сети».

Карточка производства работ в опасном месте на контактной сети.

Организационными мероприятиями по обеспечению безопасности работающих являются:

выдача наряда-допуска или распоряжения производителю работ;

инструктаж выдающим наряд ответственного руководителя, производителя работ;

выдача энергодиспетчером разрешения (приказ, согласование диспетчера) на подготовку места работы;

инструктаж производителем работ бригады и допуск к работе:

надзор во время работы;

оформление перерывов в работе, переходов на другое рабочее место, продление наряда и окончания работы.

Техническими мероприятиями по обеспечению безопасности работающих являются:

закрытие путей перегонов и станций для движения поездов, выдача предупреждений на поезда и ограждение места работ;

снятие рабочего напряжения и принятие мер против ошибочной подачи его на место работы;

*проверка отсутствия напряжения;

*наложение заземлений, шунтирующих штанг или перемычек, включение разъединителей;

*освещение места работы в темное время суток.

Контроль за соблюдением правил безопасности ведется в первую очередь в бригаде непосредственно на месте работ. Кроме того, периодически проверяется организация производства работ в районе контактной сети.

Работу бригады на линии регулярно проверяют руководители района контактной сети -- начальник или электромеханик. Периодические проверки осуществляют руководители и инженерно-технический персонал дистанции электроснабжения и службы электрификации и электроснабжения. При этом оценивается дисциплинированность бригады в деле обеспечения безопасности труда и грамотность проведения и организации работ.

Основа успешной работы без травм и нарушений нормальной работы -- поддержание постоянно устойчивой производственной и технологической дисциплины на всех уровнях, недопущение нарушений действующих правил и инструкций.

2. Расчетно-технологическая часть

Определение нагрузок, действующих на провода контактной сети.

Для контактной сети решающими являются нагрузки климатического характера: ветер, гололёд и температура воздуха, действующие в разных сочетаниях. Эти нагрузки имеют случайный характер: их расчётные значения за какой-либо период времени могут быть определены статистической обработкой данных наблюдений в районе электрифицированной линии.

Для установления расчётных климатических условий пользуются картами районирования территории России, для упрощённых расчётов данные к заданиям выдаются преподавателем.

Нагрузка от веса проводов является равномерно распределённой вертикальной нагрузкой, которую можно определить, пользуясь литературой.

Гололедная нагрузка вызывается гололёдом, представляющим собой слой плотного льда стекловидного строения с плотностью 900 кг/м3. Для расчётов принимаем, что гололёд выпадает цилиндрической формы с равномерной толщиной стенки льда, по воздействию нагрузка является вертикальной.

На интенсивность гололёдных образований большое влияние оказывают высота расположения провода над поверхностью земли. Поэтому при расчёте толщины стенки гололёда на проводах, расположенных на насыпях, значение толщины стенки гололёда следует также умножить на поправочный коэффициент кb.

Ветровые нагрузки на провода контактной сети зависят как от средней скорости ветра, так и от характера поверхности окружающей местности и высоты расположения проводов над землёй. В соответствии со строительными нормами и правилами «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования» расчётную скорость ветра для заданных условий (высоты расположения проводов над поверхностью и шероховатости поверхности окружающей местности) определяют умножением нормативной скорости ветра на коэффициент кv, зависящий от высоты расположения проводов над поверхностью земли и от её шероховатости, нормативного значения ветрового давления, Па, q0 , коэффициентом неравномерности давления ветра вдоль пролета, при механическом расчете, принимаемом .

Ветровая нагрузка на провода цепной контактной подвески является горизонтальной нагрузкой.

Из разного сочетания метеорологических условий, действующих на провода контактной сети, можно выделить три расчётных режима, при которых усилие (натяжение) в несущем тросе может оказаться наибольшим, т.е. опасным для прочности троса:

· режим минимальной температуры - сжатие троса;

· режим максимального ветра - растяжение троса;

· режим гололёда с ветром - растяжение троса.

Для этих расчётных режимов и определяют нагрузки, действующие на несущий трос. В режиме минимальной температуры несущий трос испытывает нагрузку только вертикальную - от собственного веса; ветер и гололёд отсутствует; в режиме максимального ветра на несущий трос действует вертикальная нагрузка от веса проводов контактной подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос, гололёд отсутствует. В режиме гололёда с ветром на несущий трос действуют вертикальные нагрузки от собственного веса проводов контактной подвески, от веса гололёда на проводах подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос, покрытый гололёдом при соответствующей скорости ветра.

Итак, расчёт нагрузок будем производить для трёх расчётных режимов, порядок расчётов приведён ниже.

Порядок расчётов.

В режиме минимальной температуры.

1. Выбор нагрузок от собственного веса несущего троса и контактного провода.

Линейные нагрузки от веса контактного провода к (Н/м) и вес несущего троса (Н/м) определяются в зависимости от марки провода по таблицам.

2. Рассчитать нагрузку от собственного веса цепной контактной подвески по формуле:

, (1)

где , к - линейные нагрузки от собственного веса ( 1 м) несущего троса и контактного провода, H/м.

- нагрузка от собственного веса струн и зажимов, принимаемая равномерно распределенной по длине пролета; значение этой нагрузки может быть принято равным 1,0 H/м для каждого контактного провода;

- число контактных проводов.

3. Рассчитать нагрузку на несущий трос от веса гололеда по формуле:

(2)

где 0,009 H/мм3- плотность гололеда;

d - диаметр несущего троса;

- толщина стенки гололеда на несущем тросе, мм

, мм (3)

где кb - поправочный коэффициент , учитывающий влияние местных условий расположения подвески на отложение гололеда (приложение 5, т. 5.7);

0,8 - поправочный коэффициент к весу отложения гололеда на несущем тросе.

Нормативную толщину стенки гололеда bн , мм, на высоте 10 метров с повторяемостью 1 раз в 10 лет в зависимости от заданного гололедного района находят по приложению 5 (т.5.6)

Расчётную толщину стенки гололёда с учётом поправочных коэффициентов допускается округлять до ближайшей целой цифры.

4. Рассчитать нагрузку на контактный провод от веса гололеда.

На контактных проводах расчётную толщину стенки гололёда устанавливают равной 50% толщины стенки, принятой для прочих проводов контактной сети, так как здесь учитывается уменьшение гололедообразования за счёт движения электропоездов и плавки гололёда (если таковая имеется).

, Н/м (4)

где толщина стенки гололеда на контактном проводе, мм. На контактных проводах толщину стенки гололеда принимают равной 50% от толщины стенки гололеда на несущем тросе.

, мм

где - толщина стенки гололеда на несущем тросе, мм.

5. Полная вертикальная нагрузка от веса гололеда на проводах контактной подвески.

, Н/м (5)

где - число контактных проводов;

- равномерно распределенная по длине пролета вертикальная нагрузка от веса гололеда на струнах и зажимах при одном контактном проводе (Н/м), которая в зависимости от толщины стенки гололеда может быть приближенно принята по приложению 5 (т.5.6).

6. Нормативное значение горизонтальной ветровой нагрузки на несущий трос в H/м определяется по формуле:

...