Проектирование контактной сети

ФГБОУ ВПО

ДВГУПС

Кафедра «Электроснабжение транспорта»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему: Проектирование контактной сети

Выполнил: Бя Нам Су

Шифр: 11-ЭЛЖД-829

Проверил: Ли В.Н.

ХАБАРОВСК 2014

Введение

Контактная сеть, является одним из основных и дорогостоящих элементов системы электроснабжения электрифицированных железных дорог, работает в сложных метеорологических условиях, не имеет резерва, но должна обеспечивать надёжный токосъем при заданных скоростях движения и весах поездов. Поэтому при её проектировании необходимо обеспечить механическую прочность и устойчивость всех её элементов: проводов, опорных и поддерживающих устройств с учётом экономической целесообразности их практического применения. Для проектирования задаётся станция железной дороги переменного тока, для которой необходимо спроектировать контактную сеть.

Исходные данные Климатические условия и другие данные

Примечание: 1. Температура гололёдных образований -50С; 2. Температура при максимальном ветре — +50С; 3. Принять гололёд цилиндрической формы с плотностью 0,9 г/см3

1. Определение расчётных нагрузок на контактные провода и тросы и выбор их натяжения

1.1. Режим максимального ветра Расчет производим для контактной подвески главных путей ПБСМ-95+МФ-100.

Вертикальная нагрузка на несущий трос, даН/м, от веса проводов контактной подвески:

(1.1)

где — нагрузка от веса 1 м. несущего троса ПБСМ — 95;

— нагрузка от веса 1 м. контактного провода МФ-100 [1];

— число контактных проводов;

— приближённое значение нагрузки от веса рессорного троса, струн, зажимов, отнесённого на 1 м. подвески.

Горизонтальные нагрузки от воздействия ветра, даН/м.

На несущий трос:

(1.2)

где — максимальная скорость ветра;

— диаметр несущего троса ПБСМ-95 [1];

— аэродинамический коэффициент лобового сопротивления провода ветру для одиночных контактных проводов и несущих тросов контактной подвески с учётом зажимов и струн.

На контактный провод:

(1.3)

где — максимальная скорость ветра;

— высота сечения контактного провода МФ-100 [1];

— аэродинамический коэффициент лобового сопротивления провода ветру для одиночных контактных проводов и несущих тросов контактной подвески с учётом зажимов и струн.

Результирующая нагрузка на несущий трос:

(1.4)

где — вертикальная нагрузка на несущий трос, от веса проводов контактной подвески;

— горизонтальные нагрузки от воздействия ветра на контактный провод.

1.2. Режим гололёда с ветром Вертикальная нагрузка от веса гололёда.

На несущий трос:

(1.5)

где — толщина гололёда несущего троса;

— диаметр несущего троса.

На контактный провод:

(1.6)

где — толщина стенки гололёда контактного провода;

— средний диаметр контактного провода.

Полная вертикальная нагрузка от веса гололёда на проводах контактной подвески:

(1.7)

где — равномерное распределённая по длине пролёта вертикальная нагрузка от веса гололёда на струнах и зажимах.

Горизонтальная нагрузка от ветрового воздействия на покрытые гололёдом.

На несущий трос:

(1.8)

На контактный провод

(1.9)

Результирующая нагрузка на несущий трос:

(1.10)

2. Определение допустимых длин пролётов Для расчёта допустимой длины пролёта подвески главного пути используем методику последовательного приближения.

Формула для расчёта максимальной длины пролёта:

(2.1)

где — натяжение контактного провода;

— коэффициент динамичности;

— наибольшее допустимое отклонение КП от оси токоприемника;

— зигзаг контактного провода;

— прогиб опоры на уровне контактного провода.

2.1 Первый случай: когда

2.2 Второй случай: известно ,

Определим коэффициент динамичности:

(2.2)

где — коэффициент, учитывающий упругие деформации при отклонении провода;

— коэффициенты, зависящие от длины пролета;

— коэффициенты, зависящие от скорости ветра;

— коэффициенты, зависящие от нагрузки отвеса контактных проводов .

Определим среднюю длину струны в средней части пролета:

(2.3)

где — конструктивная высота подвески;

— натяжение несущего троса в безпровесном положении.

Удельная эквивалентная нагрузка, учитывающая взаимодействие несущего троса и контактного провода при ветровом их отклонении:

(2.4)

где — натяжение несущего троса контактной подвески в расчётном режиме (для ПБСМ-95 [1]);

м. — длина гирлянды изоляторов несущего троса из трех изоляторов; м. — прогиб опор на уровне контактного провода [1];

м. — прогиб опор на уровне несущего троса.

Сравнивая значения и разница составляет 8 м, необходимо рассмотреть следующий случай.

2.3. Третий случай Определим коэффициент динамичности:

(2.5)

где — коэффициент, учитывающий упругие деформации при откло-нении провода; - коэффициенты, зависящие от длины пролета;

— коэффициенты, зависящие от скорости ветра;

— коэффициенты, зависящие от нагрузки отвеса контактных проводов .

Удельная эквивалентная нагрузка, учитывающая взаимодействие несущего троса и контактного провода при ветровом их отклонении:

(2.6)

где — натяжение несущего троса контактной подвески в расчётном режиме (для ПБСМ-95 [1]);

м. — длина гирлянды изоляторов несущего троса из трех изоляторов;

м. — прогиб опор на уровне контактного провода [1];

м. — прогиб опор на уровне несущего троса.

Сравнивая, значения и разница составляет 0,2 м данное значение проходит по требованию. Следует выбрать максимальные допустимые длины пролетов по монограмме представленная в. Аналогичный расчет и для подвески боковых путей, результаты расчетов сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 Длины пролетов

Из таблицы выбираем наименьшее значение длины, так для ПБСМ-95+МФ-100 длина пролета составляет 52 м, а для ПБСМ-70+МФ-85 будет 49 м.

3. Составление схемы питания и секционирования

Схема питания и секционирования представлена на Рис. 1. Условные графические обозначения элементов представлены в приложении. На схеме предусмотрено питание контактной сети станции от прилегающих перегонов (продольное секционирование). Первое выполнено с помощью изолирующих сопряжений анкерных участков, а второе при помощи секционных изоляторов. При поперечном секционировании предусмотрено раздельное питание двух главных путей (существующего и предполагаемого в перспективе). Боковые пути выделены в отдельную секцию. Это решение продиктовано условиями надёжности, поскольку при исчезновении напряжения с одного пути, можно будет перейти на питание от другого. Присоединение контактных подвесок путей, где могут производится работы вблизи контактной сети (тупики и подъездной путь к складу) присоединены секционными разъединителями с заземляющими ножами.

4. Трассировка контактной сети на станции

Планы контактной сети и перегонов являются чертежами, выполняемыми проектными организациями. По ним производятся строительно-монтажным поездом строительные работы, т. е. установка фундаментов, опор, опорных плит, лежней, анкеров, анкерных оттяжек, ригелей жестких поперечин, и электромонтажным поездом монтажные работы, т. е. раскатка и подвеска проводов контактной подвески, усиливающих и питающих проводов, монтаж анкеровок, и средних анкеровок, устройство сопряжения анкерных участков и воздушных стрелок, монтаж гибких и армирование жестких поперечин, установка разъединителей, секционных изоляторов, разрядников, поперечных и продольных соединителей, монтаж заземлений и искровых промежутков.

Для того, чтобы выполнить установку строительных конструкций, каждая опора на плане контактной сети должна иметь две отметки (координаты или привязки, характеризующие место ее установки. Этими отметками являются габарит опоры к оси ближайшего пути пикетная привязка (отметка) опоры. На планах контактной сети должны быть указаны типы основных строительных конструкций и приведены их спецификации.

Для возможности производства монтажных работ, на планах контактной сети в соответствие с условными обозначениями должны быть показаны анкеровки, сопряжения анкерных участков, (изолирующие и неизолирующие), средние анкеровки, мачтовые разъединители, секционные изоляторы, разрядники, и т. п. и приведены спецификации на провода и тросы (спецификации анкерных участков).

Планы контактной сети выполняются раньше, чем контактной сети перегона, т. к. места расположения изолирующих сопряжений между станциями и перегонами выбираются с учетом расположения крайних стрелок и входных светофоров.

Подготовка плана станции, предварительное определение мест необходимой фиксации контактных проводов, расстановка опор в горловинах и по концам горловин, а также в средней части станции, расстановка зигзагов, трассировка анкерных участков, питающих и отсасывающих линий, обработка плана контактной сети выполнены в соответствие с.

5. Расчёт анкерного участка

5.1 Определение длины эквивалентного пролёта

Длина эквивалентного пролёта определяется по формуле:

(5.1)

где — длина анкерного участка, м;

— число пролётов в анкерном участке;

— номер пролёта.

5.2 Выбор режима с максимальным натяжением несущего троса.

Конструктивный коэффициент подвески определяется по формуле:

(5.2)

(5.3)

Максимальное приведённое натяжение подвески определим по формуле:

(5.4)

Определим приведенную нагрузку на подвеску.

Для минимальной температуры без дополнительных нагрузок:

(5.5)

Для режима гололёда с ветром:

(5.6)

Длина критического пролёта определяется по формуле:

(5.7)

где 1/С0 — температурный коэффициент линейного расширения материала несущего троса для ПБСМ-95.

Так как критический пролёт оказался больше эквивалентного, максимальным натяжение несущего троса будет при минимальной температуре.

5.3 Выбор температуры беспровесного положения контактного провода

Температура при беспровесном положении контактного провода определяется по формуле:

(5.8)

5.4 Определение натяжения несущего троса при беспровесном положении контактного провода

Расчёт выполним по формуле:

(5.9)

где ;

;

даН/С0 — для ПБСМ-95 из приложения 2.

Зададимся сначала значением искомого натяжения, равным 1600 даН. При этом:

;

;

Очевидно, что принятое значение занижено. Повторим расчёт, принимая даН. В этом случае:

С0.

5. Расчёт разгруженного несущего троса

Расчёт выполним по формуле

(5.10)

где ,

.

Задаваясь натяжениями разгруженного несущего троса и определяя соответст-вующие этим натяжениям температуры.

При этом:

.

Производим расчет, и полученные данные сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 Данные расчета

По этим данным строим монтажную кривую (Рис. 2) и по ней составляем монтажную таблицу.

Таблица 5.2 Монтажная таблица

Стрела провеса разгруженного несущего троса при температурах в конкретных пролётах анкерного участка определяется по формуле:

(5.11)

Например, для пролёта длиной 52 метров при Tx=1907 даН:

м.

Результаты подобных расчётов для различных температур и пролётов представим в таблице 5.3.

Таблица 5.3 Данные расчетов

5.6 Расчёт нагруженного несущего троса без дополнительных нагрузок

Для расчёта нагруженного несущего троса без дополнительных нагрузок воспо-льзуемся выражением:

(5.12)

Определим натяжение несущего троса при С0. Зададимся даН, тогда:

С0.

Принимаем, что при С0 натяжение несущего троса без дополнительных нагрузок равно 1873 даН.

Определим стрелу провеса контактного провода по формуле:

(5.13)

Так как режим без дополнительных нагрузок то. Для пролёта 52 метра:

м.

Перемещение контактного провода у опоры определяется по выражению

(5.14)

где — натяжение рессорного троса при беспровесном положении контактно-го провода, примем даН;

— величина перемещения обусловленная изменением угла наклона изо-ляторов, на которых подвешен несущий трос, в данном расчете пренебрегаем этой величиной .

Для пролёта 52 метра:

м.

Размер определи по формуле:

(5.15)

где — нагрузка провеса рессорного троса;

— число фиксаторов;

— часть нагрузки от веса фиксатора, передающаяся на рессорный трос.

Принимая м. и то:

м.

Определим по формуле:

(5.16)

где — расстояние от оси опоры до под рессорной струны.

определяется по формуле:

(5.17)

где — нагрузка от веса струны с зажимами;

При, даН, м.

даН.

м.

Таким образом, величина: м,

м.

Стрелу провеса несущего троса определим по формуле:

(5.18)

Для пролёта 52 м. и температуре -30 0С получим

м.

Результаты расчётов приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 Монтажная таблица

5.7 Определение натяжения несущего троса при дополнительных нагрузках

Расчёты выполним задаваясь различными значениями натяжений несущего троса и добиваясь их соответствия температурам режимов гололёда с ветром и максимального ветра. Расчёт выполняется по формуле:

(5.19)

где .

Режим гололёда с ветром (0С).

Коэффициенты: Ао берем из пункта 5.5,

.

Для искомой температуры принимаем натяжение несущего троса равное Тx=1820 даН.

0С.

Режим максимального ветра (0С).

В этом случае:

.

Для получения температуры при максимальном ветре принимаем натяжение несущего троса равное Tx=1434 даН.

0С.

Монтажные графики приведены на рис. 3.

6. Выбор способа прохода контактной подвески под пешеходным мостиком

Проверим сначала по формуле приведённой ниже, возможно ли проход под пешеходным мостиком контактного провода без фиксации.

(6.1)

где — минимальная допустимая высота контактного провода над уровнем головок рельсов, 5,75 м;

— максимальная стрела провеса несущего троса;

— минимальная стрела провеса контактного провода;

— минимальное расстояние между несущим тросом и контактным проводом в середине пролёта, 08 м;

— подъем несущего троса под воздействием токоприемника, 0,15 м;

— минимальное расстояние от частей находящихся под напряжением до заземленных частей, 0,3 м.

Условие выполняется. Следовательно, указанный способ прохода подвески осуществим.

нагрузка провод железный дорога

7. Подбор типовых опор

7.1 Расчёт переходной опоры На рис 4. приняты следующие обозначения:

— вертикальная нагрузка от веса контактной подвески, провода ДПР, даН;

— вертикальная нагрузка от веса консоли и кронштейна, даН;

— горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос, контактный провод, провода ДПР и на опору, даН;

— высота опоры, м.;

— высота точек приложения горизонтальных сил относительно основания опоры, м (примем);

— плечи вертикальных усилий от веса консоли, кронштейна, провода ДПР, м (примем);

— зигзаг контактного провода;

Определим распределённые нагрузки на провода контактной подвески во всех расчётных режимах. Часть распределённых нагрузок была определена ранее:.

Определим нагрузки на питающий провод сечением А-185:

Рис 4. Расчетная схема От собственного веса проводов даН/м;

От веса гололёда на проводах:

даН/м. (7.1)

От давления ветра на провода при максимальной скорости ветра:

даН/м (7.2)

От давления ветра на провода при гололёде с ветром:

даН/м (7.3)

Все полученные данные о распределённых нагрузках сведём в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 Результаты вычислений

Определим нормативные нагрузки (усилия), действующие на опору. Нормативные нагрузки, действующие на опору, определяют для трёх расчётных режимов: гололёда с ветром, максимального ветра, минимальной температуры. Вертикальные нагрузки от веса проводов контактной подвески, питающего провода.

В режиме максимального ветра и минимальной температуры:

(7.4)

даН;

даН.

В режиме гололёда с ветром:

(7.3)

даН;

даН.

В выше приведённых формулах:

— расчётная длина пролёта (м.);

— вес подвесной гирлянды изоляторов (для изолированной контактной подвески, для питающих проводов (три изолятора типа ПСД весом 5 даН каждый)).

Вертикальные нагрузки от веса консолей с учётом части веса фиксаторов и От веса кронштейна питающего провода.

В режиме максимального ветра и минимальной температуры:

(7.4)

для консоли: даН, Gф'=10 даН (для ИТР) для кронштейна:

даН;

даН.

В режиме гололёда с ветром с учётом веса гололёда на консолях и кронштейне (примем даН):

(7.5)

даН;

даН.

Горизонтальные нагрузки от давления ветра на трос, контактный провод, питающий провод, которые передаются с проводов на опоры,

(7.6)

где — расчётные нагрузки от давления ветра на провода контактной подвески, питающий провод, т. е. (табл.).

Таким образом, в режиме максимального ветра:

даН;

даН;

даН.

В режиме гололёда с ветром:

даН;

даН;

даН.

Горизонтальные нагрузки от давления ветра на опору:

(7.7)

где — аэродинамический коэффициент лобового сопротивления ветру, принимаем равным 0,7;

— площадь диаметрального сечения опоры (принимаем равным 3,46 м² из стр. 111).

В режиме максимального ветра: даН;

В режиме гололёда с ветром: даН.

Горизонтальные нагрузки от изменения направления (излома) проводов контактной подвески при отводе их на анкеровку определим по формуле:

(7.8)

где — натяжение провода в расчётном режиме.

Натяжение провода определим следующим образом:

В режиме ветра с гололёдом: даН;

В режиме максимального ветра: даН;

В режиме минимальной температуры: даН.

Величина определяется:

(7.9)

где — габарит опоры, принимаем равным 3,1 м.

— диаметр опоры на уровне головок рельса, м.

м.

Горизонтальные нагрузки от изломов несущего троса.

Для режима минимальной температуры:

даН;

Для режима гололёда с ветром:

даН;

Для режима максимального ветра:

даН.

Для контактного провода горизонтальная нагрузка от изломов во всех режимах

даН.

Питающий провод крепятся на переходной опоре без изменения его направления.

Сведём данные расчётов нормативных нагрузок в таблицу 7.2, округлив при этом значения нагрузок до целых чисел:

Таблица 7.2 Результаты вычислений

Определим изгибающие моменты относительно условного обреза фундамента опор во всех трёх расчётных режимах.

7.2 Подбор опоры на прямом участке пути Нормативный изгибающий момент относительно уровня условного обреза фундамента:

(7.10)

где — расстояние от оси опоры до точки приложения вертикальной нагрузки;

— высота точки приложения горизонтальной нагрузки относительно уровня условного обреза фундамента;

— количество элементов.

Для режима гололёда с ветром:

даН· м

1948,06 даН· м=19,48 кН· м.

Для режима максимального ветра:

даН· м

1654,94 даН· м=16,54 кН· м Нормативные изгибающие моменты относительно уровня крепления пяты найдем по формуле:

(7.11)

4367,51 даН· м=43,51 кН· м

3708,4 даН· м=37,08 кН· м Из условий:

Выбираем соответственно С (СО)136,6 =44 кН· м.

8. Определение общей стоимости контактной сети Для расчёта стоимости сооружения проектируемых устройств контактной сети составляют сметы на материалы и оборудование. Исходными данными для составления смет являются спецификации к планам контактной сети, а также цены на отдельные работы и затраты. При расчёте нужно учесть инфляционный коэффициент равный 200.

Таблица 8. Стоимость строительства контактной сети

Вывод В процессе выполнения курсового проекта был произведен расчет нагрузок на провода контактной сети, в результате которого определены допустимые длины полетов на главных и боковых путях станции. Разработана схема питания и секционирования станции и прилегающих перегонов однопутной железной дороги. Выбрана схема пропуска контактной подвески под искусственным сооружением. Составлена ведомость необходимых материалов и оборудования, которая является основным документом при сооружении контактной сети. Определена стоимость контактной сети станции и перегона по укрупненным показателям, и составляет 19,811 млн руб. Составленная смета учитывает только стоимость материалов и оборудования, однако немалую часть затрат составляют и монтажные работы. Главная проблема контактной сети в том что она не резервируема, т. е. при пережоге или других повреждений необходимо приостанавливать движение на время восстановления данного участка.

Список литературы

Дворовчикова Т. В., Зимакова А. Н. Электроснабжение и контактная сеть электрифицированных железных дорог. Пособие по проектированию. -М.: Транспорт, 1989.-168с.

Ли В.Н. проектирование контактной сети: Методическое указание на выполнение курсового проетка. — Хабаровск: ДВГУПС.1977.-64с.

Фрайфельд А. В. Проектирование контактной сети. -М.: Транспорт. 1984. 304 с.

4. Марквардт К. Г., Власов И. И. Контактная сеть. -М.: Транспорт, 1977 271 с.

.ur