Правила обозначения разъединителей

Продольные разъединители обозначают обычно первыми буквами русского алфавита; разъединители на нейтральных вставках – буквой Н; поперечные – буквой П; разъединители, устанавливаемые в питающих линиях, – буквой Ф; разъединители при подключении постов секционирования, – буквой С; разъединители-заземлители – буквой 3; прочие разъединители – буквой Р. К каждой из указанных букв в случае необходимости добавляются индексы, соответствующие номерам путей и направлений.

Нумерацию разъединителей в питающих линиях принимают следующей: на двухпутных участках четные номера 2 и 4 дают разъединителям, подключенным к подвескам над четными путями; нечетные 1 и 5 – к подвескам над нечетными путями; разъединителю, подключенному к станционным путям, присваивают номер 3; на однопутных участках применяют только нечетные номера разъединителей. Номера разъединителей возрастают по направлению движения четных поездов.

Рельсовая сеть. Подключение отсасывающих линий

7.2.1. Принцип работы электрической рельсовой цепи

В устройствах железнодорожной автоматики СЦБ рельсовые цепи являются датчиками первичной информации о свободности и исправности рельсового пути.

Упрощенная принципиальная схема электрической рельсовой цепи СЦБ приведена на рисунке 132.

Рисунок 132 – Принципиальная схема рельсовой цепи

Электрическая рельсовая цепь состоит из следующих основных элементов:

– источника электропитания;

– соединительных проводников, в качестве которых используются рельсовые нити;

– стыковых соединителей, предназначенных для уменьшения электрического сопротивления рельсовых нитей (сопротивления стыков);

– путевого приемника, который имеет два устойчивых состояния и обеспечивает контроль занятости или свободности рельсовой цепи;

– изолирующих стыков, разделяющих электрические рельсовые цепи одну от другой.

При отсутствии поезда на участке, выделенном изолирующими стыками, ток от источника питания по рельсовым нитям поступает в путевой приемник. При этом приемник будет находится в одном из устойчивых состояний и сигнал будет разрешающим. При занятости поездом данного участка (блок-участка) ток в приемнике резко уменьшается, т.к. приемник будет зашунтирован колесными па- рами поезда, сопротивление которых значительно меньше сопротивления путевого приемника. В результате приемник переходит в другое устойчивое состояние и сигнал будет запрещающим. Сигнал будет также запрещающим и в случае обрыва рельсовой нити при изъятии рельса.

Как мы уже знаем, при электрической тяге ток поступает на ЭПС от контактной подвески и возвращается на тяговую подстанцию по ходовым рельсам:

Вследствие этого при устройстве рельсовых цепей необходимо обеспечить непрерывное протекание тягового тока в обход изолирующих стыков. В зависимости от того, по одному или по двум рель сам протекает тяговый ток, различают однониточные и двухниточные рельсовые цепи. При этом для цепей СЦБ используются в любом случае оба рельса.

Однониточные рельсовые цепи

При однониточных цепях для тягового тока отводят только одну из ниток на каждом из путей. У каждого изолированного стыка между тяговыми рельсами монтируют продольный электрический соединитель. Схема однониточной рельсовой цепи изображена на рисунке 133.

Рисунок 133 – Схема однониточной рельсовой цепи

Однониточные рельсовые цепи применяют в основном на станциях. А поскольку на станциях имеется один или два главных пути, а также станционные (приемо- отправочные и другие), то тяговые рельсы этих путей соединяются межпутными соединителями в горловинах станций у выходных сигналов, в местах присоединения проводов отсасывающих линий к тяговым рельсам, а также через каждые 400 м.

Все межпутные соединители должны выполняться проводом сечением не менее 70 мм² по меди.

Двухниточные рельсовые цепи

При двухниточных рельсовых цепях СЦБ тяговый ток протекает по обеим рельсовым нитям. Для пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков у них устанавливают дроссель-трансформаторы.

Дроссель трансформатор состоит из основной обмотки, выполненной из медной шины большого сечения (130-250 мм2) и включаемой в рельсовую цепь и дополнительной обмотки, рассчитанной на подключение к ней приборов рельсовой цепи. Схема двухниточной рельсовой цепи изображена на рисунке 134.

Рисунок 134 – Схема двухниточной рельсовой цепи

Основную обмотку делают с тремя выводами: два крайних подключают к рельсовым нитям а средний соединяют со средним выводом дроссель-трансформатора смежной рельсовой цепи.

На участках с электрической тягой постоянного тока применяют дроссель трансформаторы ДТ-0.2-500, ДТ-0.2-1000, ДТ-0.2-1500.

Обозначение ДТ-0.2-1000 означает, что каждая полуобмотка рассчитана на пропуск тягового тока 1000 А, а 0,2 – это сопротивление основной обмотки переменному току частотой 50 Гц в омах. Ток от средней точки одного дроссель-трансформатора к средней точке другого дроссель-трансформатора равен сумме токов в полуобмотках, т.е. 2000 А.

Для постоянного тока сопротивление основной обмотки мало, поэтому тяговый ток свободно проходит через полуобмотки дросселей и перемычку между их средними точками.

На участках, электрифицированных по системе постоянного тока, применяются рельсовые цепи СЦБ переменного тока частотой 25 или 50 Гц.

На участках с электрической тягой переменного тока используются дроссель-трансформаторы ДТ-1-150 и ДТ-1-250 и применяются, в основном, рельсовые цепи с частотой 25 Гц. В эксплуатации находятся также участки с рельсо- выми цепями переменного тока 75 Гц.

Частоту тока в рельсовых цепях (25 или 75 Гц), отличную от промышленной (50 Гц), используемой для электрической тяги, применяют для обеспечения лучшей избирательности аппаратуры в устройствах СЦБ.

На линиях переменного тока тяговый ток также свободно проходит через обмотки дросселей и перемычку между их средними точками. Тяговые токи в полуобмотках каждого дросселя всегда имеют противоположные направления, вследствие чего магнитные потоки, наведенные этими токами, компенсируют друг друга и не наводят напряжения помехи в дополнительной обмотке (обмотке цепи СЦБ).

Междупутные соединители на линиях с двухниточными рельсовыми цепями осуществляют путем соединенния перемычек между средними точками основных обмоток дроссель-трансформаторов, установленных на различных путях. Эти соединения делают через два дроссельных (изолирующих) стыка на третий, что необходимо для устойчивой работы устройств СЦБ

В тех случаях, когда рельсы не используются для цепей СЦБ, пропуск тягового тока осуществляется по обоим ходовым рельсам с установкой межрельсовых и межпутных соединителей. Соответствующая схема приведена на рисунке 135.

Рисунок 135 – Схема рельсовой цепи двухпутного участка без цепей СЦБ

На станциях межрельсовые соединители устанавливаются через 300 м, междупутные – через 600 м. На перегонах эти расстояния удваиваются.

В последние годы активно внедряются системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты (425-780 Гц), которые не требуют наличия изолирующих стыков.

Подключение отсасывающих линий к рельсовой сети

При однониточных рельсовых цепях или при отсутствии рельсовых цепей СЦБ отсасывающие линии подключаются к ближайшим тяговым рельсам, которые в этом месте дополнительно соединены межпутными соединителями соответствующего сечения.

При двухниточных рельсовых цепях отсасывающие линии подключают к средним точкам основных обмоток ближайших дроссель-трансформаторов. В этом месте устанавливается многопутное соединение средних точек дроссель- трансформаторов разных путей.

Отсасывающие линии постоянного тока выполняются одной линией.

Отсасывающие линии переменного тока выполняются двумя параллельными линиями. При этом в качестве одной из них используют рельсы подъездного к тяговой подстанции пути, соединенные с контуром заземления тяговой подстанции, а в качестве другой используют воздушную линию, соединяющую заземленную фазу трансформатора на тяговой подстанции (фазу с) с тяговыми рельсам станционных путей (средними точками ближайших дроссель-трансформаторов).

В обоснованных случаях специально для подключения отсасывающих линий может быть установлен дополнительный дроссель-трансформатор без разрезки рельсовой цепи (т.е. без устройства изолирующих стыков).

Отсасывающие линии могут быть кабельными и воздушными. В настоящее время преимущественно предусматривают воздушные отсасывающие линии.

Отсасывающие трансформаторы и провода обратного тока

На линиях переменного тока для ограничения индуктивного влияния на устройства связи применяют в ряде случает отсасывающие трансформаторы и провода обратного тока, подключаемые параллельно рельсам. На рисунке 136 приведена схема подключения.

Рисунок 136 – Схема подключения отсасывающих трансформаторов и проводов обратного тока

Отсасывающие трансформаторы представляют собой силовые трансформаторы с коэффициентом трансформации, равным единице. Первичную обмотку такого трансформатора подключают в пределах изолирующего сопряжения в рассечку контактных подвесок, а вторичную – в рассечку провода обратного тока. Расстояние между отсасывающими трансформаторами принимают 4-6 км.

Провод обратного тока подвешивают с полевой стороны опор и в середине между трансформаторами присоединяют к тяговому рельсу.

Благодаря такой схеме тяговый ток в основном протекает по обратному проводу, переходя из рельсовой цепи, и так как у него угол сдвига относительно тока в контактной подвеске около 180^о, существенно снижается наведенная ЭДС.

Заземление конструкций контактной сети и других устройств на электрифицированных участках постоянного и переменного тока

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и других лиц и увеличения надежности защиты контактной сети от токов короткого замыкания осуществляют заземление устройств и конструкций контактной сети, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции или соприкосновения их с оборванными проводами.

Заземление выполняют, присоединяя такие конструкции и устройства к рельсовой сети. При этом не должны нарушаться надежность и устойчивость работы устройств автоблокировки и электрической централизации, а так- же ухудшаться условия защиты подземных сооружений от коррозии блуждающими токами.

Заземлениями оборудуют все металлические конструкции (мосты, путепроводы, светофоры и т.п.), а также металлические опоры, расположенные на расстоянии менее 5 м от частей контактной сети, находящихся под напряжением. Металлические конструкции для крепления изоляторов контактной сети и ЛЭП, ДПР на железобетонных опорах, а также на железобетонных и неметаллических искусственных сооружениях также должны быть заземлены.

Заземлению подлежат все расположенные в зоне влияния контактной сети переменного тока металлические сооружения, на которых могут возникать опасные наведенные напряжения.

Заземления могут быть индивидуальными и групповыми.

Индивидуальное заземление выполняют, присоединяя конструкции к тяговому рельсу (или средней точке дроссель-трансформатора) стальными прутком (одним или двумя) Ø10 мм на участках переменного тока и Ø12 мм на участках постоянного тока.

В качестве примера рассмотрим индивидуальное заземление металлоконструкций на железобетонной опоре на участке постоянного тока, приведенное на рисунке 137.

Рисунок 137 – Индивидуальное заземление металлоконструкций на железобетонной опоре на участке постоянного тока

Групповое заземление применяют в целях сокращения мест присоединения заземлений к тяговому рельсу. Схемы группового заземления приведена на рисунке 138.

Рисунок 138 – Схемы группового заземления

Групповыми заземлениями в первую очередь оборудуют опоры контактной сети, расположенные в выемках и за кюветами, на платформах или за платформами.

Материал и сечение троса группового заземления определяется по расчету. Обычно это трос ПБСМ-70 или ПБСМ-95.

Для надежного срабатывания защиты расстояние от точки соединения заземляющего спуска с тяговым рельсом (или средней точкой дроссель-трансформатора) до крайней заземленной на групповой трос опоры не должно превышать 600 м при постоянном токе и 200 м при переменном токе (при железобетонных опорах).

В необходимых случаях в заземлениях опор устанавливаются искровые промежутки с пробивным напряжением 800-1200 В. Искровой промежуток в нормальных условиях обеспечивает изоляцию опоры от тягового рельса, что снижает величину блуждающих токов и обеспечивает более надежную работу автоблокировки. Когда искровой промежуток оказывается под внешним напряжением (например, при перекрытии изоляторов), происходит пробой промежутка и соединение опоры с тяговым рельсом. Образуется цепь для тока короткого замыкания, на который реагирует защита на тяговой подстанции или на посту секционирования и отключает поврежденный участок. В общедоступных местах искровые промежутки в заземлениях не устанавливаются, а заземления выполняется двойным прутком в целях повышения надежности заземления.

ОПН и роговые разрядники, а также приводы разъединителей должны иметь собственные индивидуальные заземления.

Присоединение индивидуальных заземлений или спусков от троса группового заземления к рельсовой сети производится:

а) при однониточных рельсовых цепях – к тяговому рельсу;

б) при двухниточных рельсовых цепях:

на однопутных линиях в пределах каждого блок участка к одному и тому же рельсу;

на двухпутных линиях – к одному и тому же ближайшему рельсу.

У жестких поперечин присоединение к рельсу осуществляется только у одной из опор, армировка второй опоры и сам ригель присоединяются к этому же заземлению.

Правила выполнения заземлений регламентируются «Инструкцией по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах» ЦЭ-191 [7] и ПУТЭКС [5].

Контактная сеть в искусственных сооружениях

Проход контактной подвески и проводов различного назначения в ИССО может быть осуществлен различными способами. Тот или иной способ выбирают в зависимости от вида контактной подвески, напряжения, типа и конструкции сооружения, его высоты над уровнем головок рельсов и длины вдоль электрифицированных путей. Во всех случаях принятый способ должен обеспечивать необходимую надежность в эксплуатационных условиях, для чего должны быть выдержаны все требуемые габаритные расстояния.

Наиболее часто встречаются искусственные сооружения, пересекающие железнодорожные пути (пешеходные мосты, автомобильные и железнодорожные путепроводы, сигнальные мостики, пересечение путей сверху теплотрассами). Для таких ИСОО схему прохода контактной подвески выбирают в зависимости от высоты пролетного строения ИССО, его ширины, расчетной высоты КП в пределах ИССО.

Для полукомпенсированной подвески под расчетной высотой КП понимается расстояние по вертикали от УГР до КП в режиме беспровесного положения КП.

При низко расположенных пролетных строениях на подходах к ИССО осуществляют снижение высоты рабочего контактного провода над УГР.

Рассмотрим основные способы прохода контактной подвески под ИССО, пересекающими пути на примере полукомпенсированной подвески постоянного тока по схемам, приведенным на рисунках 139, 140, 141, 142 и 143.

Рисунок 139 – Проход контактной подвески под ИССО насквозь без отбойников для НТ.

Рисунок 140 – Проход контактной подвески под ИССО насквозь с отбойниками для НТ.

Рисунок 141 – Проход контактной подвески под ИССО с подвешиванием НТ к несущему строению, без отбойников для НТ и КП

Рисунок 142 – Проход контактной подвески под ИССО с разанкеровкой НТ на пролетном строении, с отбойниками для КП

Рисунок 143 – Проход контактной подвески под ИССО с врезкой в НТ изолированной и заземленной штанги, закрепленной к низу пролетного строения, с отбойниками для КП

Схема 1.Проход подвески насквозь без отбойников для НТ. Применяется при высоких искусственных сооружениях с вертикальным габаритом пролетного строения ИИССО ≥ 6,5 м. Для постоянного тока должно выполняться A ≥ 500 мм с учетом подъема НТ при износе КП и отжатии КП токоприемником.

Схема 2.Насквозь с отбойниками для НТ. Применяется при 6,25 ≤ ИИССО ≤ 7,65 м. При ширине ИССО до 5 м устанавливается один отбойник, при большей ширине отбойники должны предусматриваться на крайних балках.

Схема 3.Проход насквозь с подвешиванием НТ к несущему строению с малой конструктивной высотой (350...500 мм) при близко расположенных точках подвеса НТ (не более 25 м), без отбойников для НТ и КП. Может применяться при 5,60 ≤ ИИССО ≤ 6,50 м. Число точек подвеса предусматривается, исходя из расстояния между ними менее 25 м и обязательно на крайних балках.

Схема 4.Проход с разанкеровкой НТ на пролетном строении, с отбойниками для КП. Может применяться при 5,60 ≤ ИИССО ≤ 5,90 м. Дополнительно устанавливаются ограничители подъема КП с обеих сторон ИССО. Выполняется обвод НТ сбоку от пути – для главных путей и для второстепенных путей – по КП.

При ширине ИССО до 10 м предусматривается одна точка подвеса КП под ИССО, при большей ширине число точек подвеса принимается, исходя из расстояния между ними не более 12 м.

КП под отбойником должен иметь предохранительную накладку. При обводе НТ по КП ее роль выполняет провод обвода.

При ширине ИССО до 5 м устанавливают один отбойник, при большей ширине отбойники должны предусматриваться на крайних балках.

Схема 5.Проход с врезкой в НТ изолированной и заземленной штанги, закрепленной к низу пролетного строения, с отбойниками для КП. Может применяться при 5,60 ≤ ИИССО ≤ 5,90 м. Выполняется вместо схемы 4 при невозможности разанкеровки НТ на пролетном строении. Отбойники для КП и ограничители подъема КП устанавливаются с обеих сторон ИССО. Обвод НТ выполняется сбоку от пути – для главных путей и для второстепенных путей – по контактному проводу.

Практика проектирования проходов контактных подвесок под ИССО показывает, что каждый из них имеет свои индивидуальные особенности, поэтому при выборе способа прохода и определении оптимальных параметров прохода необходимо выполнить расчеты положения проводов контактной подвески в пределах конкретного ИССО для заданных климатических условий эксплуатации для исключения возможности нарушения допустимых воздушных промежутков в пределах ИССО, а также на подходах к ИССО в режимах максимальной температуры и гололеда для исключения возможности нарушения допустимых минимальных расстояний контактного провода от УГР на подходах к ИССО.

Рассмотрим основные требования к проектированию проходов контактной подвески в пределах ИССО, пересекающих путь.

1. Расстановка опор при проходе ИССО, как правило, должна производиться с учетом расположения ИССО в середине пролета. Длины пролетов на подходах и в пределах ИССО определяются с учетом вертикальных перемещений проводов подвесок в разных режимах и соблюдения минимальных допустимых габаритов. Минимальная высота КП должна рассчитываться с учетом изменения его положения под воздействием максимальной температуры или гололеда на провода подвески.

2. Проект прохода контактной подвески в ИССО должен содержать расчетные данные снижения (увеличения) конструктивной высоты; уклоны пути и КП; разность уклонов пути и КП; высоту подвешивания НТ и КП; предельные положения проводов подвески при крайних значениях расчетных условий.

3. Конструкция прохода контактной подвески в ИССО должна обеспечивать соблюдение минимально допустимых расстояний между проводами и заземленными частями сооружений, а также между КП и УГР в расчетных условиях эксплуатации. Величина воздушного зазора между частями контактной сети, находящимися под напряжением, и заземленными частями сооружений должна рассчитываться с учетом уменьшения массы КП в процессе эксплуатации и воздействия на подвеску токоприемника.

4. В любой точке пролета при расчетных условиях эксплуатации минимальная высота КП над уровнем головок рельсов должна быть не менее:

– на перегонах и станциях – 5750 мм,
– на переездах – 6000 мм.

В исключительных случаях в зоне ИССО это расстояние с разрешения Департамента электрификации и электроснабжения РЖД может быть уменьшено до 5675 мм при переменном токе и до 5550 мм при постоянном токе.

5. При проходе ИССО без отбойников расстояние от КП (НТ) до расположенных над ним заземленных частей ИССО и поддерживающих конструкций должно быть при двух контактных проводах не менее 500 мм, при одном – не менее 650 мм. Эти расстояния должны быть выдержаны с учетом подъема НТ при износе КП. Меньшие расстояния допускаются при установке изолированных отбойников, исключающих возможность приближения КП (НТ) и токоприемников к расположенным над ними заземленным частям на расстояние менее:

– для постоянного тока 3 кВ – 200 мм (наименьшее допустимое расстояние – 150 мм);

– для переменного тока 25 кВ – 350 мм (наименьшее допустимое расстояние – 300 мм).

Наименьшие допустимые расстояния могут применяться на существующих ИССО с разрешения ОАО «РЖД».

6. При проходе ИССО с отбойниками для НТ расстояние от НТ до изолированного отбойника при расчетной минимальной температуре, взаимодействии подвески с токоприемником и износе КП должно быть не менее 50 мм.

7. При проходе ИССО с отбойниками для КП расстояние от КП до изолированного отбойника при отсутствии токоприемника должно быть не менее 100 мм при одном и двух КП на перегонах, на железнодорожных станциях, путях депо и других второстепенных путях.

КП под отбойником должен иметь предохранительную накладку.

При проходе ИССО с отбойниками для КП расстояние от предохранительной накладки до изолированного отбойника при расчетной минимальной температуре, взаимодействии подвески с токоприемником и износе КП должно быть не менее 50 мм.

8. При конструктивной высоте подвески менее 1300 мм опорные узлы должны предусматриваться со смещенными опорными струнами.

9. При проходе ИССО без разанкеровки НТ минимальное расстояние между осями НТ и КП в пределах пролета должно быть, как правило, не менее 300 мм.

10. При переходе от одной высоты подвешивания КП к другой абсолютные значения алгебраической разности уклонов КП и пути в пролетах не должны превышать установленных значений, рассчитанных для различных скоростей движения.

11. Схемы и узлы прохода проводов различного назначения должны исключать поджатие проводов к заземленным частям до недопустимых значений и обеспечивать допустимые расстояния до земли и сооружений в расчетных условиях эксплуатации.

Контактная подвеска на мостах с ездой поверху, длина которых превышает длину пролета, подвешивается на опорах, установленных на специальных основаниях непосредственно на фермах моста. Способ прохода контактной подвески на мостах с ездой понизу зависит от конструкции моста. Чаще всего применяют подвеску с малой конструктивной высотой, с тем чтобы при этом в середине пролетов НТ и КП не сближались настолько, чтобы нельзя было установить струны, при этом длины пролетов уменьшают до 20–30 м.

В тоннелях применяют специальные конструкции для размещения подвески в стесненных условиях, а иногда пространственно-ромбовидные подвески или жесткие контактные рельсы.

Опорные и поддерживающие конструкции, фиксирующие устройства

7.3. Опорные конструкции

7.3.1. Классификация опор контактной сети

Опоры делятся по назначению:

Промежуточные – поддерживающие одну контактную подвеску;

Переходные – поддерживающие на сопряжениях две контактные подвески;

Анкерные – воспринимающие нагрузки от анкеруемых проводов;

Фиксирующие – служащие для фиксации КП относительно оси пути без установки поддерживающих конструкций.

По типу закрепляемых на опорах конструкций:

Консольные;

С жесткими поперечинами;

С гибкими поперечинами.

По материалу, из которого они изготовлены:

Железобетонные;

Металлические.

По способу закрепления в грунте:

Раздельные – устанавливаемые на фундаментах;

Нераздельные – устанавливаемые непосредственно в грунт.

Подбор типовых опор

В настоящее время разработано большое число различных конструкций типовых железобетонных и металлических опор, различающихся высотой, геометрическими размерами, несущей способностью и другими параметрами. Как правило, для каждого конструктивного типа опор типовыми проектами предусматриваются «линейки» исполнений (типоразмеров) по несущей способности – например, опоры с допускаемым нормативным моментом 60, 80 и 100 кН∙м на уровне верха фундамента (или на уровне условного обреза фундамента), а также исполнения по высоте – например, 10,4 и 13,6 м.

При рабочем проектировании контактной сети осуществляют подбор типовых опор для конкретных условий их установки: выбирают опоры требуемой высоты с учетом размещения проводов на опоре с соблюдением всех требуемых габаритов, а также выбирают исполнение опоры по несущей способности, сравнивая максимальные нормативные изгибающие моменты, которые могут действовать на опору с допускаемыми моментами.

Для расчета действующих на опору изгибающих нормативных моментов для заданных условий установки, составляют расчетные схемы, на которых показывают нагрузки, действующие на конструкции, закрепленные на опоре и все необходимые для проведения расчетов размеры.

На рисунке 144 приведен пример такой расчетной схемы.

Рисунок 144 – Расчетная схема для определения изгибающих моментов, действующих на опору

Действующие на опору изгибающие нормативные моменты определяют для различных расчетных режимов, при которых момент может быть максимальным (как правило, для РВ_max, РГВ и Р_tmin) при различных направлениях ветра (от пути к опоре и от опоры на путь) по формуле:

(201)

где G_i – вертикальные составляющие нормативных нагрузок, действующих на конструкции, закрепленные на опоре (от веса проводов, от веса конструкций, от веса гололеда), Н;

z_i – горизонтальные расстояния от точек приложения нагрузок до оси опоры (плечи), м;

P_j – горизонтальные составляющие нормативных нагрузок (от излома проводов, от ветра), Н;

y_j – плечи горизонтальных нагрузок (относительно расчетного сечения), м.

Действующие моменты M определяют для расчетных сечений опоры на уровне верха фундамента (или условного обреза фундамента) и на уровне крепления пяты консоли и сравнивают с допускаемыми нормативными моментами для типовых опор. Должно выполняться условие M ≤ M_доп в любых расчетных режимах.

Закрепление опор в грунте

Действующие на опору контактной сети нагрузки передаются на грунт. При этом напряжения в грунте должны быть таким, чтобы они не приводили к разрушению грунта и наклону опоры, иначе невозможна нормальная эксплуатация контактной сети.

Все типы и виды устройств, обеспечивающие устойчивость опоры, называют закреплениями опор в грунте.

Опоры контактной сети могут быть закреплены непосредственной заделкой их нижней (фундаментной) части в грунт или с использованием различных фундаментов заглубляемых в землю на 2–5 м, а иногда и более.

Часть грунта, воспринимающую давление фундамента, называют основанием. Основания, грунт которых используется в естественном состоянии, называют естественными. Если для повышения несущей способности уплотняют или упрочняют основание, то его называют искусственным (например, свайным).

Расстояние от подошвы фундамента до поверхности грунта в месте его установки называют глубиной заложения фундамента (глубиной заделки опор – при непосредственной установке ее в грунт). Глубину заложения фундамента определяют расчетом; наименьшее ее значение ограничивают экономическими соображениями, а также условиями промерзания грунта.

За расчетную поверхность грунта при расчете одиночного фундамента принимают горизонтальную плоскость, проходящую через точку пересечения вертикальной оси фундамента с поверхностью грунта.

Проектированию закреплений опор контактной сети в грунте предшествуют геологические и гидрогеологические изыскания, на основании которых определяют физические и механические характеристики грунтов.

Основной параметр грунта, который необходимо знать при проектировании – условное расчетное давление на грунт (или расчетное сопротивление грунта), измеряемое в МПа.

Консольные железобетонные опоры устанавливают непосредственно в грунт в заранее отрытые или пробуренные котлованы, или на фундаменты, которые устанавливаются, как правило, вибропогжужением.

Пример типовой схемы заделки опоры на насыпи показан на рисунке 145.

Рисунок 145 – Типовая схема заделки опоры на насыпи

Для усиления закрепления опор могут применяться лежни и опорные плиты.

Для обеспечения устойчивости опор в грунте должно соблюдаться условие

M_н ≤ M_гр,

где M_н – нормативный изгибающий момент, действующий на опору на уровне верха фундамента (или условного обреза фундамента), Н∙м;

M_гр – нормативный момент несущей способности фундамента по грунту, приведенный к уровню верха фундамента (условного обреза фундамента), Н∙м.

Значения M_гр для различных условий заделки в зависимости от условного расчетного давления на грунт приводятся в специальных типовых проектах. M_гр обычно приводятся при доле постоянной нагрузки в суммарной 35%. Если доля постоянной нагрузки, действующей на опору отличатся от 35% значения M_гр корректируются по специальным таблицам.

К постоянным нагрузкам относятся: вес опорных и поддерживающих конструкций, проводов и нагрузки от натяжения проводов при изменении их направления (зигзаги, сопряжения, анкеровки, кривые участки пути) для компенсированных проводов и для некомпенсированных при среднегодовой температуре.

7.4. Поддерживающие конструкции и фиксирующие устройства

Поддерживающие конструкции и фиксирующие устройства предназначены для закрепления проводов контактной сети в определенном положении относительно оси пути, уровня головок рельсов, земли и других сооружений. Для этих целей используют консоли, кронштейны, фиксаторы, жесткие и гибкие поперечины.

Консоли

Консоли применяются для подвешивания несущих тросов контактных подвесок.

Различают консоли по количеству перекрываемых путей:

Однопутные;

Двухпутные – в настоящее время применяются только в исключительных случаях.

По наличию изоляции:

Неизолированные;

Изолированные.

На рисунке 146 изображены неизолированная и изолированная консоли.

Рисунок 146 – Схема неизолированной и изолированной консолей

По геометрическому исполнению:

Прямые;

Изогнутые;

Наклонные;

Горизонтальные.

На рисунке 147 изображены прямая, изогнутая, наклонная и горизонтальная консоли.

Рисунок 147 – Схема прямой, изогнутой, наклонной и горизонтальной консолей.

В настоящее время применяются различные конструкции консолей по типовым проектам УКС, Трансэлектропроект, ЛЭМЗ и др. Выбор консолей должен производиться с учетом их геометрии и несущей способности. В типовых проектах приводятся специальные таблицы применения, по которым выбирается тип консоли в зависимости от условий применения: габарита опоры на которой устанавливается консоль, плана пути (прямая, кривая), места установки консоли (на промежуточной опоре, на переходной опоре на сопряжении и т.п.), а иногда некоторых других параметров.

Фиксаторы

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

Фиксаторы должны обеспечивать нормальный токосъем при принятых на данном участке скоростях, надежный проход токоприемников при отжатии ими контактных проводов в любых расчетных атмосферных условиях, при двух контактных проводах – возможность продольных перемещений одного провода относительно другого. В конструкции фиксатора должна быть предусмотрена возможность регулирования зигзага контактного провода.

На главных путях перегонов и станций и приемо-отправочных путях, где скорость движения превышает 50 км/ч, устанавливают сочлененные фиксаторы, состоящие из основных и легких дополнительных стержней, связанных непосредственно с контактным проводом. На рисунке 148 изображен такой фиксатор.

Рисунок 148 – Сочлененный фиксатор

Во всех случаях сочлененный фиксатор устанавливают таким образом, чтобы усилие от изменения направления контактного провода в плане вызывало растяжение дополнительного фиксатора.

Опорные или поддерживающие конструкции, на которых закрепляют фиксаторы, чаще всего устанавливают с одной стороны пути. Контактный провод подвешивают с зигзагами в разные стороны, поэтому для обеспечения работы на растяжение дополнительного фиксатора используют прямые и обратные сочлененные фиксаторы. Прямые фиксаторы используют при зигзагах контактного провода к опоре или при горизонтальном усилии, направленном от опоры в случае изменения направления контактного провода. Обратные фиксаторы при зигзагах от опоры или горизонтальном усилии, направленном к опоре (или поддерживающей конструкции).

При больших усилиях (более 200 Н) от изменения направления контактного провода на внешней стороне кривой применяют гибкие фиксаторы.

Для нерабочих подвесок на переходных опорах сопряжений применяют несочлененные фиксаторы анкеруемой ветви.

Выбор фиксаторов осуществляется по таблицам применения по типовым проектам.

Жесткие поперечины

Жесткие поперечины представляют собой металлические фермы (ригели) из нескольких блоков (от двух до четырех) с параллельными поясами и раскосной решеткой, установленные на опорах (стойках). Отдельные блоки стыкуют накладками из стальных уголков.

Длина типовых ригелей обеспечивает перекрытие до восьми путей.

Ригель со стойками соединяют металлическими оголовками, если его крепят к вершинам стоек или специальными опорными столиками, если крепление производят ниже вершин.

Подбор типовых ригелей производят с учетом расстояния между опорами и нагрузок от контактной подвески и проводов, подвешиваемых на ригель.

Для подвешивания и фиксации контактных подвесок на ригелях применяют:

– консоли на консольных стойках (обычно только для компенсированных подвесок);

– фиксаторные стойки с подвешиванием несущих тросов на треугольных подвесах;

– нижние фиксирующие тросы с подвешиванием несущих тросов на треугольных подвесах.

На рисунке 149 различные способы подвешивания контактных подвесок на ригелях.

Рисунок 149 – Способы подвешивания контактных подвесок на ригелях.

При размещении несущих тросов компенсированных подвесок на треугольных подвесах вдали от средней анкеровки применяют специальные ролики, которые изображены на рисунке 150.

Рисунок 150 – Размещение несущих тросов компенсированных подвесок на треугольных подвесах c применением роликов

7.4.1. Гибкие поперечины

Гибкие поперечины представляют собой систему тросов, расположенных над электрифицированными путями, предназначенных для крепления контактных подвесок нескольких путей. Все тросы гибкой поперечины могут быть изолированы от опор, на которых они крепятся, тогда эта поперечина называется изолированной. Если изоляторы включают только в нижний фиксирующий, трос, то такая поперечина называется неизолированной. Нижний фиксирующий трос во всех случаях изолируется от опор.

В настоящее время при обновлении контактной сети и новой электрификации гибкие поперечины, как правило, не применяются (применяются жесткие поперечины).

Кронштейны, надставки и стойки

Для подвешивания проводов различного назначения (усиливающих, питающих, отсасывающих, проводов ВЛ, ДПР, волновода, ВОК и т.д.) применяют кронштейны, надставки и стойки различных конструкций. Выбор кронштейнов, надставок и стоек осуществляется при проектировании с учетом требований по соблюдению габаритных расстояний между проводами, до земли и др., а также с учетом нагрузок, передаваемых от проводов на поддерживающие конструкции (несущая способность кронштейнов должна соответствовать максимальным нагрузкам).

На рисунке 151 приведены примеры выполнения кронштейнов.

Рисунок 151 – Кронштейны

Контактная сеть в особых условиях работы

7.5. Ветер

Опасные повреждения контактной сети вследствие воздействия ветра возникают при сходе контактного провода с полоза токоприемника. Провод попадает под полоз, и токоприемник при движении срывает струны и фиксаторы, разрушается сам, а иногда вызывает и обрыв контактного провода. Значительное усиление ветрового воздействия наблюдается в местах, не защищенных от ветра, направленного поперек пути; на высоких насыпях, в степных районах, поймах рек и оврагов. Могут происходить раскрытия фиксаторов, которые также вызывают тяжелые повреждения. Для предотвращения таких раскрытий вместо гибких струн в ветровых местах монтируют жесткие распорки, выполненные из трубы или уголка, которые не позволяют подниматься основному стержню фиксатора, т. е. предотвращают создание условий для раскрытия фиксатора.

Ветровое воздействие, помимо горизонтальных отклонений проводов, может вызвать и вертикальные перемещения, которые называют автоколебаниями, или «пляской» проводов.

Автоколебания происходят под действием сил, возникающих при обтекании воздушным потоком проводов, имеющих несимметричную форму поперечного сечения. Чаще всего это наблюдается при отложении на проводах гололеда. Автоколебания обычно возникают на участках, где провода не защищены от ветровых воздействий: в безлесных и незастроенных местностях. Размах колебаний весьма значителен (до 1 м и более), а частота, т. е, количество перемещений в одну и другую стороны от равновесного положения за единицу времени, достигает 40—60 периодов в 1 мин (0.6-1 Гц).

Сами по себе автоколебания затухают только тогда, когда изменяются вызвавшие их условия (например, прекращается ветер или тает гололед). Обычно приходится прибегать к различным мерам для их устранения. В противном случае возможны серьезные повреждения устройств контактной сети и воздушных линий.

Для предотвращения появления автоколебаний целесообразно иметь вдоль электрифицированной линии лесные полосы, защищающие контактные подвески и воздушные линии от действия ветра. Применяют разбивку опор с пролетами разной длины. Хорошие результаты дает ромбовидная контактная подвеска, при которой автоколебания не возникают. Если автоколебания появились при наличии на проводах гололеда, принимают меры для его удаления. Одним из средств борьбы с вертикальными автоколебаниями является установка в отдельных пролетах контактной подвески между несущим тросом и контактным проводом динамических поглотителей колебаний – демпферов. При возникновении вертикальных колебаний в демпфере появляется значительное трение, способствующее их затуханию.

Снижению амплитуды колебаний способствуют простые опорные струны, применяемые в опорных узлах вместо с рессорных тросов, аэродинамические гасители в виде пластин, устанавливаемых на несущем тросе, или навиваемых на него проволок.

Кроме автоколебаний, происходящих с большими перемещениями и сравнительно небольшими частотами, иногда возникают колебания с малыми перемещениями и большими частотами (около 100 Гц); это так называемая вибрация проводов. Появление вибрации вызывается периодическим возникновением различных по направлению вихрей при обтекании проводов воздушными потоками.

При проектировании ветроустойчивости контактной подвески должно уделяться особое внимание, должны выполняться расчеты в соответствии с рассмотренными нами на предыдущих лекциях методиками. В обоснованных случаях должны применяться подвески повышенной ветроустойчивости.

Гололед

Работа контактной сети и процесс токосъема значительно усложняются при гололеде. Гололедные образования обычно наблюдаются во время смены оттепели похолоданием при температурах, незначительно отличающихся от нуля, во время туманов или при дождях, когда температура воздуха ниже нуля. Очень часто одновременно с гололедом возникают значительные ветры.

При гололеде ухудшается, а иногда прерывается контакт между контактным проводам и полозами токоприемников, так как ледяная корка имеет низкую проводимость. В ряде случаев образуется электрическая дуга, которая повреждает контактирующие поверхности, вызывает пережог контактных проводов и их обрыв. В условиях гололеда увеличивается нагрузка на провода, что при полукомпенсированных подвесках приводит к значительному увеличению натяжения несущих тросов, а при компенсированных вызывает большие стрелы провеса всех проводов. Обледенение токоприемников увеличивает их массу, вследствие чего снижается активное нажатие, токоприемник может оторваться от контактного провода и опуститься под тяжестью льда.

Удаление гололеда.С проводов контактной сети слой льда удаляют, плавя его электрическим током или применяя механические средства. Первый способ используют обычно только для главных путей, где площадь сечения контактных подвесок на всем протяжении между тяговыми подстанциями имеет одно и то же значение. Желательно организовать предварительный прогрев проводов, чтобы их температура поднялась выше нуля, и образование гололеда стало невозможным. В этом случае плотность тока, необходимого для нагрева проводов, составляет 2,5–3,5 А/мм². Если же гололед уже образовался на проводах, то необходимо иметь плотность тока 6,5–8 А/мм².

Для создания цепи нагревающего тока провода или соединяют с рельсами, применяя специальные разъединители, или на двухпутных линиях провода двух путей включают петлей. Как только лед с проводов опадает, нагревание прекращают.

Плавку гололеда предусматривают в III-V гололедных районах и осуществляют по схемам, которые мы рассмотрим ниже. Путь тока плавки на всех схемах указан стрелками.

На дорогах переменного тока движение поездов во время плавки можно не прерывать, но должно быть исключено замыкание секционных изоляторов на съездах между главными путями. На дорогах постоянного тока движение поездов из-за недостаточного напряжения временно прекращают.

На однопутных участках переменного токаплавку гололеда производят сразу на двух зонах между подстанциями. Схема плавки гололеда приведена на рисунке 152.

Рисунок 152 – Схема плавки гололеда на однопутных участках переменного тока

Среднюю тяговую подстанцию ТП2 отключают, а расположенную около нее нейтральную вставку шунтируют, включая секционные разъединители. Посты секционирования также отключают от сети и для создания цепи тока включают продольные разъединители. На тяговой подстанции ТП1 к сети подключают фазу а (или b), а на подстанции ТП3 – фазу b (или а), осуществляя таким образом замыкание разных фаз через контактную сеть между подстанциями ТП1 н ТП3.

На двухпутных участках переменного токафазы замыкают на одной из тяговых подстанций через контактные сети обоих путей, соединяемые запасной шиной другой подстанции (как это показано на рисунке 153) или поперечным секционным разъединителем, установленным у другой подстанции.

Рисунок 153 – Схема плавки гололеда на двухпутном участке переменного тока

На дорогах постоянного токадля плавки гололеда применяют схемы, где ток, подогревающий провода, проходит на контактную сеть от шины «+» и далее возвращается к шине «−». На однопутныхучастках применяют схему, в которой используются рельсы (см. рисунок 154).

Рисунок 154 – Схема плавки гололеда на однопутных участках постоянного тока

На двухпутныхучастках осуществляется одновременная плавка гололеда на контактных подвесках обоих путей, рельсовые цепи в схему плавки гололеда не входят.(см. рисунок 155)

Рисунок 155 – Схема плавки гололеда на двухпутных участках постоянного тока

На второстепенных путях станций, на деповских парковых путях и нейтральных вставках плавку гололеда осуществить не удается и поэтому применяют механические способы очистки проводов. Эти же способы в сочетании с электрическим могут быть применены и на главных путях.

Для устранения льда с проводов контактной сети механическим способом применяют различные приспособления. Широкое распространение получили токоприемники с вибрационной установкой, которую монтируют на специальном полозе, расположенном на переднем по ходу токоприемнике вместо нормального полоза, а также устройства для механической очистки от льда, располагаемые на изолированной вышке автодрезины или автомотрисы.

Низкие температуры

В зимнее время создаются условия, осложняющие работу полукомпенсированных цепных подвесок и воздушных линий, так как натяжение несущих тросов и других некомпенсированных проводов значительно увеличивается, а стрелы провеса контактных проводов получают отрицательные значения, В результате этого контактный провод приближается к основному стержню фиксатора, ухудшается качество токосъема и возможны удары токоприемников по фиксаторам. Повышенное натяжение может вызвать обрыв несущего троса и других проводов в тех местах, где была нарушена целость отдельных жил или допущено завышение натяжения в процессе регулировки.

Кроме того, при значительных отрицательных стрелах провеса могут произойти поджатия токонесущих проводов к заземленным конструкциям и в результате – пережог проводов.

В условиях низких температур происходит застывание смазки в шарнирах токоприемников, если смазка не предназначена для работы при таких температурах. Это вызывает уменьшение активного и увеличение пассивного нажатий токоприемников вследствие возрастания сил трения в шарнирах, ухудшение контакта полоз – провод и в результате повышенный износ контактного провода, его пережоги и поломку токоприемника. Застывание смазки, если она не заменена на зимнюю, происходит также в компенсирующих устройствах, разъединителях и приводах.

Контактную сеть необходимо рассчитывать на минимальные значения температур при проектировании, а при монтаже строго соблюдать расчетные параметры регулировки.