ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Ярославский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Московский государственный университет путей сообщения»

(Оценка)

(Подпись, Дата)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Пояснительная записка

КП 130207. 06. 00 ПЗ

Специальность: 130207 Электроснабжение (по отраслям)

Дисциплина: Контактная сеть

Тема: Контактная сеть участка железной дороги, электрифицируемого на переменном токе

Выполнил студент И.М. Кулаков

Группа ЯРЭС-211

Руководитель Ю.М. Белоусов

2015

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

1 Расчет цепных контактных подвесок станции и перегона 10

1. Определение нагрузок, действующих на провода контактной сети 10

2. Определение максимально-допустимых длин пролетов 18

1. Разработка схемы питания и секционирования контактной сети

станции и прилегающих перегонов 22

2.1 Продольное секционирование 22

2.2 Поперечное секционирование 22

3. Трассировка контактной сети 23

   1. Трассировка контактной сети станции 23

   2. Трассировка контактной сети перегона 25

4. Проход контактной подвески под пешеходным мостом 28

5. Проход контактной подвески по металлическому мосту

(с ездой по низу) 29

Заключение 31

Список используемых источников 32

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня российские железные дороги включают в себя 17 дорог, общая эксплуатационная длина которых совсем недавно составила 86,2 тыс. км. Электрифицированные железные дороги составляют примерно 51% общей протяженности Российских железных дорог, выполняя при этом 84,5% перевозок и обеспечивая большую часть пригородных перевозок пассажиров. Протяженность электрифицированных линий равна 42,9 тыс. км, из них 24,7 тыс. км на переменном токе, что составляет 50,6 % всей длины железнодорожных путей.

Как известно первой тягой, которая применялась на железных дорогах, была паровозная, затем тепловозная. Но вскоре потребность в увеличении грузовых и пассажирских перевозок привела к тому, что встал вопрос об использовании электрической тяги. Решение этого вопроса давала большую перспективу развития железнодорожного транспорта в целом, ведь переход к применению электроэнергии имеет свои положительные стороны:

- отсутствие загрязнения окружающей среды;

- больший коэффициент полезного действия;

- снижение себестоимости.

Электрифицированная железная дорога одновременно решает еще одну важную задачу – осуществляет электроснабжение районов, прилегающих к дороге: промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Для сравнения: в 1975 г. нетранспортным потребителям передано 26 млрд. кВт-ч при общем потреблении 48,9 млрд. кВт-ч т.е. более 50 %.

Электрификация железной дороги повышает пропускную способность, надежность работы, сокращает эксплуатационные расходы, позволят сделать железнодорожный транспорт более комфортабельным. На электрифицированных железных дорогах имеется возможность возврата части электроэнергии в контактную сеть при движении поезда на спусках и при торможении.

В России электрификация железных дорог началась 29 августа 1929 года. В этот день была завершена электрификация первого участка Москва - Мытищи длиной 18 км на постоянном токе и по немупрошел первый электропоезд с пассажирами. Сначала в контактной сети участка было напряжение 1,5 кВ, но в дальнейшем его увеличили до 3 кВ.Началась новая эра для железных дорог нашей страны.

Следующим этапом стала электрификация на переменном токе: 29 декабря 1955г - знаменательная дата в истории электрификации железных дорог страны. В этот день введен в эксплуатацию 1-ый опытный участок Ожерелье - Михайлов Московской дороги длиной 85 км, электрифицированный на однофазном переменном токе промышленной частоты напряжением 22 кВ.

Участок в 1956г был продлен от ст. Михайлов до ст. Павелец-1, общая длина его составила 137 км.

Благодаря настойчивости ученых, проектировщиков и эксплуатационников многие трудности, возникшие в процессе освоения, были преодолены. И уже в марте 1959г напряжение в контактной сети переменного тока было повышено с 22 до 25 кВ. К этому времени часть дорог была электрифицирована на постоянном токе. Это привело к необходимости строительства станций стыкования. Эти станции включают в себя устройства и оборудование как постоянного, так и переменного тока и имеют высокий уровень оснащенности.

Электрохозяйство железных дорог включает в себя различные подразделения и от слаженности их работы зависит качество подаваемой на электроподвижной состав электрической энергии. На локомотивнапряжение поступает через контактную сеть. Но что же такое контактная сеть?

Контактная сеть - это совокупность различных устройств: опоры, контактный провод, несущий трос, жесткие и гибкие поперечины и многое другое. Для хорошего токосъема необходимо, чтобы контактная подвеска по своему устройству соответствовала определенным нормам и требованиям, к ним, например, относятся высота, натяжение и зигзаг контактного провода, натяжение несущего троса, длина пролета.Для того чтобы все нормы и требования были соблюдены, строятся монтажные планы перегонов и станций, что и является одним из заданий данного курсового проекта.

Рассматривая подробно контактную сеть, электрифицированную на постоянном токе необходимо отметить ее преимущества и недостатки по сравнению с контактной сетью, электрифицированной на переменном токе.

Электрифицированные участки переменного тока имеют более высокую энергетическую эффективность, меньшие на 5-6% суммарные потери энергии на тягу поездов. Они практически не ограничивают весовую норму составов, требуют при равных объёмах работы на 15-20% меньше локомотивов и локомотивных бригад, на них меньшая повреждаемость устройств электроснабжения и ЭПС. В результате себестоимость перевозок на участках переменного тока почти на 20% ниже, чем при электротяге постоянного тока”. Кроме того можно отметить следующее:

-сокращение в 2 раза расхода меди, в том числе при замене контактного провода;

-упрощение тяговых подстанций и значительное увеличение расстояний между ними;

-обеспечение более высокой долговечности контактного провода (75 – 80 лет для переменного тока, 20 – 25 лет для постоянного);

-отсутствие проблем токосъёма самого мощного ЭПС тяговых токов в режиме движения и токов централизованного снабжения составов на стоянке;

-исключение электрической коррозии блуждающими токами подземных сооружений вдоль трасс железных дорог.

Недостатками системы являются значительные электромагнитные помехи для линий связи, а также неравномерная нагрузка фаз внешней энергосистемы. Для повышения равномерности нагрузки фаз в контактной сети чередуются участки с разными фазами; между ними устраивают нейтральные вставки — короткие, длиной несколько сотен метров, участки контактной сети, которые подвижной состав проходит с выключенными двигателями, по инерции. Они сделаны для того, чтобы пантограф не перемыкал находящийся под высоким линейным (межфазным) напряжением промежуток между секциями в момент перехода с провода на провод. При остановке на нейтральной вставке на неё возможна подача напряжения от передней по ходу секции контактной сети.

Использование тока промышленной частоты наиболее экономично, но его внедрение встретило много трудностей. Поначалу использовали коллекторные электродвигатели переменного тока, преобразующие мотор-генераторы (однофазный синхронный электродвигатель плюс тяговый генератор постоянного тока, от которого работали тяговые электродвигатели постоянного тока), вращающиеся преобразователи частоты (дающие ток для асинхронных тяговых электродвигателей). Коллекторные электродвигатели на токе промышленной частоты работали плохо, а вращающиеся преобразователи были слишком тяжёлыми и неэкономичными.

Проанализировав контактную сеть, электрифицированную на постоянном токе необходимо понять сущность контактной подвески данного курсового проекта.

Контактная подвеска во взаимодействии с токоприемниками должна обеспечивать бесперебойный токосъем при движении поездов с установленными скоростями, весовыми нормами, размерами движения при расчетных климатических условиях района, в котором расположен электрифицированный участок, с оптимальным значением износа (сроком службы) контактных проводов и контактных вставок (пластин) токоприемников.Конструктивная высота контактной подвески в местах крепления к поддерживающим конструкциям, кроме искусственных сооружений, должна быть 1,8 м, но не более 2,4 м и не менее 1,5 м.

Тип и площадь поперечного сечения контактной подвески для перегонов и станций выбирают в той же зависимости на основании технико-экономического сравнения вариантов. При этом учитывается возможное в перспективе повышение скоростей и размеров движения поездов и массы грузовых поездов.

В данном курсовом проекте я применил подвеску типа КС 160.В местах установки такого типа контактной сети поезда разгоняются до скорости 160 километров в час. Такая подвеска проста и надежна в эксплуатации. Такая контактная сеть применяется на многих участках магистрали железной дороги.

1 Расчет цепных контактных подвесок станции и перегона

1.1Определение нагрузок, действующих на провода контактной сети

В режиме минимальной температуры несущий трос испытывает только вертикальную нагрузку – от собственного веса проводов контактной сети; ветер и гололед отсутствуют.

Расчет нагрузок, действующих на провода цепной контактной подвески, расположенных на главном пути, боковых путях станции, на насыпе и выемке производиться согласно приведенным формулам с использованием необходимых коэффициентов [1], [2].

Нормативное значение вертикальной линейной нагрузки от собственного веса проводов контактной подвески:

g_п = g_нт + n(g_кп + g_c) (даН/м) (1.1)

где g_нт – вес несущего троса;

n – число контактных проводов;

g_кп – вес контактного провода;

g_c – нагрузка от собственного веса струн и зажимов, величина принимается равной 0,05 даН/м

Для главного пути:

g_п = 0,783 +1* (0,89 + 0,05) = 1,723 (даН/м)

Для бокового пути:

g_п = 0,6 + 1 * (0,76 + 0,05) = 1,41 (даН/м)

В режиме гололеда с ветром на несущий трос действуют вертикальные нагрузки от собственного веса проводов контактной подвески, от веса гололеда на проводах подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос, покрытый гололедом.

g_гнт = n_r * 0,0009 * π * b_r * (d + b_r ) (даН/м) (1.2)

где n_r – коэффициент перегрузки, учитывающий влияние высоты расположения проводов над землей на интенсивность гололедных образований согласно рекомендациям технической литературы, величина принимается равной 1;

b_r – расчетная толщина корки гололеда, принимается равной нормативной толщине стенки гололеда 5 мм [2];

d – диаметр несущего троса, принимается равным 12,5 мм (табл. П1) [1].

Для главного пути:

g_гнт = 1,25 * 0,0009 * 3,14 * 5.8 * (12,5 +5,8) = 0,374 (даН/м)

Для бокового пути:

g_гнт = 1,25 * 0,0009 * 3,14 * 5,8 * (11 + 5,8 ) = 0,344 (даН/м)

Рассчитываем нагрузку на контактный провод от веса гололеда. На контактных проводах расчетную толщину стенки гололеда устанавливают равной 50 % толщины стенки, принятой для прочих проводов контактной сети, так как здесь учитывается уменьшение гололедообразования за счет движения электропоездов и плавки гололеда (если таковая имеется).

g_гкп = n_r * 0,0009 * π * b_r / 2 * (d_ср + b_r / 2) (даН/м) (1.3)

где d_ср – средний диаметр контактного провода

d_ср = (А + Н) / 2 (мм) (1.4)

где А – ширина сечения для контактного провода;

Н - высота сечения для контактного провода [1].

Для главного пути:

g_гкп = 1,25 * 0,0009 * 3,14 * 5,8 / 2 * (12,305 + 5,8 / 2) = 0,155 (даН/м)

Для бокового пути:

g_гкп = 1,25 * 0,0009 * 3,14 * 5,8 / 2 * (11,28 + 5,8 / 2) = 0,145 (даН/м)

Нагрузка от веса всех контактных проводов, покрытых гололедом, цепной контактной подвески рассчитывается по формуле:

g_гп = g_п + g_гнт + g_гкп * n (даН/м) (1.5)

Для главного пути:

g_гп = 1,723 + 0,374 + 0,155*1 = 2,252 (даН/м)

Для бокового пути:

g_гп = 1,41 + 0,344 + 0,145*1 = 1,899 (даН/м)

В режиме максимального ветра на несущий трос действуют следующие нормативные линейные нагрузки: вертикальная – от веса проводов контактной подвески и горизонтальная – от давления ветра на несущий трос (гололед отсутствует).

Вертикальная линейная нагрузка от собственного веса 1 м проводов подвески определяется по формуле (1.1)

Нормативное значение горизонтальной ветровой нагрузки на несущий трос определяется по формуле:

р_нт = С_х * (k_v * v_max)² / 16 * (d / 1000) (даН/м) (1.6)

где С_х – аэродинамический коэффициент лобового сопротивления ветру, отнесенный к площади сечения провода [2];

k_v – коэффициент ветрового воздействия в зависимости от рельефа местности [2]

Для главного пути:

р_нт = 1,25 * (1 * 29)² / 16 * (12,5 / 1000) = 0,65 (даН/м)

Для бокового пути:

р_нт = 1,25 * (1 * 29)² / 16 * (11 / 1000) = 0,57 (даН/м)

Для насыпи:

р_нт = 1,25 * (1,16 * 29)² / 16 * (12,5 / 1000) = 0,76 (даН/м)

Для выемки:

р_нт = 1,25 * (0,7 * 29)² / 16 * (12,5 / 1000) = 0,45 (даН/м)

Ветровая нагрузка на контактный провод в режиме максимального ветра определяется по формуле:

р_кп = С_х * (k_v * v_max)² / 16 * (Н / 1000) (даН/м) (1.7)

Для главного пути:

р_кп = 1,25 * (1 * 29)² / 16 * (11,8 / 1000) = 0,61 (даН/м)

Для бокового пути:

р_кп = 1,25 * (1 * 29)² / 16 * (10,8 / 1000) = 0,56 (даН/м)

Для насыпи:

р_кп = 1,25 * (1,16 * 29)² / 16 * (11,8 / 1000) = 0,71 (даН/м)

Для выемки:

р_кп = 1,25 * (0,7 * 29)² / 16 * (11,8/ 1000) = 0,43 (даН/м)

Ветровая нагрузка на несущий трос, покрытый гололедом, определяется по формуле:

р_гнт = С_х * (k_v * v_r)² / 16 * ((d + 2 * b_p) / 1000) (даН/м) (1.8)

Для главного пути:

р_гнт = 1,25 * (1 * 15)² / 16 * ((12,5 + 2 * 5,8) / 1000) = 0,42 (даН/м)

Для бокового пути:

р_гнт = 1,25 * (1 * 15)² / 16 * ((11+ 2 * 5,8) / 1000) = 0,39 (даН/м)

Для насыпи:

р_гнт = 1,25 * (1,16 * 15)² / 16 * ((12,5 + 2 * 5,8) / 1000) = 0,49 (даН/м)

Для выемки:

р_гнт = 1,25 * (0,7 * 15)² / 16 * ((12,5+ 2 * 5,8) / 1000) = 0,29 (даН/м)

Ветровая нагрузка на контактный провод, покрытый гололедом, определяется по формуле:

р_гкп = С_х * (k_v * v_r)² / 16 * (Н + b_p) / 1000 (даН/м) (1.9)

Для главного пути:

р_гкп = 1,25 * (1 * 15)² / 16 * (11,8 + 5,8) / 1000 = 0,30 (даН/м)

Для бокового пути:

р_гкп = 1,25 * (1 * 15)² / 16 * (10,8 + 5,8) / 1000 = 0,29 (даН/м)

Для насыпи:

р_гкп = 1,25 * (1,16 * 15)² / 16 * (11,8 + 5,8) / 1000 = 0,35 (даН/м)

Для выемки:

р_гкп = 1,25 * (0,7 * 15)² / 16 * (11,8 + 5,8) / 1000 = 0,21 (даН/м)

Суммарная нагрузка на несущий трос при максимальном ветре определяется по формуле:

q_{v max} = √g_п² + р_нт² (даН/м) (1.10)

Для главного пути:

q_{v max} = √1,723²+ 0,65² = 1,83(даН/м)

Для бокового пути:

q_{v max} = √1,41²+ 0,57² = 1,50(даН/м)

Для насыпи:

q_{v max} = √1,723²+ 0,76² = 1,87 (даН/м)

Для выемки:

q_{v max} = √1,723²+ 0,45² = 1,77 (даН/м)

Расчет проводов на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок ведут по суммарным нагрузкам, определяемым геометрическим сложением вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Суммарная нагрузка на несущий трос в режиме гололеда с ветром определяется по формуле:

g_{г max} = √g_гп²+ р_гнт² (даН/м) (1.11)

Для главного пути:

g_{г max} = √2,252² + 0,42² = 2,29 (даН/м)

Для бокового пути:

g_{г max} = √1,899² + 0,39² = 1,92 (даН/м)

Для насыпи:

g_{г max} = √2,252² + 0,49² = 2,3 (даН/м)

Для выемки:

g_{г max} = √2,252² + 0,29² = 2,27 (даН/м)

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Нагрузки, действующие на провода контактных подвесок

Тип подвески		Для конт. подвески гл. прямого участка пути и кривых различного радиуса	Для конт. подвески боковых путей станции	Для конт. подвески, расположенной на насыпи	Для конт. подвески, расположенной в выемке
Нагрузки, даН/м	gкп	0,89	0,76	0,89	0,89
	gнт	0,783	0,6	0,783	0,783
	gc	0,05	0,05	0,05	0,05
	gп	1,723	1,41	1,723	1,723
	br	5,8	5,8	5,8	5,8
	gгнт	0,374	0,344	0,374	0,374
	gгкп	0,155	0,145	0,155	0,155
	gгп	2,252	1,899	2,252	2,252
	dср	12,305	11,28	12,305	12,305
	рнт	0,65	0,57	0,76	0,45
	ркп	0,61	0,56	0,71	0,43
	ргнт	0,42	0,39	0,49	0,29
	ргкп	0,30	0,29	0,35	0,21
	qv max	1,88	1,50	1,87	1,77
	qг max	2,29	1,92	2,30	2,27

Расчетным режимом выбираем режим гололеда.