Особливості конструкції контактної мережі змінного струму для швидкостей руху 160-200 км/год для залізниць України Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.332.3

В. В. БОЖКО, О. О. КРАСНОВ, С. В. ДЕМЧЕНКО (ДНДЦ УЗ)

Державний науково-дослщний центр залiзничного транспорту УкраТни, вул. I. Федорова, 39, м. КиТв-38, 01038, УкраТна, тел. (044) 465-38-10, ел. пошта: ЬоЕИко vv@mail.ru. ОЯСЮ: огас1.ога/0000-0002-3963-8461

ОСОБЛИВОСТ1 КОНСТРУКЦП КОНТАКТНО1 МЕРЕЖ1 ЗМ1ННОГО СТРУМУ ДЛЯ ШВИДКОСТЕЙ РУХУ 160-200 КМ/ГОД ДЛЯ ЗАЛ1ЗНИЦЬ УКРА1НИ

Вступ

Одним з найважливших напрямкiв розвитку транспортно! iнфраструктури залiзниць Укра!-ни е електрифiкацiя дiлянок з iнтенсивним ру-хом вантажних i пасажирських по!здiв, а також оновлення пристро!в електропостачання на ю-нуючих електрифiкованих дшянках. Окремi лшп повиннi стати полпонами прискореного та швидкiсного руху пасажирських по!здiв.

При пiдвищеннi вагових норм та швидкос-тей руху змшюються умови роботи контактно! мережi (КМ): розширюеться температурний дiапазон, зростають струмовi та механiчнi на-вантаження. Динамiчнi процеси взаемоди КМ i струмоприймача суттево впливають на якiсть струмозшмання при швидкiсному русi [1].

Разом з тим, слщ вiдмiтити ряд проблем, яю не дозволяють забезпечувати ефективну роботу КМ на залiзницях Укра!ни:

- старiння та знос контактних мереж на зна-чнш частинi електрифiкованих дiлянок УЗ е головною причиною !х незадовшьно! експлу-атацшно! надiйностi [2];

- при електрифшацп вiтчизняних залiзниць використовуються типовi проекти сери 7.501-1 «Контактная сеть электрифицированных железных дорог и воздушные линии на опорах контактной сети», розроблеш шститутом «Трансэлектропроект» у 70-80 рр. минулого столiття. Ряд технiчних ршень, представлених у проектах, не вщповщають сучасному рiвню розвитку науки i технiки та потребують онов-лення;

- необидно розробити КМ для дшянок зi швидкiсним рухом по!здiв.

Аналiз свiтового досвiду проектування та експлуатаци сучасних контактних мереж показав необхщнють наближення вiтчизняних норм i стандартiв до мiжнародних, перегляду розра-хункових методик i принципiв проектування, розробки нових техшчних рiшень i окремих вузлiв та деталей контактно! мереж^ удоскона-лення системи техшчного обслуговування та ремонту КМ.

Основнi технiчнi характеристики контак-тноТ мереж1

На замовлення Головного управлiння елект-рифiкацi! та електропостачання (ЦЕ) «Укрзал> знищ» фахiвцями ДНДЦ УЗ здiйснено розроб-ку типових технiчних рiшень контактно! мереж змiнного струму для швидкостей руху 160200 км/год (проект КМ-200-25). Розробленi проектнi рiшення включають в себе:

- схеми шдвюки, спряжень та вузлiв контактно! мереж1;

- конструкцiю iзольованих горизонтальних консолей, !х робочi креслення, типорозмiри, схеми встановлення i таблицi застосування;

- розрахунки консолей на мщшсть;

- каталог арматури контактно! мереж змшно-го струму для швидкостей руху 160-200 км/год.

Для розв'язання поставлено! задачi були проведет дослiдження, яю включали в себе вивчен-ня заруб1жних нормативних документа, досвiду експлуатацi! аналогiчних контактних шдвюок в Росi! та iнших кра!нах, виконання iнженерних розрахунюв та проектування КМ. Результатом дослщжень стали основт технiчнi характеристики i проектш параметри КМ-200-25.

Важливою задачею при проектуванш КМ е визначення натягу проводiв. Використання методу допустимих напружень [3] не дозволяе реалiзувати натяг, необхiдний для КМ при ви-соких швидкостях руху. Тому максимальний допустимий натяг розраховано методом грани-чних станiв вiдповiдно до стандарту БК 50119 [4]. Розрахункове значення натягу несучого тросу М-120 складае Ттах = 23,50 кН, контактного проводу БрФ-120 Ктах = 23,67 кН.

Основт техтчт характеристики контактно! мережi КМ-200-25 наведено в табл. 1.

За результатами розрахунюв навантажень i згинальних моментiв обрано опорш та тдтри-муючi конструкцп залежно вiд умов застосування. Мшмальний радiус кривих при цьому прийнято 1500 м.

Розрахунок динамiчних параметрiв (табл. 2) показав, що при обраних значеннях натягу про-водiв КМ-200-25 вiдповiдае европейським нормам [5]._

© Божко В. В. та ш., 2015

Таблиця 1

Основш технiчнi характеристики контактно'! мережi КМ-200-25

Найменування техшчних характеристик Параметри

Несучий трос (головш коли) М-120

Натяг несучого тросу, кН 18

Контактний провiд (головнi коли) БрФ-120

Натяг контактного проводу, кН 20

Струни, марка проводу струн мiрнi регульованi, МГ-16 або БеН-Ю

Пщсилюючий провщ 2хАС-150 або А-185

Максимально допустимий тривалий струм контактно! шдвюки, А з пiдсилюючим проводом А-185 1280 1536

Максимальна довжина прольоту, м 65

Конструктивна висота шдвюки, мм 1800

Висота контактного проводу вщ рiвня головки рейки (РГР), мм 6000

Стрша провисання контактного проводу в серединi прольоту, мм 35

Допустимий середнш знос контактного проводу, % 20

Максимальний мiсцевий знос контактного проводу, % 25

Максимально допустиме вщхилення натягу несучого тросу, % на прямих дiлянках на кривих ±5 ±10

Спряження анкерних дiлянок неiзольованi та iзольованi 3- або 4-прольотш

Максимальна довжина анкерно! дшянки, м 1400 (2x700)

Вiдхилення висоти пiдвiшування контактного проводу в опорних вузлах на сумiжних опорах, мм, не бшьше ±30

Допустимi основнi ухили контактного проводу при змш висоти його шдвшування (з перехiдними 2-3 дiлянками з ухилом 0,5 вщ вказаних) 0,001

Розрахункове приведене натиснення струмоприймача, Н 120

Допустимий тдйом контактного проводу в момент проходження струмоприймача, мм 120

Максимально допустимий вшьний пiдйом контактного проводу в опорному вузл^ мм 240

Допустимий штервал температур (на перегонi / на станци) 120/100

Необхiднiсть вертикального регулювання контактного проводу при знос 10%

Розрахункова швидкiсть руху, км/год 200

Таблиця 2

Динамiчнi параметри КМ-200-25 при швидкосп 200 км/год

Найменування параметра Норма Розрахунок

Швидкють розповсюдження поперечно! хвил^ км/год не менше 330 481

Коефщент вщбиття не бiльше 0,5 0,486

Коефiцieнт Доплера не менше 0,28 0,413

Коефщент пiдсилення не бшьше 2 1,176

© Божко В. В. та ш., 2015

Конструкция контактноТ мережа

Схемш та конструктивш ршення КМ-200-25 мають ряд вщмшностей вщ заруб1жних ана-лопв [6] та росшського проекту КС-200-25 [7]. Це пояснюеться дещо шшими техшчними ви-могами до КМ-200-25 та наявним асортимен-том вузл1в та деталей КМ, що випускаються вггчизняною промисловютю.

На рис. 1 зображена типова схема армування пром1жно'1 опори. Контактна тдвюка головних колш перегошв 1 станцш - вертикальна компе-нсована, без ресорного тросу. На опорах мо-жуть тдвшуватися проводи ДПР, екрануюч1 та тдсилююч1 проводи.

У КМ-200-25 передбачаеться застосування провод1в з тдвищеними мехашчними власти-востями:

- несучого тросу (НТ) М-120 з натягом 18 кН, розривне зусилля не менше 43,6 кН;

- контактного проводу (КП) БрФ-120 з натягом 20 кН, отр при розтягненш не менше 411,6 Н/мм2.

Проектне положення контактного проводу, а також задовшьний струморозподш м1ж проводами тдвюки забезпечуеться за допомогою мь рних струмопровщних струн (рис. 2), регульо-ваних по довжиш. Матер1ал струн - багатодро-товий м1дний гнучкий провод МГ-16 або брон-зовий Б2П-10. Розташування струн, 1х довжина 1 м1жструнов1 прольоти визначаються при ро-бочому проектуванш 1 оформлюються у вигляд1 монтажних карток для кожного прольоту.

Електричш з'еднувач1 м1ж НТ, КП та тдси-люючим проводом повинш встановлюватися в прольотах анкерованих гшок спряжень, з обох боюв вщ середньо1 анкеровки 1 додатково посе-редиш м1ж вказаними мюцями. Матер1ал елек-тричних з'еднувач1в - провод М-95.

Спряження анкерних дшянок виконуються 3- або 4-прольотними, залежно вщ довжини переходного прольоту. 1золюючим елементом на спряженнях 1з секщонуванням е натяжш по-л1мерш 1золятори. Консол1 на перехщних опорах повинш встановлюватися на окремих опорах для кожно'1 тдвюки. Ц75

Рис. 1. Армування пром1жно'1 опори з нормальним габаритом на прямш. Насип, нульове м1сце

© Божко В. В. та iH., 2015

Нейтральна вставка для моторвагонно! тяги може виконуватися у двох варiантах: iз спря-женнями або з секцiйними iзоляторами тдви-щено! довжини.

Анкеровка несучого тросу i контактного проводу е роздшьною в рiзних рiвнях. У проек-тi передбачено виконання вузла анкеровки iз залiзобетонними або з чавунними вантажами, розроблено графши регулювання положення вантажiв при монтажi. Компенсащю темпера-турних перемiщень НТ i КП забезпечуе блоко-во-полiспастний компенсатор КП-3-30 з коеф> цiентом передачi 3:1 i максимальним робочим навантаженням 30 кН. Заспокоювач вантажiв виконуеться тросовим.

У якост опорних конструкцiй в проект прийнято залiзобетоннi опори СС136.6 (136.7) на фундаментах типу ТС-100, ТС-120. Габарити промiжних опор, як правило, типовi 3,3 м i 4,9 м. У обгрунтованих випадках допускаеться встановлення опор з габаритом 5,7 м. Габарити анкерних опор повиннi вибиратися так, щоб вiдхилення анкеровано! пiдвiски вщ !! напрямку в горизонтальнiй площиш вздовж колi! в переходному прольотi не перевищувало 5°.

Консолi контактно! пiдвiски iзольованi горизонталью. Передбачено три серi! консолей: без шдкосу 1Г, з пiдкосом 1ГП та консолi середньо! анкеровки 1ГС. У консолях використовуються зчленованi прямi фiксатори Ф1П, зворотнi Ф1З та анкерш Ф1А.

Типова консоль (рис. 3), складаеться з горизонтального стрижня 1, до якого через поворо-тний затискач 4 кршиться несучий трос (а на консолях 1ГС також трос середньо! анкеровки несучого тросу), похилого стрижня 2, та шдкосу 3. З'еднання стрижшв мiж собою, а також з

шдкосом та фшсатором 5 виконуеться за допо-могою спещальних вузлiв. При габаритi опори бшьше 4,5 м консолi встановлюються на спещальних подовжувачах 7. Залежно вiд мiсця встановлення фiксатори кршляться до консолей за допомогою жорстких розшрок 6 або пiдтри-муючих струн.

Консол^ основнi стрижнi фiксаторiв та жор-сткi розпiрки виготовляються iз стальних без-шовних холоднодеформованих труб по ГОСТ 8734-75 i мають захисне цинкове покриття.

Вимоги до арматури КМ, застосовано! в проектi, визначаються ГОСТ 12393-77 та Тех-нiчним завданням на проектування КМ-200-25, затвердженим ЦЕ 27.11.2008 р. Арматура, що сприймае натяг проводiв подовжньо! пiдвiски, повинна забезпечувати мщшсть задiлу не мен-ше 90% вiд розривного зусилля проводiв.

Арматура повинна виконуватися методом лиття зi сталi або чавуну марок КЧ-33-8 або ВЧ-40. Крiпильнi вироби (болти, гайки i шайби) повиннi мати захисне цинкове покриття [8]. Детал^ що з'еднуються з бронзовим контакт-ним проводом, допускаеться виготовляти з бронзи або латуш.

Останнiм часом вiтчизняними виробниками освоено виробництво ряду нових деталей КМ. Зокрема, ТОВ ЛМЗ «ВЕСТА» розроблено бро-нзовi затискачi для електричних з'еднувачiв, затискач середньо! анкеровки несучого тросу (рис. 4), безболтовi затискачi. При виготовленнi цих деталей застосовуеться технолопя об' емного гарячого штампування. Це забезпе-чуе пiдвищення мехашчно! мiцностi матерiалу, стабiльнiсть якостi, оптишзащю виробiв по ма-сi та габаритам. Таю деталi знайшли широке застосування у вузлах КМ-200-25.

Затискач сгруновий несучого тросу

Наконечник

Затискач регулквапьний-Хоу1

Конгактний провщ-

Зат искан сгруновий контактного провцоу

Рис. 2. Струна м1рна регульована

© Божко В. В. та ш., 2015

електропостачання

^ро^еуирЫу

1 нг

Рис. 4. Затискач середньо! анкеровки несучого тросу 052-9

Контактна тдвюка на станщях повинна за-кршлюватися на жорстких поперечинах з вико-ристанням консольних стшок, що виключае мехашчний зв'язок тдвюок сусщшх колш. На з'!здах м1ж головними кол1ями 1 кол1ями, що примикають до них, повинш встановлюватися секцшт 1золятори з погонною масою 4 кг/м.

Технолопя монтажу провод1в контактно!' т-двюки 1 поздовжнього регулювання повинна забезпечувати мш1мальне вщхилення вщ проектного натягу. На кожнш анкернш дшянщ натяг несучого тросу у компенсатор1в повинен вщповщати розрахунковому.

Розробка та практичне вщпрацювання технологи спорудження швидкюно! контактно!' мереж1, а також метод1в д1агностики 11 параме-тр1в на сьогодт залишаються актуальними на-уково-техшчними задачами.

Висновки

Результатом проведених дослщжень та роз-робок стали типов1 техшчт ршення контактно!' тдвюки змшного струму для швидкостей руху по!зд1в 160-200 км/год. Окрем1 вузли та детал1 КМ-200-25 можуть успшно використовуватись при реконструкщ! дшянок зал1зниць з1 швидко-стями руху до 160 км/год. У рамках подальшо!' роботи над проектом плануеться розробка вуз-л1в контактно! мереж1 на станщях та анкеровок контактно! тдвюки на металевих опорах.

© Божко В. В. та ш., 2015

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Миронос, Н. В. Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на постоянном токе / Н. В. Миронос, П. Г. Тюрнин; Сб. науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ». - Москва: Интекст, 2010. - 192 с.

2. Корниенко, В. В. Эксплуатационная надежность контактных сетей переменного тока железных дорог Украины / В. В. Корниенко, И. В. Доманский // Залiзничний транспорт Украши. - 2009. - Вип. 4. -С. 22-27.

3. ВБНВ.2.3-3-2009. Споруди транспорту. Контактна мережа. Норми проектування. - Затв. Наказом МТЗУ вад 04.08.2009 № 826. - Кив, 2009. - 188 с.

4. EN 50119:2009. Railway applications. Fixed installations. Electric traction overhead contact lines. — European Standard, CELENEC, 2009.

5. 2002/733/EC. Commission decision of 30 May 2002 concerning the technical specification for interoperability relating to the energy subsystem of the trans-European high-speed rail system referred to in Article 6 (1) of Directive 96/48/EC // Official Journal of the European Communities. — 12.09.2002. — L 245 / P. 280369.

6. Design of high speed overhead contact lines and its execution in projects [Electronic resource]. - Mode of access: www.uic.org/apps/presentation/tessun.pdf. -Title from the screen. - Date of Access: 20.06.2014.

7. Беляев, Н. В. Новые типовые проектные решения «УКС» по контактным сетям КС-200 и КС-160 / Н. В. Беляев, Д. И. Чередников // Электрификация и развитие инфраструктуры энергообеспечения тяги поездов на железнодорожном транспорте: тезисы докл. шестого международного симпозиума «Элтранс-2011». - СПб.: ПГУПС, 2011. - 14 c.

8. Шеремет, О. П. Удосконалення арматури ко-нтактних пвдвюок для полшшення струмозшмання в умовах швидшсного руху / О. П. Шеремет, В. О. Дьяков, В. Г. Сиченко // Электрификация транспорта: тезисы докл. междунар. научно-практ. конф. (3.06 - 5.06.2009). - Мисхор, 2009. - С. 70-71.

Надшшла до друку 12.05.2015.

REFERENCES

1. Mironos N. V., Tyurnin P. G. Tokosyem i tyago-voe elektrosnabzhenie pri vysokoskorostnom dvizhenii na postoyannom toke [Current collection and traction power during high-speed driving at a CC]. Moskow, Intekst Publ., 2010. 192 p.

2. Korniyenko V. V., Domanskiy I. V. Eksplu-atatsionnaya nadezhnost kontaktnyh setey peremennogo toka zheleznyh dorog Ukrainy [Operational reliability catenary AC railways of Ukraine]. Zaliznychnyi transport Ukrainy — Railway transp. of Ukraine, 2009, issue 4, pp. 22-27.

3. VBN V.2.3-3-2009. Sporudy transportu. Kon-taktna merezha. Normy proektuvannya [Transp. facilities. Contact network. Design standards]. Kyiv, Standartinform Publ., 2009. 188p.

4. EN 50119:2009. Railway applications. Fixed installations. Electric traction overhead contact lines — European Standard, CELENEC, 2009.

5. 2002/733/EC. Commission decision of 30 May 2002 concerning the technical specification for interoperability relating to the energy subsystem of the trans-European high-speed rail system referred to in Article 6 (1) of Directive 96/48/EC. Official Journal of the European Communities. 12.09.2002, L 245, P. 280-369.

6. Design of high speed overhead contact lines and its execution in projects. Available at: www.uic.org/apps/presentation/tessun.pdf. (Accessed 20 June 2014).

7. Belyaev N. V., Cherednikov D. I. Novye tipovye proektnye resheniya «UKS» po kontaktnym setyam KS-200 i KS-160 [New model design decisions "UCN" on contact networks CN-200 and CN-160]. Tezisy shesto-go mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans-2011. Elektrifikatsiya i razvitie infrastruktury energoobespecheniya tyagi poezdov na zheleznodorozhnom transporte» [Sixth Int. Symposium "Eltrans 2011. Electrification and energy infrastructure traction trains in rail transport"]. SPb., PGUPS Publ., 2011. 14 p.

8. Sheremet O. P., Dyakov V. O., Sychenko V. G. Udoskonalennya armatury kontaktnykh pidvisok dlya polipshennya strumoznimannya v umovakh shvyd-kisnogo rukhu [Improving reinforcement pin suspension to improve the current collection in terms of high-speed traffic]. Tezisy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii "Elektrifikaciya transporta (3.06 - 5.06.2009)" [Proc. of the Int. Scientific and Practical Conf. "Electrification of transport"]. Mishor, 2009, pp. 70-71.

Внутршнш рецензент Гетьман Г. К. Зовшшнш рецензент Панасенко М. В.

Ключовi слова: швидюсний рух; контактна мережа; консоль; анкерна дшянка; несучий трос; контактний провщ.

У статп розглянуто особливостi конструкцп контактно' мережi змiнного струму для швидкостей руху 160-200 км/год для залiзниць УкраТни. Значна частина електрифiкованих залiзниць УкраТни потребують оновлення контактно' мережк У ДНДЦ УЗ розроблено проект контактно' мережi змiнного струму для швид-

© Божко В. В. та ш., 2015

KiCHOro руху (КМ-200-25). У результатi проведених дослщжень визначено ïï ochobhî TexHi4Hi характеристики та проекты параметри. При цьому використовувалися зарубiжнi нормативы документи, свтовий досвщ проектування та експлуатацп аналoгiчних контактних мереж. Гoлoвнi конструктивы вщмшносп КМ-200-25 вiд традицiйних тдвюок — пiдвищений натяг несучого тросу i контактного проводу, використання мiрних струмoпрoвiдних струн, регульованих по довжиш, компенсована рoздiльна анкеровка. Розроблено конс-трукцiю iзoльoваних горизонтальних консолей з кртленням несучого тросу у спешальному поворотному затискачi. Окремi вузли та деталi КМ-200-25 можуть успiшнo використовуватись при реконструкцп дiлянoк залiзниць зi швидкостями руху до 160 км/год.

УДК 621.332.3

В. В. БОЖКО, А. А. КРАСНОВ, С. В. ДЕМЧЕНКО (ДНДЦ УЗ)

Государственный научно-исследовательский центр железнодорожного транспорта Украины,

ул. И. Федорова, 39, г. Киев-38, 01038, Украина, тел. (044) 465-38-10, эл. почта: bozhko vv@mail.ru.

ORCID: orcid.org/0000-0002-3963-8461

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ 160-200 КМ/Ч ДЛЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ УКРАИНЫ

В статье рассмотрены особенности конструкции контактной сети переменного тока для скоростей движения 160-200 км/ч для железных дорог Украины. Значительная часть электрифицированных железных дорог Украины требует обновления контактной сети. В ДНДЦ УЗ разработан проект контактной сети переменного тока для скоростного движения (КМ-200-25). В результате проведенных исследований определены ее основные технические характеристики и проектные параметры. При этом использовались зарубежные нормативные документы, мировой опыт проектирования и эксплуатации аналогичных контактных сетей. Главные конструктивные отличия КМ-200-25 от традиционных подвесок — повышенное натяжение несущего троса и контактного провода, использование мерных токопроводящих струн, регулируемых по длине, компенсированная раздельная анкеровка. Разработана конструкция изолированных горизонтальных консолей с креплением несущего троса в специальном поворотном зажиме. Отдельные узлы и детали КМ-200-25 могут успешно использоваться при реконструкции участков железных дорог со скоростями движения до 160 км/ч.

Ключевые слова: скоростное движение; контактная сеть; консоль; анкерный участок; несущий трос;

контактный провод.

Внутренний рецензент Гетьман Г. К. Внешний рецензент Панасенко Н. В.

UDC 621.332.3

V. V. BOZHKO, A. A. KRASNOV, S. V. DEMCHENKO (DNDTS UZ)

State Railway Transport Research Center of Ukraine, I. Fedorova str., 39, Kiev, 01038, Ukraine, tel. (044) 465-38-10, e-mail: bozhko vv@mail.ru, ORCID: orcid.org/0000-0002-3963-8461

CONSTRUCTION FEATURES OF AC CONTACT NETWORK FOR DRIVING SPEEDS 160-200 KM/H FOR THE RAILWAYS IN UKRAINE

This article describes construction features of AC contact network for driving speeds 160-200 km/h for the railways in Ukraine in the article. The significant part of the electrified railways in Ukraine requires updating a contact network. There was developed a draft of AC contact network for high-speed driving in DNDC UR (KM 200 25). Research results showed its main technical characteristics and design parameters. The foreign regulatory documents, international experience of design and operation for similar contact networks were used. The main structural differences between KM 200 25 and the traditional hangers are the increased tension of the suspension cable and the contact wire, the using conductive dimensional strings, which are adjustable in length and the compensated separate anchorage. The construction of isolated horizontal mounting brackets with suspension cable in a special twist clamp was developed. The individual components and spare parts KM-200-25 can be successfully used in the reconstruction of railway sections with speeds up to 160 km / h.

Keywords: high speed traffic; contact line; mounting bracket; anchor portion; suspension cable; contact wire.

Internal reviewer Getman G. K. External reviewer Panasenko M. V.

© Божко В. В. та ш., 2015 ISSN2307-4221 Електрифтащя транспорту, № 9. - 2015.