Нагрузки на провода контактной сети

Нагрузка от веса провода представляет собой постоянную вер­тикальную распределенную нагрузку, обозначаемую обычно буквой g. Расчетную массу проводов и тросов стандартных сечений берут из соответствующих стандартов (см. таблицы в гл. II) или справочников. Чтобы получить нагрузку от веса провода в один деканьютон на один метр (даН/м), необходимо массу, указанную в стандарте (кг/км), умножить на 9,81*10^-4 (округленно на 10~⁸) и разделить на 1000: Масса многопроволочного провода любой длины равна массе проволок ТОЙ же длины, из которых свит провод, умноженной на коэффициент скрутки. При наличии отрезка провода его массу определяют взвеши­ванием.

Нагрузку от веса зажимов и струн цепной подвески g_e принимают равномерно распределенной по длине пролета. Масса одной струны на сталемедной проволоки диаметром 4 мм, имеющей среднюю длину 1 м, равна примерно 0,1 кг (см. табл. 12); масса струнового зажима

-98-

046-76 равна 0,14 кг. При таких струнах и зажимах дополнительная нагрузка от них в подвеске с одним контактным проводом составит 0,05 даН/м, в подвеске с двумя контактными проводами — 0,1 даН/м.

Гололедная нагрузка вызывается гололедом, представляющим со­бой слой плотного (прозрачного или матового) льда стекловидного строения. Образование гололеда часто сопровождается значительным ветром. Переохлажденные капли влаги, наносимые ветром на провода, соединяются друг с другом и образуют ледяную корку, прочно сцеплен­ную с проводом.

Форма гололедных образований чрезвычайно разнообразна. Голо­лед отлагается преимущественно с наветренной стороны провода (рис. 74, а, б), но может распространиться и по всей окружности про­вода (рис. 74, в, г). Интенсивность гололеда характеризуется толщи­ной его стенки и плотностью, составляющей 0,6—0,9 г/см³. Чем боль­ше толщина стенки гололедных образований, тем меньше, как правило, его плотность. Нагрузка на провода и тросы от гололеда представляет собой вертикальную кратковременную нагрузку; ее рассчитывают ис­ходя из толщины стенки гололеда, приведенного к цилиндрической форме (рис. 75), с плотностью у — = 0,9 г/см³.

Толщину стенок гололеда определяют в соответствии с данными о гололедных отложениях, полученными специальными обследованиями и наблюдениями в районе электрифицируемого участка. Специальные обследования и наблюдения проводят в горной и пересеченной местностях, где должно быть учтено влияние характера рельефа на интенсивность гололедных от­ложений (на вершинах гор и холмов, на перевалах, на высоких насыпях, в глубоких

-99-

выемках и т. п,.}. В случае отсутствия таких данных нормативную толщину стенки гололеда устанавливают в соответствии с картой районирования территории СССР (см. предыдущее издание учебника по толщине стенки гололеда. Значения нормативных толщин стенок голо­леда b_н принимают для повторяемости 1 раз в 10 лет по табл. 17.

При пользовании картой районирования территории СССРпо толщине стенки гололеда в местах, прилегающих к границам гололед­ных районов (по ширине до 100 м), толщину стенки гололеда прини­мают ближайшей к большему значению.

Как показывают наблюдения, на толщину стенки гололеда на про­водах оказывает влияние диаметр проводов. Поэтому при определе­нии толщины стенки гололеда на проводах и тросах разных диаметров приведенные выше значения умножают на поправочный коэффици­ент k_т:

На интенсивность гололедных отложений большое влияние оказы­вает высота подвески проводов над поверхностью земли. Поэтому при расчете толщины стенки гололеда на проводах, расположенных на насывях, значения, относящиеся к тому или другому району, следует также умножить на поправочный коэффициент к’'_г :

Расчетная толщина стенки гололеда b = b_н к'_г к’'_г. Полученную расчетную толщину стенки гололеда с учетом поправочных коэффициен­тов к'_г и к’'_г допускается при определении нормативных гололедных нагрузок округлить до целой цифры.

На контактных проводах расчетную толщину стенки гололеда Ь_к устанавливают равной 50 % толщины стенки, принятой для прочих проводов контактной сети Ь, т. е. Ь_к = 0,56. Гололед на струнах цеп­ной подвески не учитывают.

Нормативную нагрузку от веса гололеда g^н_г , даН/м, на проводе

длиной 1 м согласно рис. 75 в зависимости от толщины стенки гололе­да 6, мм, определяют по формуле

которая после преобразований и подстановки в нее у — 900 кг/м⁸ приводится к виду

-100-

При Определении норма­тивных нагрузок на контакт­ные провода от веса гололеда в формулу (1) вместо b и d под­ставляют соответственно сред­ний расчетный диаметр кон­ тактного провода d_K и толщину стенки гололеда b_k.Значение d_K находят по формуле d_K = 0,5 (Н + А). Здесь Н и А -соответственно высота и ширина контактного провода, мм, которые даны в табл. 1.

Расчетную гололедную нагрузку на провода контактной сети g_Г находят как произведение нормативной гололедной нагрузки g^н_г на коэффициент перегрузки n_Г, т. е g_Г= g^н_г* n_Г.

Коэффициенты перегрузки n_Г принимают:

n’_Г = 1,25 — для участков контактной сети, сооружаемых в ме­стах с явно выраженным усилением гололедной нагрузки (возвышен­ности и перевалы, резко выделяющихся над окружающей местностью, наветренные склоны возвышенностей и речных долин, вершины хол­мов, насыпи высотой более 5 м); таким образом, гололедную нагрузку увеличивают на 25 % по сравнению с принятой для данного района;

n’’_Г = 0,75 — для участков контактной сети, расположенных в котловинах, узких долинах, проходящих меридиально, в местах сплошной застройки, в лесных массивах, не подлежащих вырубке, в выемках глубиной более 6 м, а также при наличии снегозащитных лесных полос вдоль железной дороги с высотой деревьев или зданий, превышающей высоту подвески контактного провода; таким образом» гололедную нагрузку уменьшают на 25 %.

Нагрузка от давления ветра р представляет собой горизонталь­ную кратковременную нагрузку. Давление ветра на провода кон­тактной сети зависит от скорости ветра, а также от размеров» конфигурации и положения подверженной действию ветра поверх­ности.

Ветровой поток в атмосфере считается турбулентным. Как пока­зывают наблюдения, скорость ветра беспорядочно изменяется (рис. 76) относительно основной (средней) скорости переноса воздуш­ных масс. В метеорологии это явление называется порывистостью (пульсацией) ветра. Давление ветра на провода имеет такой же харак­тер, как и скорость, т. е. на установившееся в среднем давление (кото­рое практически постоянно) накладывается пульсация давления, имеющая случайный характер.

Скоростной напор ветра q, представляющий собой кинетическую энергию 1 м³ воздуха, движущегося со скоростью v_, м/с, определяют по формуле

-101-

Значения скоростей (скоростных напоров) ветра устанавливают на основании анализа многолетних наблюдений метеорологических станций в районе электрифицируемой линии. При отсутствии досто­верных материалов (удаленность метеостанций от района электрифи­цируемой линии, краткий срок наблюдений и т. п.) средние ветровые нагрузки определяют, пользуясь так называемыми средними норма­тивными скоростями ветра v_Г или средними нормативными скоростны­ми напорами q_н в соответствии с картой районирования территории СССР по скоростным напорам ветра (см. предыдущее издание учебни­ка). Нормативные скорости ветра и скоростные напоры принимают для повторяемости 1 раз в 10 лет не менее указанных в табл. 18.

При определении длин пролетов контактных подвесок скорость ветра при гололеде v_ГП принимают равной 0,6 нормативного значения v _н для соответствующего ветрового района. В районах с нормативной толщиной стенки гололеда 15 мм и более скорость ветра при гололеде принимают v_ГН = 0,6 v_Н, на открытых местах — не менее 20 м/с. Во время расчета проводов и конструкций контактной сети скорость вет­ра при гололеде v_Г принимают равной 0,5 нормативных скоростей, приведенных в табл. 18.

Ветровые нагрузки на провода контактной сети зависят как от средней скорости ветра, так и от характера поверхности окружающей местности и высоты расположения проводов над землей.

На параметры воздушного потока существенно влияет шерохова­тость поверхности. При большом значении параметра шероховатости Z₀ уменьшается скорость ветра, а степень турбулентности потока уве-

-102-

личивается. Над гладкой же поверхностью увеличивается средняя скорость ветра, а коэффициент динамичности (отношение переменной со­ставляющей к средней его скорости) уменьшается.

Другим параметром турбулентного воздушного потока, влияющим на его структуру, является высота над поверхностью z. Чем выше по­ток над поверхностью, тем больше пульсация турбулентного потока и, следовательно, существеннее их воздействие на провода и кон­струкции контактной сети. Над поверхностью земли провода И кон­струкции контактной сети в зависимости от профиля участка (насыпь, выемка) могут быть расположены на различной высоте.

Согласно логарифмическому закону распределения скоростей ветра по высоте имеем

При определении значения г высоту расположения проводов кон­тактной сети (цепной подвески, усиливающих и др.) над фундаментной частью опоры h_п принимают равной 10 м. В этом случае в формуле (4) следует подставлять при расположении контактной сети на насыпях z = h_п+ h_н = 10 + h_н (здесь h_н — высота насыпи, м). При распрложении в выемках z= 10 — h_в. (здесь h_в — глубина выемки, м). В выемках глубиной 7 м и более значение г принимают равным 3. При расположении насыпи на местности с параметром шероховатости r₀ = 0,5 м и r₀ = 1 м высота расположения проводов контактной сети z уменьшается на высоту препятствия (деревья, постройки), т. е. ста­новится равной 10 м; при этом параметры шероховатости принимают равными соответственно 0,15 и 0,20 м (табл. 19).

В соответствии со строительными нормами и правилами «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования» расчетную скорость ветра v для заданных условий (высоты расположения проводов над поверх­ностью и шероховатости поверхности окружающей местности) опре­деляют умножением нормативной скорости ветра v_н на коэффициент к_в, зависящий от высоты z расположения проводов контактной подвески над поверхностью, ее параметра шероховатости z₀. Значение ко­эффициента к_в , для определенных z и z₀ можно найти по формуле (4) или по табл. 19, данные в которой рассчитаны по этой формуле.

-103-

Ветровую нагрузку, даН/м, на провод длиной 1 м от постоянной (средней) расчетной скорости ветра v определяют по формулам:

при отсутствии гололеда

при гололеде

-104-

Аэродинамический коэффициент лобового сопротивления проводов с_х, отнесенный к площади сечения одного провода, имеет следующие значения:

Рассмотрим суммарные нагрузки на провод. Расчет проводов на совместное действие вертикальных (масса проводов, гололед) и гори­зонтальных (давление ветра) нагрузок ведут по суммарным (резуль- тирующим) нагрузкам q, определяемым геометрическим сложением вертикальных и горизонтальных нагрузок (рис. 77).

При действии ветра на про­вода, свободные от гололеда, суммарная нагрузка (рис. 77, а), даН/м,

Угол φ между вертикальной и суммарной нагрузкой q может быть найден из выражения

-105-

Если ветер действует на провода, покрытые гололедом, суммарная нагрузка (рис. 77, б), даН/м,

В этом случае угол φ_г может быть найден из выражения

Определяя суммарныенагрузки на несущий трос полукомпенсированной вертикальной цепной подвески, необходимые дли расчета натяжений троса при гололеде или при максимальном ветре, ветровую на­грузку на контактные провода не учитывают, так как она в основном воспринимается фиксаторами.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие нагрузки действуют на провода контактной сети в процессе ее эксплуатация?

2.Как влияют температурные атмосферные воздействия на работу контактных подвесок?

Дата добавления: 2015-09-03