ГЛАВА 3

ТОКОПРОВОДЯЩИЕ И КОНТАКТНЫЕ

УСТРОЙСТВА КОНТАКТНЫХ СЕТЕЙ И ЛЭП

 

3.1. Общие положения

 

Одной из основных подсистем контактных сетей и линий элект­ропередачи являются токопроводящие (провода, токопроводы, элек­тропроводки, кабели) и контактные (провода и рельсы) устройства (контактные подвески). Их можно классифицировать (рис. 3.1, а) по механическим состояниям: напряженные (например, натянутые про­вода) и ненапряженные (контактные рельсы, полужесткие разбор­ные контактные токопроводы, свободнолежащие кабели) и по сте­пени изоляции: неизолированные (голые), например провода ВЛ, и изолированные (провода, токопроводы скрученные, изолированные провода СИП — тросарды, кабели). Все типы и варианты токопроводящих и контактных устройств имеют соответствующий набор узлов (рис. 3.1,6), монтируемых по определенным схемам.

Кроме того, на опорах контактных сетей размещаются и спе­циальные подвески: заземляющие тросы, предназначенные для про­пуска токов короткого замыкания при пробое изоляции, а также волноводы и кабели волоконно-оптической связи для уменьшения помех поездной радиосвязи и пропуска заданного объема сигна­лов. Опоры ВЛ 35 кВ и выше снабжают одним или двумя грозозащитными тросами, которые размещают над проводами и заземля­ют. На них частично может быть распространена классификация и изложенные ниже методы расчетов. Схемы подвесок контакт­ных сетей и ВЛ определяют их конструкции в соответствии с тех­ническими требованиями, их классификация ведется по основным признакам: контактные и неконтактные, жесткие, полужесткие, гибкие. Одновременно гибкие могут быть простыми и цепными: плоскими одинарными, двойными и объемными. Цепные подвес­ки состоят из расположенных вдоль пролетов несущих тросов, к которым снизу подвешены вспомогательные и контактные прово­да. Ниже в тексте по отдельности классифицируется каждая груп­па контактных подвесок и описываются узлы, входящие в рассмат­риваемую подсистему (рис. 3.2).

 

Рис. 3.1. Классификация видов контактных сетей и ЛЭП по функциональным, механическим и диэлектрическим признакам (а) и узлам токопроводящих и контактных устройств (б)

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.2. классификация схем простых (а), плоских одинарных (б) и двойных (в), а также объемных (г) цепных контактных подвесок

 

3.2. Контактные подвески и провода

 

Монтажные схемы подвесок проводов. Схемы подвески прово­дов на ВЛ определяются ее номинальным напряжением, которое зависит от передаваемой мощности и расстояния, и родом тока (постоянный, переменный). На опорах ВЛ переменного тока вы­сокого напряжения обычно подвешивают три фазных провода и

1розозащитный трос, расположенный выше.

На ВЛ до 1 кВ закрепляют также четвертый — нулевой провод. Для выравнивания емкостных сопротивлений фаз при длине ВЛ высокого напряжения более 100 км применяют транспозицию про­водов. Провода ВЛ крепятся к опорам с помощью подвесных изо­ляторов: на анкерных — натяжными гирляндами, которые явля­ются как бы продолжением провода, а на промежуточных — под­держивающими гирляндами. Провода ВЛ напряжением до 20 кВ крепятся на опорах, как правило, с помощью штыревых изолято­ров. На ВЛ постоянного тока обычно подвешивают два провода.

ВЛ могут быть одноцепными и двухцепными. Каждая фаза мо­жет состоять из одного или нескольких проводов (расщепленные фазы). Конструктивное выполнение ВЛ зависит от климатических условий, рельефа и других местных особенностей. ВЛ разного на­пряжения отличаются расстояниями между проводами и от ниж­них проводов до поверхности земли, а также до опорно-поддерживающих устройств и пересекаемых объектов (сооружений). Ос­новные параметры воздушных ЛЭП зависят от напряжения.

Схемы контактных подвесок в системах электротранспорта гораз­до разнообразнее, чем на ВЛ.

Простые контактные подвески состоят из одного или двух кон­тактных проводов, закрепленных непосредственно на поддерживаю­щих устройствах. Их можно классифицировать следующим образом (рис. 3.2, а), рассмотрев основные схемы конструкций (рис. 3.3).

Если на заданную длину проводов приходится одна точка подвеса к поддерживающему устройству, то подвеску называют однократной (см. рис. 3.3, а). Между точками подвеса образуется свободный участок ра­стянутой «гибкой нити». Для уменьшения стрелы провеса необходимо Длину свободных участков сократить, т.е. обеспечить многократный подхват (см. рис. 3.3, б, в). Если подвески разделены на отдельные анкерные участки, то их называют разрезанными. Простые контактные подвески классифицируют по степени компенсации температурных удлинений проводов: на некомпенсированные, компенсированные (с грузами), самокомпенсированные (со специальными элементами), с се­зонной регулировкой (муфтами). Их различают по типу звена подвеса к поддерживающему устройству (см. рис. 3.3,    д—з): беззвеньевые, с вер­тикальными или наклонными звеньями — струнами (см. рис. 3.3, з), оттяжками (см. рис. 3.3, д), турникетами (см. рис. 3.3, e) и т.д. — сколь­зящими (см. рис. 3.3, г), роликовыми (см. рис. 3.3, ж).

Применяются полигонные подвески, подвешиваемые к радиально расположенным растяжкам на вертикальных струнах (на­пример, на трамвайных путевых кольцах).

Простые контактные подвески дешевле, чем цепные, но ограничи­вают скорости движения и требуют большего количества опор, что влияет на общую стоимость контактной сети.

Простые подвески обычно применяют на городском (трамвай и троллейбус со скоростями движения до 70 км/ч), горном и промыш­ленном (шахтные и карьерные электровозы, троллейвозы) транс­порте. На магистральных железных дорогах простые подвески при­менялись раньше для трехфазных контактных сетей (например, в Италии), но были заменены цепными. В 70-е гг. стремление удеше­вить электрификацию привело к появлению (например, в Англии) ряда улучшенных простых подвесок для скорости до 140 км/ч.

В России улучшенная простая компенсированная контактная подвеска, разработанная институтом Трансэлектропроект, пред­назначена для применения на боковых и второстепенных железно­дорожных путях (см. рис. 3.3, б). В соответствии с облегченными требованиями она рекомендована для малодеятельных участков. Разновидности простых подвесок применяются в тоннелях: под­веска на сплошном основании, ромбовидная (см. рис. 3.3, ж) и т.д.

Рис. 3.3. схемы простых контактных подвесок: трамвайная (а); института Трансэлектропроект (б); Н. И. Ветрова (в); ОмГУПС (г); фирмы AEG (д); Германии (е); В. А. Тихомирова (ж); параллелограмная (з); 1 – контактный провод; 2 – подхват; 3 – скользун; 4 – упругий элемент; 5 –наклонное звено с роликом; 6 – турникет; 7 – фиксатор; 8 – ось пути; 9 – опора

Анализируя известные простые подвески, можно отметить, что некоторые из них позволяют увеличить пролет до 65 м при сохра­нении ветроустойчивости и скорости движения ЭПС до 70—80 км/ч. К наиболее интересным из них относятся: простая трамвайная с зигзагом и сезонной регулировкой (см. рис. 3.3, а); компенсиро­ванная подвеска института Трансэлектропроект (см. рис. 3.3, б); подвеска            Н. И. Ветрова (см. рис. 3.3, в); косая самокомпенсированная троллейбусная (см. рис. 3.3, з); подвеска Германии компенси­рованная с продольным балансиром (см. рис. 3.3, е); пространственная ромбическая В. А. Тихомирова (см. рис. 3.3, ж).              

Одинарные плоские цепные подвески состоят из несущих тросов и кон­тактных проводов, расположенных практически в одной плоскости (вспомогательные тросы отсутствуют). Они могут быть подразделены по способу натяжения проводов (см. рис. 3.2, б): на некомпенсированные (рис. 3.4, а), когда все провода анкеруются жестко; полукомпенсированные (рис. 3.4, б), в которых только контактные провода снабже­ны автоматическими компенсаторами; компенсированные (рис. 3.4, в), когда и провода и тросы снабжены компенсаторами; с сезонным регу­лированием, когда цепная подвеска имеет стяжные муфты; самоком­пенсированные (рис. 3.4, г), когда конструкция подвески обеспечивает заданные характеристики без специальных компенсаторов (например, с транспозицией двух проводов, поочередно подвешиваемых на опо­рах и служащих на одной части пролета контактным проводом, а на другой — несущим тросом). Могут применяться также частично ком­пенсированные цепные подвески, где компенсаторы работают не всегда: при определенной температуре или значительном гололеде компенсатор стопорится и тем самым предотвращаются недопустимые стре­лы провеса контактных проводов. Идентичность характеристик всех пролетов анкерного участка может достигаться распределенной установкой компенсирующих элементов вместо двух компенсаторов по концам.

В зависимости от взаимного расположения проводов между собой и относительно оси пути в плане различают вертикальные (рис. 3.4, е), полукосые (рис. 3.4, з) и хордовые (рис. 3.4, ж) подвески. В верти­кальной цепной подвеске все ее элементы располагаются в каждом пролете в одной вертикальной плоскости. Несущий трос полуко­сой цепной подвески расположен по оси пути, а контактные про­вода поочередно незначительно смещаются то в одну, то в другую сторону от оси пути (зигзагом) в целях более равномерного износа контактных пластин токоприемника.

На кривых участках пути вертикальная цепная подвеска распола­гается в плане в виде хорд (рис. 3.4, ж). Контактный провод хордовой подвески в местах крепления на опорах смещается в наружную сторо­ну кривой; несущий трос располагается над ним. На кривых больших радиусов в середине пролета провод располагают по оси токоприем­ника, а на кривых малых радиусов смещают внутрь кривой.

В зависимости от способа крепления струн, расположенных вблизи опор, цепные подвески могут быть: с простыми подопорными струнами (рис. 3.4, и), со смещенными струнами (рис. 3.4, к), с пру­жинами под опорой, с рессорными опорными струнами (рис. 3.4, л). Если в одном анкерном участке смонтированы разные типы подопорных узлов (на прямой — с рессорным тросом, на кривой менее 800 м — с подопорной простой струной), то подвеску следует рас­считывать, учитывая длины частей, занимаемых каждым типом.

Из-за увеличения жесткости, стрел провеса и повышенного ме­стного износа в точке крепления простой подопорной струны она в настоящее время практически не применяется и рекомендуется только для мест, подверженных автоколебаниям.

В подвеске с опорными смещенными струнами на 2 и более м (см. рис. 3.4, к) достигается уменьшение жесткости, более плавное изменение высотного положения. Такая подвеска может применять­ся для скорости движения ЭПС до 75 км/ч.

В рессорной подвеске (см. рис. 3.4, л, м) к несущему тросу на учас­тках, прилегающих к опорам, крепятся отрезки дополнительного тро­са или провода длиной от 12 до 20 м, к которым на двух (или четырех, как в КС-200) струнах подвешивают контактные провода. Использова­ние рессорных струн в полукомпенсированных подвесках обеспечива­ет скорости ЭПС до 120 км/ч.

В компенсированной цепной подвеске института Трансэлектропроект стрела провеса остается постоянной, обеспечивающей скорости ЭПС до 160 км/ч, независимо от температурных колебаний. Рессорный трос служит лишь для выравнивания жесткос­ти в середине пролета, под первой нерессорной струной и под опорой. Для этой же цели служат пружинные элементы, устанав­ливаемые в подопорном узле

 

Рис.3.4. Схемы одинарных плоских цепных подвесок: некомпенсированные (а), по­лукомпенсированные (б), полностью компенсированные (в), самокомпенсированные (г), с распределенной компенсацией (д), вертикальная (е), хордовая {ж), полукосая (з), с простой подопорной струной (и), со смещенной струной (к), то же с рессорной (л), с удлиненной рессорной (м), с пружинными струнами (н); 1 — несущий трос; 2 –– контактный провод; 3 — компенсатор; 4 — компенсирующий элемент подвески с распределенной системой компенсации; 5 — ось пути; 6— опорная струна; 7— рессорный трос; 8— упругая струна

 

(рис. 3.4, н). Их конструктивное исполнение определяется требуемой характеристикой жесткости, Целесообразна также установка упругих элементов в струнах (см рис. 3.4, н) и в пролетах, например, по предложению И. А. Беля­ева. Компенсированная «интегрированная» подвеска с медны­ми несущими тросами сечением 336 мм² применена в Японии.

Следует отметить, что варианты одинарных цепных подвесок являются основными для скоростей до 350 км/ч в Германии, Фран­ции, Испании, Италии.

Двойные контактные подвески (рис. 3.5) имеют между несущими тросами и контактными проводами закрепленный на струнах вспо­могательный провод. Они позволяют повысить: равномерность же­сткости в пролете (обеспечивая токосъем при повышенных скоро­стях), электропроводность (снижая потери электроэнергии) и ста­бильность к воздействию ветра (уменьшая вероятность автоколе­баний). К недостаткам двойных подвесок относятся: сложность конструкции, повышенная стоимость и увеличенный расход меди.

Классифицируют двойные плоские подвески (см. рис. 3.2, в), подразде­ляя их: на полукомпенсированные, самокомпенсированные, полностью компенсированные с простыми и пружинными демпферными струнами.

Двойные контактные подвески с различными комбинациями компенсированных контактных проводов, вспомогательных и не­сущих тросов применялись в Италии и Англии. Позднее на скоро­стных участках в Японии внедрили улучшенный вариант этой под­вески с пружинными демпферами в струнах (см. рис. 3.5, г).

В России в 60-х гг. в Трансэлектропроекте был разработан типовой проект двойной подвески с простой подопорной струной (рис. 3.5, а), по которому была смонтирована контактная сеть на участке Навля— Алтухово. Ранее считалось целесообразным переоборудование одинар­ной подвески с изношенными контактными проводами в двойную с целью увеличения ее сечения по предложению инженера   А. С. Ивлева.

Двойной самокомпенсированной подвеской можно считать и верти­кальную с распорками вантовую подвеску Н. В. Бокового. Она состоит из одинаково натянутых несущего троса и вспомогательного провода, со­единенных обычными струнами в средней части пролета и жесткими стру­нами-распорками под опорами. Провода, тросы и струны образуют гори­зонтальный вант (см. рис. 3.5, д), к которому обычными струнами подве­шивают контактные провода. При этом обеспечивается такая же высокая стабильность характеристик, как и у подвески на сплошном основании.

Объемные контактные подвески отличаются от плоских тем, что тросы и контактные провода (обычно три элемента) разнесены в про­странстве в разных точках пролета (рис. 3.6). Они позволяют улуч­шить: ветроустойчивость (увеличивая длину пролета и уменьшая ко­личество опор), устойчивость к автоколебаниям (предотвращая пляс­ку проводов), равномерность жесткости в пролете (уменьшая износ, обеспечивая увеличение скорости движения ЭПС), самокомпенса­цию температурных удлинений.

Общим недостатком объемных подвесок являются некоторые сложности их расчета, монтажа и эксплуатации. Классифицируют объемные подвески: на самокомпенсированные, полукомпенсиро­ванные и полностью компенсированные; с зигзагообразным, ром­бовидным, синусоидальным, хордовым и серповидным расположе­нием контактных проводов в плане; фиксаторные и бесфиксаторные; с простыми, рессорными и пружинными струнами под опора­ми в пролете (см. рис. 3.2, г). По количеству проводов они могут быть двух-, трех- и четырехпроводные.

Двухпроводными объемными (пространственными) подвесками являются косая (см. рис. 3.6, а) на прямых участках пути и наклонная бесфиксаторная (см. рис. 3.6, б) на кривых. Три провода (два троса с распоркой-консолью в виде ванта и контактный провод) имеет само­компенсированная косая подвеска И. А. Беляева и Ю. Е. Березина (см. рис. 3.6, е). Подвески с промежуточными опорами и с оттяжными тро­сами (рис. 3.6, в, г) являются также трехпроводными зигзагообразны­ми. Бесфиксаторная треугольная шведская подвеска (см. рис. 3.6, д) и подвеска А. С. Альханова (см. рис. 3.6, и) также имеют три провода и синусоидальное расположение контактных проводов.

К трехпроводным можно отнести и подвеску И. И. Власова с одним ромбом контактных проводов в плане (см. рис. 3.6, ж).

 

 

 

Рис.3.5. Двойные плоские цепные подвески: с простой опорной струной инсти­тута Трансэлектропроект (а), со сдвинутыми опорными струнами (б), с рессор­ными опорными струнами(в), демпфированная (г), вантовая Н.В. Бокового {д); 1 — несущий трос; 2 — вспомогательный трос; 3 — петлевая струна; 4 — кон­тактный провод; 5 — упругие струны; 6 — жесткая распорка

 

Четырехпроводными многоромбовыми являются пространственные подвески А. Т. Демченко (см. рис. 3.6, з), обеспечивающие эффект рав­номерной жесткости за счет подсоединения контактных проводов к тросам в середине пролета, что смягчает подопорную зону и способ­ствует самокомпенсации удлинений.

Конструкции и характеристики проводов. Контактные провода (рис. 3.7) должны иметь высокую электропроводность, прочность и кор­розионную стойкость, а также повышенную износостойкость, дугостойкость, модуль упругости, минимальный коэффициент температур­ного удлинения и свободную поверхность для контакта с токоприемни­ками. Контактные провода выполняют однопроволочными. Они имеют фасонный профиль поперечного сечения (Ф) с двумя про­дольными канавками для захвата провода зажимами (см. рис. 3.7 и табл. 3.1), изготавливаются из одного (монометаллические) или двух (биметаллические, комбинированные) материалов. Раньше контактные провода назывались троллейными (ТФ).

Монометаллические фасонные контактные провода изготавливают следующих марок: МФ — медные, БрФ — бронзовые, МФО — овальные, НЛФ — медные низколегированные. Кроме букв в марку провода входят цифры, указывающие номинальную площадь его сечения в мм², например МФ-100.

Овальные фасонные провода имеют увеличенную поверхность касания с пластинами токоприемника (рис. 3.7, в). В низколегированные медные провода добавлены различные небольшие присадки (магний, цирконий, олово и титан), составляющие

 

Рис.3.6. Схемы объемных контактных подвесок: косая (а), наклонная (б), с фиксирующей опорой (в), с оттяжным тросом (г), треугольная (д), вантовая (е), ромбическая (ж), ромбовидная (з), синусоидальная (и); 1 — контактный провод; 2 — ось пути; 3 — несущий трос; 4 — распорка; 5 — фиксирующая опора; 6— оттяжной трос; 7 — оттяжка; 8—фиксатор

 

сотые доли процента.

Бронзовые провода имеют значительные присадки, например 0,2 % циркония, кадмия, магния и др. В качестве присадок сейчас успешно применяют серебро. ЗАО «Транскат» выпустило низколегированные оловом медные провода марки НЛО_Л 0,4Ф-100.

На железных дорогах в основном применяют медные контактные
провода марок МФ-85, МФ-100, МФ-120 (рис.3.7, а), причем первый — преимущественно на станционных путях. Бронзовые контактные провода имеют повышенное по сравнению с медными временное сопротивление разрыву (не менее 0,42 ГПа), но меньшую электрическую проводимость. Они меньше изнашиваются, менее чувствительны к перегревам при эксплуатации, имеют повышенный срок службы. Бронзовые провода в верхней части сечения снабжены дополнительной канавкой (рис. 3.7, б).

 

Рис.3.7. Провода контактные фасонные: медные (а); бронзовые (б); овальные (в);
сталемедные (г); сталеалюминиевые (д): сталеалюминиевые со стальной шиной (е)

Попытки заменить медь другими, менее дефицитными материалами, привели к появлению в России комбинированных сталемедных, сталеалюминиевых (рис. 3.7, д), а также монометаллических стальных контактных проводов. Из-за ряда недостатков при эксплуатации и монтаже (температурные расслоения, коррозирование,
поперечная жесткость) они не получили распространения на рос-
сийских железных дорогах.

В Японии для уменьшения износа провода, особенно в связи с повышением скоростей движения поездов, предложены сталеалюминиевые провода с вертикальной стальной шиной в сечении (рис. 3.7, е). После стирания нижнего слоя алюминиевого сплава дальнейшее изнашивание определяется сталью. В разных странах разработаны так-
же конструкции сталемедных контактных проводов (рис. 3.7, г).

Многопроволочные провода (рис. 3.8) применяют в качестве токопроводящих (на ЛЭП), питающих (в том числе по системе ДПР), усиливающих, экранирующих и несущих (тросов) на контактной сети. Они могут быть: медными, алюминиевыми, стальными, биметаллическими и комбинированными. Выбор материала провода определяется конструкцией ВЛ или контактной подвески, необходимой его площадью сечения, месторасположением электрифицированной линии и другими условиями.

Конструктивно многопроволочные провода состоят из центральной проволоки или стренги, вокруг которой по спирали расположены один или несколько (см. рис. 3.8.) слоев проволок. Каждый ряд проволок навивают в обратном направлении по от-
ношению к предыдущему, наружный повив должен быть правым.

Медный многожильный провод (рис. 3.8, а и табл. 3.2) обладает высокой электропроводностью, долговечен и надежен в эксплуатации благодаря хорошей сопротивляемости коррозии. К недостаткам медного провода, используемого в качестве несущего троса, относятся большие изменения стрел провеса полукомпенсированной цепной подвески при колебаниях температуры, чем у биметаллического или стального. Медный неизолированный провод с номинальной площадью сечения 120 мм² обозначается
М-120. На главных путях железных дорог, электрифицированных на постоянном токе, несущие тросы выполнены из проводов марокМ-95иМ-120.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.8. Провода многопроволочные: монометаллические (а); биметаллические (б); комбинированные АС (в); комбинированные АПБ-СА (г); 1 — медь; 2 — сталь; 3 — алюминий

 

 

Неизолированные биметаллические провода марок ПБСМ1 и ПБСМ2 (рис. 3.8, б и табл. 3.2) свиты из проволок, имеющих стальную сердцевину и медную оболочку (покрытие). Наименьшая толщина медной оболочки проволоки провода ПБСМ1 составляет 10 % радиуса, а ПБСМ2 — около 7 %. Обозначается такой провод сечением 70 мм² — ПБСМ 1-70. Для несущих тросов используют провода марок ПБСМ-70 и ПБСМ-95.

Биметаллические оцинкованные провода применяют также в качестве поперечных несущих и фиксирующих тросов гибких и жестких поперечин. В местностях, расположенных вблизи моря, промышленных предприятий, на линиях со смешанной тягой цинковое покрытие проволок не предотвращает коррозию. Для усиления защитных антикоррозионных свойств СП «Уралтранс» разработана конструкция биметаллических многожильных проводов с никелевым покрытием для несущих тросов и одножильных проволок диаметром 4 и 6 мм.

В качестве усиливающих, питающих и отсасывающих проводов контактной сети применяют многопроволочные провода марки А, изготовленные из алюминиевых сплавов. Чаще всего применяют провода марок А-150 и А-185 сечением 150 и 185 мм² соответственно. По сравнению с медными алюминиевые провода отличаются меньшей плотностью и электропроводностью, при этом эквивалентная проводимость получается в случае, когда площадь сечения алюминиевого провода примерно в 1,75 раза больше медного, хотя его масса при этом в 2 раза меньше. На открытом воздухе алюминий покрывается защитным антикоррозионным слоем окиси, однако он подвержен электролитическому разложению при соприкосновении с другими металлами.

На ВЛ применяют сталеалюминиевые провода (рис. 3.8, в), состоящие из стальных оцинкованных и алюминиевых проволок. Стальные расположены в центре сечения провода. Условное обозначение сталеалюминиевого провода с номинальными площадями сечений алюминиевой части 50 и стального сердечника 8 мм² — АС-50/8,0.

Многопроволочные провода изготавливают протяжкой в холодном состоянии, что приводит к увеличению временного сопротивления разрыву и уменьшению пластичности.

 Контактные провода приобретают при волочении (протяжке) кроме повышенной прочности увеличение твердости, т.е. износостойкости. Поэтому выпускались опытные партии проводов с повышенным обжатием. Внедряются провода МФ-120, изготовляемые методом холодной прокатки, которые, по данным В. Я. Берента, обладают более высокими техническими показателями (износостойкость в 1,1 раза, прочность до 38,5 кг/мм²).

Однако при нагревании провод теряет эти качества и тем в большей степени, чем выше температура и время ее воздействия. Поэтому в соответствии с нормами температура проводов контактной сети в самых неблагоприятных условиях не должна превышать 100 °С для медных, 90 °С для алюминиевых и 120 °С для биметаллических проводов. По этой причине нельзя применять методы сварки, при которых температура провода превысит указанную.

В контактных сетях используют также многопроволочные стальные тросы (канаты) для компенсаторов, биметаллическую проволоку БСМ диаметром 4 и 6 мм для изготовления струн, стальную оцинкованную проволоку.

Физико-механические характеристики проводов. Провода ВЛ рассчитывают на прочность по допустимому напряжению, а провода контактной сети — по допустимому натяжению провода Н_дп, кН:

или

где Н_раз — разрывное усилие провода, кН; k_з — номинальный коэффициент запаса прочности; α — коэффициент, учитывающий разброс механических характеристик и условия скрутки проволок (для проводов с числом проволок в проводе менее 37, применяемых в контактных сетях, α = 0,95); σ_вр — временное сопротивление разрыву материала проволоки, ГПа; S — расчетная площадь сечения провода, мм².

Номинальным коэффициентом запаса прочности k₃ называют отношение разрывного усилия провода к допустимому натяжению. В контактной сети для медных, бронзовых и алюминиевых многопроволочных проводов, используемых в качестве продольных, несущих, фиксирующих тросов, а также вспомогательных, усиливающих, питающих и других проводов k₃ ≥ 2; для сталемедных продольных, несущих тросов k₃ ≥ 2,5; для сталеалюминиевых, стальных продольных несущих и фиксирующих тросов, сталемедных поперечных несущих тросов k₃ ≥ 3; для стальных поперечных тросов k₃ ≥  4.

Отклонение натяжения компенсированного несущего троса от заданного значения не должно превышать ±10%. Поэтому номинальное натяжение компенсированного несущего троса (и вспомогательного провода)

где Т_дп — допустимое натяжение несущего троса, кН.

Натяжение контактного провода К_ном устанавливают по напряжению для оставшейся после износа площади сечения. Номинальное напряжение медного контактного провода 0,098 ГПа, а бронзового — 0,128 ГПа. Номинальное натяжение контактного провода, кН,

где σ_ном — номинальное напряжение, ГПа;   S_КП — площадь сечения провода, мм²; п — число контактных проводов.

Изменение натяжения компенсированного контактного провода не должно превышать ± 15% номинального значения. Допустимое напряжение для медного контактного провода 0,118 ГПа, а бронзового — 0,147 ГПа. Допустимое натяжение может быть определено по выражению (3.3), в котором вместо номинального не-
обходимо принять допустимое напряжение. Натяжения основных
проводов регламентированы (табл. 3.4).

Допустимое напряжение провода ВЛ

Коэффициент запаса прочности проводов ВЛ принимают равным 2 или 2,5 в зависимости от трассы линии, конструкции и площади сечения провода. При расчете проводов контактной сети и ВЛ следует руководствоваться их физико-механическими характеристиками (табл. 3.5), которые взяты из нормативных документов, и номинальными натяжениями, принимаемыми для проводов с автоматически поддерживаемым постоянным натяжением (см. табл. 3.4).

-

                                                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                     Таблица 3.5

Физико—механические характеристики проводов

Провода	Плотность материала, кг/м3	Температур- ный коэффициент линейного расширения, х10-6 оС-1	Модуль упругости, ГПа	Временное сопротивле- ние разрыву проволоки. ГПа, не менее
	Многопроволочные провода
Медные М	8900	17,0	127,5	0,39
Алюминие- вые А	2750	23,0	61,8	0,16
Биметаллические ПБСМ	8230	13,3	171,7	0,74
Стальные (канаты)	8000	12,0	196,2	1,18
Сталеалюми- ниевые АС с площадью сечения, мм2: 16-95 120 и более	3470 3560	19,2 18,9	80,9 83,0
	Однопроволочные провода
Стальные ПСО	7850	12,0	196,2	0,54
Биметаллические БСМ	8230	13,3	171,7	0,64
Контактные: медные МФ и бронзовые БрФ	8900	17,0	127,5	См. табл. 3.1

 

При исследовании механических характеристик проводов контактной сети во Всероссийском научно-исследовательском институте транспортного строительства (ЦНИИС) была установлена зависимость величины разрушающего натяжения от температуры провода (табл. 3.6).

Во время эксплуатации провода контактной сети подвергаются колебаниям, в результате которых их натяжение может изменяться на 10—17 %, что может привести к усталостным повреждениям. Однако проведенные исследования показали, что провода контактной сети обладают высокой усталостной прочностью, что исключает необходимость проведения соответствующих расчетов. В табл. 3.7 приведены пределы упругости проводов различных типов.

 

                        Таблица 3.6

Средняя разрушающая нагрузка (разрывное усилие в кН)

проводов контактной сети и ВЛ

 

                                                                                                                     Таблица 3.7

Значения среднего предела упругости

Марка провода	Средний предел упругости, кН
ПБСМ–70	27,77
ПБСМ–95	35,99
ПБСА–120	41,20
М–120	28,34
А–185	16,87

 

По результатам исследований проводов контактной сети с большим периодом эксплуатации установлено, что прочность тросов с течением времени снижается, одновременно на 10—15 % увеличивается их относительное удлинение.