Mạng cao áp và trạm điện kéo - Pgs.Ts.Đàm Quốc Trụ phần 9 doc

Tại những điểm treo,độ cong võng của đường dây đổi chiều, kết quả là khi cần tiễp điện đi qua dưới điểm treo sẽ làm thay đổi đáng kể khoảng cách tiếp xúc của cần tiếp điện với dây dẫn đi

Chương VI CẤU TRÚC VÀ TÍNH TOÁN

HỆ THỐNG MẠNG DÂY TIẾP XÚC

6.1 KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG MANG DÂY TIẾP XÚC

6.1.1 KHÁI QUÁT

Mạng dây tiếp xúc dùng ñể cấp ñiện từ trạm ñiện kéo ñến giàn lấy ñiện của phương tiện giao thông(cần lấy ñiện)

Có 2 loại mạng dây tiếp xúc: mạng dây treo trên không và mạng tiếp xúc trên ray thứ 3 ñặt cạnh 2 ray chính.Loại mạng dây treo dùng trong thành phố(tàu ñiện, trôleybus), hầm mỏ, vận tải công nghiệp (xí nghiệp, bến cảng ) và trên ñường sắt.Loại dùng ray thứ 3: dùng cho Metro và Mono ray ñể giảm chi phí xây dựng mà vẫn bảo ñảm

an toàn

6.1.2 LOẠI MẠNG DÂY TREO TRÊN KHÔNG

Chia làm 3 kiểu phụ thuộc vào cách treo trên không: kiểu ñơn giản, kiểu xích, kiểu phức hợp

a) Kiểu ñơn giản có 2 kiểu

* Kiểu ñơn giản treo cứng:

Hình 6–1. Loại treo trên không ñơn giản cứng

1 dây tiếp xúc

2 Sứ cách ñiện f– ñộ võng l– Khoảng cách giữa 2 cột

ðể giảm va ñập giữa cần lấy ñiện và ñiểm treo dây người ta dùng 2 dây treo gọi là

Hình 6–2. Loại treo mềm ñơn giản

ðể giảm bớt ñộ võng, bảo ñảm tiếp xúc với giàn lấy ñiện tốt hơn và ñể tăng khoảng cách giữa 2 cột l, người dùng kiểu xích có 2 cách treo

a) Kiểu xích có 2 loại:

Hình 6–3. Loại treo kiểu xích cứng

Hình 6–4. Loại treo kiểu xích mềm với kiểu xích treo trên 1 dây

Yêu cầu: Tiếp xúc tốt, tránh va ñập

Hình 6–6. Loại treo kiểu phức hợp Phạm vi ứng dụng: Kiểu ñơn giản dùng trong giao thông hầm mỏ, thành phố, tốc

ñộ tối ña 30 ÷ 40km/h

Kiểu xích cứng: Dùng cho ñường sắt với v<70km/h

Kiểu xích mềm 1 dây treo dùng cho ñường sắt với v<120km/h

Kiểu xích mềm 2 dây treo dùng cho ñường sắt với v<160km/h

Kiểu phức hợp dùng cho ñường sắt với v>160km/h

– Theo cách neo dây chia làm 3 kiểu: không bù, bù 1 phần và bù toàn bộ

Hình 6–7. Loại treo trên không khong bù,bù một phần và không bù.ñơn giản Loại không bù a, loại bù 1 phần b (chỉ bù cho dây tiếp xúc), bù toàn bộ c

Trong ñó: 1– dây tx

2– sứ cách ñiện 3– dây treo 4– tải trọng bù

Loại không bù neo dây trực tiếp vào cột qua sứ cách ñiện, ñộ võng sẽ thay ñổi

dùng trọng lượng bù là các khối bê tông hình trụ vào ñể căng thêm dây→ñộ võng nhỏ

ñi, mùa ñông thì bỏ bớt

ðể ñảm bảo cho thanh tiếp xúc có dạng như ñòn gánh trên giàn tiếp xúc ñược mài mòn ñều người ta căng dây tiếp xúc hình ziczắc trên mặt phẳng ngang

Hình 6–8. Loại dây tiếp xúc ñược treo ziczắc

Theo cách căng dây trên mặt phẳng mạng tiếp xúc chia làm 3 loại: Treo thẳng ñứng, căng nghiêng 1 phần và căng nghiêng toàn phần

Căng thẳng ñứng: Dây ñỡ và dây tiếp xúc cùng trên một mặt phẳng (Hình 6–8)

Hình 6–9. Loại dây tiếp xúc ñược treo ziczắc thẳng ñứng

Căng nghiêng 1 phần: Dây ñỡ treo thẳng ở trên tim ñường, dây tiếp xúc ñi ziczắc

Hình 6–10. Loại dây tiếp xúc ñược treo ziczắc căng nghiêng một phần

Căng nghiêng toàn phần (Hình 6–9)

Hình 6–11. Loại dây tiếp xúc ñược treo ziczắc căng nghiêng toàn phần

Cả dây ñỡ và dây tiếp xúc ñều căng theo hình ziczắc nhưng ở các cột ñiện dây ñỡ

và dây tiếp xúc nằm ở 2 phía khác nhau của tim ñường Cách treo này chống lại tác ñộng của gió tốt hơn

Cách treo 1: ðơn giản, nhưng chống lại tác dụng của gió kém

Cách treo 3: Chống lại tác dụng của gió tốt Dây tiếp xúc ñỡ bị cong do gió thổi Dọc theo ñường ray cách khoảng 65÷80km người ta ñặt 1 cột bê tông hay thép, tay ñỡ(cong son) ñược bắt vào cột ñể treo dây ñỡ Dây tiếp xúc có tiết diện ñặc ñược ñịnh vị bằng các thanh ñịnh vị làm bằng thép ống gắn với cột ñiện qua sứ cách ñiện 6.1.2 MẠNG TIẾP XÚC TRÊN RAY

Tim duong

1

4

5

Hình 6–12a. Tiếp xúc trên ray

1 Thanh lấy ñiện 2.Ray cấp ñiện 3.Sứ cách ñiện 4.Tay ñỡ

5.Tà vẹt

Hình 12b Một số dạng lắp ñặt thanh ray thứ 3 của ñường sắt các nước tiên tiến

6.2 TỔNG QUAN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG MẠNG

DÂY TIẾP XÚC

6.2.1 DÂY DẪN ðIỆN TIẾP XÚC

Hình 6–13. Mặt cắt của dây dẫn tiếp xúc

Vật liệu: ñồng, ñồng thau, thép, lưỡng kim nhôm–ñồng

Hình dạng tiết diện: Hình mang cá và mang cá dẹt Loại hình mang cá dẹt có chiều cao H nhỏ hơn và chiều rộng A lớn hơn

Diện tích tiết ñiện: 65, 80, 100 mm2: dùng cho giao thông thành phố, mỏ, xí nghiệp 120, 150 dùng cho ñường sắt

6.2.2 DÂY CÁP ðỠ, DÂY CÁP MANG

Cấu tạo: Kim loại nhiều sợi

Vật liệu: ðồng, nhôm, thép, lưỡng kim (thép và nhôm)

Hình 6–14. Mặt cắt của dây cáp ñỡ,cáp mang

6.2.3 DÂY CÁP TĂNG CƯỜNG

Dây tăng cường là dây cấp ñiện từ trạm ñiện kéo ra mạng tiếp xúc và dây thu hồi

từ ray về trạm sử dụng dây nhôm hay dây thép – nhôm nhiều sợi giống dây cáp ñỡ,dây cáp mang

6.2.4 SỨ CÁCH ðIỆN

Có 3 loại phổ biến: Sứ căng dây, sứ treo dây, sứ thanh

su

day noi

Sứ căng dây Sứ treo

Sứ thanh (Sứ thanh chủ yếu ñể ñịnh vị)

Hình 6–15. Kết cấu các loại sứ

6.2.5 KẾT CẤU NỐI VỚI CỘT VÀ CÁC PHỤ KIỆN CỦA HỆ THỐNG TREO

DÂY TIẾP XÚC

Hình 6–16. Kết cấu nối với cột và các phụ kiện của hệ thống treo dây tiếp xúc

1 Dây tiếp xúc 2 Dây đỡ 3 Dây treo

4 Thanh lấy điện 5 Giàn lấy điện 6 ðầu máy điện

7 Cơng sơn treo dây 8 Tay định vị trên dây tiếp xúc

9 Sứ bát

10 Sứ thanh 11 Dây tăng cường

6.3 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG DÂY TIẾP XÚC

6.3.1 PHÂN TÍCH HỆ TREO DÂY

Trong hệ dây treo đơn giản người ta thực hiện việc kẹp trực tiếp dây tiếp xúc trên

những kết cấu đỡ Tại những điểm treo,độ cong võng của đường dây đổi chiều, kết quả

là khi cần tiễp điện đi qua dưới điểm treo sẽ làm thay đổi đáng kể khoảng cách tiếp xúc của cần tiếp điện với dây dẫn điện,đơi khi dẫn đến làm gián đoạn việc cấp điện cho đồn tàu Tại mỗi điểm kẹp cần tiếp xúc của đồn tàu đang chạy ở tốc độ cao cĩ thể rời khỏi đường dây tiếp xúc hoặc đà trượt quá lớn của cần tiếp điện cịn tiếp tục va đập vào dây tiếp xúc gây các tổn hại cơ học khác

Liên quan hệ với việc nêu trên,nên hệ dây treo đơn giản được sử dụng hạn chế ðể cải thiện tính chất của hệ dây treo đơn giản,người ta cĩ thể giảm khoảng cách giữa các điểm treo và nâng cao độ căng của dây tiếp xúc

Khi thay đổi các điều kiện thiên nhiên như nhiệt độ mơi trường, giĩ bão độ căng dây tiếp xúc thay đổi, điều kiện làm việc bình thường của hệ dây treo bị phá hỏng ðể giữ độ căng cao trong tất cả các chế độ làm việc,người ta thực hiện việc điều chỉnh độ căng và bù lại sự thay đổi chiều dài của đường dây mà đường dây chịu nhiệt độ mơi

trường không ổn ñịnh Người ta phân biệt thành hệ dây treo ñơn giản không bù, với ñiều chỉnh theo mùa và hệ dây treo có bù Trong hệ ñây treo không bù,khi tăng nhiệt ñộ thì dây dẫn bị kéo dài ra và ñộ căng của nó giảm, ñộ trùng của dây treo tăng lên, cần tiếp ñiện sẽ tiếp xúc kém ngay cả khi tốc ñộ chạy thấp

ðiều chỉnh ñộ căng của dây tiếp xúc theo mùa ñược thực hiện bởi ròng rọc và thời gian là mùa xuân và mùa thu Song dao ñộng nhiệt ñộ theo thời gian không lớn nên hiệu quả việc ñiều chỉnh theo mùa tỏ ra không hiệu quả Ngoài ra chính quá trình ñiều chỉnh trong ñiều kiện ñang khai thác cũng không thuận tiện

Những chỉ tiêu tốt nhất có ñược ở những hệ treo dây tiếp xúc với việc giữ ñộ căng của dây dẫn một cách cố ñịnh bởi ñối trọng qua ròng rọc treo ở cuối ñường dây

Hình 6.17. Treo dây trên giá ñỡ với xà ngắn mềm

1 Thành giằng 2 Xà ngang mềm 3 Dây tiếp xúc

Có thể cải thiện tác dụng tương hỗ giữa hệ treo dây ñơn giản với cần tiếp ñiện bằng cách sử dụng không kẹp cứng các dây vào trục ñỡ mà sử dụng các cấu trúc nhíp ñàn hồi 2 (Hình6.17), hoặc các cáp căng bảo ñảm khả năng chuyển dịch dây tiếp xúc

1 Dây treo nghiêng 2 Dầm ngang mềm

3 Dây tiếp xúc 4 Trụ ựỡ

Theo chiều thẳng ựứng khi bị ép lại do cần tiếp ựiện ựi qua Phụ thuộc vào ựại lượng chuyển dịch này,người ta phân loại hệ treo dây tiếp xúc thành loại mắc cứng và mắc ựàn hồi Quan hệ chuyển dịch thẳng ựứng của dây dấn ựến lực ép vào cần tiếp ựiện gọi là ựộ ựàn hồi của hệ treo dây tiếp xúc

6.3.2 HỆ TREO DÂY đƠN GIẢN

đó là hệ thống kẹp trực tiếp dây tiếp xúc vào cấu trúc ựỡ tương ựối mềm,nó bảo ựảm ép dây bởi cần tiếp ựiện tại ựiểm treo dây tiếp xúc Hệ treo ựơn giản ựàn hồi là hệ thống treo dây tiếp xúc vào các cấu trúc ựỡ với các nhánh ựàn hồi trung gian,nó bảo ựảm chuyển dịch từ những vị trắ tĩnh khi ép cần tiếp ựiện vào dây tiếp xúc Trường hợp này thường sử dụng khi xe ựiện tốc ựộ cao ựi qua các ựường hầm

61.3.HỆ TREO DÂY PHỨC HỢP

Dạng khác của hệ dây treo ựơn giản là hệ dây treo quả lắc ựồng hồ (Hình6.18), trên những dây nghiêng với kết cấu ziczắc, các dây tiếp xúc 3 ựược sử dụng trong những ựường xe ựiện bánh hơi Những dây treo 1 ựược ựặt nghiêng theo chiều thẳng ựứng ựể treo các dây tiếp xúc 3.Khi ựó có sự cân bằng lực tác dụng của lực do khối lượng dây tiếp xúc và lực kéo nằm ngang của dây treo vào các ựỉnh của ựường ziczắc ở cuối mỗi nhịp các dây có ựộ nghiêng trong các chiều ngược nhau như vị trắ quả lắc ựồng hồ Khi giảm nhiệt ựộ dây co ngắn lại dẫn ựến làm giảm ziczắc, tăng ựộ nghiêng của các dây treo và bù lại sự thay ựổi chiều dài của dây

Những thông số tốt nhất ựạt ựược với hệ thống treo xắch (Hình6.19) Trong trường hợp này,các cột ựược nối bởi các cáp mang 1 nhờ các kẹp cơ khắ,nối ựến những cáp mang 1 là các dây căng 3 và dây tiếp xúc 2 Khoảng cách giữa các ựiểm kẹp dây mang

trong hệ treo xắch hoặc giữa các ựiểm kẹp dây tiếp xúc trong hệ treo dây ựơn giản gọi là nhịp treo tiếp xúc Nhịp của hệ treo ựơn giản không vượt quá 40 45m Chiều dài giới hạn của 1 nhịp ở hệ treo ựơn giản phụ thuộc vào cường ựộ gió và các thông số ziczắc khi ựặt dây tiếp xúc trên mặt phẳng và thường không quá 65 70m

Hình 6.19. Hệ treo xắch dây tiếp xúc

a với các dây treo giữa các ựiểm kẹp ựặt

b với dây treo lò xo dạng ựelta

c với dây treo lò xo dạng hình thang

1 cáp treo, 2 dây tiếp xúc, 3 dây căng, 4 dây lò xo

Hình 6.20 Các sơ ñồ hệ treo dây tiếp xúc ñơn (a), kép (b), phức hợp(c)

1 cáp mang; 2 dây căng; 3 dây tiếp xúc;

4 cáp lò xo; 5 dây bổ trợ; 6– dây bổ trợ thứ 2

Có nhiều phương án cho hệ treo mắt xích Có thể phân loại chúng theo cách thức

căng dây, cách thức treo dây tiếp xúc với dây mang và theo mặt bằng các dây ứng với

trục ñường thẳng trên mặt phẳng

Theo phương pháp căng dây, hệ treo mắt xích có thể là không bù (không có bù ñộ

căng), nửa bù (chỉ có thay ñổi ñộ căng dây tiếp xúc ñược bù) và bù toàn phần (bù ñộ

căng dây tiếp xúc và dây mang) ðể tăng ñộ tin cậy làm việc của mạng lưới dây tiếp

xúc, tiện lợi khi lắp ñặt và phục hồi sau sự cố thì người ta chia mạng tiếp xúc thành

những ñoạn có neo, tức ở cuối các ñoạn người ta kẹp các ñường dây không cho chuyển

ñộng hoặc nhờ thiết bị bù ñối trọng Trong vận tải ñường sắt những ñoạn neo có thể

gồm 20 hoặc nhiều hơn số nhịp, nhưng không quá 1600m khi bù ñối trọng cả 2 phía

Trong giao thông thành phố việc sử dụng thiết bị bù rất bị hạn chế Một trong

cách giải quyết là ñặt các ñối trọng của thiết bị bù bên trong các trụ ñỡ của mạng dây tiếp xúc

Theo phương pháp treo dây tiếp xúc lên cáp mang người ta phân thành hệ treo

mắt xích ñơn (Hình6.20a), hệ treo mắt xích kép (Hình6.20b) và hệ treo phối hợp

Hệ treo mắt xích ñơn ñược sử dụng rộng rãi trên nhiều nước Nó ñơn giản và

trong trường hợp sử dụng thiết bị san bằng ñộ ñàn hồi của nó theo chiều dài nhịp,khi ñó

bảo ñảm ñộ tin cậy tiếp ñiện trong trường hợp tốc ñộ ñến 160km/giờ và cao hơn

Hệ treo kép thường ñược sử dụng trong các tuyến ñường chính hệ dòng ñiện

không ñổi,nhưng khi mà theo ñiều kiện phụ tải dòng ñiện yêu cầu,ngoài dây tiếp xúc và

cáp mang,người ta còn sử dụng các dây tăng cường Hệ treo kép có khả năng kéo căng

dây lớn, ñộ võng của dây nhỏ và ñộ ñàn hồi ñồng ñều Hệ treo kép và phức hợp sử dụng

khi ñòi hỏi tốc ñộ chạy tàu cao hơn 160 km/giờ

Kẹp dây tiếp xúc trên những cáp mang có thể thực hiện với số lượng nhỏ các dây treo (hai, ba dây trong một nhịp), hoặc cũng có thể với số lượng nhiều hơn

Loại thứ nhất dùng cho lưới tiếp xúc cho xe ñiện bánh sắt và xe ñiện bánh hơi, loại thứ hai cho tuyến vận tải ñiện ñường dài

Theo vị trí treo mắt xích trên mặt bằng người ta phân thành hệ treo dây thẳng ñứng, hệ treo nửa lưỡi liềm và lưỡi liềm

Tại hệ treo thẳng ñứng cáp mang, dây tiếp xúc và các dây nâng(dây treo) ñặt trên cùng một mặt phẳng thẳng ñứng Cáp mang ñi theo hình ziczắc như là dây tiếp xúc Dầm chìa ñể kẹp hệ treo tiếp xúc cần phải có chiều dài khác nhau

Trong hệ treo nửa lưỡi liềm (Hình6.21.a,b) cáp mang ñặt theo trục ñường sắt, còn các dây tiếp xúc ñặt ziczắc

Trong hệ treo lưỡi liềm (Hình6.21c,d,e) ziczắc của cáp mang và dây tiếp xúc ñược thực hiện với ziczắc ngược nhau

Người ta chia lưới tiếp xúc thành những ñoạn có neo ñộc lập về mặt cơ khí Trên chiều dài những ñoạn như thế người ta ñặt các thiết bị bù trọng lượng ở 2 dầu cuối (bù 2 phía) Nếu thiết bị bù chỉ ñặt từ 1 ñầu của ñoạn có neo (bù 1 phía), thì chiều dài của nó lấy bằng 750 800m ðể bảo ñảm dễ dàng di chuyển cần tiếp ñiện từ khu ñoạn có neo sang khu khu ñoạn khác,người ta thực hiện việc liên kết các khu có neo Sự liên kết này

có thể thực hiện trong một, hai, ba và bốn nhịp Phổ biến người ta dùng liên kết 3 nhịp mềm các khu ñoạn có neo (Hình6.22) Trong ñó ở những cột neo tăng cường 1 và 4 ngoài trọng lượng mà dây dẫn phải chịu,còn có lực căng từ thiết bị bù tải trọng,và người ta lại ñịnh vị dây dẫn và cáp ở những nhịp trung gian tiếp giáp nhờ các trụ chuyển tiếp 2,3

Chuyển dịch cần tiếp ñiện từ 1 dây tiếp xúc này sang dây tiếp xúc khác diễn ra thường ở nhịp giữa Trên hình chiếu bề mặt nằm ngang (Hình6.22) chỉ rõ sự sắp ñặt của dây tiếp xúc 7, những ñoạn làm việc là ñường nét ñậm Tại ñiểm giữa của ñoạn giữa là chỗ tiếp xúc với cần tiếp ñiện của cả 2 dây tiếp xúc

6.4 PHỤ TẢI TÍNH TOÁN ðẾN DÂY DẪN VÀ CÁP CỦA HỆ TREO TIẾP XÚC

Tính toán cơ học của hệ treo tiếp xúc

6.4.1 KHÁI QUÁT VỀ TÍNH TOÁN HỆ TREO DÂY

Khi tính toán cơ khí hệ treo tiếp xúc người ta tính ñến các phụ tải gồm trọng lực của dây dẫn, cáp và cốt lõi, các phụ tải gió bão Trong ñiều kiện dao ñộng nhiệt ñộ không khí,chiều dài của ñường dây và cáp treo thay ñổi dẫn ñến thay ñổi ñộ căng và ñộ võng của dây

Phụ tải gn, kN/m, là tỷ trọng lượng riêng của dây hoặc là cáp treo, tính cho 1 ñơn

vị chiều dài của nó, ñược xác ñịnh theo công thức

gn = 9,81.10–9pS Trong ñó: p – tỷ trọng vật liệu, kg/m2

S– Diện tích mặt cắt ngang, mm2 ðối với hệ treo với số lượng lớn các dây treo,p có thể lấy bằng 10–3 kN/m2 với 1 dây tiếp xúc, và 2.10–3 kN/m với 2 dây tiếp xúc

Phụ tải gió pB, kN/m, tính cho dây dẫn với ñường kính d,mm, ñược xác ñịnh theo biểu thức

PB = 0,615.10–6v2Cxd Trong ñó: d – ñường kính của dây hoặc cáp, mm

v – Tốc ñộ của gió m/giây

Cx – hệ số khí ñộng học Phụ tải gió PB.G, kN/m, cho dây dẫn phủ lớp băng chiều dày b, mm, ñược xác ñịnh theo quan hệ

PB.G = 0,615.10–6v2GCx(d+2b) Trong ñó: vG – tốc ñộ gió khi băng giá, m/giây

ðối với 1 công trình bất kỳ phụ tải gió PB, kN, tính trên 1 bề mặt nằm ngay thẳng góc với chiều của gió sẽ ñược xác ñịnh:

PB = 0,615.10–3v2CxSm;

Trong ñó: Sm– Diện tích mặt phẳng, m2

Khi xác ñịnh phụ tải gió người ta giả ñịnh rằng gió tác dụng với tốc ñộ không ñổi theo chiều nằm ngang.Phụ tải theo chiều thẳng ñứng gồm trọng lượng của dây (gn) và tuyết ñóng băng (gG) cùng với phụ tải gió (PB.G) hợp thành phụ tải tổng g, tác dụng trong 1 mặt phẳng nghiêng nào ñó:

g = (g n +g G)2 +P BG2

Tốc ñộ gió ñược lấy phụ thuộc vào vị trí vùng mà ñường sắt ñi qua Trên cơ sở kinh nghiệm nhiều năm khai thác ñường sắt ñiện ñể tính toán lưới ñiện tiếp xúc người ta lấy 4 chế ñộ:

1 Chế ñộ nhiệt ñộ không khí tối thiểu tmin và không có gió, băng tuyết

2 Chế ñộ băng tuyết khi nhiệt ñộ tG = –50C, tốc ñộ gió vG khi phụ tải tác dụng từ băng tuyết gG

3 Chế ñộ gió cực ñại với nhiệt ñộ +50C, tốc ñộ gió vmax

4 Chế ñộ nhiệt ñộ cực ñại tmax khi không có gió