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文档简介
DevelopmentofFeederMessengerWireTypeOverheadContactLinewithOneCopperMessengerWireTakahiroHAMADA
AtsushiIWAINAKAResearcher,
FormerResearcher,ContactLineStructures,PowerSupplyTechnologyDiv.Feedermessengerwiretypeoverheadcontactlineshavedrawnattentionrecentlyfromtheviewpointoflabor-savingformaintenance.AtypethatusestwoPH356mm2messengerwireswasintroducedintotheTokyodistrict,whileanotherthatusesanSBTACSR730mm2messengerwireintotheKansaidistrict.Intermsofthenumberofmessengerwires,theone-wiretypeismoreuseful,asitinvolvesasmallernumberofparts.Asthematerialforthewire,copperisbetterthanaluminum,sinceitdoesnotrequireconnectionwithdifferentmetals.Torealizetheadvantagesofthetwosystems,therefore,wedevelopedafeedermessengerwiretypeoverheadcontactlinethathasonlyonecoppermessengerwire.Keywords:feedermessengerwiretypeoverheadcontactline,PH730mm2messengerwire,currentcollectingcharacteristics1.IntroductionFeedermessengerwiretypeoverheadcontactlineshaveastructuretocombinethefunctionoffeederwiththemessengerwire.TheyhavedrawnattentionrecentlyinJapanfromtheviewpointoflabor-savingformaintenance.Theyusetwohard-drawncopperstrandedconductorPH356mm2messengerwiresintheTokyodistrictandanaluminumconductorsteel-reinforcedSBTACSR730mm2messengerwireintheKansaidistrict.Intermsofthenumberofmessengerwires,theone-wiretypeismoreusefulasitinvolvesasmallernumberofparts,andcopperisbetterasthematerialforthewirethanaluminumsinceitdoesnotrequireconnectionwithdifferentmetals.Therefore,wepromotedthisresearchforthepurposeofdevelopingafeedermessengerwiretypeoverheadcontactlinethathasonlyonecoppermessengerwiretorealizetheadvantagesofthetwosystems.Inordertodeterminewhatwiressuitthenewoverheadcontactline,wechoseanarrow-gaugelineinTokyoasatestsite,studiedwhetherelectricalandmechanicalcharacteristicsofwiressatisfythestandardvalues,andexaminedthecurrentcollectingcharacteristicsofvarioustypesofwiresthroughsimulation.Asaresult,itwasprovedthatthePH730mm2messengerwirewasthemostappropriateintheovercrowdedrailwaysectionsinTokyo.Basedonthisresult,weactuallyconstructedaPH730mm2messengerwireandinvestigateditscurrentcollectingcharacteristicsbyusingcurrentcollectiontestingequipmenttofindthatstandardvalueswereallsatisfiedatthespeedof160km/h.Itwasalsoprovedthatthiswiretypecouldbeusedforoperationatspeedsupto160km/h.2.ExaminationoftheoptimumwiresTable1liststhewiresexaminedascandidatesofoneonemessengerwire.Weexaminedthecurrentcapacity,wireresistance,tensilestrength,minimumhangerlengthandcurrentcollectingcharacteristics,todeterminetheapplicabilityTable1Dimensionsofwire2.1CurrentcapacityWeexaminedwhetherthewiretemperatureisbelowtheallowablelimitattheconditionsinTable2.Theallowabletemperatureis90℃fortheharddrawncopperstrandedconductor(PH)and150℃forthethermalproofharddrawncopperstrandedconductor(THDC).Figure1showsthewiretemperatureriseswhenacurrentof855A,whichisthemaximumvalueforwiresusedinTokyo,flowsfor3,600seconds.Theshadedportionrepresentsthesurroundingtemperatureof35℃,Table2ConditionsoftemperaturecalculationFig.1WiretemperaturerisesandtheportionofslashmarkthetemperaturerisesbytheJouleheat.TherearenowiresofTHDCorPHthatshowatemperatureriseovertheallowablelimitunderthiscondition.2.2WireresistanceToevaluatethewireresistance,wecomparedseveralkindsofmessengerswithtwoPH356mm2messengerwirescurrentlyusedonthenarrow-gaugelinesinTokyo.InFig.2,theslashlinedbarsshowtheresistanceafterthetemperatureriseatan855Acurrentflowandtheshadedbarsshowthewireresistanceat20℃.Acomparisonofthebar),wiresofwithPH356mm2ofresistancetwowiresthattestat20℃(shadedprovesthattheresistanceofTHDC670mm2wireandPH670mm2wireishigherthanthatoftwoPH356mm2wires.Moreover,inthecaseoftheresistanceaftertemperaturerise(slash),onlytheresistanceofTHDC670mm2wireandPH670mm2wireishigherthanthatoftwoPH356mm2wires.Fig.2Wireresistance2.3TensilestrengthSinceitisassumedthatthiscatenarysystemisconstructedtoastandardtensionof39.2kN,itisaconditionthatthetensilestrengthissetatover86.24kN,asthesafetyfactorofcopperis2.2inJapan.Allthetensilestrengthsforthetestwiresreferredtointhispaperareover86.24kN.2.4MinimumhangerlengthWecalculatedtheminimumhangerlengthontheassumptionthatthemessengerwiretensionis39.2kN;contactwiretensionis14.7kN;andspanlengthis50m.Whenweassumeastandardsystemheight(850mm)equivalenttothatofexistingfeedermessengerwiretypeoverheadcontactlineinTokyo,onlytheminimumhangerlengthofPH840mm2wireislessthan150mm.Ifthesystemheightisassumedtobe960mm,theminimumhangerlengthofPH840mm2wireislargerthan150mm.2.5CurrentcollectingcharacteristicsWecalculatedthecontactlossrateandcontactwireupliftandstrainatsupportbysimulationwhenweuseeachtestedwireasamessenger,andcomparedtheresultswiththestandardvaluesthatcanrealizestablecurrentcollection.Tables3and4showsimulationconditionsandstandardvalues,respectively.Figure3showsthecontactlossrateofthe2ndpantograph.Asaresultofthesimulation,thecontactlossrateofthe1stpantographwassetat0%forallwiresandcontactlossratesofthe2ndand3rdpantographsbecameseveralpercentatspeedshigherthan180km/h.However,thecontactlossrateupto160km/h,whichispracticallythehighestspeedonnarrow-gaugelines,is0%.Figures4and5showthecontactwireupliftandstrainatsupport,-reTable3ConditionsofsimulationTable4StandardvaluesofcurrentcollectingcharacteristicsFig.3Simulationresults(Contactlossrate)Fig.4Simulationresults(Contactwirestrainatsupport)Fig.5Simulationresults(Contactwireupliftatsupport)spectively.Eitherisnotoverthestandardvalueuptothespeedof200km/hwithanywire.2.6ExaminationresultsSincethecurrentcapacity,tensilestrengthandcurrentcollectingcharacteristicssatisfiedthestandardvaluesnomatterwhichwireweuse,wejudgedtheappropriatenessofthewiresbasedonthewireresistance.Table5showsthejudgmentresults.Undertheconditionofan855Acurrentflow,wemarkedOifthewireresistancesatisfiesthejudgmentstandardandXifnot.Consequently,wereachedaconclusionthatuseofPH730mm2wireisappropriatewithrespecttothe855Acurrentcapacity.Table5Judgmentresults3.TestbycurrentcollectiontestingequipmentThecurrentcollectiontestingequipmentoftheRailwayTechnicalResearchInstituteusedforthistesthasafulllengthof500mandcancarryoutrunningtestsuptothespeedof160km/h,byusinganactualcontactwireandpantograph.WechoseaPH730mm2wireamongthewireswhichwereappropriateforthetestinChapter2,constructeditasamessengerforthetestingequipment,andexamineditscurrentcollectingcharacteristics.Testconditionsareasfollows.3.1TestconditionsThecatenaryofthetestingequipmentwascomposedtothespecificationshowninTable6,whichisusedfornarrow-gaugelinesinTokyo.ThissystemhastwoPH356mm2messengerwiresandaGTM-SN170mm2contactwire.Table6TestconditionsWeusedaPS26pantographwithadampercurrentlyusedforthelimitedexpresstrainsonnarrow-gaugelines,andalsoexaminedthecasewherethedamperisremovedtoassumecommonvehicles.Figure6showsthecatenarycompositionandthemeasuringpointsoftestingequipment.Fig.6Catenarycompositionandmeasuringpointsofcurrentcollectiontestingequipment3.2TestresultsThetestresultsareshowninFigs.7to9whenmessengertensionissetatthestandardvalue(39.2kN).IntheseFigures,theresultsinthecaseswithandwithoutpantographdampersarecompared.Figure7showstherelationbetweenspeedandcontactlossrate.Inthecasewherethereisapantographdamper,itis0.26%atthespeedofabout156km/h.However,itissubstantiallylessthanthestandardvalueof5%.Inthecasewheretherearenodampers,thecontactlossisnotgenerateduptoabout150km/h.Figure8showstherelationbetweenspeedandcon-tactwirestrainatsupport.Theallowablestressforoscillatingfatigueofcoppercontactwireissetat60MPabasedontheresultsofanexperiment,or500×10-6whenconvertedintostrain.Sincethestraininthisexperimentisconsideredasthedifferencebetweenthemaximumandminimumvalues,thestandardvalueofcontactwirestrainissetat1000×10-6atthefullamplitude.Asittakesamaximumvalueatabout150km/h,thevalueis175×10-6atthemaximum,whichisconsiderablylessthanthestandardvalueofcontactwirestrain.Fig.7Testresults(Contactlossrate)Fig.8Testresults(Contactwirestrainatsupport)Fig.9Testresults(Contactwireupliftatsupport)Figure9showstherelationbetweenspeedandcontactwireupliftatsupport.Asittakesamaximumvalueof10.8mmatabout120km/h,itisconsiderablytobelessthanthestandardvalueofcontactwireupliftatsupport.Figures7to9showthedifferenceinthecharacteristicswhenapantographdamperisusedornot,weunderstandthatthecontactwirestraininthecasewherenodampersareusedisalittlesmaller.Regardingotheritems,thecurrentcollectingcharacteristicsarevirtuallynotdifferentfromeachotherirrespectiveofwhetheradamperisusedornot.3.3ConclusionofthetestWhenaPH730mm2wireisselectedandconstructedtothestandardtensionof39.2kNasamessenger,thecontactlossrate,contactwirestrainandcontactwireupliftatsupportsatisfythestandardvalues.Weunderstoodthatthissystemcanbeusedupto160km/h.Moreover,whenthepantographdamperisremoved,itturnsoutthatthecurrentcollectingcharacteristicsdonotchangemuchortherearenoproblemsinrunning.However,intheactualcasewheretwoormorepantographsareused,andthestateofcatenaryisconsideredtobeworsethanonthistestingequipment,thefieldrunningtestsneedtobeperformedforfinaljudgment.4.ConclusionWeperformedthisresearchtoinvestigatehigh-qualityfeedermessengerwiretypeoverheadcontactlinesandexaminedawireofcoppersystem.WeselectedaPH730mm2wireanduseditasamessengerwire,andexaminedthecurrentcollectingcharacteristicsatthespeedupto160km/hbyusingcurrentcollectiontestingequipment.Althoughthissystemhasaheavylarge-diameterwireandmayrequiredifficultconstructionwork,noimportantproblemswereexperiencedintheconstructionofthetestequipment.Itisrequired,however,toinvestigatetheproblemsthatwillariseintheconstructionworkonactualrailwaylinesinservice.References2)Iwainaka,A.,Suzuki,A.:Currentcollectingcharacteristicsofonelinecopperfeedermessengerwiretypeoverheadcontactline,-RAIL'99J(inJapanese),pp.265,1999.From:QROfRTRI,Vol.44,No.2,May.2003译文接触网承力索馈线与支线接触网的发展滨田孝弘 研究员 岩井淳纳卡 前研究员电源技术科接触网结构部支线接触网导线以其节省劳力与维修费用的优点引起了人们的关注。 A型承2的电缆而被引入到东京当地的, mm而另一种力索使用的是两根截面积 PH3562型承力索。从承力索的数量上来看, mm是使用到关西地区的 SB-TACSR730单线型更有用,因为它涉及的部件数量较少。作为线材,铜比铝好,因为它不需要连接与不同金属相连接。为了实现这两个系统的优势,因此,我们制定了支线支接触网导线类型,只有一根铜承力索。2承力索,目前收集的特点关键词:支线支接触网导线类型,PH730mm1简介支线接触网导线由一个结构部件将接触馈线和信号线连接起来,它们以其在运用维护中节省劳动力的特点而在日本被引起关注。这种使用在东京地区的2接触导线运用两个铜制的硬盘将截面积的导线固定,而在关西地区mmPH3562型铝制接触线。从承力索的数TACSR730mm则用的是金属强度较强的SB-量上来看,单线型承力索更加适用,原因是它所要求的结构部件很少,铜导线比铝导线的优势还在于它不需要考虑与不同金属的连接问题。因此,我们提倡发展支线支接触网导线类型,以只用单铜承力索的森格线为例,实现对两个系统各自优点研究的目的。为了确定什么导线能适应新的过头接触线, 我们选择了东京的一段窄轨铁路作为一个试验场,研究电线的电气和机械特性是否符合标准值,并通过仿真研究2支线适合用在东京最拥挤mm目前收集的各类特色的电线。结果证明了PH730的铁路上。2承力索mm在此基础上,我们实际上还构建了利用现有检测设备对PH730的特点进行检测,目前的发现,收集的标准值均在160km/h的速度上,对此我们表示满意同时它也证明了这种电线类型可用于操作速度。考核最佳线路表1列出了作为我们研究对象的承力索导线。我们研究了导线的载流能力,线路阻抗,线材的拉伸强度,最小长度和电流收集特点,确定这些电线适用于一个支线系统的温度。2.1载流能力表2所示条件是我们研究允许线材温度低于限制条件的情况。 PH型硬铜绞显示1℃。图150)的允许温度为 THDC℃,热防硬拉绞线(90线的允许温度是了导线温度升高时,电流3600秒内流动了885A,这是在东京用电线路上电流流动的最大值。其中的阴影部分代表环境温度为35℃时的焦耳热量,而斜线部分则表示上升了的焦耳热量。在许多THDC或PH型导线中没有一个显示在此条件下的允许温度是高于这个温度的。表1导线尺寸表导线名导线类导线总股钢绞线直径(mm 冷拔铜绞 热防硬型 3.2912THDC730mm 铜绞线4.0612THDC770mm2.91272THDC840mm表温度计算条件2环境温度℃(早上繁忙时期)35日照2W/cm0.1发射率0.9风速0.5m/s每小时(东京单线最大电流)负载电流885A2.2线路阻抗为了评估线路电阻,我们将几种支线线与目前在东京窄轨线路上使用的两种PH356mm2支线做了比较。在图 2中,斜线后内衬条显示的是当温度升高以后在线路上流过一个855A电流的情况,彩色条则表示在温度为 20℃时的线路阻抗。在20℃时将两根THDC670mm2和PH670mm2的一对PH356mm2电线作比较证明了在此温度下这两种导线的电阻都比PH356mm2的电阻要高。此外,在温度上升(斜线部分所示)阻力的情况下,只有THDC670mm2导线和PH670mm2的电阻要高。PH356mm2导线的电阻比双线图1导线温度升高图图2导线电阻2.3拉伸强度为了虚拟出所研究的接触网系统而构建了一个标准的39.2千牛的力,在日本这是一个拉伸强度将超过86.24千牛的设置,因为铜的安全系数是2.2。在本篇论文中所提到的所有导线的拉力强度测试中所提及的力都是超过86.24千牛这一设置值的。2.4最小结构长度我们验证了假设条件,即承力索张力为39.2千牛时的最低悬挂长度;以及接触线张力为14.7千牛,跨度为50米时的悬挂高度。当我们假设一个标准的系统高度(850毫米),相当于东京现有接驳线式架空使者联络线的情况,证明了 2型承力索的最小结构长度是小于 150mm毫米的。如果将系统高度PH840只有2型承力索的最小结构长度将大于小 150毫米。 mm毫米,则假定为 960PH8402.5电流损耗当我们我们对接触网上的接触线损率和隆起时的支持和应变进行模拟计算,把每个测试线作为一个支,并与标准值进行比较,最终就可以实现电流的集合。表3和表4分别为显示的模拟条件和标准值。图3显示了第二弓的接触损失率。作为模拟结果,我们将第1受电弓的接触损失率定为0,则当列车速度高于180公里/小时,所有接触导线和接第二和第三受电弓的损失率就只占了这里面的几个百分点。然而,当车速为160公里/小时接触损失率将升高,这实际上是对窄轨线的最高速度,对应的接触损失率是0%。图4和图5分别显示了接触线隆起和应变的支持。无论是不是在标准值情况下,也不论速度能不能达到200公里/小时,也不论是何种导线。图仿真结果(接触损耗率) 32.6比较结果当导线的载流能力,拉伸强度和电流损耗满足标准值时,不论我们用的是哪一种接触导线,我们判断的基础是导线的电阻是否恰当。表5显示了选择结果。在一个855A的电流流过的条件下,我们以标有“O”标记导线证明其电阻是满足条件的,如果没有,则以标有“X”标记的显示其电阻不满足条件。如果导线电阻满足判断标准和“X”。因此,我们得出结论认为PH730mm2型接触导线相对于855A的电流容量来使用是恰当的。电流损耗检测系统铁路技术研究院用于测试电流损耗的这套设备全长有500米,该设备通过一个实际接触线和受电弓可以进行时速160公里运行的测试。我们选择作检测的PH730mm2型接触线是第二章中所述的各种接触支线中的一种。我们讨论了其电流损耗的特点,试验条件如下所述。3.1测试条件接触网的基本组成和受电弓的使用这也是在东京窄轨线路上所使用的规所示的是接触网检测设备的组成, 6表.格。该系统由两条 PH356mm2支线和一条GTM-SN170mm2接触线组成。表模拟条件 3接触GTM-SN170m支线张39.2KN接触线张 14.7KN接触网的组跨50m构件之间的距结构高850m型PS26数受电3,距离60m
5m80m—速度
200km/h
100表标准电流损耗特点
4接触损失率少于 5%接触线能承受的应变
-6
×10
小于
500小于接触线支撑隆起
70mm表评价结果
5接触线类型评价2PH670mm
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