vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"vestnikvniizht-64Research ArticleДругоеMiscellaneousРасчет распределения тока и температуры в контактной подвеске постоянного тока на основе метода конечных элементовFinite-Element Model Based Distribution Calculations of Current and Temperature within a DC Overhead CatenaryПаранинА. В.ParaninA. V.alks84@mail.ruУральский государственный университет путей сообщенияРоссияUral State University of Railway Transport (UrGUPS)Russian Federation201528122015063338Copyright © Паранин А.В., 20152015Паранин А.В.Paranin A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/64

Предложена конечно-элементная модель распределения тока и температуры в контактной подвеске постоянного тока, изложены основные принципы ее построения. Проанализированы существующие методики расчета токораспределения и нагрева проводов контактной подвески, отмечены их недостатки. На основании данных расчета распределения тока и температуры для нескольких типовых конструкций контактных подвесок постоянного тока, широко применяемых на сети железных дорог, рассмотрены характерные токовые и тепловые режимы работы основных конструктивных элементов: контактного провода, несущего троса, усиливающего провода, тросов средней анкеровки, проводов электросоединителей, струн. Это сделано в двух различных случаях - транзит тягового тока вдоль анкерного участка и проход токоприемника по нему со съемом тягового тока. На базе анализа результатов показаны слабые места в контактной подвеске и предложен способ их нейтрализации.

There is proposed finite-element model of current/temperature distribution in a DC overhead catenary and are described basic principles of its generation. The author analyzes existing calculation procedures of the current distribution/catenary wire heating and highlightes their limitations. Based on the calculation results there are discussed typical current modes and thermal conditions of the key design components of DC catenary design versions enjoying wide application on railway transport (such as contact wire, catenary messenger, line feeder, Z-type anchor, electrical connectors and droppers). Two cases are analyzed, inclusive of traction current transit along the constant tension section and current pick-off by current collector passing along this section. On the basis of analysis there are indicated structural weakness areas of the catenary and is proposed method for their neutralization.

контактная подвескаанкерный участокраспределение токараспределение температурыметод конечных элементовтранзит тягового токапроход токоприемникаoverhead catenaryconstant tension sectioncurrent distributiontemperature distributionfinite-element methodtraction current transitcurrent collector passageReferencesВоронин А. В. Токораспределение между продольными проводами контактной сети и тепловой расчет ее элементов: дис.. канд. техн. наук: 05.22.09. М.: ЦНИИ МПС, 1946. 143 с.Voronin A. V. Tokoraspredelenie mezhdu prodol’nymi provodami kontaktnoy seti i teplovoy raschet ee elementov. Kand. tekh. nauk. diss. [Current distribution between the longitudinal wires of catenary system and thermal calculation of its elements. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, All- Union Cent. Res. Inst. of Railway Transport Publ., 1946. 143 p.Костюченко К. Л. Новые узлы механических и электрических соединений проводов контактной сети: дис.. канд. техн. наук: 05.22.07. М., 1994. 112 с.Kostyuchenko K. L. Novye uzly mekhanicheskikh i elektricheskikh soedineniy provodov kontaktnoy seti. Kand. tekh. nauk. diss. [New components of mechanical and electrical connections of the catenary system wires. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, 1994. 112 p.Марский В. Е. Определение нагрузочной способности контактных подвесок постоянного тока и их элементов // Новое в хозяйстве электроснабжения / под ред. А. Б. Косарева. М.: Интекст, 2003. С. 123 - 127.Marskiy V. E. Opredelenie nagruzochnoy sposobnosti kontaktnykh podvesok postoyannogo toka i ikh elementov [Determining load capacity of DC overhead lines and their components]. Novoe v khozyaystve elektrosnabzheniya [New in the power supply sector]. Moscow, Intext Publ., 2003, pp. 123 – 127.Кудряшов Е. В. Cовершенствование механических расчетов контактных подвесок на основе статических конечно элементных моделей: дис.. канд. техн. наук: 05.22.07. СПб, 2010. 162 с.Kudryashov E. V. Sovershenstvovanie mekhanicheskikh raschetov kontaktnykh podvesok na osnove staticheskikh konechno elementnykh modeley. Kand. tekh. nauk. diss. [Improving the mechanical calculation of overhead lines based on static finite element models. Cand. tech. sci. diss.]. St. Petersburg, 2010. 162 p.Collina A. Numerical simulation of pantograph-overhead equipment interaction / A. Collina, S. Bruni // Vehicle System Dynamics. 2002. Vol. 38, № 4. P. 261 - 291.Collina A., Bruni S. Numerical simulation of pantographoverhead equipment interaction. Vehicle System Dynamics, 2002, vol. 38, no. 4, pp. 261 – 291.J. Pombo. Environmental and track perturbations on multiple pantograph interaction with catenaries in high-speed trains / J. Ambrósio // Computers & Structures. 2013. Vol. 124. P. 88 - 101.Pombo J., Ambrósio J. Environmental and track perturbations on multiple pantograph interaction with catenaries in highspeed trains. Computers & Structures, 2013, vol. 124, pp 88 – 101.Паранин А. В. Cовершенствование аэродинамических и тепловых расчетов проводов контактной сети на основе метода конечных элементов: дис.. канд. техн. наук: 05.22.07. Екатеринбург, 2011. 158 с.Paranin A. V. Sovershenstvovanie aerodinamicheskikh i teplovykh raschetov provodov kontaktnoy seti na osnove metoda konechnykh elementov. Kand. tekh. nauk. diss. [Improving the aerodynamic and thermal calculations of catenary wires on the basis of the finite element method. Cand. tech. sci. diss.]. Ekaterinburg, 2011. 158 p.Паранин А. В., Ефимов А. В., Ефимов Д. А. Моделирование чистого контакта между контактным проводом и токосъемной пластиной в статике методом конечных элементов // Известия Транссиба. 2014. № 1. С. 57 - 67.Paranin A. V., Efimov A. V., Efimov D. A. Modelirovanie chistogo kontakta mezhdu kontaktnym provodom i tokos’emnoy plastinoy v statike metodom konechnykh elementov [Modeling clean contact between the contact wirew and collector strip with static finite element methods]. Izvestiya Transsiba, 2014, no. 1 (17), pp. 57 – 67.CosticaNituca. Thermal analysis of electrical contacts from pantograph - catenary system power supply of electric vehicles // Power Systems Research. 2013. Vol. 96. P. 211 - 217.Nituca C. Thermal analysis of electrical contacts from pantograph — catenary system power supply of electric vehicles. Power Systems Research, 2013, vol. 96, pp. 211 – 217.G. X. Chen. Experimental study on arc ablation occurring in a contact strip rubbing against a contact wire with electrical current / H. J. Yang, W. H. Zhang, X. Wang, S. D. Zhang, Z. R. Zhou // Tribology International. 2013.Vol. 61. P. 88 - 94.Chen G. X., Yang H. J., Zhang W. H., Wang X., Zhang S. D., Zhou Z. R. Experimental study on arc ablation occurring in a contact strip rubbing against a contact wire with electrical current. Tribology International, 2013, vol. 61, pp. 88 – 94.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.