MCA&T§K
•
137

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
dây ñàn hồi hay treo mềm.
* Kiểu ñơn giản treo mềm (có ñàn hồi)

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
theo thời tiết, vào mùa hè nhiệt ñộ cao làm dây giãn nở nhiều. ðể khắc phục người ta

140
•

MCA&
TðK
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)


1.
Thanh lấy ñiện 2.Ray cấp ñiện 3.Sứ cách ñiện 4.Tay ñỡ.
5.Tà vẹt 142
•

MCA&
TðK

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.

MCA&T§K
•
143

Diện tích tiết ñiện: 65, 80, 100 mm
2
: dùng cho giao thông thành phố, mỏ, xí

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 ñỡ 3. Dây treo
4. Thanh lấy ñiện 5. Giàn lấy ñiện 6. ðầu máy ñiện
7. Công sơn treo dây 8. Tay ñịnh 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 ñơn giản người ta thực hiện việc kẹp trực tiếp dây tiếp xúc trên
những kết cấu ñỡ. Tại những ñiểm treo,ñộ cong võng của ñường dây ñổi chiều, kết quả
là khi cần tiễp ñiện ñi qua dưới ñiểm treo sẽ làm thay ñổi ñáng kể khoảng cách tiếp xúc
của cần tiếp ñiện với dây dẫn ñiện,ñôi khi dẫn ñến làm gián ñoạn việc cấp ñiện cho
ñoàn tàu. Tại mỗi ñiểm kẹp cần tiếp xúc của ñoàn tàu ñang chạy ở tốc ñộ cao có thể rời
khỏi ñường dây tiếp xúc hoặc ñà trượt quá lớn của cần tiếp ñiện còn tiếp tục va ñập vào
dây tiếp xúc gây các tổn hại cơ học khác.
Liên quan hệ với việc nêu trên,nên hệ dây treo ñơn giản ñược sử dụng hạn chế. ðể
cải thiện tính chất của hệ dây treo ñơn giản,người ta có thể giảm khoảng cách giữa các
ñiểm treo và nâng cao ñộ căng của dây tiếp xúc
Khi thay ñổi các ñiều kiện thiên nhiên như nhiệt ñộ môi trường, gió bão ñộ căng
dây tiếp xúc thay ñổi, ñiều kiện làm việc bình thường của hệ dây treo bị phá hỏng. ðể
giữ ñộ căng cao trong tất cả các chế ñộ làm việc,người ta thực hiện việc ñiều chỉnh ñộ
căng và bù lại sự thay ñổi chiều dài của ñường dây mà ñường dây chịu nhiệt ñộ môi

MCA&T§K
•
145

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

TðK
1. Dây treo nghiêng 2. Dầm ngang mềm
3. Dây tiếp xúc 4. Trụ ñỡ
Theo chiều thẳng ñứng khi bị ép lại do cần tiếp ñiện ñi qua. Phụ thuộc vào ñại
lượng chuyển dịch này,người ta phân loại hệ treo dây tiếp xúc thành loại mắc cứng và
mắc ñàn hồi. Quan hệ chuyển dịch thẳng ñứng của dây dấn ñến lực ép vào cần tiếp ñiện
gọi là ñộ ñàn hồi của hệ treo dây tiếp xúc.
6.3.2. HỆ TREO DÂY ðƠN GIẢN
ðó là hệ thống kẹp trực tiếp dây tiếp xúc vào cấu trúc ñỡ tương ñối mềm,nó bảo
ñảm ép dây bởi cần tiếp ñiện tại ñiểm treo dây tiếp xúc. Hệ treo ñơn giản ñàn hồi là hệ
thống treo dây tiếp xúc vào các cấu trúc ñỡ với các nhánh ñàn hồi trung gian,nó bảo
ñảm chuyển dịch từ những vị trí tĩnh khi ép cần tiếp ñiện vào dây tiếp xúc. Trường hợp
này thường sử dụng khi xe ñiện tốc ñộ cao ñi qua các ñường hầm.
61.3.HỆ TREO DÂY PHỨC HỢP.
Dạng khác của hệ dây treo ñơn giản là hệ dây treo quả lắc ñồng hồ (Hình6.18),
trên những dây nghiêng với kết cấu ziczắc, các dây tiếp xúc 3 ñược sử dụng trong
những ñường xe ñiện bánh hơi. Những dây treo 1 ñược ñặt nghiêng theo chiều thẳng
ñứng ñể treo các dây tiếp xúc 3.Khi ñó 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 ñỉnh của ñường ziczắc. ở
cuối mỗi nhịp các dây có ñộ nghiêng trong các chiều ngược nhau như vị trí quả lắc
ñồng hồ. Khi giảm nhiệt ñộ dây co ngắn lại dẫn ñến làm giảm ziczắc, tăng ñộ nghiêng
của các dây treo và bù lại sự thay ñổi chiều dài của dây.
Những thông số tốt nhất ñạt ñược với hệ thống treo xích (Hình6.19). Trong trường
hợp này,các cột ñược nối bởi các cáp mang 1 nhờ các kẹp cơ khí,nối ñến những cáp
mang 1 là các dây căng 3 và dây tiếp xúc 2. Khoảng cách giữa các ñiểm kẹp dây mang
trong hệ treo xích hoặc giữa các ñiểm kẹp dây tiếp xúc trong hệ treo dây ñơn giản gọi là
nhịp treo tiếp xúc. Nhịp của hệ treo ñơn giản không vượt quá 40 45m. Chiều dài giới
hạn của 1 nhịp ở hệ treo ñơn giản phụ thuộc vào cường ñộ gió và các thông số ziczắc
khi ñặt dây tiếp xúc trên mặt phẳng và thường không quá 65 70m
Hình 6.19. Hệ treo xích dây tiếp xúc

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.
Phụ thuộc vào phương pháp kẹp dây tiếp xúc trên cáp mang gần trụ (cột),người ta
phân loại hệ treo dây với dây căng hỗn hợp (Hình6.19a) và các dây trão lò xo
(Hình6.19b,c). Cáp lò xo ñảm bảo tính chất ñàn hồi ñều của hệ treo trong một nhịp.

148
•

MCA&
TðK
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

n
, 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.
g
n
= 9,81.10
–9
pS
Trong ñó: p – tỷ trọng vật liệu, kg/m
2
S– Diện tích mặt cắt ngang, mm
2

ðối với hệ treo với số lượng lớn các dây treo,p có thể lấy bằng 10
–3
kN/m
2
với 1
dây tiếp xúc, và 2.10
–3
kN/m với 2 dây tiếp xúc.

MCA&T§K
•
149

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

– tốc ñộ gió khi băng giá, m/giây
ðối với 1 công trình bất kỳ phụ tải gió P
B
, kN, tính trên 1 bề mặt nằm ngay thẳng
góc với chiều của gió sẽ ñược xác ñịnh:
P
B
= 0,615.10
–3
v
2
C
x
S
m
;
Trong ñó: S
m
– Diện tích mặt phẳng, m
2

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 (g
n
) và
tuyết ñóng băng (g
G
) cùng với phụ tải gió (P
B.G
) hợp thành phụ tải tổng g, tác dụng


150
•

MCA&
TðK

Hình 6
–
21. Vị trí các dây của hệ treo nửa lưỡi liềm (a,b) và lưỡi liềm(c,d,e)
1. Dây tiếp xúc; 2. Cáp mang; 3. Trụ ñỡ;
4. Dây căng; 5. Trục ñường; 6. Thanh ñịnh vị;
l– chiều dài của nhịp; A,C– trụ (cột)
Hình 6
–
22. Sơ ñồ liên kết 3 nhịp 1 ñoạn có neo vật bù
a,b. Các hình chiếu theo chiều thẳng ñứng và từ trên xuống
1,4. trụ neo; 5. dầm chìa ; 7. dây tiếp xúc

2
/(8H)
Trong ñó: l – chiều dài của nhịp, m
Trị số f nhận ñược quan sát trên mặt phẳng, góc nghiêng β (hình 6.23b) phụ thuộc
vào quan hệ của lực thẳng ñứng g
0
và lực nằm ngang (gió) p tạo thành tải tổng hợp g.
Thành phần thẳng ñứng của ñộ võng:
f
g
= f.g
n
/g Hình 6
–
23. Sơ ñồ xác ñịnh ñộ võng f của dây (a),
trạng thái thẳng ñứng của nó cà di chuyển của dây (b)
A,B– Các ñiểm kẹp ñặt dây; l– chiều dài của nhịp;
b– sự chuyển ngang của dây; f– ñộ võng trong mặt phẳng nghiêng;
g
0
– phụ tải thẳng ñứng; p– phụ tải ngang(gió);
q– phụ tải tổng hợp; f
g
– thành phần thẳng ñứng của ñộ võng;

152
•

, H
l
, L
l
– tương ứng là nhiệt ñộ(K), phụ tải (kN/m), lực căng(kN), và
chiều dài của dây(m) trong một nhịp ở một chế ñộ, lúc ñó t
x
, q
x
, H
x
, L
x
– cũng là các ñại
lượng ñó ở chế ñộ khác; α – hệ số nhiệt ñộ tăng chiều dài (K
–1
).
Nếu coi ñộ căng của dây là không ñổi, thì chiều dài của nó khi thay ñổi chế ñộ
tính tới thay ñổi nhiệt ñộ, ñược xác ñịnh:
L
x
= L
x0
[1+(H
x
–H
l
)/(ES)]
Trong ñó: E – Mô ñun ñàn hồi của vật liệu chế tạo dây dẫn.
S – Mặt cắt ngang của dây dẫn, mm

x
–H
l
)/(ES)
Vì chiều dài nhịp l nhỏ khác xa chiều dài dây trong một nhịp L nên có thể tiếp
nhận biểu thức sau:
L
x
– L
l
= lα(t
x
–t
1
)+l(H
x
–H
l
)/(ES) (6.4)
Trên cơ sở biểu thức (6.3) ñối với các chế ñộ khảo sát có thể sử dụng phương
trình sau:
L
x
– L
l
= (l+q
x
2
l
3

) =α(t
x
–t
l
) + (H
x
–H
l
)/(ES) (6.6)

MCA&T§K
•
153

Phương trình trạng thái gồm 6 biến số: ðộ căng, phụ tải, nhiệt ñộ ñối với cả 2 chế
ñộ. Nếu biế các ñiều kiện của một chế ñộ (ba biến số), thì, cho hai ñại lượng biến ñổi
của chế ñộ khảo sát (ví dụ, t
x
, và q
x
), ta có thể xác ñịnh biến số thứ 6 – H
x
.
Xem xét trường hợp khi nhịp rất ngắn tức l–> 0. Trong trường hợp này vế trái của
phương trình (6.6) tiến ñến bằng 0 và ảnh hưởng quyết ñịnh ñến ñộ căng là nhiệt ñộ.
Khi nhịp rất ngắn cả dây dẫn trong một nhịp là một dầm ñược kẹp chặt các ñầu như, vậy
sự biến dạng theo nhiệt ñộ ñóng vai trò quan trọng.
Khảo sát trường hợp với nhịp rất dài khi l –>
∞. Sau khi chia vế trái và vế phải
của biểu thức (6.6) cho l

) (6.7)
Trong ñó: q
r
– phụ tải hợp thành ở chế ñộ băng tuyết, kN/m;
g
n
– Trọng lượng của dây dẫn (ở chế ñộ t
min
);
t
r
– nhiệt ñộ chế ñộ băng tuyết, t
r
= –5
0
C.
Giải phương trình (6.7) tương ứng ñối với l nhận ñược biểu thức cho nhịp tới
hạn:
l
kp
= H
max
)/()](24[
22
min
nrr
gqtt
−−
α


Nếu phụ tải tính toán q>q
kp
, thì chế ñộ băng tuyết lấy làm chế ñộ ban ñầu,nếu
q<q
kp
thì chế ñộ ban ñầu sẽ là chế ñộ t
min
.
Xem xét thứ tự giải phương trình trạng thái của dây dẫn. Giả thiết rằng chế ñộ
xuất phát là chế ñộ nhiệt ñộ tối thiểu t
min
, có nghĩa các thông số của chế ñộ n
ày là:
H
tmin
= H
max
= H
cp
; t
l
= t
min
; g
n
. ðối với chế ñộ khảo sát trước hết ta coi ñiều kiện không
có các phụ tải bổ xung, có nghĩa phụ tải q
x
= g
n