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1、接触网原理,课程的内容,接触网的结构特征 接触网设备与零部件 接触网设计计算 高速受流,教学参考书,1. 于万聚. 电气化铁路接触网， 成都：西南交通大学出版社，2003 2. 吉鹏霄. 接触网， 北京：化学工业出版社，2006 3.（德）KieBling等. 电气化铁路接触网, 中国电力出版社，2004,电气化铁路的组成,电力机车 牵引变电所 接触网,牵引供电系统,接触网供电系统,接触网,日本新干线,法国TGV,德国西门子ICE,上海磁悬浮,牵引供电系统,牵引供电系统 牵引电能的产生、传输、受流 牵引网 接触网、钢轨回路、馈电线和回流线 接触网分类 架空接触网、第三轨、架空接触轨,牵引供电的
2、种类,直流 DC750V 、DC1500V 主要用于地铁等 交流 AC25kV 、50Hz 现在的主流供电系统,接触网,接触网,受电弓,接触网的特点,接触网是一定距离的输电线 为各种条件下的集电器提供滑行接触 无备用,可靠性要求高 经济方面的考虑,要求有较长的使用寿命,接触网的基本要求,机械要求 强度 电气要求 载流量,短路载流量,电压变化,电气绝缘 环境要求 温度,风速,覆冰,污染 运行和维护要求 部件可靠,使用寿命长,操作方便,对接触网的其他要求,受电弓对接触网的要求 环境兼容性 轨道线路对接触网的要求 限界(见图),限界,隧道的限界,接触网结构示意图,接触网类型,单链形悬挂,双链形和多链
3、形悬挂,接触网零部件,线索 定位和支持装置 支柱和基础,接触网组成,线和绞线,受电弓沿其行走的预张力线称为接触线。它与承力索、吊弦和吊索一起形成纵向接触网悬挂。 接触线 接触线两侧带槽便于线夹夹持。 接触线截面积的选择取决于电流、电压和施加的张力。,接触线,我国电气化铁路主型接触线,定位装置,定位装置: 定位管、支持器、定位器、定位线夹 定位器: 作用: 直线段、曲线段 要求: 灵活、轻、风稳定性 定位形式: 正定位、反定位、软定位、组合定位、 单拉定位 形状: 直管式、弯管式、特型等 曲线段安装: 倾斜度.一般在1:51:10之间,定位器类型,支持装置,支持装置包括腕臂、软横跨、硬横跨 腕臂
4、的分类 按结构: 拉杆水平腕臂、斜撑水平腕臂、拉杆斜腕臂 按固定方式: 固定、半固定 、旋转 按绝缘方式: 绝缘、非绝缘 按跨越股道数: 单线路、多线路 按导线定位方式: 标准、反向,腕臂的结构类型,腕臂,支柱,分类: 按材质: 预应力钢筋混凝土柱、钢柱 按支柱上的支持装置: 腕臂支柱、软横跨支柱、硬横跨支柱和 定位支柱 按用途: 中间支柱、转换支柱和锚柱 按结构: 整体和分离,基础,三个条件: 足够的强度、良好的稳定性、足够的承载力 形式: 扩大基础 棱柱形基础 带横卧板的棱柱形基础,基础,软横跨,作用: 多股道 构成: 横向承力索、上部定位索、下部定位索 类型: 按绝缘类型分 下部定位索绝
5、缘 上下部定位索均绝缘 横向承力索与定位索非绝缘 横向承力索与定位索均绝缘,软横跨类型,硬横梁,优点: 1. 机械上独立, 股道间不影响,事故范围小. 2.结构稳定, 抗振动、抗风性能好 3.刚度好, 稳定性高, 能改善弓网受流, 具有磨耗小、 离线率低的特点 4.跨越能力强、能有效降低支柱高度 5.形式单一、结构简单便于机械化施工 6.外观一致、简洁、匀称、美观,接触网的分段,接触网电分段有： 横向分段、纵向分段 分段绝缘器 电分相 机械分段,锚段及锚段关节,锚段:在区间或站场上，为满足供电面和机械方面的要求，将接触网分成若干一定长度且相互独立的分段，这种独立的分段称为锚段。 目的：加补偿器
6、；缩小机械事故范围；使吊弦的偏移不致超过许可值以及改善接触线的受力情况。 锚段长度主要由接触线和承力索从中心锚结到补偿器之间的张力差来决定的。(15%),锚段关节,锚段关节:相邻两个锚段的衔接区段（重叠部分）称为锚段关节。 分类: 按用途:绝缘锚段关节和非绝缘锚段关节. 按所含跨距数:可分为二跨,三跨,四跨,五跨等.,三跨非绝缘锚段关节,四跨绝缘锚段关节,五跨非绝缘锚段关节,锚段关节形式,五跨关节立面示意图,四跨关节立面示意图,补偿装置,种类：滑轮式，棘轮式，鼓轮式，液压式，弹簧式等 要求： ）灵活 ）快速制动,滑轮式补偿装置,滑轮式补偿装置(1:2),滑轮式补偿装置(1:3),滑轮式补偿装置
7、(1:4),坠砣,全补偿下锚结构图,棘轮式补偿装置,棘轮式补偿装置,京津城际：1:3+1:3棘轮,棘轮式补偿装置,弹性补偿器,中心锚结,中心锚结,两跨式中心锚结,两跨式中心锚结,吊弦,支柱吊弦安设图,支柱吊弦安设图,整体吊弦,线岔,线岔： 在站场内的道岔处必有两组接触悬挂交叉，在两组悬挂相交处设置的限制器或限制管叫线岔。 结构,线岔,单开道岔线岔定位,无交叉线岔,无交叉线岔,分段,分相绝缘装置,电分段:为了缩小停电事故发生的范围. 分类: 横向分段:线路之间,如站场各股道间 纵向分段:沿线路方向进行的分段. 隔离开关一般设在靠近车站的转换支柱上. 同相靠绝缘锚段关节或分段绝缘器实现点分段的.不
8、同相采用分相绝缘器.,供电方式,分段绝缘器,使用处所:站场 常见的有: 高铝陶瓷分段绝缘器 菱形分段绝缘器 其他,高铝陶瓷分段绝缘器,菱形分段绝缘器,西门子,西门子,电分相,电分相： 在单相交流牵引供电系统中，电力机车是由单相供电的，为了平衡电力系统的A、B、C各项负荷，一般要实行A、B相轮流供电。所以A、B相之间要进行分开，这称为电分相。 分相绝缘装置根据其实现方法分为分相绝缘装置和锚段关节式电分相.,分相绝缘器,分相绝缘装置,安装示意图,AF滑道式分相绝缘装置,锚段关节式电分相,P166,电分相线路标志,锚段关节式电分相线路标志,自动过分相,地面自动转换电分相装置 柱上断载自动转换电分相装
9、置 车载断电自动转换电分相装置,地面自动转换电分相装置,柱上断载自动转换电分相装置,车载断电自动转换电分相装置,隔离开关,隔离开关安装图,电连接,股道电连接,桥梁接触网设备,隧道内接触悬挂,隧道内接触悬挂,隧道内接触悬挂,隧道内接触悬挂,隧道内接触悬挂,T形简单悬挂安装图,隧道内全补偿中心锚结,隧道简单悬挂中心锚结,隧道内三跨锚段关节示意图,隧道内四跨锚段关节示意图,双线隧道悬挂安装图,接触网设计,设计程序 设计计算 平面设计,设计程序,依据:铁路建设工程勘察设计管理办法 发布文号：【中华人民共和国铁道部令第26号】 颁布日期：2006-1-4 执行日期：2006-3-1 程序: 决策阶段:预
10、可行性研究和可行性研究 实施阶段:初步设计和施工图设计,接触网的设计计算,气象条件和计算负载 自由悬挂导线的张力与弛度计算 简单悬挂的状态方程 链形悬挂的张力与弛度 接触线受风偏移和跨度许可长度的计算 链形悬挂接触线的受风偏移和跨度长度 链形悬挂锚段长度的计算,气象条件,接触网设计中所用到的主要气象条件: 最高温度,最低温度,最大风速,覆冰厚度 气象区的划分 标准典型气象区:个 以华北地区为例: 最高温度： 最低温度： 最大风速： 覆冰厚度：,标准典型气象区,气象条件的确定,最大风速:采用距地面10m高处,15年一遇的10min平均最大值. 最高温度与最低温度:根据实际极限温度并参考典型气象区
11、来确定.为了便于计算,在数值上宜取与极限温度接近的5之整数倍. 最大风速出现时的温度:一般取风速大而出现次数多的月份的温度的平均值. 覆冰厚度:可用单位长度导线覆冰后的重量换算出覆冰的平均厚度. 覆冰时的风速:一般10m/s,沿海及草原15m/s. 覆冰时的温度:一般-5,海拔1000m以上-10.,气象条件的确定,接触线无弛度时的温度 简单链形悬挂时： 弹性链形悬挂时： 吊弦及定位器处于 正常位置时的温度:,计算负载的决定,计算负载分为：垂直负载和水平负载 垂直负载： 简单悬挂：自重和覆冰 链形悬挂：承力索,接触线,吊弦及定位器 的自重和承力索及接触线的覆冰 水平负载： 风负荷吊弦偏斜所造成
12、的负荷；承力索和接触线由于之字力和曲线力；下锚力对支柱和支持装置所形成的水平分力,自重负载,冰负载,覆冰厚度应不小于实际观测到的5年至少出现一次的最大覆冰厚度. 接触线的覆冰厚度折算为承力索的一半.,冰负载,风负载,自由悬挂导线的弛度与张力计算,等高悬挂的驰度和张力计算 不等高悬挂的驰度和张力计算 悬挂线索实际长度计算 简单悬挂的状态方程,自由悬挂导线,两悬挂点在同一水平位置时为等高悬挂. 两悬挂点不在同一水平位置时为不等高悬挂.,弧垂,悬挂点,等高自由悬挂导线的驰度,A,B,o,y,x,C,驰度,F,从接触线弧垂最低点,到连接两悬挂点间的垂直距离,称为驰度F.,l,跨距,等高自由悬挂导线的张
13、力,A,B,o,y,x,C,张力,F,l,gl,张力,TA,RA,FA,RB,FB,TB,自重荷载,等高悬挂,根据力的平衡原理,悬挂导线任意一点的水平张力是一个常数。,悬挂点垂直反力的大小取决于单位自重负荷和跨距长度。,自由悬挂导线的曲线方程,A,TA,RA,FA,x,y,gl,O,T,R,任取悬挂导线上一点O， 则：,即：,公式推导（一）,将FA=gl/2, TA=T代入，得,上式整理后，任意一点的驰度，可以用下式表示：,公式推导（二）,当x=l/2时，y=ymax=F，既,驰度,张力,公式推导（三）,将前面的式2.1.4代入式2.1.2，得,上式为自由悬挂导线的曲线方程。说明在水平均布负载
14、下，导线成抛物线形状。,结论,以上公式可以看出，驰度F和水平张力T之间存在着一定的关系。在每取一个数值T时，就能得到一个相应的F值，从而可以得出特定条件下张力与驰度的关系曲线。 悬挂导线的张力并不是常数，而是变化的，其张力的方向是沿悬挂线索的切线方向。 在悬挂点上，张力具有最大值；在跨距中点，张力具有最小值。,举例,以德国CuAC-100型接触线为例 当跨距为40m,承受恒定张力10kN时： 最大驰度=0.175m 在吊弦间距为12m的链形架空接触网中,两吊弦间的同一接触线的驰度约为16mm。,B,A,不等高自由悬挂导线的驰度,驰度,B,A,F1,F2,l,l1,l2,O,不等高悬挂的驰度计算
15、是以最低点O为坐标原点，找出两个假想的等高悬挂，然后分别计算。,h,驰度,上式表明了悬挂点不等高时，高、低两悬挂点 计算驰度与悬挂点等高悬挂驰度之间的关系。,斜弛度,B,A,斜驰度,B,A,F1,F2,l1,l2,O,F,不等高悬挂的斜弛度等于跨距相同时,等高悬挂的弛度.,不等高悬挂的张力计算是以最低点O为坐标原点，找出两个假想的等高悬挂，然后分别计算。,B,A,不等高自由悬挂导线的张力,B,A,F1,F2,l,l1,l2,O,A,张力,TA,RA,FA,张力,RB,FB,TB,gl1,gl2,不等高悬挂的张力计算,根据力矩可以建立方程式，求解后可以得出线索上任意一点的张力： 悬挂点A、B的张力,上拔力,上拔力校验,加大跨距,降低高差,悬挂线索实际长度的计算,等高 不等高：已知跨距、斜驰度、高差时 不等高：已知最大驰度、水平距离,简单悬挂的状态方程,温度与张力的关系 安装曲线,决定起始条件,临界跨距,当量跨距,假如设定一个代表跨距,而这个跨距中的导线张力随温度变化的规律与该锚段内的实际变化完全相同,这个假设的代表跨距就称为该锚段的当量跨距.,临界温度,驰度曲线,链形悬挂的张力计算,受力分析,结构系数,换算负载与换算张力,链形悬挂的状态方程,临界负载,半补偿链形悬挂的安装曲线,半补偿链形悬挂承力索的弛度,
