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1、西南交通大学西南交通大学峨眉校区峨眉校区电气工程系精品课程电气工程系精品课程接触网接触网:接接 触触 网网第一章第一章 接触网的设计组成和计算条件接触网的设计组成和计算条件第一节第一节 接触网的设计目标和程序接触网的设计目标和程序 第二节第二节 气象条件的确定气象条件的确定第三节第三节 接触悬挂的单位负载计算接触悬挂的单位负载计算第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算:接接 触触 网网 目标和程序：目标和程序： 设计的目标是根据特定条件，如技术条件、线设计的目标是根据特定条件，如技术条件、线路参数和用户要求等编制特定的电气化工程设计路参数和用户要求等编制特定的电
2、气化工程设计文件。这些文件使架空接触网系统的安装及运营文件。这些文件使架空接触网系统的安装及运营能满足特定线路所要求的运行性能。能满足特定线路所要求的运行性能。 架空接触网设计包括如下阶段：架空接触网设计包括如下阶段： 初步设计调查；初步设计调查； 初步设计；初步设计； 工程施工设计；工程施工设计； 文件审核的准备工作。文件审核的准备工作。第一节第一节 接触网的设计目标和程序接触网的设计目标和程序back:接接 触触 网网 初步设计调查：初步设计调查： 架空接触网工程是新线电气化或既有线电气化改造工架空接触网工程是新线电气化或既有线电气化改造工程的以部分。程的以部分。 初步设计调查将架空接触网
3、系统各种不同方案进行必初步设计调查将架空接触网系统各种不同方案进行必选，同时也确认所有附加基础设施工程，如线路布置，隧选，同时也确认所有附加基础设施工程，如线路布置，隧道、桥梁等的特性要求。此阶段还需要审查牵引供电工程道、桥梁等的特性要求。此阶段还需要审查牵引供电工程与其他设备如信号系统设备的兼容性。与其他设备如信号系统设备的兼容性。 初步设计调查提出技术解决方案，如架空接触网系统初步设计调查提出技术解决方案，如架空接触网系统的类型、线路平面图不知的落实，隧道和桥梁结构的变更的类型、线路平面图不知的落实，隧道和桥梁结构的变更方案以及竣工时间和投资预算。然后向铁路公司提供设计方案以及竣工时间和投
4、资预算。然后向铁路公司提供设计研究总结报告以配合其总体设计的编制。研究总结报告以配合其总体设计的编制。第一节第一节 接触网的设计目标和程序接触网的设计目标和程序back:接接 触触 网网 初步设计：初步设计： 首先从初步设计调查提供的数据基础上着手准备架空首先从初步设计调查提供的数据基础上着手准备架空接触网供电示意图，它包括馈线、供电分束、绝缘分段、接触网供电示意图，它包括馈线、供电分束、绝缘分段、隔离开关电动开关和牵引供电线等。隔离开关电动开关和牵引供电线等。 下一步是确认影响接触网平面布置的控制点，在这些下一步是确认影响接触网平面布置的控制点，在这些控制点处不能只按接触网本身的实际情况进行
5、设计，而要控制点处不能只按接触网本身的实际情况进行设计，而要在铁路线路、桥梁结构、隧道、信号和通信系统文件基础在铁路线路、桥梁结构、隧道、信号和通信系统文件基础上实施。接触网在这些控制点处的平面布置要在早期阶段上实施。接触网在这些控制点处的平面布置要在早期阶段予以确定，而其他接触网区段的平面布置可在下阶段确定。予以确定，而其他接触网区段的平面布置可在下阶段确定。 支持装置设备如：单线路腕臂，多线路腕臂，软横跨支持装置设备如：单线路腕臂，多线路腕臂，软横跨或硬横跨等或硬横跨等第一节第一节 接触网的设计目标和程序接触网的设计目标和程序back:接接 触触 网网 应在接触而是那个平面图中予以确定。而
6、支柱未知则根据应在接触而是那个平面图中予以确定。而支柱未知则根据规范和现场条件来确定。初步设计调查，包括所有设计文规范和现场条件来确定。初步设计调查，包括所有设计文件、支柱位置和架空接触网平面图等随同设计说明书一起件、支柱位置和架空接触网平面图等随同设计说明书一起发放给各有关单位征求意见。发放给各有关单位征求意见。第一节第一节 接触网的设计目标和程序接触网的设计目标和程序back:接接 触触 网网 工程施工设计：工程施工设计： 工程施工设计从参与工程个方进行的现场线路定测开始。线路定测有助于确工程施工设计从参与工程个方进行的现场线路定测开始。线路定测有助于确认所有坑能与支柱位置发生冲突的设施，
7、如地下设施、管道、下水道、铁路认所有坑能与支柱位置发生冲突的设施，如地下设施、管道、下水道、铁路路基横断面，信号能见度以及相邻建筑物等。定测期间将所有收集到的信息路基横断面，信号能见度以及相邻建筑物等。定测期间将所有收集到的信息写成报告并得出架空接触网系统的计划安排结论。写成报告并得出架空接触网系统的计划安排结论。 每一可行性工程都需要编制施工设计文件，它套扩如下各项：每一可行性工程都需要编制施工设计文件，它套扩如下各项： 架空接触网系统建筑安装工程的设计说明书；架空接触网系统建筑安装工程的设计说明书； 标准比例尺为标准比例尺为1 1：10001000或或1 1：500500的架空接触网系统平
8、面布置图；的架空接触网系统平面布置图；第一节第一节 接触网的设计目标和程序接触网的设计目标和程序back:接接 触触 网网区间和车站横断面图；区间和车站横断面图；体路牵引供电线路路径纵断面图；体路牵引供电线路路径纵断面图； 特殊安装图特殊安装图和计算校核资料；和计算校核资料；腕臂和吊弦长度计算；腕臂和吊弦长度计算；软横跨安装计算图表；软横跨安装计算图表；车站接地平面图；车站接地平面图；远动隔离开关的控制电缆平面图；远动隔离开关的控制电缆平面图；包括支柱和基础表，架空接触网锚段表和其他材包括支柱和基础表，架空接触网锚段表和其他材料表格在内的材料设备总汇表。料表格在内的材料设备总汇表。第一节第一节
9、 接触网的设计目标和程序接触网的设计目标和程序back:接接 触触 网网一、气象区：我国标准典型气象区一、气象区：我国标准典型气象区二、气象条件的确定：二、气象条件的确定： （一最大风速（一最大风速 （二最高温度（二最高温度tmax tmax 和和 最低温度最低温度tmintmin （三最大风速出现时的温度（三最大风速出现时的温度tvtv （四接触线无线弛度时的温度（四接触线无线弛度时的温度toto： 简单链型悬挂时：简单链型悬挂时：td -10 td -10 弹性链型悬挂时：弹性链型悬挂时： td -5 td -5 （五（五tdtd：吊弦处于正常位置时的温度：吊弦处于正常位置时的温度 （六覆
10、冰厚度（六覆冰厚度 b b第二节第二节 接触网的设计气象条件的确定接触网的设计气象条件的确定back:接接 触触 网网单位负载单位负载单位负载单位负载的计算的计算的计算的计算负载计算在接触网计算中的重要性负载计算在接触网计算中的重要性单位负载的分类及其计算方法单位负载的分类及其计算方法第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网 负载计算在接触网计算中的重要性：负载计算在接触网计算中的重要性： 电力牵引接触网的设施会受到机械、电气、气电力牵引接触网的设施会受到机械、电气、气象等方面的荷载和应力的影响。为确保电能可靠象等方面的荷载和应力的影响。为确
11、保电能可靠传送到牵引车辆，接触网设施必须承受规定极限传送到牵引车辆，接触网设施必须承受规定极限内的所有的荷载和应力，并符合相关的标准要求内的所有的荷载和应力，并符合相关的标准要求如：如：IEC60913IEC60913和和-3-3，EN50119EN50119和和EN 50122EN 50122等所在国等所在国家的标准。家的标准。 第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算可以说：单位计算负载的计算是整个接触网设计计可以说：单位计算负载的计算是整个接触网设计计 算的基础。算的基础。back:接接 触触 网网单位负载的分类及其计算方法：单位负载的分类及其计算方法：定义：单
12、位计算负载是指每米接触悬挂的自重以及定义：单位计算负载是指每米接触悬挂的自重以及 冰、风在其上形成的附加负载。冰、风在其上形成的附加负载。分类：分类： 根据负载的作用方向，计算负载分为：垂直根据负载的作用方向，计算负载分为：垂直负载，水平负载。负载，水平负载。 垂直负载包括：承力索和接触线的单位自重、垂直负载包括：承力索和接触线的单位自重、覆冰重量、吊弦均布重量；覆冰重量、吊弦均布重量； 水平负载包括：覆冰时的风负载、最大风时的水平负载包括：覆冰时的风负载、最大风时的第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网风负载。风负载。 实际上，作用于接触
13、悬挂上的负载是二者的实际上，作用于接触悬挂上的负载是二者的矢矢量和，称为合成负载。量和，称为合成负载。 合成负载包括：悬挂在无冰无风时的单位合合成负载包括：悬挂在无冰无风时的单位合成成负载、在覆冰时的单位合成负载、在最大风时的单负载、在覆冰时的单位合成负载、在最大风时的单位合成负载。位合成负载。 从载荷的变化情况可分为：永久负载和可变从载荷的变化情况可分为：永久负载和可变负负载。永久负载包括：线索、腕臂、绝缘子及其附件、载。永久负载包括：线索、腕臂、绝缘子及其附件、第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网结构构件等的自重，线索张力引起的负载，
14、土压力结构构件等的自重，线索张力引起的负载，土压力等。可变负载包括冰、风等负载。等。可变负载包括冰、风等负载。第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网自重负载计算：自重负载计算： 首先，在负载计算中，垂直负载和水平负载均首先，在负载计算中，垂直负载和水平负载均认为是沿跨距均匀分布。认为是沿跨距均匀分布。 自重负载是由线索、导线、绝缘子、线夹、吊自重负载是由线索、导线、绝缘子、线夹、吊弦和零件的自重或净重产生的，它们被作为一个整弦和零件的自重或净重产生的，它们被作为一个整体，即线索单位长度重力负载体，即线索单位长度重力负载g g ，采用平均悬挂
15、间，采用平均悬挂间距进行计算：距进行计算： g =sgH 10-9 g =sgH 10-9 g g 线索单位长度重线索单位长度重力负载力负载kN/mkN/m） s s 线索的横截面积线索的横截面积mm2mm2） 所求线索的密度所求线索的密度kg/m2 kg/m2 ） gH gH 自由落体重力自由落体重力加速度加速度9.819.81m/s2m/s2）第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网冰负载计算：冰负载计算： 接触网线索和设备覆冰与否，应视电气化线路接触网线索和设备覆冰与否，应视电气化线路所在地区的实际情况而定，根据研究，我国的覆冰所在地区
16、的实际情况而定，根据研究，我国的覆冰重点地区在西南的云贵川和湖南湖北等省份。覆冰重点地区在西南的云贵川和湖南湖北等省份。覆冰地区一般选取地区一般选取-5-5为线索覆冰时的温度。为线索覆冰时的温度。 线索覆冰厚度不得小于该地区实际观测到每五线索覆冰厚度不得小于该地区实际观测到每五年一遇的最大冰厚。覆冰考虑为圆筒形沿导线表面年一遇的最大冰厚。覆冰考虑为圆筒形沿导线表面等厚度分布等厚度分布, ,不考虑导线截面的不规则形状不考虑导线截面的不规则形状, ,设计资设计资料中只给出承力索覆冰厚度。料中只给出承力索覆冰厚度。第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触
17、 网网 接触网计算时一般不考虑吊弦及其线夹的覆冰接触网计算时一般不考虑吊弦及其线夹的覆冰载荷载荷, ,考虑到受电弓滑板运行中的刮冰作用考虑到受电弓滑板运行中的刮冰作用, ,计算接计算接触线冰厚时应折算为承力索覆冰厚度的一半。触线冰厚时应折算为承力索覆冰厚度的一半。 线索覆冰的密度因地区和结冰情况不同而异线索覆冰的密度因地区和结冰情况不同而异, ,为为统一起见统一起见, ,一般取为一般取为0.90.9克克/ /立方米。立方米。 简单说来，冰对接触网的影响有两方面：增加简单说来，冰对接触网的影响有两方面：增加线索的机械负荷；影响正常供电。线索的机械负荷；影响正常供电。第三节第三节 接触网的设计单位
18、负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网冰的分类冰的分类( (表观分类表观分类) )：第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网导线覆冰导线覆冰的危害的危害不同期脱冰或不同期脱冰或不均匀覆冰事故不均匀覆冰事故导线覆冰导线覆冰舞动事故舞动事故过负载过负载绝缘子串冰绝缘子串冰闪络事故闪络事故第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网架空导线防冰架空导线防冰除冰的一般原则除冰的一般原则抗抗防防避避融融第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算改改back:
19、接接 触触 网网风负载计算：风负载计算： 风会给接触网带来附加负载，严重时会吹断线风会给接触网带来附加负载，严重时会吹断线和支柱，破坏接触网系统的正常工作。设计风速是和支柱，破坏接触网系统的正常工作。设计风速是接触网设计最基本的设计参数之一。但要准确选定接触网设计最基本的设计参数之一。但要准确选定设计风速是一件非常困难的事情，因为它因地而设计风速是一件非常困难的事情，因为它因地而生、因地而变。在接触网中是以生、因地而变。在接触网中是以1010米高空自记录米高空自记录10min10min的平均风速作为设计依据的。的平均风速作为设计依据的。 最大瞬时风速和最大平均风速间有最大瞬时风速和最大平均风速
20、间有1.51.5倍平均倍平均而言的关系。而言的关系。第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网 风根据经过的地形，无论在垂直还是水平方向风根据经过的地形，无论在垂直还是水平方向上受到约束，风速将增大而成为强风。垂直约束在上受到约束，风速将增大而成为强风。垂直约束在风超过山岳等时发生，此时风速会增大风超过山岳等时发生，此时风速会增大50%50%左右。根左右。根据日本风洞试验，在路堤处同样存在垂直约束合风据日本风洞试验，在路堤处同样存在垂直约束合风速相对增大，在接触网接触悬挂高度附近，可达到速相对增大，在接触网接触悬挂高度附近，可达到平地处同样高度
21、风速的平地处同样高度风速的1.21.51.21.5倍。其上吹角也从倍。其上吹角也从1010度达到度达到1515度。水平约束常发生在山峡，垭口地带。度。水平约束常发生在山峡，垭口地带。反之在森林和都市地带，由于地表面不整齐，受到反之在森林和都市地带，由于地表面不整齐，受到摩擦影响使风速降低。摩擦影响使风速降低。第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网 据观测，据观测，30m30m宽的防护林可将风速降低宽的防护林可将风速降低20%40%20%40%；60m60m的防护林可将风速减小一半。的防护林可将风速减小一半。 由此可知：设计风速一定要特别注意
22、地域性和由此可知：设计风速一定要特别注意地域性和特殊性。特殊性。第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算back:接接 触触 网网 结构设计风速结构设计风速为确定接触网构件为确定接触网构件结构强度之用。结构强度之用。 运行设计风速运行设计风速为确定接触网风偏为确定接触网风偏和跨距之用。根据和跨距之用。根据 建筑结构荷载规建筑结构荷载规范范(GB50009-(GB50009-2019)2019)的附录的附录D2.2 D2.2 规定规定: :选取最大风选取最大风速时速时, ,一般应有一般应有2525年以上的资料。年以上的资料。 根据国外高速根据国外高速铁路试验和运营数铁路
23、试验和运营数据据, , 高客专隧道内高客专隧道内必须按最大结构设必须按最大结构设计风速对隧道内接计风速对隧道内接触网结构进行气动触网结构进行气动力的影响计算。力的影响计算。运行设计运行设计风速风速结构设计结构设计风速风速隧道结构隧道结构设计风速设计风速第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算 设计风速的选择设计风速的选择back:接接 触触 网网第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算风负载计算说明：风负载计算说明：风压计算的说明：风压计算的说明：风负载是由风的动能形成的，在计算接触风负载是由风的动能形成的，在计算接触网线索风压时作了以下几点
24、假设：网线索风压时作了以下几点假设：（1假设风速恒定；假设风速恒定；（2假设风向垂直于接触网的纵向布置，假设风向垂直于接触网的纵向布置，且不发生改变；且不发生改变；（3在标准大气压下，单位体积的风吹在在标准大气压下，单位体积的风吹在单位面积上所形成的风压为风压计单位面积上所形成的风压为风压计算系数；算系数；因而、当实际条件不满足以上假设时，需因而、当实际条件不满足以上假设时，需进行修正；用于修正的系数有：进行修正；用于修正的系数有： (1) 风速不均匀系数与风速、风向、地风速不均匀系数与风速、风向、地形地貌、跨距大小有关；形地貌、跨距大小有关； (2) 风压高度变化系数与地面高度或海拔风压高度
25、变化系数与地面高度或海拔高度有关；高度有关； (3) 风荷载体型系数与受风体的几何形风荷载体型系数与受风体的几何形状和受风面面积有关。状和受风面面积有关。back:接接 触触 网网第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算各类计算负载的计算公式各类计算负载的计算公式: :back:接接 触触 网网第三节第三节 接触网的设计单位负载的计算接触网的设计单位负载的计算7.1.4 各类计算负载的计算公式各类计算负载的计算公式各类计算负载的计算公式各类计算负载的计算公式: :back:接接 触触 网网基本概念：基本概念：（1 1弛度弛度 处于两端固定，且不会发生移动的状态下的柔处
26、于两端固定，且不会发生移动的状态下的柔软线索，其最低点至两悬挂点间的垂直距离，称为该线索的软线索，其最低点至两悬挂点间的垂直距离，称为该线索的弛度。弛度。（2 2张力张力 柔软线索在外力作用下其内部产生的内应力。柔软线索在外力作用下其内部产生的内应力。（3 3等高悬挂等高悬挂 对于同一参考水平面两悬挂点高度相等的悬挂。对于同一参考水平面两悬挂点高度相等的悬挂。第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算back:接接 触触 网网（4 4不等高悬挂不等高悬挂 对于同一参考水平面两悬挂点高度不相等的悬对于同一参考水平面两悬挂点高度不相等的悬 挂。挂。（5 5简单悬挂简单悬
27、挂 只有一根线索的悬挂。只有一根线索的悬挂。第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算back:接接 触触 网网第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算等高悬挂的张力与弛度计算：等高悬挂的张力与弛度计算：back:接接 触触 网网第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算回到回到3333页页back:接接 触触 网网弛度计算公式推导：弛度计算公式推导：假设条件：假设条件： (1) (1)线索两端固定、只受重力作用；线索两端固定、只受重力作用； (2) (2)线索十分柔软、刚度不计；线索十分柔软、刚度不计； (
28、3) (3)线索的直径与其长度相比较忽略不计；线索的直径与其长度相比较忽略不计； (4) (4)线索的自重沿跨距均匀分布。线索的自重沿跨距均匀分布。 等高悬挂的张力和弛度计算：等高悬挂的张力和弛度计算：第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算back:接接 触触 网网第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算如下图如下图当当back:接接 触触 网网第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算 该式称为简单悬挂的曲线方程，在水平均匀负载下，该式称为简单悬挂的曲线方程，在水平均匀负载下，接触线成抛物线形状。接触线
29、成抛物线形状。 由该式可以看出：弛度由该式可以看出：弛度 和张力和张力T T之间存在着一定的之间存在着一定的关系。在每取一个数值关系。在每取一个数值T T时，就能得到一个相应的时，就能得到一个相应的 值，值，从而可以得出在特定条件下张力与弛度的关系曲线。从而可以得出在特定条件下张力与弛度的关系曲线。back:接接 触触 网网 应当注意的是，悬挂导线的张力并不是常数，二应当注意的是，悬挂导线的张力并不是常数，二是变化的，其张力的方向是沿切线方向。如下图：是变化的，其张力的方向是沿切线方向。如下图：第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算 在接触线上任取一点在接触线上
30、任取一点O O，有简单悬挂曲线方程课的，有简单悬挂曲线方程课的抛物线在抛物线在O O点倾角点倾角的正切值，即：的正切值，即：back:接接 触触 网网第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算由由由此可知接触线在由此可知接触线在O O点的张力为：点的张力为：back:接接 触触 网网将将第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算代入上式得：代入上式得： 从上式可以看出，当从上式可以看出，当x=0x=0或或x=lx=l时，在悬挂时，在悬挂点处的张力具有最大值，其值为：点处的张力具有最大值，其值为：back:接接 触触 网网第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算back:接接 触触 网网第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算等高悬挂线索的实长计算：等高悬挂线索的实长计算：back:接接 触触 网网不等高悬挂的弛度计算：不等高悬挂的弛度计算：第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算由由M=0 得：得：back:接接 触触 网网因为悬挂点高度差为：因为悬挂点高度差为：第四节第四节 简单悬挂线索的张力和弛度计算简单悬挂线索的张力和弛度计算而而解上述联立方程得：解上述联立方程得： back:
