接觸網的設計組成和計算條件PPT課件

1、 目標和程序：目標和程序： 設計的目標是根據特定條件，如技術條件、線路參數和用戶要求等編制特定的電氣化工程設計文件。這設計的目標是根據特定條件，如技術條件、線路參數和用戶要求等編制特定的電氣化工程設計文件。這些文件使架空接觸網系統(tǒng)的安裝及運營能滿足特定線路所要求的運行性能。些文件使架空接觸網系統(tǒng)的安裝及運營能滿足特定線路所要求的運行性能。 架空接觸網設計包括如下階段：架空接觸網設計包括如下階段： 初步設計調查；初步設計調查； 初步設計；初步設計； 工程施工設計；工程施工設計； 文件審核的準備工作。文件審核的準備工作。第一節(jié) 接觸網的設計目標和程序back第1頁/共40頁 初步設計調查：初步設計

2、調查： 架空接觸網工程是新線電氣化或既有線電氣化改造工程的以部分。架空接觸網工程是新線電氣化或既有線電氣化改造工程的以部分。 初步設計調查將架空接觸網系統(tǒng)各種不同方案進行必選，同時也確初步設計調查將架空接觸網系統(tǒng)各種不同方案進行必選，同時也確認所有附加基礎設施工程，如線路布置，隧道、橋梁等的特性要求。此階認所有附加基礎設施工程，如線路布置，隧道、橋梁等的特性要求。此階段還需要審查牽引供電工程與其他設備如信號系統(tǒng)設備的兼容性。段還需要審查牽引供電工程與其他設備如信號系統(tǒng)設備的兼容性。 初步設計調查提出技術解決方案，如架空接觸網系統(tǒng)的類型、線路初步設計調查提出技術解決方案，如架空接觸網系統(tǒng)的類型、

3、線路平面圖不知的落實，隧道和橋梁結構的變更方案以及竣工時間和投資預算。平面圖不知的落實，隧道和橋梁結構的變更方案以及竣工時間和投資預算。然后向鐵路公司提供設計研究總結報告以配合其總體設計的編制。然后向鐵路公司提供設計研究總結報告以配合其總體設計的編制。第一節(jié) 接觸網的設計目標和程序back第2頁/共40頁 初步設計：初步設計： 首先從初步設計調查提供的數據基礎上著手準備架空接觸網供電示意首先從初步設計調查提供的數據基礎上著手準備架空接觸網供電示意圖，它包括饋線、供電分束、絕緣分段、隔離開關（電動開關）和牽引供圖，它包括饋線、供電分束、絕緣分段、隔離開關（電動開關）和牽引供電線等。電線等。 下一

4、步是確認影響接觸網平面布置的控制點，在這些控制點處不能只下一步是確認影響接觸網平面布置的控制點，在這些控制點處不能只按接觸網本身的實際情況進行設計，而要在鐵路線路、橋梁結構、隧道、按接觸網本身的實際情況進行設計，而要在鐵路線路、橋梁結構、隧道、信號和通信系統(tǒng)文件基礎上實施。接觸網在這些控制點處的平面布置要在信號和通信系統(tǒng)文件基礎上實施。接觸網在這些控制點處的平面布置要在早期階段予以確定，而其他接觸網區(qū)段的平面布置可在下階段確定。早期階段予以確定，而其他接觸網區(qū)段的平面布置可在下階段確定。 支持裝置設備如：單線路腕臂，多線路腕臂，軟橫跨或硬橫跨等支持裝置設備如：單線路腕臂，多線路腕臂，軟橫跨或硬

5、橫跨等第一節(jié) 接觸網的設計目標和程序back第3頁/共40頁 應在接觸而是那個平面圖中予以確定。而支柱未知則根據規(guī)范和現場條應在接觸而是那個平面圖中予以確定。而支柱未知則根據規(guī)范和現場條件來確定。初步設計調查，包括所有設計文件、支柱位置和架空接觸網平件來確定。初步設計調查，包括所有設計文件、支柱位置和架空接觸網平面圖等隨同設計說明書一起發(fā)放給各有關單位征求意見。面圖等隨同設計說明書一起發(fā)放給各有關單位征求意見。第一節(jié) 接觸網的設計目標和程序back第4頁/共40頁 工程施工設計：工程施工設計： 工程施工設計從參與工程個方進行的現場線路定測開始。線路定測有工程施工設計從參與工程個方進行的現場線路

6、定測開始。線路定測有助于確認所有坑能與支柱位置發(fā)生沖突的設施，如地下設施、管道、下水助于確認所有坑能與支柱位置發(fā)生沖突的設施，如地下設施、管道、下水道、鐵路路基橫斷面，信號能見度以及相鄰建筑物等。定測期間將所有收道、鐵路路基橫斷面，信號能見度以及相鄰建筑物等。定測期間將所有收集到的信息寫成報告并得出架空接觸網系統(tǒng)的計劃安排結論。集到的信息寫成報告并得出架空接觸網系統(tǒng)的計劃安排結論。 每一可行性工程都需要編制施工設計文件，它套擴如下各項：每一可行性工程都需要編制施工設計文件，它套擴如下各項： 架空接觸網系統(tǒng)建筑安裝工程的設計說明書；架空接觸網系統(tǒng)建筑安裝工程的設計說明書； 標準比例尺為標準比例尺

7、為1 1：10001000或或1 1：500500的架空接觸網系統(tǒng)平面布置圖；的架空接觸網系統(tǒng)平面布置圖；第一節(jié) 接觸網的設計目標和程序back第5頁/共40頁區(qū)間和車站橫斷面圖；區(qū)間和車站橫斷面圖；體路牽引供電線路路徑縱斷面圖；體路牽引供電線路路徑縱斷面圖； 特殊安裝圖和計算校核資料；特殊安裝圖和計算校核資料；腕臂和吊弦長度計算；腕臂和吊弦長度計算；軟橫跨安裝計算圖表；軟橫跨安裝計算圖表；車站接地平面圖；車站接地平面圖；遠動隔離開關的控制電纜平面圖；遠動隔離開關的控制電纜平面圖；包括支柱和基礎表，架空接觸網錨段表和其他材料表格在內的材料設備總匯表。包括支柱和基礎表，架空接觸網錨段表和其他材料

8、表格在內的材料設備總匯表。第一節(jié) 接觸網的設計目標和程序back第6頁/共40頁一、氣象區(qū)：我國標準典型氣象區(qū)一、氣象區(qū)：我國標準典型氣象區(qū)二、氣象條件的確定：二、氣象條件的確定： （一）最大風速（一）最大風速 （二）最高溫度（二）最高溫度t tmaxmax 和和 最低溫度最低溫度t tminmin （三）最大風速出現時的溫度（三）最大風速出現時的溫度t tv v （四）接觸線無線弛度時的溫度（四）接觸線無線弛度時的溫度t to o： 簡單鏈型懸掛時：簡單鏈型懸掛時：t td d -10 -10 彈性鏈型懸掛時：彈性鏈型懸掛時： t td d -5-5 （五）（五）t td d：吊弦處于正常位

9、置時的溫度：吊弦處于正常位置時的溫度 （六）覆冰厚度（六）覆冰厚度 b b第二節(jié) 接觸網的設計氣象條件的確定back第7頁/共40頁負載計算在接觸網計算中的重要性單位負載的分類及其計算方法第三節(jié)第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算接觸網的設計單位負載的計算back第8頁/共40頁 負載計算在接觸網計算中的重要性：負載計算在接觸網計算中的重要性： 電力牽引接觸網的設施會受到機械、電氣、氣象等方面的荷載和應力的影響。為確保電能可靠傳送到牽電力牽引接觸網的設施會受到機械、電氣、氣象等方面的荷載和應力的影響。為確保電能可靠傳送到牽引車輛，接觸網設施必須承受規(guī)定極限內的所有的荷載和應力，并符合相關的標準要

10、求如：引車輛，接觸網設施必須承受規(guī)定極限內的所有的荷載和應力，并符合相關的標準要求如：IEC60913IEC60913和和-3-3，EN50119EN50119和和EN 50122EN 50122等所在國家的標準。等所在國家的標準。 第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算可以說：單位計算負載的計算是整個接觸網設計計 算的基礎。back第9頁/共40頁單位負載的分類及其計算方法：單位負載的分類及其計算方法：定義：單位計算負載是指每米接觸懸掛的自重以及定義：單位計算負載是指每米接觸懸掛的自重以及 冰、風在其上形成的附加負載。冰、風在其上形成的附加負載。分類：分類： 根據負載的作用方向，計算負載分為：垂

11、直根據負載的作用方向，計算負載分為：垂直負載，水平負載。負載，水平負載。 垂直負載包括：承力索和接觸線的單位自重、垂直負載包括：承力索和接觸線的單位自重、覆冰重量、吊弦均布重量；覆冰重量、吊弦均布重量； 水平負載包括：覆冰時的風負載、最大風時的水平負載包括：覆冰時的風負載、最大風時的第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算back第10頁/共40頁風負載。風負載。 實際上，作用于接觸懸掛上的負載是二者的矢實際上，作用于接觸懸掛上的負載是二者的矢量和，稱為合成負載。量和，稱為合成負載。 合成負載包括：懸掛在無冰無風時的單位合成合成負載包括：懸掛在無冰無風時的單位合成負載、在覆冰時的單位合成負載、在最大

12、風時的單負載、在覆冰時的單位合成負載、在最大風時的單位合成負載。位合成負載。 從載荷的變化情況可分為：永久負載和可變負從載荷的變化情況可分為：永久負載和可變負載。永久負載包括：線索、腕臂、絕緣子及其附件、載。永久負載包括：線索、腕臂、絕緣子及其附件、第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算back第11頁/共40頁結構構件等的自重，線索張力引起的負載，土壓力結構構件等的自重，線索張力引起的負載，土壓力等。可變負載包括冰、風等負載。等?？勺冐撦d包括冰、風等負載。第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算back第12頁/共40頁自重負載計算：自重負載計算： 首先，在負載計算中，垂直負載和水平負載均首先，在負載

13、計算中，垂直負載和水平負載均認為是沿跨距均勻分布。認為是沿跨距均勻分布。 自重負載是由線索、導線、絕緣子、線夾、吊自重負載是由線索、導線、絕緣子、線夾、吊弦和零件的自重或凈重產生的，它們被作為一個整弦和零件的自重或凈重產生的，它們被作為一個整體，即線索單位長度重力負載體，即線索單位長度重力負載g g ，采用平均懸掛間，采用平均懸掛間距進行計算：距進行計算： g =sgH 10-9 g g 線索單位長度重力負載（線索單位長度重力負載（kN/mkN/m） s s 線索的橫截面積（線索的橫截面積（mmmm2 2） 所求線索的密度（所求線索的密度（kg/mkg/m2 2 ） g gH H 自由落體重力

14、加速度自由落體重力加速度9.819.81（m/sm/s2 2）第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算back第13頁/共40頁冰負載計算：冰負載計算： 接觸網線索和設備覆冰與否，應視電氣化線路接觸網線索和設備覆冰與否，應視電氣化線路所在地區(qū)的實際情況而定，根據研究，我國的覆冰所在地區(qū)的實際情況而定，根據研究，我國的覆冰重點地區(qū)在西南的云貴川和湖南湖北等省份。覆冰重點地區(qū)在西南的云貴川和湖南湖北等省份。覆冰地區(qū)一般選取地區(qū)一般選取-5-5為線索覆冰時的溫度。為線索覆冰時的溫度。 線索覆冰厚度不得小于該地區(qū)實際觀測到每五線索覆冰厚度不得小于該地區(qū)實際觀測到每五年一遇的最大冰厚。覆冰考慮為圓筒形年一遇的

15、最大冰厚。覆冰考慮為圓筒形沿導線表面沿導線表面等厚度分布等厚度分布, ,不考慮導線截面的不規(guī)則形狀不考慮導線截面的不規(guī)則形狀, ,設計資設計資料中只給出承力索覆冰厚度。料中只給出承力索覆冰厚度。第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算back第14頁/共40頁 接觸網計算時一般不考慮吊弦及其線夾的覆冰接觸網計算時一般不考慮吊弦及其線夾的覆冰載荷載荷, ,考慮到受電弓滑板運行中的刮冰作用考慮到受電弓滑板運行中的刮冰作用, ,計算接計算接觸線冰厚時應折算為承力索覆冰厚度的一半。觸線冰厚時應折算為承力索覆冰厚度的一半。 線索覆冰的密度因地區(qū)和結冰情況不同而異線索覆冰的密度因地區(qū)和結冰情況不同而異, ,為為

16、統(tǒng)一起見統(tǒng)一起見, ,一般取為一般取為0.90.9克克/ /立方米。立方米。 簡單說來，冰對接觸網的影響有兩方面：增加簡單說來，冰對接觸網的影響有兩方面：增加線索的機械負荷；影響正常供電。線索的機械負荷；影響正常供電。第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算back第15頁/共40頁冰的分類冰的分類( (表觀分類表觀分類) )：第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算back第16頁/共40頁導線覆冰的危害不同期脫冰或不均勻覆冰事故導線覆冰舞動事故過負載絕緣子串冰閃絡事故第三節(jié)第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的接觸網的設計單位負載的計算計算back第17頁/共40頁架空導線防冰除冰的一般原則抗防避融第三節(jié)第三

17、節(jié) 接觸網的設計單位負載的接觸網的設計單位負載的計算計算改back第18頁/共40頁風負載計算：風負載計算： 風會給接觸網帶來附加負載，嚴重時會吹斷線風會給接觸網帶來附加負載，嚴重時會吹斷線和支柱，破壞接觸網系統(tǒng)的正常工作。設計風速是和支柱，破壞接觸網系統(tǒng)的正常工作。設計風速是接觸網設計最基本的設計參數之一。但要準確選定接觸網設計最基本的設計參數之一。但要準確選定設計風速是一件非常困難的事情，因為它因地而設計風速是一件非常困難的事情，因為它因地而生、因地而變。在接觸網中是以生、因地而變。在接觸網中是以1010米高空自記錄米高空自記錄10min10min的平均風速作為設計依據的。的平均風速作為設

18、計依據的。 最大瞬時風速和最大平均風速間有最大瞬時風速和最大平均風速間有1.51.5倍（平均倍（平均而言）的關系。而言）的關系。第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算back第19頁/共40頁 風根據經過的地形，無論在垂直還是水平方向風根據經過的地形，無論在垂直還是水平方向上受到約束，風速將增大而成為強風。垂直約束在上受到約束，風速將增大而成為強風。垂直約束在風超過山岳等時發(fā)生，此時風速會增大風超過山岳等時發(fā)生，此時風速會增大50%50%左右。根左右。根據日本風洞試驗，在路堤處同樣存在垂直約束合風據日本風洞試驗，在路堤處同樣存在垂直約束合風速相對增大，在接觸網接觸懸掛高度附近，可達到速相對增大，在

19、接觸網接觸懸掛高度附近，可達到平地處同樣高度風速的平地處同樣高度風速的1.21.51.21.5倍。其上吹角也從倍。其上吹角也從1010度達到度達到1515度。水平約束常發(fā)生在山峽，埡口地帶。度。水平約束常發(fā)生在山峽，埡口地帶。反之在森林和都市地帶，由于地表面不整齊，受到反之在森林和都市地帶，由于地表面不整齊，受到摩擦影響使風速降低。摩擦影響使風速降低。第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算back第20頁/共40頁 據觀測，據觀測，30m30m寬的防護林可將風速降低寬的防護林可將風速降低20%40%20%40%；60m60m的防護林可將風速減小一半。的防護林可將風速減小一半。 由此可知：設計風速一

20、定要特別注意地域性和由此可知：設計風速一定要特別注意地域性和特殊性。特殊性。第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算back第21頁/共40頁 結構設計風速為確定接觸網構件結構強度之用。 運行設計風速為確定接觸網風偏和跨距之用。根據建筑結構荷載規(guī)范(GB50009-2001)的附錄D2.2 規(guī)定:選取最大風速時,一般應有25年以上的資料。 根據國外高速鐵路試驗和運營數據, 高客專隧道內必須按最大結構設計風速對隧道內接觸網結構進行氣動力的影響計算。運行設計風速結構設計風速隧道結構設計風速第三節(jié)第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的接觸網的設計單位負載的計算計算 設計風速的選擇back第22頁/共40頁第三節(jié)

21、接觸網的設計單位負載的計算風負載計算說明：風壓計算的說明：風負載是由風的動能形成的，在計算接觸網線索風壓時作了以下幾點假設：（1）假設風速恒定；（2）假設風向垂直于接觸網的縱向布置，且不發(fā)生改變；（3）在標準大氣壓下，單位體積的風吹在單位面積上所形成的風壓為風壓計算系數；因此、當實際條件不滿足以上假設時，需進行修正；用于修正的系數有： (1) 風速不均勻系數與風速、風向、地形地貌、跨距大小有關； (2) 風壓高度變化系數與地面高度或海拔高度有關； (3) 風荷載體型系數與受風體的幾何形狀和受風面面積有關。back第23頁/共40頁第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算各類計算負載的計算公式:bac

22、k第24頁/共40頁第三節(jié) 接觸網的設計單位負載的計算7.1.4 各類計算負載的計算公式各類計算負載的計算公式:back第25頁/共40頁基本概念：基本概念：（1 1）弛度）弛度 處于兩端固定，且不會發(fā)生移動的狀態(tài)下的柔處于兩端固定，且不會發(fā)生移動的狀態(tài)下的柔軟線索，其最低點至兩懸掛點間的垂直距離，稱為該線索的軟線索，其最低點至兩懸掛點間的垂直距離，稱為該線索的弛度。弛度。（2 2）張力）張力 柔軟線索在外力作用下其內部產生的內應力。柔軟線索在外力作用下其內部產生的內應力。（3 3）等高懸掛）等高懸掛 對于同一參考水平面兩懸掛點高度相等的懸掛。對于同一參考水平面兩懸掛點高度相等的懸掛。第四節(jié)

23、簡單懸掛線索的張力和弛度計算back第26頁/共40頁（4 4）不等高懸掛）不等高懸掛 對于同一參考水平面兩懸掛點高度不相等的懸對于同一參考水平面兩懸掛點高度不相等的懸 掛。掛。（5 5）簡單懸掛）簡單懸掛 只有一根線索的懸掛。只有一根線索的懸掛。第四節(jié) 簡單懸掛線索的張力和弛度計算back第27頁/共40頁第四節(jié) 簡單懸掛線索的張力和弛度計算等高懸掛的張力與弛度計算：back第28頁/共40頁第四節(jié) 簡單懸掛線索的張力和弛度計算回到33頁back第29頁/共40頁弛度計算公式推導：假設條件： (1)線索兩端固定、只受重力作用； (2)線索十分柔軟、剛度不計； (3)線索的直徑與其長度相比較忽略不計； (4)線索的自重沿跨距均勻分布。 等高懸掛的張力和弛度計算：第四節(jié) 簡單懸掛線索的張力和弛度計算back第30頁/共40頁Tglf82fglT822)(4lfxlxy第四節(jié) 簡單懸掛線索的張力和弛度計算如圖所示當fyylxmax2/back第31頁/共40頁第四節(jié) 簡單懸掛線索的張力和弛度計算2)