接触网设计气象条件及单位负载的确定

接触线单位冰负载
线索覆冰计算用图
客运专线接触线单位冰负载
gjbbb 2 b 2A 2B gH109
gjbbbbA 2BgH109
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
一 设计气象数据
◆ 设计气象参数
◆污秽等级
◇温度
◇接触网的污秽等级由所处环境的污湿特征、运行经
◇风速
验、结合电瓷外绝缘表面污秽物质等值附盐密度三个因素
(4) 导线覆冰舞动事故
因导线不均匀覆冰,在风的作用下产生舞动,覆冰导线的低频高幅舞动会造成金具损坏,导 线断股,相间短路及杆塔倾斜或倒塌等严重事故。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
架空线路产生覆冰的基本条件:
(1) 具有足够可以冻结水滴的气温及导线表面温度0℃以下, 一般为-20~-2℃,能使液 滴在冻结时即时释放出潜热; (2) 具有较高的湿度,因为空中过冷却的液水含量是各种覆冰的水来源,空气相对湿度 一般要在85%以上; (3) 具有可使空气中的过冷却水滴或过冷却云粒产生运动的相应风速,以便水滴与导 线发生碰撞,被导线捕获,一般风速为1~ 10m/s。
◇ 在一定风速作用下，接触线不会因风的作用脱离受电弓滑板的有效工 作范围。
◇ 基本运行风速是保证电气化铁路运输不被中断的最高风速，是确定接 触网最大允许跨距和跨中风偏的主要理论依据之一，是弓网受流处及其附近 的实际风速，不需要进行各类系数的调整。高速接触网的一般按35m/S取值。
◇ 在隧道内，当行车速度等于或者大于140km/h时，必须按基本结构设 计风速设计和校验隧道内接触网结构和设备的机械强度。
计算跨距，支柱容量、导线张力
最大附加负载、起始条件、支柱容量、导 线张力、绝缘问题 安装曲线
吊弦、定位器处于正常位置时之温度
锚段长度、最短吊弦长度
雷电日、时数
用以确定防雷措施
◇气候三要素对接触网的不良作用
温度对接触网的影响
◇气候三要素对接触网的不良作用
温度对接触线抗拉强度的影响 高速铁路接触网工程
当建筑遭遇相当于本地区设防烈度 (50年超越概 率为10%，重现期475年) 的地震影响时，可能受损， 经过一般维修或不维修仍可继续使用； ◇第三水准“大震不倒”
当建筑遭遇本地区设防烈度的罕遇地震 (50年超 越概率为2%~3%，重现期1641~2475年)影响时，不 致倒塌或发生危急生命的严重破坏。
接触网设计气象条件及 单位负载的确定
一 设计气象计算数据
◆ 设计气象参数 ◇温度 ◇风速 ◇标准覆冰厚度 ◇污秽等级 ◇地震 ◇雷电
◇定义 依据接触网技术要求和线路所在
区域的25年以上的实际气象资料，利 用统计学原理确定的、用于计算和确 定接触网工程投资和技术参数的气象 数据称为设计气象参数。
◇ 重要性 涉及工程投资、技术性能、使用年限、运营安全，必须严肃对待!
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
◆ 设计气象参数 ◇温度 ◇风速 ◇标准覆冰厚度 ◇污秽等级 ◇地震 ◇雷电
一 设计气象计算数据
◆高速接触网设计中所涉及的风速概念 ◇ 最大风速； ◇ 覆冰风速； ◇ 结构风速； ◇ 运行风速 ◇注意：由于高路基、高桥的存在，应考虑特殊
的因素影响。风速和风压的取值与风速仪安装高度和 风速测量时距有关。
覆冰对架空导线的破坏作用
(1) 过荷载导致接触网机械和电气事故 （a）垂直荷载
覆冰条件下，冰的重量会增加支持结构和线索的垂直负载,线索弛度加大，低压 线与高压线间因风吹摆动而引起短路事故；覆冰增加的导线张力将传到支柱上，增加 所有支柱及其基础的扭矩,造成支柱变形、基础下沉。
（b）水平荷载
导线因覆冰使迎风面增大,因此,风吹覆冰导线所产生的水平荷载也随之增加。覆 冰期间的最大水平荷载将在"风速与冰量"的某种关系下发生。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
一 设计气象计算数据
◆ 设计气象参数 ◇温度 ◇风速 ◇标准覆冰厚度 ◇污染 ◇地震 ◇雷电
◆覆冰厚度： 接触网设计中，一般告知承力索的标准覆冰厚度，
其值可根据气象条件取为5、10、15、20mm等5的倍数 值。
接触线的覆冰厚度规定取为承力索标准覆冰的一半。 处于重冰区的客运专线接触网，应根据具体情况取值， 建议取为承力索标准覆冰厚度。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
◆气象参数 ◇温度 ◇风速 ◇标准覆冰厚度 ◇污秽等级 ◇地震 ◇雷电
一 设计气象数据
◆雷电强弱表示方法：雷电日和雷闪频数。 ◇ 雷电日：一年当中人耳能听到雷鸣的天数。 ◇ 雷闪频数：借助于无线电设备以1000km2为测
试范围所测试到的一年发生闪电的次数。 ◆中国平均雷电日大致可划分为：
◇ 风速（风压）还与海拔高度有关。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
◆ 设计气象参数 ◇温度 ◇风速 ◇标准覆冰厚度 ◇污秽等级 ◇地震 ◇雷电
一 设计气象计算数据
◆接触网设计中风速的确定方法
◇ 平均法 ◇变通法
n/5
Vimax
Vmax
i 1
n/5
n4
Vimax
Vmax
i1
n4
◇数理统计法
覆冰对架空导线的破坏作用
(2) 不同期脱冰或不均匀覆冰事故
相邻跨距的导线覆冰不均或脱冰不同步，会产生张力差,使导线在线夹内滑动。不均匀 覆冰产生的张力差是静负荷,故线索断口有缩颈现象；不同期脱冰产生的张力差是动负荷,线 股断口无缩颈现象。脱冰会使导线跳跃,。
(3) 绝缘子串冰闪事故
绝缘子覆冰或被冰凌桥结后，绝缘强度下降,泄漏距离缩短, 融冰时,绝缘子的局部表面 电阻增加,形成闪络事故,闪络发展过程中持续电孤烧伤绝缘子,引起绝缘子绝缘强度降低。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
◆ 设计气象参数 ◇温度 ◇风速 ◇标准覆冰厚度 ◇污秽等级 ◇地震 ◇雷电
一 设计气象计算数据
◆风压的计算
◇ 基本风压 ◇风压修正
q
1 2
V
2 0
q0.625V02
用于线索风负载修正的系数有：
风压不均匀系数；
风荷载体型系数；
风压高度变化系数。
用于支柱及横梁结构风负载修正的系数有：
◇原则 客观详实、科学准确、满足设计、不宜过繁、取值标准、便于计算。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
一 设计气象计算数据
◆ 设计气象参数 ◇温度 ◇风速 ◇标准覆冰厚度 ◇污秽等级 ◇地震 ◇雷电
◆温度的确定方法
◇ 最高(低)设计温度的取值应根据线路通过地区气 象部门所记录的不少于25年的气象资料，提取出每年的 最高（低）温度，将这些最高（低）温度的算术平均值 作为环境的最高（低）设计温度。
观察和研究表明,当空气相对湿度很小或无风和风速很低时,即使温度很低,导线 也基本上不发生覆冰现象。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
◇气候三要素对接触网的不良作用
接触网在隧道内的计算温度取值曲线
◇气候三要素对接触网的不良作用
覆冰对架空导线的破坏作用
（a）垂直荷载; （b）水平荷载; （c）纵向荷载; （d）振动荷载; （e）不同期脱冰或不均匀覆冰事故; （f）绝缘子串冰闪事故; （g）导线覆冰舞动事故.
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
◇ 由于环境辐射热和牵引电流焦耳热的影响，最高
设计温度一般取为环境最高温度的1.5倍。 ◇ 高速或重载铁路接触网，牵引电流产生的焦耳热
更加突出，接触网系统按最高工作温度80℃设计，接触 线按80℃~100℃设计。
◇ 最低温度的取值
东南沿海地区一般可取为－5℃； 长江流域及云、 贵、川大部可取为－10℃； 黄河流域、华北平原大部可取为-20℃； 河北、山东西北部、东北地区南部取为－30℃； 东北地区北部及西北高寒地域可取为-40℃。
冰和雪花在导线表面的不同积聚形状会引起导线对风所引起的振动的敏感性,产 生振动荷载。当导线上凝聚霜淞时,其载面增大,形状仍保持为均匀圆形, 而霜层几乎 不改变导线阻尼,因此,一定的风力所引起的导线振动,其频率低于裸线时的频率,而振 幅比裸线时小,并且,频率下降可能低到防振装置的有效运行范围以下。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
◆关于覆冰的概念 覆冰厚度、覆冰密度、覆冰温度、覆冰风速
◆ 在接触网设计计算中，覆冰厚度是以承力索均匀覆 上比重为0.9g/cm3坚冰来表示的，当实际覆冰不满足 这一条件时，需要换算：
b R2 (gbc gc)109 R
9.81b
◆覆冰风速： 一般取为10m/s;沿海和草原地区取为15m/s
◆覆冰厚度： 一般取为5、10、15、20mm,
一 设计气象数据
◆气象参数 ◇温度 ◇风速 ◇标准覆冰厚度 ◇污秽等级 ◇地震 ◇雷电
◆中国抗震设计的“三个水准” ◇ 小震不坏、基本地震可修、大震不倒。
◇第一水准“小震不坏” 当建筑遭遇低于本地区设防烈度的多遇地震(50年
超越概率为62.3%，重现期50年)烈度时，一般不受损 或不需要维修仍可继续使用； ◇第二水准“基本地震可修”
风压高度变化系数；
风荷载体型系数；
风振系数。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
一 设计气象计算数据
◆ 设计气象参数 ◇温度 ◇风速 ◇标准覆冰厚度 ◇污秽等级 ◇地震 ◇雷电
◆架空导线风压计算式
P 0 .6 2 5K Z d V 2 1 0 6
◆支柱及横梁风负载的计算式为
P Z 0 .6 2 5zK S V 2 1 0 3
◆风振系数
Z
1 Z Z
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
一 设பைடு நூலகம்气象计算数据
脉动增大系数表
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
一 设计气象计算数据
脉动影响系数表
阵型系数表
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
一 设计气象计算数据
◆ 设计气象参数 ◇温度 ◇风速 ◇标准覆冰厚度 ◇污秽等级 ◇地震 ◇雷电
p m n 1
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
一 设计气象计算数据
◆设计风速的确定原则 ◇ 广泛调研、详实资料、客观科学； ◇ 接触网线索和设备必须能够承受所在区域50年一遇的特大强风，在此
风速作用下，接触网线索和设备不会被破坏，大风过后，能在最短时间内恢 复正常工作状态。
◇ 按照《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)规定，基本结构风速应 为当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经概率统计 出的50年一遇的最大风速值，高速接触网一般按50m/s取值。
◇标准覆冰厚度 综合考虑决定。
◇污秽等级 ◇地震 ◇雷电
◇接触网的绝缘泄漏距离，轻污区不小于960mm， 重污区不小于1200mm。
◇ 在实现V形综合维修天窗的双线电气化区段，上、 下行正线间分段绝缘子串的绝缘泄漏距离可相应增大为
1200mm和1600mm。
◇无确切污秽资料时，按重污区要求设计。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
腕臂和定位管覆冰厚度根据情况可取为承力索标准 覆冰厚度的一倍或两倍；
绝缘子覆冰按每个10kg计算。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
一 设计气象计算数据
◆接触线和承力索的单位覆冰负载 承力索单位覆负载
g c b ( d 2 2 b ) 2 ( d 2 ) 2 b g H 1 0 9 b b b d g H 1 0 9
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
覆冰对架空导线的破坏作用
（c）纵向荷载
因为接触网跨距不一，悬挂高度不同，或相邻各跨之间安装质量不同，,使导线 在覆冰时引起纵向静力不平衡，产生纵向荷载。
当覆冰不均匀、自行脱落或被击落时,导线的悬挂点处会产生很大的冲击荷载,造 成导线脱落,线夹断裂；
（d）振动荷载
◇ 西北、长江以北、长江以南、沿海四个区域； ◇ 西北地区平均雷电日在15日以下； ◇ 长江以北大部分地区（包括东北）平均雷电日 在15-40日之间； ◇ 长江以南地区平均雷电日在40日以上； 北纬23°以南地区(台湾、广东、广西、云南南部等地 区)平均雷电日达80日。 ◇ 广东省的雷州半岛及海南省是中国雷电活动最 剧烈的地区，年平均雷电日高达120-130日。
第5讲 接触网设计气象条件及单位负载的确定
二 气象参数所影响的接触网参数
气象参数名称
最高温度 最低温度
最大风速 最大风速时的温度
覆冰厚度 覆冰时的温度 覆冰时的风速 接触线无弛度时的大气温度
影响接触网参数
承力索弛度、接触线的正负弛度、平均温 度、吊弦处于正常位的温度、起始条件、支柱 高度、支柱容量、接触网载量、磨耗