《负载及其计算》PPT课件.ppt

1 最高温度 客运专线行车密度高、电能传输大，接触网的设计温度选择除了考虑腕臂、定位器、吊弦正常安装位置时的温度以及接触网系统正常工作温度外，还应考虑接触线在最高环境温度、最大日照、最大载流量（含短时短路电流）情况，这样考虑上限再参照国外设计经验,铜合金导线可按80100校验设计。接触网系统可按最高80的工作温度设计。,2 最低温度 最低气温则各地而异：广东、广西、福建和浙江沿海地区一般取为一5,长江流域及云、 贵、川的大部分地区取为一10,黄河流域、华北平原的大部分地区取为-20,河北、山东西 北部、东北地区的南部等地取为一30,东北地区北部及其它高寒地区则取为-40。 温度的变化会使线索的张力和弛度发生变化。温度过低线索被拉紧，甚至出现负弛度不利于受电弓正常取流。,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.1 高速接触网的设计气象条件,3 运行设计风速 运行设计风速为确定接触网风偏和跨距之用。 根据建筑结构荷载规范(GB50009-2001)的附录D2.2 规定:选取最大风速时,一般应有25年以上的资料。 日本新干线和最新的欧洲标准中, 基本运行风速均取 35m/S。,4 结构设计风速 结构设计风速为确定接触网构件结构强度之用。 日本新干线和最新的欧洲标准中，结构设计风速也规定一律取50m/s。,5 隧道结构设计风速 根据国外高速铁路试验和运营数据,行车速度等于或大于 140km/h的隧道中,机车通过时产生的气动力影响不可忽略。 因此，高客专隧道内必须按最大结构设计风速对隧道内接触网结构进行气动力的影响计算。,1.1 高速接触网的设计气象条件,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,6 设计冰负载的选择,中国的覆冰重点地区在云贵川和湘鄂赣等省份。 覆冰温度一般为0 -6之间，设计温度一般选取-5； 覆冰厚度可达120mm！ 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（建议取10年一遇）。 覆冰考虑为圆筒形沿导线表面等厚度分布,不考虑导线截面的不规则形状,设计资料中只给出承力索覆冰厚度。接触网计算时一般不考虑吊弦及其线夹的覆冰载荷,考虑到受电弓滑板运行中的刮冰作用,计算接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,为统一起见,一般取为0.9g/cm3。 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。,1.1 高速接触网的设计气象条件,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,7 隧道内气象条件,整个锚段均在隧道内时，隧道内最高温度比外部低10； 部分锚段在隧道外时，按全部在隧道外的条件计算； 不计冰、风负载时，隧道内最低温度比外部高5。,接触线无弛度时的温度低于平均温度，其目的是减少接触线的负弛度。 简单链形悬挂： 弹性链形悬挂：,吊弦及定位器处于正常位时的温度,该温度取全年保持时间最长的温度，设计时取最高温度和最低温度的平均值。,1.1 高速接触网的设计气象条件,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,I区：南方沿海易受台风侵袭的浙江、福建东部、广东、广西等沿海地区； II区：安徽、山东、江苏等大部分华东地区 ； III区：西南部非重冰地区以及福建、广东等受台风影响较弱地区 IV区：西北大部分地区、华北及京、津、唐等地区； V区：华东、中南和西南三个地区的广大山区； VI区： 泛指湖北、湖南、河南以及华北平原的大部分地区； VII区： 适用于寒潮风较强烈的地带，如东北大部分地区，河北的承德、张家口一带； VIII区： 适用于覆冰严重的地区，如山东、河南的大部分地区，湘中、粤北重冰地带； IX区：云贵高原重冰地区。,为设计标准化和规范化，减少设计工作量，划分九大气象区。,该数据只供参考，应结合当地气象条件确定！,8 典型气象区,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.2 冰风荷载对接触网线索的作用,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，因为它会因地而生、因地而变。 在接触网中是以10米记录10min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1.5倍（平均而言）的关系。,地形与风速,风随着它在地表面的高度、地形等种种因素而变化。 在地表面附近，由于地表面地形地物不规则产生的摩擦作用，高度增加风速也增加，反之，减小。它们之间有如下关系：,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1 风对接触网的作用,（1） 过荷载：接触悬挂的实际重量超过设计值,从而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。,2 覆冰对导线的主要危害,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.2 冰风荷载对接触网线索的作用,（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 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。,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.2 冰风荷载对接触网线索的作用,2 覆冰对导线的主要危害,(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。 (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。 电力输电线有舞动幅度达10m，接触线的舞幅可使悬挂侧翻到支柱一侧！,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.2 冰风荷载对接触网线索的作用,2 覆冰对导线的主要危害,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。 2 单位负载的分类 垂直负载，水平负载，合成负载。（从计算角度分） 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； 水平负载包括：覆冰时的风负载、最大风时的风负载； 合成负载包括：悬挂在无冰无风时的单位合成负载、在覆冰时的单位合成负载、在最大风时的单位合成负载。 从负载的变化情况可分为：永久载荷和可变载荷，前者包括：接触网线索、腕臂、绝缘子及其附件、结构构件等，线索张力引起的载荷，土压力等。后者为冰、风等载荷。,1 单位计算负载的定义与分类,单位计算负载的计算是整个接触网设计计算的基础!,1.3 接触悬挂的单位负载及其计算,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,3 各类计算负载的计算公式,关于单位自重！,在高速接触网中，应足够重视单位负载计算的准确性，因为该数据是整个设计计算的最基本数据，它直接涉及接触网工程参数的误差控制。,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.3 接触悬挂的单位负载及其计算,3 各类计算负载的计算公式,关于0.615的来历； 关于风速不均匀系数的取值； 关于结构体型系数。,关于承力索和接触线风负载的计算直径,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.3 接触悬挂的单位负载及其计算,4 关于风压计算的说明： 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假设： （1）假设风速恒定； （2）假设风向垂直于接触网的纵向布置，且不发生改变； （3）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算系数； 因此、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： (1) 风速不均匀系数与风速、风向、地形地貌、跨距大小有关； (2) 风压高度变化系数与地面高度或海拔高度有关； (3) 风荷载体型系数与受风体的几何形状和受风面面积有关。,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.3 接触悬挂的单位负载及其计算,5 关于“基本风压”的说明：,基本风压：单位体积内的空气作用于单位面积上形成的空气压力，其理论计算公式,在标准大气压、温度+15、空气密度为1.23kg/m3时，单位空气动力（称为理论风压系数）,注意：严格讲来，各地的“理论风压”是不相同的，它主要取决于空气实际密度。 不同的海拔高度，其值不同，为此、05版牵引供电设计规范规定基本风压取为1/1600，而在计算风压公式中加入风压高度变化系数进行修正。,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.3 接触悬挂的单位负载及其计算,98版铁路电力牵引供电设计规范规定暂不考虑风速不均匀系数，其原文如下： 在线索风载计算时，对于应否考虑风速不均匀系数的问题进行了探导，认为在计算接触网线索的风负载时，假定风载是沿线索均匀分布的，而风速的风头一般宽为20米，因此，其不均匀程度与跨距有关，跨距越大，沿跨距的风压分布就越不均匀。参考原苏联有关资料介绍，在架空电力线路计算跨距长度为100米以上的风负载时，才应采用风速不均匀系数。另据原苏联电气化设计规范 有关导线的风负载的计算条款中未规定需考虑风速不均匀系数。鉴于我国接触网的最大跨距不超过65米，按架空电力线路风速不均匀系数取值显然是不太合理的，从提高接触网的安全可靠性考虑，风速不均匀系数设为“1”。,6 关于“风速不均匀系数”的说明：,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.3 接触悬挂的单位负载及其计算,7 关于风压高度变化系数说明： 05版设计规范前，我国均没有考虑风速随高度的变化情况，将风压高度变化系数取为1，这对大部分线路是可以的，但当线路位于高架桥、高路堤时，这样考虑就偏于不安全。借鉴建筑结构荷载规范（GB50009-2001）并将其纳入接触网的设计中。其取值如下：,A：海岛、海岸、湖岸、近海和沙漠地区； B：乡村、田野、丛林、丘陵以及房屋比较稀的乡镇或城市郊区； C：有密集建筑的城市市区； D：有密集建筑群且建筑较高的城市市区。 另对接触网还应考虑具体地形的修正，如与风向一致的谷口、山口，修正系数应取1.21.5。,第一章 高速接触网的附加负载及其计算,1.3 接触悬挂的单位负载及其计算,8 关于体型系数的说明：,线索风