第4章 接触网设计计算基础
温接触网设计计算是技术设计工作确定技术原则的重要依据，是设计基础工作的主要内容。
4.1 气象条件的确定
4.1.1概述
接触网是置于铁路沿线的供电装置，它要经受一切自然条件的影响，主要有风吹、日晒(气温)、雨淋和覆冰等。气象资料是接触网设计最原始，也是最重要的资料。气象资料齐备与否以及它所选择的数值是否合适，对接触网的设计质量有很大影响。 接触网设计中所用到的气象资料包括：最高温度、最低温度、接触线无弛度时的温度、吊弦及定位器处于正常位置时的温度、最大风速及其出现时的温度、线索覆冰厚度、覆冰时的风速及温度，此外还有线路横跨河滩及山谷时的最大风速等。
为设计工作的方便，开展设计标准花工作，我国在1972年进香的全国社稷规范改革中，将全国划分为九个标准气象区（见表4-1）。表4-1所列的九个区域大体所属范围划分如下：
Ⅰ区为南方沿海易受台风影响的地区，如浙江，福建东部，广东，广西沿海地区等； Ⅱ区指华东大部分地区，包括安徽，山东，江苏大部分地区；
Ⅲ区包括西南不的非重冰地区，以及福建，广东等受台风影响较弱的地区； Ⅳ区包括西北搭补风地区，华北及京，津，唐等地区； Ⅴ区适用于华东，中南和西南三个地区的广大山区； Ⅵ区指湖北，湖南，河南，以及华北平原的大部分地区；
Ⅶ区适用于寒潮风很强的地带，如东北大部分地区，河北承德，张家口一带； Ⅷ区适用于覆冰严重的地区，如上冻，河南的大部分地区，湘中粤北重冰地带； Ⅸ区指云贵高原重冰地区。 4.1.2接触网设计计算气象条件的确定
接触网设计对设计计算气象条件要求较高，在设计计算前需要向所设计的电气化区
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表4-1 标准典型气象区
气象区 计算条件 . 最高 +40 最低 -5 -10 -10 -20 -10 -20 -40 -20 — +10 +10 -5 -5 +10 -5 -5 -5 -5 -5 -20 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ 大 气 温 度 （℃） 覆冰 最大风速 安装 0 0 -5 -10 -5 -10 -15 -10 -10 大气过电压 +15 内部过电压年平均气温 +20 +15 +15 +10 +15 +10 -5 +10 +10 最大风速 35 30 25 25 30 25 30 30 30 覆冰 风 速 （m/s） 大气过电压 内部过电压 覆冰厚度（mm） 覆冰的密度(kg/m3) — 5 安装 10 15 10 15 10 0.53最大风速（不低于15m/s） 5 5 10 900 10 10 15 20 段沿线的气象部门，供电部门，铁路通信部门等收集和查询有关资料，并参考典型气象
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区加以分析研究和综合考虑确定，一般计算气象条件确定和选择的方法如下：
1、最大风速vmax
接触网设计用最大计算风速，应采用距地面十米高处，十五年一遇的平均最大值。关于最大风速的计算方法有：平均法，变通法和数理统计法。而数理统计法是求最大计算风速出现的频率，所以又称频率法。
2、最高温度tmax与最低温度度tmin
最高温度与最低温度，应根据检录通过地区的实际极限温度并参考典型的气象区来确定。为便于计算在数值上应取与极限温度接近的5之整数倍数的数值。
3、最大风速出现时的温度tv
最大风速出现时的温度因地而不同，即便在一个地区，也有时高，有时低，故不易选出合适的数值 ，一般的选取风速大而出现次数多的月份的温度平均值。在接触网设计中，应根据当地气象资料并参考典型气象区的取值确定
4、 接触线无弛度时的温度t0
5、吊弦及定位器处于正常位置时的温度td 6、覆冰厚度b接触线和承力索的覆冰厚度 7、线索覆冰时的风速vb。
4.2 计算负载的确定
计算负载分为水平负载和垂直负载
1、垂直负载对于简单悬挂，包括本身重量和接触线的覆冰负载等；
2、水平负载包括风负载和吊弦偏斜所造成的负载，以及承力索，接触线的由于之字力和曲线力以及下锚力作用下对支柱和支持装置所形成的水平分力。 4.2.1自重负载
自重负载的表达式为
g=SγgH310?9 式
（4-1） 式中
； g—线索单位长度重力负载（kN/m）
S —线索的横截面积(mm)；
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2
gH—自由落体重力加速度(m/s)；
2
γ—所求线索的密度9.81(kg/m3)。
在垂直负载中，应考虑吊弦及线夹的重力负载。通常把它换算为单位长度重力负载，取为0.5?10?3 kN/m。 4.2.2冰负载
接触线与受电弓相互有摩擦，固在计算时将其厚度折算为承力索覆冰厚度的一半。承力索的覆冰厚度认为是圆筒形的，且全线覆冰厚度相等。其方向垂直，按其作用的时间 属瞬时负载。 4.2.3风负载
在进行电气化铁路接触网设计时，如无当地实际观测资料，可以充分利用全国基本风压分布图给出的条件。但是考虑到投资和回收期的关系，对于最大风速的保证率要求不同。因此，对于以一般空旷平坦地面、离地面10 m高统计得到的30年一遇的10min平均最大风速为标准的风压，可以乘以调整系数得出相应不同重现期的风压。
在具有当地风速观测资料时，接触网悬挂线索的风负载可由下式确立
P?0.615aKdlv2sinθ 式
（4-2）
式中 P—线索所受的实际风负载（kN)；
a —风速不均匀系数(见表4-2)； K —风负载体型系数(见表4-3)；
d—线索的直径(mm)； l—接触悬挂跨距(m)；
v—设计计算风速(m／s)； θ—风向与线路方向的夹角。
表4-2 风速不均匀系数
计算风速(m／s) a 20以下 1.00 20～30 0.85
31～35 0.75 35以上 0.70 31
式(4-2)是表示一个跨距内线索所受的实际风负载。在计算时，风向与线路方向的角一般取θ=90°，sinθ=1。同时为了总是先求单位长度的风负载。当把l取为l m时，则式(4-2)可变为单位长度风负载的公式，即
（4-3） P?0.615aKv2d?10?6 式
式中，P为单位长度的风负载，单位为kN／m,其余符号同前。在计算线索的强度时，实际的受风负载应考虑风速不均匀系数(见表4-3)。
对于支柱所受的风负载，应换成公式计算
表4-3 风负载体形系数
P0?0.615KFv2?10?3
式（4-4）
式中 P0—支柱风负载(kN)；
K—风负载体型系数(见表5-2-3)； ； F —塔身迎风面的构件投影面积（㎡）
v —设计计算风速(m／s)。
4.3 全补偿链形悬挂的安装曲线
对于全补偿链形悬挂，不仅在接触线下锚处没有补偿装置，在承力索两端也没有补偿装置，因此，可以近似地认为接触线张力Tj和承力索张力Tc均近似为常数(不考虑因温度变化形成的张力增量)。在温度变化时，接触线、承力索虽然也伸长(或缩短)，由于没有补偿器，它们的张力不受温度变化的影响，其弛度也可认为与温度变化无关(实际受张力增量的影响，弛度也会有相应变化)。
全补偿链形悬挂，在无附加负载(覆冰)时，认为接触线呈无弛度状态，此时承力索
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