接触网线索教材

2.6接触网线索本讲主要内容

2.6.1与接触线相关的基本概念

2.6.2高速受流对接触线的要求

2.6.3影响接触线物理特性的主要因素

2.6.4温度对接触线性能的影响

2.6.5大气环境对接触线的腐蚀

2.6.6世界主型铜接触线材料与性能简介

2.6.7我国接触线

2.6.8承力索

2.6.9附加导线2.6.1与接触线相关的基本概念与接触线相关的主要概念1拉出值；2导高；3坡度；4弛度；5磨耗；6载流量；7波动速度；8疲劳应力。其中拉出值、磨耗、疲劳应力、载流量、波动速度等均涉及接触线的安全问题2.6接触网线索2.6.1与接触线相关的基本概念表1各国120接触线横断面尺寸其中拉出值、磨耗、疲劳应力、载流量、波动速度等均涉及接触线的安全问题2.6接触网线索1接触线磨耗2.6.1与接触线相关的基本概念(1)接触线磨耗面积(2)接触线张力调整2.6接触网线索1接触线磨耗2.6.1与接触线相关的基本概念(3)接触线磨耗标准当全锚段接触线平均磨耗超过接触线截面积的25%时应整锚段更换接触线；接触线局部磨耗达30%时应局部补强；接触线局部磨耗达40%时应将接触线切断并用接触线接头线夹连接，应保证接头处过渡平滑，必要时应安装吊弦使该处接触线约高于相邻吊弦点0~10mm，但不应形成明显负弛度。对于运行速度在200km/h以上接触网，一个锚段内不允许有两个及以上接触线接头。(4)接触线磨耗测量测量重点和测量方法2.6接触网线索2接触线坡度2.6.1与接触线相关的基本概念(1)定义与技术要求

两定位点接触线之高度差与其水平距离的比值称为接触线坡度。接触线坡度及其变化率对受电弓取流的平稳性有重要影响，速度越高对接触线坡度要求越严。对于运行速度在120km/h以下的普速接触网，接触线坡度应控制在3‰以下，困难时不超过5‰；对于准高速接触网，接触线坡度应控制在2‰以下，困难时不超过4‰；对于运行速度在200km/h以上的高速接触网，接触线坡度应控制在1‰以下，困难条件下不超过3‰。2.6接触网线索2接触线坡度2.6.1与接触线相关的基本概念(2)理论计算公式2.6接触网线索3接触线载流量2.6.1与接触线相关的基本概念(1)定义在一定环境条件下，接触网不超过导线最高允许工作温度时所能传输的电流。接触网具有的能承受各种因素造成的温升，并确保在极端情况下不断线和合理经济的寿命期限的能力称之为接触网的载流容量或者叫接触网的热负荷容量，它主要由接触线允许载流量计算确定。考虑温升对接触线机械性能和电气性能的影响，2.6接触网线索3接触线载流量2.6.1与接触线相关的基本概念(2)造成接触线温升的因素太阳辐射和环境辐射；工作电流、过负荷电流、短路电流；接触线与滑板间的接触电阻；线夹与所夹物间的不正常接触引起过渡电阻，接触线内部缺陷；其它，如火灾等。

2.6接触网线索2.6.1与接触线相关的基本概念3接触线载流量(3)接触线载流量计算2.6接触网线索2.6.1与接触线相关的基本概念3接触线载流量(3)接触线载流量计算辐射散热2.6接触网线索2.6.1与接触线相关的基本概念3接触线载流量(3)接触线载流量计算对流散热2.6接触网线索2.6.1与接触线相关的基本概念3接触线载流量(3)接触线载流量计算辐射吸收热2.6接触网线索5.1.1与接触线相关的基本概念3接触线的载流量接触线的选型原则,除考虑热容量外，还应考虑：

(1)接触线的波动速度和最大补偿张力(2)流经承力索以及其他附加导线的牵引电流；(3)接触导线出现磨损后所造成的载流量下降；

(4)导线最大允许磨耗量及其安全系数；(见后)(5)接触线(网)出现局部发热时的安全系数；(6)接触网线索的高温软化特性。(7)接触线截面大小及其性价比。

(8)接触线截面大小与受流质量、可施工性和可维护性5.1接触网线索5.1.1与接触线相关的基本概念4接触线安全系数计算式导线张力20KN25KN30KN张力差10%10%10%安全系数2.02.22.02.22.02.2导线强度488.99537.89611.24672.37733.49806.845.1接触网线索(1)导电性能良好；

导电性能与机械强度是一对矛盾；(2)机械强度高；

考虑波动速度、抗拉强度、安全系数、温度影响；(3)单位质量轻；

降低线密度5.1.2高速受流对接触线的要求5.1接触网线索(4)高温软化特性优良；

(见温度对接触线性能的影响)(5)耐磨

磨耗的计算方法：(6)防腐氧化、氢化、不同金属间的腐蚀等5.1.2高速受流对接触线的要求5.1接触网线索5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素

世界各国经过多年的探索和实践，接触线材料除铜及其合金材料外，似无更多选择。影响铜接触线性能的因素较多，主要可分为以下三类：1杂质和微量元素类2加工工艺类3工作环境类5.1接触网线索5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素1铜的名称及其主要成分

纯铜：也叫紫铜或者电解铜；

黄铜：简单黄铜(只含锌的黄铜，简称黄铜)；复杂黄铜(除锌外、还有铅、锡、铁、铝、硅、镍等)，又称铅黄铜、铝黄铜等，统称复杂黄铜。

青铜：主要指铜锡合金，由于锡属稀缺金属，目前的青铜还指不含锡的无锡青铜，如铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜。

白铜：主要指以镍为主的要合金元素的铜合金，若有第三元素如：锌、铝、锰等，则称为锌白铜、铝白铜、锰白铜等。5.1接触网线索2铜的牌号对照表材料名称GB(中)ISO(世)ASTM(美)JIS(日)DIN(德)BS(英)NF(法)纯铜T2Cu-FRHCC11000C1100E-Cu58C101,C102Cu-a1,Cu-a2T3Cu-FRTPC12700----C104-无氧铜Tu1-C10100C1011----Cu-C2Tu2Cu-OFC10200C1020OF-CuC103Cu-C1磷脱氧铜TP1Cu-DLPC12000C1201SW-Cu--Cu-b2TP2Cu-DHPC12200C12300C1220SF-CuC106Cu-b1铜银TAg0.1CuAg0.1--CuAg0.1--(1)纯铜线5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素5.1接触网线索5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素2铜的牌号对照表(2)锡青铜5.1接触网线索3杂质及微量元素对纯铜性能的影响5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素氧对纯铜电导率的影响5.1接触网线索3杂质及微量元素对铜性能的影响5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素分类元素名称组织特性对铜性能的影响

固溶于铜的杂质及微量元素铍、镁、钛、铬、锆、锰、铁、钴、镍、钯、铂、银、金、锌、镉、钼、镓、铟、硅、锗、锡、磷、锑、砷。不同程度的提高铜的硬度和强度，同时不同程度的降低铜的导电、导热性；银、铬、镉、镁、锌、锆降低较少，其铜合金还作为高强、耐磨、耐热的导电铜材。很少固溶于铜，并与铜形成易溶熔晶的杂质及微量元素铅、铋等铜加含铅或铋的共晶热压时易开裂、降低室温塑性，使铜冷脆。对导电、导热性影响不大。几乎不固溶于铜，并与铜形成熔点较高的脆性化合物的脆性化合物的杂质及微量元素氧、硫、硒、碲等。在铜的晶粒边界含有Cu2O或Cu2S、Cu2SeCu2Te等脆性化合物的共晶降低铜的塑性，对导电、导热性影响不大。硒、碲可提高铜的切削性。5.1接触网线索2杂质及微量元素对铜性能的影响5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素(1)氧的影响

铜中的氧：可稍提高铜的强度，降低铜的塑性和疲劳极限，对铜的电导率影响不大；空气中的氧：氧化铜的表面，形成铜绿。5.1接触网线索2杂质及微量元素对铜性能的影响(2)氢的影响氢在铜的液态时有很大的溶解度，在铜凝固时会形成气孔，从而导致铜制品的脆性和表面起皮，产生裂纹。氢对铜和铜合金是有害的，(3)硫的影响降低铜的电导率和热导率、极大降低铜的塑性，显著改善铜的可切削性。5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素5.1接触网线索2杂质及微量元素对铜性能的影响(4)磷的影响磷虽不影响铜的力学性能，但却严重降低铜的电导率，高导铜的磷含量不能超过0.001%。但磷又是铜及铜合金的宝贵添加济，微量磷的存在又可改善铜的焊接性，耐蚀性，提高抗软化程度。(5)铁的影响有利：细化铜晶粒，延迟铜的再结晶过程，提高强度和硬度；不利：降低铜的电导率和塑性，使铜具有铁磁性。含量0.45%~4.5%铁的铜合金是广泛应用的电工材料。5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素5.1接触网线索银对铜的导电系数和软化温度的影响

5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素(6)银的影响铜的力学性能与含银量的关系

5.1接触网线索5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素(7)镁的影响在共晶温度485度时，镁在铜中的固溶度为0.61%，并随温度的下降急剧减小，含镁量高的铜合金有沉淀硬化作用，但其加工性能急剧下降，无实用价值，实用铜镁合金的镁含量还不到1%，铜镁合金接触线的镁含量最高为0.6%。微量镁使铜的导电性略有下降，但能提高铜的高温抗氧化能力5.1接触网线索5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素(8)温度和加工率的对铜物理性能的影响铜的弹性模量与温度的关系5.1接触网线索5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素(8)温度和加工率的对铜物理性能的影响加工率对铜弹性模量的影响5.1接触网线索日本：110硬铜接触线高温张拉试验曲线5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素(8)温度和加工率的对铜物理性能的影响5.1接触网线索日本：110硬铜接触线高温软化特性试验曲线5.1.3影响铜接触线物理性能的主要因素(8)温度和加工率的对铜物理性能的影响5.1接触网线索

长期发热可使冷拔铜的晶状结构重新回归到冷拔前的原始状态，从而丧失冷拔铜的典型物理特性。接触线抗拉强度与温度的关系硬度与温度的关系5.1.4运营过程中，温度对接触线机械强度的影响5.1接触网线索5.1.4运营过程中，温度对接触线机械强度的影响在弓网接触处的接触线抗拉强度在接触点处的受电弓碳滑板接触表面温度作为电流作用的周期涵数。电流1000A；碳滑板参数：结果：使铜局部再结晶，形成孔洞及凹痕，使电流分布、热分布、机械应力发生改变，使接触线功能换效5.1接触网线索在磨损加剧点和连接点的发热1Cu100接触线；2均匀磨耗为35%的Cu100；3离开局部磨损很远处；4局部磨耗25%，距离0.1m；5局部磨耗25%，距离0.2m；6局部磨耗35%，距离0.1m；7局部磨耗35%，距离0.2m；8局部磨耗35%，距离0.4m；环境温度35；电流1000A；风速1m/s。5.1接触网线索5.1.4运营过程中，温度对接触线机械强度的影响暴露在增大的热度下对抗拉强度的影响过热使Cu120和AgCu120产生的老化行为120度下Cu120测得值“0”；170度下AgCu120测得值“+”；其余为AgCu120雨淋后所示数据代表运行抗拉应力。5.1接触网线索5.1.4运营过程中，温度对接触线机械强度的影响暴露在增大的热度下对抗拉强度的影响时间延伸曲线图1Cu120、120度、150N/mm2；2CuAg120170度150N/mm2；

3Cu120、120度、100N/mm2；4CuAg120170度100N/mm25Cu120、120度、150N/mm2；6CuAg120170度50N/mm27CuMg120、150度、225N/mm2；5.1接触网线索5.1.4运营过程中，温度对接触线机械强度的影响研究结论：在120~140度，张力10kN情况下，接触线的抗拉强度不会突变，此时损坏接触线的主要机理是过度磨耗处或有缺陷处的塑性变形和低温材料蠕变；在温度100~140度，张力13~15kN情况下，电解铜中的微结构开始变化，持续30分钟情况下，变化不明显；在电流出入导线处、接触线可发生极度的微结构变化，接触线的再结晶区降低了它的抗拉强度，并可发生塑性变形的累积。对接触线造成累积伤害的是塑性变形，它是由于装有缺陷的连接组件处及温度超过180度处的应力超出弹性极限所造成的；5.1接触网线索5.1.4运营过程中，温度对接触线机械强度的影响改进方法加入0.1%的银所形成的银铜合金，可明显改善接触线的抗热性能，再结晶温度比电解铜高，同时可减少线索蠕变，且电气性能相当。加入0.5%的镁所形成的镁铜合金，具有良好的热和机械性能，但其电气性能较差，可通过增大载流承力索的面积和加设加强线来弥补。5.1接触网线索5.1.4运营过程中，温度对接触线机械强度的影响5.1.5大气环境对接触线的腐蚀日本：铁路沿线两年间暴露试验曲线(大气腐蚀)区域田园工业地带海岸时间10年20年10年20年10年20年硬铜接触线0.580.431.191.371.321.27铜接触线在大气中的平均腐蚀度()5.1接触网线索

时速300km/h及以上接触线的应用情况5.1.6世界主型铜接触线材料与性能简介5.1接触网线索5.1.6世界主型铜接触线材料与性能简介5.1接触网线索5.1.6世界主型铜接触线材料与性能简介5.1接触网线索

硅铜线

较硬、耐磨、导电率低、耐弧和耐短路电流特性差,成本较高,没能推广。

镉铜线

曾在意大利国铁和日本新干线上使用，镉是有害金属,该线也未得到推广。

锡铜线

1975年在日本开发成功,其材质为cu-sn合金(Sn0.30±0.05％,Cu99.55％以上，其他成分0．1％以下)。其磨损率比硬铜线低30%，目前，德国、意大利、法国、中国的接触网中均有使用。

铍青铜

线在美国的AMTRAK上有应用,和石墨滑板组合,使用寿命长达30～40年。

2.6.6世界主型铜接触线材料与性能简介2.6接触网线索银铜线材质是Cu-Ag合金(Ag0.12％以上，Cu99．6％以上，其他成分0．1％以下)。波动速度可达到450km/h，抗拉强度在300还能维持在350MPa，具有良好的导电率，在世界各国的电气化铁路和地铁接触网中得到了广泛应用。

镁铜线

德国在开发Re330接触网时研发的新型接触线，该线线密度与银铜接近，温度特性优良，当温度达到300时，该线的机械强度仍达460MPa以上，强度降低率仅为7.6%，比铜线或银铜线在室温情况下的机械强度还高。2.6.6世界主型铜接触线材料与性能简介2.6接触网线索

(TA)接触线和铜包钢(CS)接触网导线为提高波动传播速度,1997年日本开发出用钢芯承担张力、用铜或铝来补偿导电性的钢—铝复合(TA)接触线和铜包钢(CS)接触网导线，在东海道新干线和长野新干线上的部分高速区段运行。

TA线为钢芯铝合金接触线，其芯材使用抗拉力与耐磨耗性高的钢，周围使用重量轻、导电性好的铝复合材料。其标称截面面积达200。有的资料写为150，仅是指铝部分的截面面积。根据钢芯强度的差异，使用柔钢线材SWRM6，硬钢线材SWRH42B，SwRH67、72B、77B等作为钢芯。高张力的TA接触线也被称为ETA接触线。

CS线为钢芯铜接触线(CopperCladSteelContactWires)，其芯材使用抗拉力与耐磨耗性高的钢，周围使用有耐蚀性和导电性能良好的铜复合材料。它可承受较大张力，以提高接触线波动速度。据日本专家最近介绍，TA线和CS线虽可承受较大张力，可提高接触网的波动速度，但存在回收处理难、钢对滑板损伤两大问题，其使用会逐步减小。2.6.6世界主型铜接触线材料与性能简介2.6接触网线索2001年日本又开发生产出波动速度在500km/h左右的PHC110和PHC130铬锆铜合金接触线，用于300km/h以上接触网。铬锆铜是由IC芯片引线框材料转变开发的产品,其母材为无氧铜。曾在JR东日本南武线进行敷设试验,结果表明,磨损率是锡铜线的50%左右，硬铜线的35%左右。PHC是为适应新干线高速区段运营开发的，在电流容量很大的线区上，其耐磨耗性能高的特性已取得了实际业绩。其它特殊需求的接触线2.6.6世界主型铜接触线材料与性能简介2.6接触网线索

从国外高速客运专线接触线的使用情况来看，主要以锡铜和镁铜合金线为主。锡铜和镁铜线均能满足高速铁路高抗拉强度的要求，在导电性方面，0.2%含量的上述合金线有80%左右的导电率，而0.5%含量的上述合金线则只有60%左右的导电率，且硬度较高，对施工要求也较高。2.6.6世界主型铜接触线材料与性能简介2.6接触网线索（1）铜接触线主要型号有TCG－110、TCG－100和TCG－85型。其中：T——材质为铜；

C——电车线；

G——沟槽型；

110——数字部分表示接触线的截面积2.6.7我国接触线按照材质的分类2.6接触网线索（2）钢铝接触线

主要型号有和型钢铝复合接触线，以及内包钢的GLCN型钢铝接触线。其中：G——材质为钢；

L——材质为铝；

C——电车线；

A——截面形状；

N——内包；

100——分子数字表示相当于100截面的铜接触线的导电能力;

215——分母数字部分表示导线的几何截面积.5.1.7我国接触线按照材质的分类2.6接触网线索（3）铜合金接触线主要有CTHA－110型、CTHB－120型银铜合金接触线（也称为、），MgCu－120型镁铜合金接触线2.6.7我国接触线按照材质的分类2.6接触网线索作用：通过吊弦悬挂接触线。要求：能承受较大张力、抗腐蚀能力强、线涨系数小。2.6.8承力索2.6接触网线索1、铜承力索TJ-70、TJ-95、TJ-1202、钢承力索GJ-10、GJ-50、GJ-703、铝包钢承力索4、钢绞线的防腐分类：2.6.8承力索2.6接触网线索4、钢绞线的防腐钢绞线的弱点是易生锈腐蚀，虽然出厂时表面镀了一层锌，但因污染外表镀锌层很快就会脱落。为了延长寿命，使用时一律应涂防腐油脂，一般规定每3～4年涂防腐油一次，在夏秋季节进行。2.6.8承力索2.6接触网线索4、钢绞线的防腐钢绞线的弱点是易生锈腐蚀，虽然出厂时表面镀了一层锌，但因污染外表镀锌层很快就会脱落。为了延长寿命，使用时一律应涂防腐油脂，一般规定每3～4年涂防腐油一次，在夏秋季节进行。2.6.8承力索2.6接触网线索接触网的附加导线包括供电线、回流线、捷接线、并联线、加强线、正馈线与保护线。1—沿铁路线的接触网；2—捷接线；3—并联线；4—供电线；5—牵引变电所；6—分相绝缘器。图：捷接线、并联线和供电线示意图2.6.9附加导线2.6接触网线索供电线（也叫馈电线），它是牵引变电所与接触网；分区亭与接触网；开闭所与接触网的电线路。其作用是由牵引变电所或开闭所向接触网传送电能。供电线的截面大小根据所通过电流的大小决定。目前在我国供电线一般采用LJ-150或LJ-185