10.2.1 基本關(guān)系

電氣特性諸如阻抗、電流分配以及鋼軌對大地的漏泄決定了接觸網(wǎng)能量的傳輸性能。接觸網(wǎng)的電氣規(guī)格、電氣設(shè)施和運行設(shè)備所需的相應(yīng)保護(hù)是依據(jù)經(jīng)過該網(wǎng)傳輸?shù)碾娔軄碓O(shè)計的。一旦了解傳輸特性及所傳輸?shù)哪芰�，就可以對電氣化鐵道接觸網(wǎng)所產(chǎn)生的電磁影響及無線電干擾進(jìn)行評估，可以假設(shè)它的作用就像在接近地平面處敷設(shè)了一條非常長的導(dǎo)線一樣。

圖10.1 表明其基本關(guān)系。

圖10.1 接觸網(wǎng)的電氣功能

下列公式適用于單相交流電氣化鐵道，由于直流供電時沒有無功分量的影響，所以適用于直流電氣化鐵道較為簡單的關(guān)系式可以從交流等式中推導(dǎo)出來。

在相應(yīng)條件下經(jīng)過受電弓傳送到電力牽引車輛上用來推動列車的電能為Strc＝ Utrc·Itrc*，該電能必須由變電所供給，接觸網(wǎng)是傳送電能至列車的媒介。然而，接觸網(wǎng)和回流路徑將形成電能傳輸?shù)碾娮�。可將圖10.1中的3、4點短路，測量1、2點上的電壓來求得該電阻。電阻Z12的量值可從施加在1、2點上的電壓U12和產(chǎn)生的電流I12來求得。此電阻一般稱作阻抗，是一個綜合值

阻抗有一有功分量R和一無功分量X。

阻抗的無功分量表示為

X=ωL (10.2)

ω是角頻率并與供電網(wǎng)頻率f成正比

ω=2πf (10.3)

L是1、2點之間的系統(tǒng)電感，當(dāng)將3、4點短路時可測得該值。阻抗的有功分量R是接觸線和回流路徑的有效電阻。

因此總阻抗為

Z12＝R+jωL，當(dāng)Z34＝0時 (10.4)

如用最常用的形式來表示的話，Z=Z12，可得出

在式(10.5) 中， Z是阻抗的絕對值(模數(shù))， 而arctg (X/R)是相位角z。上述量值的表達(dá)形式是國際電工技術(shù)委員會(IEC)所建議并在國際上被采納，術(shù)語∠Z表示量值ejZ＝EXP (JZ)。

10.2.2 阻抗

10.2.2.1 組成部分

線路阻抗作為環(huán)路的有效阻抗，它包括接觸網(wǎng)設(shè)施和回流回路，通常稱為線路阻抗。在直流電氣化鐵道設(shè)施中，線路阻抗包括與之相應(yīng)接觸網(wǎng)電阻、加強(qiáng)線的導(dǎo)線或電纜電阻，以及含回流線在內(nèi)的有效鋼軌電阻之和。除此之外，如圖12.5所示，交流電氣化鐵道的有效回路電阻是由接觸網(wǎng)設(shè)施全部導(dǎo)線之間、回流回路系統(tǒng)導(dǎo)線與大地之間的多元電磁和電阻性耦合的組合來確定的。

阻抗包括有功電阻分量R和無功分量X，并可用圖表示，將R作為實數(shù)軸，將X作為虛數(shù)軸。在實際工作中，接觸網(wǎng)的阻抗通常用它與長度的關(guān)系來表達(dá)。

10.2.2.2 單位長度電阻

導(dǎo)線、絞線、電纜和鋼軌的單位長度電阻是由其所構(gòu)成材質(zhì)的電氣性能決定的。

在相關(guān)的出版物中可以發(fā)現(xiàn)有關(guān)其各自特性存在著差異方面的描述性文章，因此對那些在標(biāo)準(zhǔn)上、在接觸網(wǎng)材質(zhì)專業(yè)出版物上和在新接觸網(wǎng)材質(zhì)研究報告上有規(guī)定的材質(zhì)性能，列在表2.11～表2.13中。

首先，要確定接觸網(wǎng)各個組成部分的單位長度電阻，這些組成部分是絞線、導(dǎo)線、鋼軌和大地。

絞線和導(dǎo)線

絞線和導(dǎo)線的單位長度電阻使用特定的電阻關(guān)系式來計算

導(dǎo)線材質(zhì)的特定電阻或電阻率ρ是溫度的函數(shù)，一直到溫度200℃，此關(guān)系式為

表2.11和表2.12示出在正常溫度20℃時接觸網(wǎng)導(dǎo)線材質(zhì)的特定性能，這些表也標(biāo)明了導(dǎo)線材質(zhì)電阻率的溫度系數(shù)。

走行軌

交流電氣化鐵道的鋼軌單位長度阻抗也是鋼的相對導(dǎo)磁率μr的函數(shù)，它除了材質(zhì)特性外還取決于流經(jīng)鋼軌的電流，從圖10.2中可以看出這一點。

圖10.2 行車鋼軌的相對導(dǎo)磁率與16.7Hz和50Hz電流的關(guān)系

a—41kg/m鋼軌，16.7Hz時依照 [10.1];b—50kg/m鋼軌，16.7Hz時依照 [10.1];c—48kg/m鋼軌，50Hz時依照 [10.2];d—UIC54鋼軌，50Hz時依照 [10.2];e—41kg/m鋼軌，50Hz時依照 [10.1];f—50kg/m鋼軌，50Hz時依照 [10.1]