回流回路

2016-01-12 15:51:49 來源：用戶投稿作者：參考圖12.5

牽引電流經(jīng)過回流回路流回牽引變電所。在直流系統(tǒng)中，電流的方向可能不同，它取決于所選的接觸線極性。甚至在列車制動(dòng)時(shí)，電流方向也會(huì)在某一區(qū)段內(nèi)改變。從電氣工程的角度上來說，接觸網(wǎng)系統(tǒng)和回流回路構(gòu)成了一個(gè)不可分割的整體單元。牽引電流總是和功率損耗成正比的。

在交流牽引系統(tǒng)中，流經(jīng)大地的回流部分取決于回流導(dǎo)線的設(shè)計(jì)和截面的大小，約為牽引電流的5%～50%。相反，在直流系統(tǒng)中，則要盡可能地采取避免電流流入大地的措施，使雜散電流腐蝕降至最低。

傳統(tǒng)的牽引供電系統(tǒng)如圖12.1所示。鋼軌回流系統(tǒng) (RR) 最為常用。特殊類型的回流系統(tǒng)采用吸流變壓器 (BT) 和自耦變壓器 (AT)。在BT系統(tǒng)中，在兩個(gè)吸流變壓器的中間位置，將絕緣的回流線連接到走行軌，其電位大致等于軌電位。它們攜帶了大部分回流，并流經(jīng)走行軌和大地。在使用AT的交流系統(tǒng)中，通過一個(gè)有源回流回路，也就是所說的正饋線，采用兩倍或數(shù)倍于架空接觸網(wǎng)電壓供電系統(tǒng)。在鐵路運(yùn)營(yíng)區(qū)段，走行軌和大地傳導(dǎo)回流的方式和鋼軌回流系統(tǒng) (RR) 是一樣的。

圖12.1 交流電氣化鐵道系統(tǒng)中的軌道回流

a) 經(jīng)過走行軌的回路;

b) 經(jīng)過走行軌和回流線的回路;

c) 吸流變壓器系統(tǒng);

d) 自耦變壓器系統(tǒng)

在采用多相供電的地方，如：第1章中所述的2×U_n饋電系統(tǒng)，有三個(gè)導(dǎo)體用于供電：接觸線、回流線(也叫負(fù)饋線) 和鋼軌，見圖12.1c)。理論上講，在自耦變壓器的負(fù)載區(qū)域外，應(yīng)沒有電流流經(jīng)鋼軌。但是實(shí)際上，研究表明 [12.5]，有10%的負(fù)載電流會(huì)流經(jīng)鋼軌。

如第2.5.4.4節(jié)中的說明，人們也傾向于由鋼軌提供間接電氣接觸保護(hù)。這種保護(hù)裝置是通過將導(dǎo)電部件連接到走行軌上實(shí)現(xiàn)的。這里我們要區(qū)分一下直接牽引接地和開放式牽引接地，前者的導(dǎo)電部件是直接連接到鋼軌上的，后者的導(dǎo)電部件通過限壓器或者短路裝置連接到鋼軌上，在后者這樣的情況下，如果故障發(fā)生且故障電壓超過臨界電壓值時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)臨時(shí)或永久性接通。在交流電氣化鐵道牽引系統(tǒng)中，應(yīng)該認(rèn)為牽引接地系統(tǒng)包括傳導(dǎo)回流并被接地的走行軌，也包括在電氣上與之連接的所有導(dǎo)電部件。

上述提到的鋼軌對(duì)大地電位，會(huì)因地點(diǎn)、時(shí)間和負(fù)載條件的不同而發(fā)生變化。人類和動(dòng)物都有可能與全部電位或部分電位相接觸。因此，為了消除對(duì)人體的危害，鋼軌對(duì)大地電位不能超過標(biāo)準(zhǔn)EN 50 122-1 [12.1] 中規(guī)定的允許值。

將來，HD 637 S1 [12.1] 標(biāo)準(zhǔn)將適用于電氣化鐵道變電所中高壓區(qū)域的三相交流系統(tǒng)的裝置。EN 50 122-1標(biāo)準(zhǔn)則適用于與電氣化鐵道本身毗鄰的區(qū)域。

如圖12.2所示，人體手腳之間的最大允許接觸電壓取決于EN 50 122-1和HD 637 S1標(biāo)準(zhǔn)中定義的電流持續(xù)時(shí)間。在計(jì)算這些值的時(shí)候，沒有考慮附加電阻。各標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定跨步電壓值，由于跨步電壓值可能比允許接觸電壓更大。

圖12.2 根據(jù)EN 50122-1和HD 637 S1標(biāo)準(zhǔn)，允許接觸電壓U_per與電流持續(xù)時(shí)間t的關(guān)系曲線。

如果鋼軌對(duì)大地電位過高，而該電位可接觸到的部分又超過允許接觸電壓，則會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體的危害。這部分鋼軌和大地的電位差在圖12.5中表示為U_ab，在圖12.19中表示為U_ab/U_TE。從這幾個(gè)圖中可以清楚看到，大部分情形下，U_ab/U_TE的值都低于1。最糟糕的情形下，U_ab等于U_TE。

如果作用于赤裸的手足，可接近電壓才可能等于允許接觸電壓U_per(也就是說U_ab/U_TE＝1)。實(shí)際上，無論如何，當(dāng)帶有較高電位的部件被接觸時(shí)形成的回路都包含附加電阻，如圖12.3所示。

圖12.3 接觸電路等效圖

Z_B—人體阻抗; I_B—通過人體的電流;

R_a1—鞋的電阻;R_a2—當(dāng)?shù)氐慕拥仉娮?/p>

例如：在鐵路上工作的人，R_a是R_a1(如鞋的電阻) 和當(dāng)?shù)氐慕拥仉娮鑂a2的總和。因?yàn)橥ǔ⑿丸F路附近的接地電阻假設(shè)為電流持續(xù)時(shí)間的函數(shù)，因此圖12.4所示的是在考慮了接觸回路中的附加電阻之后所允許的接觸電壓。這些值明顯大于未采取任何保護(hù)措施的人體所能承受的允許接觸電壓。

在 [12.6] 中，測(cè)量了13種不同類型的鞋在風(fēng)干2～7h之后的鞋底電阻，測(cè)量對(duì)象為大量的隨機(jī)抽樣。除皮革內(nèi)鑲的鞋底電阻為350Ω外，其余的鞋底電阻全都在4.4kΩ(PVC鞋底) 和9.4MΩ (PUR鞋底) 之間。