电力牵引接触网的载流容量

1—具有附加馈电线和回流线;

2—具有附加馈电线，无回流线;

3—无附加馈电线，有回流线;

4—无附加馈电线及回流线;

5—具有附加馈电线和回流线;

6—无附加馈电线及回流线

图11.8 在不同供电系统及牵引接触网结构中的最大短路电流(曲线1、2、3、4是AC15kV、16.7Hz供电系统的; 曲线5、6是AC25kV、50Hz供电系统的)

图11.9 依照DIN VDE0102图11.8、系数k作为R/X的函数

图11.11描绘了短路电流的累积频率分布实例。[11.9] 也对计算电气化铁道牵引供电网中预期短路电流的其他方法进行了说明。

在直流牵引供电网中，在接触网设施中发生的短路关系到整流器设备的设计。这种短路具有如图11.12所示的特性曲线变化过程，短路脉冲电流I_s是影响动态短路负荷的主要参数，而热短路负荷则由连续短路电流I_k所引起。在直流电气化铁道供电中，在直流回路内不存在电流脉冲扼流圈，可以认为I_s/_Ik比值为1.2左右是个好的接近值。直流接触网中的绝对短路电流取决于许多不同因素并能高达25kA。

图11.10 用于16.7Hz铁路牵引供电网的衰变因数μ

图11.11 短路的推测值

a) 设计太弱;

b) 最佳设计;

c) 设计太强

图11.12 直流电气化铁道上的短路电流特性曲线

最陡峭的短路电流斜率(di_k/dt)_max这个参数是用来确定所需断路器动作时间的基础！

此外，在直流接触网中，最小短路电流是调整保护设备的重要因素。实践中经常运用下列近似式计算此电流值

在此等式中，U_ss是母线电压，通常认为它是额定电压U_m的1.1倍，R_loop是接触网和钢轨的环路电阻，当短路发生在离开变电所的最大可能距离时它达到最大值。

短路电流在牵引供电网中的持续时间t_k取决于保护继电器的反应或称动作时间tk和使用的电源断路器跳开时间t_sA。下列数值可以用作短路持续时间t_k＝t_k+t_sA的指导值

t_k≈10～25ms 直流系统;

t_k≈20～45ms 采用真空断路器的单相交流系统;

t_k≈45～75ms 采用压缩空气断路器和少油断路器的单相交流系统。

在电力牵引接触网设施中会经常发生短路现象，在不利的情况下它甚至可导致接触线和 (或) 承力索的熔化。

在德国铁路网中，可以认为双线铁路上每公里每年大致要发生一次短路。

图11.13示出在三个不同变电所区域内五年期间观察到的发生短路频率情况。如将这些区段中的列车密度也一同考虑，就可以得出这样的结论： 在运输较少区段中发生的短路要比运输较繁忙区段的少。为了比较起见，在类似的DC3kV～AC30kV、50Hz供电网中每公里线路每年仅发生0.02次故障 [11.10]。

图11.13 发生短路的频率

在牵引接触网中，每一单相接地连接都会形成短路，引起动作致使断电。然而，在德国铁路牵引网中发生的所有断路器跳闸中只有少于5%是由稳态短路造成的。导致牵引接触网网络中短路年频率高的最重要因素是：

●第三方干扰，例如：

—运输负荷的部件，如货车的遮篷，

—鸟或其他动物造成绝缘子闪络;

●由电气化铁道操作人员造成的故障：

—牵引车辆的缺陷，

—受流器和受电弓损坏，

—牵引供电网操作中的转换失误;

●气候因素：

—闪电，

—雷鸣伴随强阵风，

●接触线设施状况：

—磨损和破裂;

—材质缺陷。

11.1.2 载流容量

11.1.2.1 概述

此前已经分析和讨论了由电流形成的接触网负荷。为了能经受住这些不同形式的负荷，接触网必须具备一定的载流容量以便经受住热负荷，这也称之为耐热稳定性或热负荷容量。