接触网的电气特性

10.2.1 基本关系

电气特性诸如阻抗、电流分配以及钢轨对大地的漏泄决定了接触网能量的传输性能。接触网的电气规格、电气设施和运行设备所需的相应保护是依据经过该网传输的电能来设计的。一旦了解传输特性及所传输的能量，就可以对电气化铁道接触网所产生的电磁影响及无线电干扰进行评估，可以假设它的作用就像在接近地平面处敷设了一条非常长的导线一样。

图10.1 表明其基本关系。

图10.1 接触网的电气功能

下列公式适用于单相交流电气化铁道，由于直流供电时没有无功分量的影响，所以适用于直流电气化铁道较为简单的关系式可以从交流等式中推导出来。

在相应条件下经过受电弓传送到电力牵引车辆上用来推动列车的电能为S_trc＝ U_trc·I_trc^*，该电能必须由变电所供给，接触网是传送电能至列车的媒介。然而，接触网和回流路径将形成电能传输的电阻。可将图10.1中的3、4点短路，测量1、2点上的电压来求得该电阻。电阻Z₁₂的量值可从施加在1、2点上的电压U₁₂和产生的电流I₁₂来求得。此电阻一般称作阻抗，是一个综合值

阻抗有一有功分量R和一无功分量X。

阻抗的无功分量表示为

X=ωL (10.2)

ω是角频率并与供电网频率f成正比

ω=2πf (10.3)

L是1、2点之间的系统电感，当将3、4点短路时可测得该值。阻抗的有功分量R是接触线和回流路径的有效电阻。

因此总阻抗为

Z₁₂＝R+jωL，当Z₃₄＝0时 (10.4)

如用最常用的形式来表示的话，Z=Z12，可得出

在式(10.5) 中， Z是阻抗的绝对值(模数)， 而arctg (X/R)是相位角_z。上述量值的表达形式是国际电工技术委员会(IEC)所建议并在国际上被采纳，术语∠_Z表示量值e^jZ＝EXP (JZ)。

10.2.2 阻抗

10.2.2.1 组成部分

线路阻抗作为环路的有效阻抗，它包括接触网设施和回流回路，通常称为线路阻抗。在直流电气化铁道设施中，线路阻抗包括与之相应接触网电阻、加强线的导线或电缆电阻，以及含回流线在内的有效钢轨电阻之和。除此之外，如图12.5所示，交流电气化铁道的有效回路电阻是由接触网设施全部导线之间、回流回路系统导线与大地之间的多元电磁和电阻性耦合的组合来确定的。

阻抗包括有功电阻分量R和无功分量X，并可用图表示，将R作为实数轴，将X作为虚数轴。在实际工作中，接触网的阻抗通常用它与长度的关系来表达。

10.2.2.2 单位长度电阻

导线、绞线、电缆和钢轨的单位长度电阻是由其所构成材质的电气性能决定的。

在相关的出版物中可以发现有关其各自特性存在着差异方面的描述性文章，因此对那些在标准上、在接触网材质专业出版物上和在新接触网材质研究报告上有规定的材质性能，列在表2.11～表2.13中。

首先，要确定接触网各个组成部分的单位长度电阻，这些组成部分是绞线、导线、钢轨和大地。

绞线和导线

绞线和导线的单位长度电阻使用特定的电阻关系式来计算

导线材质的特定电阻或电阻率ρ是温度的函数，一直到温度200℃，此关系式为

表2.11和表2.12示出在正常温度20℃时接触网导线材质的特定性能，这些表也标明了导线材质电阻率的温度系数。

走行轨

交流电气化铁道的钢轨单位长度阻抗也是钢的相对导磁率μr的函数，它除了材质特性外还取决于流经钢轨的电流，从图10.2中可以看出这一点。

图10.2 行车钢轨的相对导磁率与16.7Hz和50Hz电流的关系

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