10.2.1 基本關系

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、電氣設施和運行設備所需的相應保護是依據(jù)經(jīng)過該網(wǎng)傳輸?shù)碾娔軄碓O計的。一旦了解傳輸特性及所傳輸?shù)哪芰浚涂梢詫﹄姎饣F道接觸網(wǎng)所產(chǎn)生的電磁影響及無線電干擾進行評估，可以假設它的作用就像在接近地平面處敷設了一條非常長的導線一樣。

圖10.1 表明其基本關系。

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系式可以從交流等式中推導出來。

在相應條件下經(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)碾娮琛？蓪D10.1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。上述量值的表達形式是國際電工技術委員會(IEC)所建議并在國際上被采納，術語∠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)設施和回流回路，通常稱為線路阻抗。在直流電氣化鐵道設施中，線路阻抗包括與之相應接觸網(wǎng)電阻、加強線的導線或電纜電阻，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)設施全部導線之間、回流回路系統(tǒng)導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系來表達。

10.2.2.2 單位長度電阻

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

在相關的出版物中可以發(fā)現(xiàn)有關其各自特性存在著差異方面的描述性文章，因此對那些在標準上、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、導線、鋼軌和大地。

絞線和導線

絞線和導線的單位長度電阻使用特定的電阻關系式來計算

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

表2.11和表2.12示出在正常溫度20℃時接觸網(wǎng)導線材質(zhì)的特定性能，這些表也標明了導線材質(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 行車鋼軌的相對導磁率與16.7Hz和50Hz電流的關系

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]