刘立海
【摘 要】To solve the problem of damages to DC breaker of leaky coaxial cable(LCX) due to improper setting and installation of DC breaker in electrified railways,setting schemes of DC breaker are studied. Firstly, the electrostatic induction voltage and electromagnetic induction voltage are calculated, and examples are presented. Secondly, the necessities and functions of DC breaker are analyzed. Finally, recommended setting scheme is proposed after comparison. One DC breaker is installed at one end of the LCX each every 500~750 meters to prevent DC and low frequency current from passing through the LCX and to avoid the electromagnetic induction of the LCX exceeding the limit specified in the corresponding standards. The other end is grounded to prevent and eliminate electrostatic induction for the protection of people and equipment.%为解决电气化铁路中因漏泄同轴电缆(以下简称为"漏缆")直流隔断器设置不当而导致其损坏的问题,开展铁路直流隔断器设置方案的研究.首先计算静电感应电压和电磁感应电压的大小,给出计算示例;分析直流隔断器设置的 必要性和作用;最后通过方案比选提出了建议的设置方案.每隔500~750 m在漏缆一端设置直流隔断器,阻断直流和低频电流通过漏缆,防止漏缆上的电磁感应电压超过规范的限定值;漏缆另一端接地,对静电感应进行防护和消除,保证人身和设备安全.
【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2018(062)003
【总页数】5页(P144-148)
【关键词】电气化铁路;直流隔断器;漏泄同轴电缆;牵引网;静电感应;电磁感应 【作 者】刘立海
【作者单位】中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063
【正文语种】手机绑定中 文
【中图分类】U285.7
电气化铁路牵引网是单相高压交流电网，在运行过程中，由于静电感应和电磁感应的影响[1-8]，将会对沿铁路线架设的通信线路产生危险影响，严重时破坏设备及其绝缘，甚至危及人员安全。铁路通信漏泄同轴电缆(以下简称为“漏缆”)是挂设在铁路隧道壁等轨旁一定高度处为铁路提供无线覆盖的通信线路，为了防止牵引网导致的直流和低频电流通过漏缆，在目前铁路900 MHz GSM-R数字无线通信系统的漏缆中一般都设置了直流隔断器。由于对直流隔断器的作用和设置方案缺乏统一的认识，早期开通的GSM-R线路中直流隔断器设置方案不统一，根据现场应用反馈，部分铁路的直流隔断器损坏较为频繁，影响无线通信的畅通。因此十分有必要开展铁路漏缆直流隔断器设置方案的研究，避免由于直流隔断器设置不合理引起无线通信故障，同时降低现场故障检修及维护工作量。 大孔树脂吸附本文首先简单介绍感应电压的计算方法，然后分析直流隔断器设置的必要性和设置方案需要考虑的因素，最后提出设置方案建议。
1 感应电压计算
1.1 静电感应电压
热风炉燃烧器牵引网是一个单相高压交流电网，接触网带电时，在其周围空间将产生一个工频高压电场，从而使通信线上的各点产生相应的静电感应电压。按照文献[1-2]的镜像分析法，接触网和通信线相对关系等效结构如图1所示，接触网导线与通信线的水平距离为a，接触网导线距离地面高度为b，通信线距离地面高度为c。考虑到利用泰勒级数进行近似，可求得通信线上的静电感应电压
(1)蜗轮滚刀
式中，UC为牵引网电压；RC为接触网导线截面半径。从上式可以看出，静电感应电压与牵引网电压同为工频且同相，大小与牵引负荷无关，在同一平行接近段内，通信线上各点静电感应电压大小相同。
根据上述公式计算，接触网导线为截面积100 mm2铜线，等效半径为4.6 mm，接触网导线安装高度为6 300 mm，通信漏缆的高度为4 500 mm，两线水平距离为3 100 mm，在漏缆不接地的情况下，牵引网在漏缆上产生的感应电压为2 832 V。因接触网导线截面、高度、漏缆与接触网导线的间距不同，静电感应电压大小不同，范围在2 500～5 400 V。
图1 接触网导线和通信线相对关系等效结构
1.2 磁感应电势
牵引网由接触网、钢轨网构成，由于接触网-钢轨回路对地不平衡，接触网-钢轨回路与通信线路的相对位置不平衡，且钢轨-地之间的过渡导纳的存在，一部分负荷电流经大地返回牵引变电所，因此，接触网和钢轨网电流所产生的感应电势在通信线上不能抵消，所以在通信线上将产生磁感应电势，又称为纵向电势。设牵引网和通信线平行接近且长度相等，并忽略牵引网的对地分布电导和电容，可以用图2所示的简单电路来描述磁感应，由此不难解得通信线上的纵向感应电势[1-6]如下
Etc=jωMCtlIC
(2)
式中，MCt为接触网与通信线的互感系数；l为接触网与通信线的平行接近长度；ω=2πf，f为电流频率；IC为接触网电流。
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图2 接触网和通信线纵向布置示意
当通信线与接触网为复杂接近时，必须分段计算，最后进行合成。式(2)中，接触网与通信线的单位互感系数MCt是一个重要参数，其精度将对感应电势的计算产生很大影响。在实际的牵引网中，除了有接触网-地回路外，还有钢轨网-地回路，钢轨网电流与接触网电流反向。因此，钢轨网电流IT在通信线中产生一个反向的感应电势。换句话说，钢轨网对通信线产生一种屏蔽效果，这种效果可以用屏蔽系数来描述。另外，对于电缆通信线，由于电缆外皮对芯线、相邻芯线之间均要产生屏蔽效果，这些均可以通过等效为屏蔽系数来考虑[3]。
由于实际的牵引网比图2所示的要复杂得多，除了前面提到的钢轨回流，还有回流线、钢轨接地等，对于AT供电系统更复杂得多。在工程计算中，应分段计算，考虑通信线路对地分布参数，将分布参数电路等效成集中参数电路，将牵引网的网络拓扑通过节点方程描述，通过计算机法求解[1]。
不管以哪种方法计算和分析，均可以看出，电磁感应电压大小与牵引电流的大小、平行段长度等成正比，与牵引网电压大小无关[1，3]。
以汉宜铁路带回流线直供方式为例，按照计算机求解法计算感应电压，基本计算条件如下：
水面曲线设定供电臂长24 km；
电源容量按5 000 MVA；
牵引变压器为单相接线，额定容量40 MVA，阻抗电压百分数为8.4；
牵引变电所地网接地电阻0.5 Ω，分区所和AT所地网接地电阻0.5 Ω；
上下行钢轨每隔1.2 km作横向连接；
钢轨对地漏泄电阻100 Ω·km；
回流线非绝缘安装；
综合地线GW对地漏泄电阻100 Ω·km；
单车牵引电流为500 A；
列车速度为250 km/h。
带回流线直接供电方式牵引网结构和带回流线直接供电方式牵引网系统各种导线分布空间几何图参考设计文件[6，8]。计算机仿真显示，在上述条件下，牵引电流在通信漏缆外导体中产生的感应电压一般在60～90 V/(kA·km)。该结果与文献[3]的结论基本一致。
经过仿真计算，在AT供电条件下，牵引电流在通信漏缆外导体上产生的感应电压一般在40～70 V/(kA·km)。
2 直流隔断器设置的必要性
直流隔断器通常是由电容构成，阻止直流和低频电流通过漏缆内、外导体，但不影响漏缆中有用信号通过。有外导体隔离、内导体隔离和内外导体同时隔离3种形式，通常我们说的是内外导体同时隔离形式的直流隔断器。
从前面分析可知，无论是静电感应还是电磁感应，都是在交流电气化铁路中才出现，因此对于非电气化铁路，不需要安装直流隔断器。
经前面的分析，由于静电感应电压可高达数千伏，每段漏缆外导体必须接地，否则对设备和人身会造成伤害。由于磁感应(纵电动势)的存在，可能导致漏缆中会出现感应电流；同
时如果漏缆在不同的区域接地，由于一部分牵引电流经大地返回牵引变电所，而漏缆是良好的金属导体，回流电流也会通过漏缆。下面通过分析漏缆中不加直流隔断器和加直流隔断的优缺点来阐述安装直流隔断器的必要性，并说明直流隔断器的作用。
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