第六节 同轴电力电缆供电方式.doc

第六节 同轴电力电缆供电方式 一、同轴电力电缆供电方式的结构原理 用作交流电气化铁道牵引供电回路的同轴电力电缆(以下可简称电缆)，是一种特制的聚乙烯绝缘的电力电缆，其结构如图2-6-1所示。电缆的内导体和外导体之间的内绝缘层，采用交织缠绕的聚乙烯绝缘，其绝缘强度可保持在交流30kV以上；外导体和屏蔽层(铠装)之间也采用聚乙烯绝缘，其绝缘强度可保持在6kV以上。由于电缆的内导体和外导体轴心相同，两者之间的距离很近，仅13mm左右，故内导体电流产生的磁场几乎全部键连外导体，漏磁场即13mm左右，外导体电流产生的磁场则完全键连内导体。可以认为，电缆内导体和外导体处于全耦合状态，耦合系数接近1。也就是说，电缆内导体和外导体之间的互感近似地等于各自的电感。亦即电缆内导体和外导体之间的互感系数很大，达到最大值。这是—个重要特性。 图2—6—1 聚乙烯同轴电力电缆结构 1一内导体；2-内绝缘层；3-外导体； 4—外绝缘层；5—屏蔽层； 6-乙烯外皮 同轴电力电缆(Coaxial cable)供电方式，简称CC供电方式。它是将同轴电力电缆沿电气化铁路装设，电缆的内导体与接触悬挂相连，用作正馈线，外导体与轨道相连，用作负馈线，每隔一定距离分成一个供电分区。同轴电力电缆的接入方式有接触网不(电)分段和接触网(电)分段两种。 1．接触网不(电)分段方式 如图2-6-2所示(图中电缆外导体间是连通的，下同)。牵引变电所经由电缆内导体和接触网向电力机车并联供电，流经接触网和电缆内导体的电流大小，与各自的阻抗成反比。由于电缆系统单位阻抗只有接触网系统单位阻抗的10％以下，故流经电缆内导体的电流占电力机车工作电流的90％以上。又由于电缆内导体和外导体之间互感系数大，故吸流效率很高，电缆外导体中由于互感作用而吸入的回归电流近似地等于内导体中的正馈电流。这就提高了牵引供电回路去线与回线的对称性，从而大大降低了对邻近通信线路的电磁感应干扰影响。这种接入方式，对邻近通信线路的影响，为电缆内外导体电流差的影响和接触网中电流的影响之和。与接触网(电)分段方式相比，对邻近通信线路的电磁感应影响稍大，防护效果稍低。 2．接触网(电)分段方式 如图2-6-3所示，就是将同轴电力电缆供电方式每一供电分区的接触网采取电分段措施。因此，从牵引变电所到电力机车之间的大部分区段，接触网中都没有电流，牵引变电所 正馈电流和电力机车回归电流绝大部分对应在电缆的内导体和外导体中流通。这种接入方 式，对邻近通信线路的影响主要决定于电缆内导体和外导体中的电流差。由于电缆内外导体 之间互感系数大，吸流效率高，故电缆内外导体的电流差小，即通过轨道、大地返回牵引变 电所的电流小，从而与接触网不(电)分段方式相比，对邻近通信线路的电磁感应影响更小， 防护效果更好。 二、影响同轴电力电缆供电方式的防护效果的主要因素 同轴电力电缆供电方式对邻近通信线路的电磁感应影响，可以用和吸流变压器——回流线供电方式类似的方法来分析，其防护效果仍可用屏蔽系数来衡量。影响防护效果(或屏蔽系数)的主要因素，除电缆本身结构外，还与下列因素有关。 1．同轴电力电缆接入方式 如前所述，同轴电力电缆的接入方式有接触网不(电)分段和接触网(电)分段两种。前者对邻近通信线路的电磁感应影响稍大，防护效果稍低。后者对邻近通信线路的电磁感应影响更小，防护效果更好。 2．运行中的电力机车位置 运行中的电力机车位置不同，对邻近通信线路的电磁感应影响也不一样。当电力机车运 行于图2-6-3中的C点时，机车电流由轨道立即经由连接线进入电缆外导体流回牵引变电所，轨道中基本没有电流。这时具有最佳的防护效果，对邻近通信线路的电磁感应影响完全是由电缆内外导体中的电流差所引起，故称“长回路感应影响”，整个同轴电力电缆供电系统的屏蔽系数等于长回路屏蔽系数。 当电力机车运行于图2-6-3中的A点时，在AC段，接触网中电流大，而电缆外导体和 轨道中电流小，对邻近通信线路的电磁感应电压和“长回路”感应电压的相位相同，称为“正 半段效应”影响。这时对邻近通信线路的电磁感应电压为“长回路”感应电压与“正半段效 应”感应电压之和。同吸流变压器——回流线供电方式一样，同轴电力电缆供电方式的“半段效应”影响也可因电力机车在供电分区的不同位置(即接触网电分段的不同侧)而有正、负 “半段效应”影响之分。 3．供电分区长度 以接触网(电)分段方式为例