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行车滑触线压降值计算
0 引言
在对于行车滑触线进行更新换代时,一般需要经过 4 个步骤:其一,对经长期使用已腐蚀老化的原支架进行拆除;其二,新支架固定;其三,滑触线吊装,其吊装包括:吊架固定、滑触线间连接以及集电器等装配;其四,滑触线调试,试运行:为保证滑触线运行畅通,需对滑触线直线段和接头部分调整,并进行试运行。滑触线作为输电线路的一种,其截面选择参照输电线路,遵循下列几个条件:(1) 避免正常运行时发生电晕,60 kV 以下线路可以不考虑;(2)机械强度,1 kV 以下的Ⅲ类线路单股铜线大于 6 mm2;(3)长期通过的电流应满足热稳定的要求,裸线正常运行温度应小于 70 ℃(4)
0.4 kV 供电系统允许的电压变化范围 +5%~-10%。对滑触线而言,电压变化主要表现为下降,而且一般要求从低压屏的馈电开关到滑触线末端,压降不得超过 12%,否则将影响行车电气设备的寿命。
1 电阻压降的估算电阻压降:
△U=30.5×I×ρ×L/S
式中,I 为电流(A);ρ 为电阻率(Ω·mm2
/km);L 为导体长度(km);
S 为导体截面积(mm2)。
铜的电阻率为 17.5 Ω·mm2/km;
铁的电阻率为 97.8 Ω·mm2/km;
5# 角钢的截面积 S≈50×50-45×45=475 mm2;5# 角钢 100 m 在 1 000 A 下的压降为:
△U=30.5×1 000×97.8×0.1÷475=35.66 V
320 mm2 铜导体 100 m 在 1 000 A 下的压降为:
△U=30.5×1 000×17.5×0.1÷320=9.47 V
320 mm2 铜导体 1 000 m 的电阻为:
R=17.5÷320=5.469×10-2 Ω
考虑到交流电路内存在“集肤效应和邻近效应”,这些效应使电阻值约增加 0.2%~1%左右。
铁的电阻率远大于铜的电阻率,475 mm2 的 5# 角钢的电阻压降比 320 mm2 的铜导体滑触线压降大许多,且发热损耗高,这正是角钢类在大电流滑触供电被逐步淘汰的原因。另外,以上计算虽然简单方便,但仅考虑了导体的电阻效应,没有考虑相邻输电导体电磁场的相互影响,即电感对压降的影响。
2 阻抗压降的计算
以 JGH-320 滑触线为例计算,忽略钢材的导电效果,将铜导体按圆形近似计算。
铜导体等效半径为:
r=(S/π)0.5=(320/π)0.5=10.09 mm
滑触线相间距 h 按 400 计算为:
LA=LC=[0.5+2ln(1.414×h÷r)]×10-7
=[0.5+2ln(1.414×400÷10.09)]×10-7
=8.553×10-7 H/m
LB=[0.5+2ln(h÷r)]×10-7
=[0.5+2ln(400÷10.09)]×10-7
=7.86×10-7 H/m
按较大的 A、C 相(边相)计算:
X=ωL=2π×50×L
=2π×50×8.553×10-7
=2.687×10-4 Ω/m
=0.268 7 Ω/km
Z=(X2+R2)0.5
=(0.268 72 + 0.054 692)0.5
=0.274 2 Ω
100 m 长滑触线 1 000 A 下的阻抗压降(线电压):
△U=Z×I×L×30.5
=0.274 2×1 000×0.1×30.5=47.45 V
所得出的阻抗压降远大于电阻压降(9.47 V)。
△U%=47.45÷400=11.86%
表 1 为某滑触线厂样本中列出的一组线路压降值。
将计算结果与表中的数据对比,表中所列数据与计算所得到的结果吻合。此外,相间距离 h 减小可以降低阻抗和阻抗压降,但因受集电器高度、瓷瓶高度限制,不可随意缩小。表中,JGH-85 滑触线和 JGH-320 滑触线在 1 000 A-100 m(滑触线的实际运行电流 - 长度)的线路压降分别为 18%和 11.86%,截面积增加了近 3 倍,压降仅下降 34%,说明仅靠增大滑触线截面积降低压降是不合适的。
3 按短距离输电线路进行计算
JGH-320 在 1 000 A-100 m(滑触线的实际运行电流 - 长度)时线路压降如下式所示,同时假定:cosφ=0.8,sinφ=0.6。
△U≈I×L×(R×cosφ+X×sinφ)×30.5
=1 000×0.1×(0.054 69×0.8+0.268 7×0.6)×30.5
=35.50 V
△U%=35.50÷400=8.88%
这种计算考虑了负载的功率因数,更接近实际的压降。
从上式的计算可以看出,导体间的电抗对阻抗和阻抗压降的计算影响更大,如仅考虑导体的电阻效应,显然是不合适的。
4 结语
JGH-85、JGH-320 滑触线的标称电流分别为 500 A、1 200 A,按以上的计算,JGH-320 滑触线的△U%在 1 200 A-100 m 情况下为 15%,显然不能满足要求。为降低压降,以往采用加大滑触线和供电线路截面、缩小三根滑触线之间的相间距离、增加滑触线上的供电点数的方法。前两种对线路电抗影响不大,后一种可将端部供电的滑触线改为中部供电、两端同时供电、在两端距端部 1/6 总长处供电,这时压降计算长度分别为 L/2、L/4、L/6,可使电抗成倍缩小,但电缆投资较大。
还可在每根滑触线上加两根补偿电缆,补偿电缆分别接在另两相上,组成低阻抗滑触线,使滑触线阻抗值成倍降低。这时,流经滑触线的电流为 IA,流经补偿电缆的电流为 IB1、IC2(IA1=IA2),就载流而言,压降计算的等效电流为:
IA+IB1+IC1=IA-IA1
如 IA=2IA1=2IA2,此时滑触线的截面积为单根电缆截面积的 2倍,则 IA+IB1+IC1=IA-IA1=IA1=0.25(IA+IA1+IA2),也就是说,压降仅为原来的 25%。我厂多条滑触线上行车数量多、吨位大,而且滑触线较长,通过采用补偿电缆和两点供电的办法,取得了较好的效果,行车运行均很好,另外,对需更大的载流量,可以选用高压滑触线,使流经滑触线的电流大幅下降,从而降低压降和滑触线电阻发热。