接触网与受电弓(2)

2019-06-05 10:21

每种接触压力分力及其关系为:

静态接触压力——因受电弓驱动,受电弓滑板施加在接触网上的力 +

空气动力分力——受电弓滑板没有与接触网接触时在滑板上测得的空气动

力阻力的垂直分力

这取决于在当前速度上的空气动力作用以及牵引装置头 部的形状

=

空气动力接触压力 +

动态接触压力分力——由弓网动态特性、轨道和牵引装置运行所引起的分力 =

动态接触压力=接触压力

1.4 受电弓与接触网的相互作用

接触网与受电弓的相互作用决定供电可靠性和供电质量,其相互作用依赖于受电弓和接触网的设计方案及大量参数。

接触网——受电弓系统要求通过连续的,即不中断的电气和机械接触给牵引车辆供电,与此同时要使接触线和滑板的磨耗保持尽可能低的程度。

电能传输系统,特别是接触网的投资很高,期望其能达到使用寿命长、维修少的目标要求。

随着受电弓和接触网相互作用理论的研究,开发了用于评价电流传输质量的测量技术,可以限定如下三个方面:

——只评价接触网; ——只评价受电弓;

——评价接触网和受电弓这两部分的相互作用。

假设遵循有关安全规约,以期在送电时实现高质量的能量传输:

——连续送电时没有电压降或电流损失。这就意味着必须一直保持机械接触。如果失去机械接触,就会发生燃弧。电弧对环境产生影响,引起干扰并加大磨耗但却能保证电流的持续性,这对移动接触能量传输是非常重要的。如果空气间隙加大,电流中断,车辆就会因电源切断而失去牵引动力。燃弧的次数和持续的时间是评价能量传输质量的标准。

——不会发生超出允许范围内的环境干扰。燃弧产生的高频电磁波,对频率高达30MHz的调幅无线电传输产生干扰。在燃弧产生高频电磁波的同时,还产生可闻噪声,但是这种噪声基本上被一般的列车噪声所掩盖。

——不产生相关部件(接触线和受电弓)的磨耗,这种磨耗程度在经济上是不可接受的。这样的磨耗可能是由于燃弧和/或接触压力太大引起的。

——当接触压力接近零或完全失去时,会发生燃弧。相反,接触压力也不可能过大,因为这会导致接触网抬升过高并带来无法接受的磨耗。这意味着接触压力是个非限定性的物理量,根据这个物理量可以评价受电弓和接触网的相互作用。原则上,用于判断质量的物理量应满足其它一般要求:

——各自的特征量应尽可能地具有评价连续的、渐进的尺度,不仅仅只允许作“是/否”的评定,还应评价质量变化。

——应该可以测量各自的量值,并且根据模拟模型可进行事先计算,以便对测量和计算结果进行比较。

——各自量值的测量应该是再生的而且不受随机因素的影响。在同等条件下重复的测量应有同样的结果。

——必须可以在动态受电弓上测量评估量。

1.5 受电弓滑板和接触线的材料

接触线和滑板的使用寿命基本取决于: ——受电弓作用在接触线上的接触压力; ——制作受电弓和滑板的材料; ——滑板的数量和制作尺寸;

——通过接触点的电流量; ——牵引车辆的速度;

——线路处于隧道或区间的环境系数。

最后三点在设计供电系统时不能直接控制或干预,但是在选择材料和计算部件尺寸时必须给予充分考虑。

纯铜和铜合金(纯铜、银铜合金、镁铜合金等)已成为接触线的主要材料。 根据环境条件和接触对象的材料,铜会形成5~20μm厚的一氧化铜和二氧化铜,其中可能含有来自滑板材料的石墨混合填充物。这一层既导电又坚硬,它为滑动电接触提供理想的条件。

由于铝有一层不导电的坚硬的氧化层,每次在滑板经过时必须磨掉氧化层,在能量传输中产生磨损和连续燃弧。因此,铝不适合用作接触线材料。

钢、铜合金、石墨和金属碳已经用作滑板材料。这些材料与接触线的相互作用原理有明显的不同。碳和石墨带来光滑的表面,没有任何粗糙成分磨损接触线。铜和钢形成一种粗糙的表面类似于一把细锉,这种粗糙程度起的研磨作用会使接触线和滑板均迅速磨损。

金属滑板引起的接触线的磨损率几乎是碳滑板的10倍。使用金属滑板的目的是担心敏感的、易碎的碳滑板可能会在机械碰撞的条件下破碎。

表面条件和接触压力的不同还影响滑板磨损率,德国铁路碳滑板的使用寿命达到100,000km,而用在直流牵引系统的金属滑板每30,000km就必须更换。

如果碳滑板和金属滑板在同一接触线上混合运行,将形成不同的接触线表面结构,这样的选择是不明智的,会使接触线和碳滑板的磨损率明显加剧。


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