| 标题 | 电气化铁路27.5kV电缆金属护层雷击感应电压特性探索 |
| 范文 | 刘鹏 摘 要：我国目前的铁路线路分布十分广阔，铁路的线路比较长，线路的地理环境也十分的复杂，这就接触网就会极其容易受到雷电的攻击。因为铁路沿线的气温、季节与地质等条件不各不相同，这样就会让雷电攻击入侵到电缆线芯时，金属护层感应到的电压特征有着很大的差别。当雷击电流入侵到电缆线芯时，由电缆线芯上的磁力线交链于金属护层，金属护层上就会感应到过电压，这种过电压可能会破坏电缆的主绝缘和外护套。本文主要探索了电气化铁路27.5kV电缆的结构与金属护层雷击感应电压的特性与分析。 关键词：电气化铁路；金属护层；雷击感应 我国铁路部门曾在铁路网的规划中发过相关的报道，我国将在2020年的时候对电气化铁路的路线里程将建设到12万公里之上，而且复线率和电气化率将会达到50%到60%之间甚至更高。电气化铁路在进行大方面的提速和高铁建设都会对27.5kV电缆的使用量增加。电气化铁路的27.5kV电缆是主要用途就是起到牵引变电所与铁路沿线的接触网的作用，而伴随着我国电气化铁路的飞速发展，27.5kV电缆在牵引供电系统中将会被广泛的使用，例如：在建设电气化铁路所需要的变电所中，应当避开处于在高架桥下面或因为牵引变电所与接触网之间存在的房屋建筑以及农业产品，不能使用悬空导线的方式来对电能进行传输，一般情况下用27.5kV高压电缆来代替悬空中的裸体导线。根据我国铁路总局的统计的资料发现，有很大一部分的电缆故障都是因为金属护层或外部保护套受到损坏，所以，对电气化铁路27.5kV电缆的金属保护层进行相应的雷电测试是非常有必要的，根据测试的实际结果对其进行相应的改革，对电气化铁路的建设起到了良好的保障。 一、电气化铁路27.5kV电缆的构造 依据我国电气化铁道部门在新标准当中规定，27.5千伏电缆共有两种型号，一种为TYJV型号，一种为TYJY型号，电缆线芯的导体截面积为150㎡、185㎡、240㎡、300㎡、400㎡。27.5千伏电缆的主要结构有以下几点： （1）线芯导体：纤芯导体一般作用于电流传输当中，为电力列车提供日常之中所需的电力能源。线芯材质的导电频率和线芯的截面积同时影响着线芯导体的能源消耗量，在建设铁路电缆的工程上一般会选用导电频率较大的材料来作为线芯的导体，这样不仅可以减少线芯导体所产生的电压降与能源的消耗，还节省了部分经费，所以电缆的线芯一般情况下都是采用铜元素或者铝元素的材料。电气化铁路的27.5千伏电缆的线芯采用的就是绞合紧压的圆形导体结构，并且线芯的表层需要保持整洁、光滑，不可以有任何的剐蹭痕迹以及损伤，不可以使XLPE主绝缘体和导体屏蔽层出现毛刺以及凸起等等问题，并且需要保证单线线路不会发生断裂损坏等等意外情况的发生。 （2）导体屏蔽层：导体屏蔽层是由一层半导体的材质结合而成，主要用作于对电场进行均匀的划分。线芯是由多跟导线绞合紧压组合而成，其与主绝缘体之间很容易出现缝隙，并且线芯的表面一但出现毛刺或凸起就会导致电场的分布不均匀，而半导体材质的屏蔽层与线芯导体的电位值相同，也可以与主绝缘体之间进行很好的接触。大幅度的提升局部放电的电压，就可以有效的避免线芯导体与主绝缘层之间发生的局部放电的问题，并且从而有效的对电缆的主绝缘体进行保护。半导体这样的材质导体屏蔽层的厚度基本为0.8mm，导体屏蔽层所选用的材料应是交联型材料，其可以均有的覆蓋在线芯导体的表面，并且其表面较为光滑，没有明显的凹凸痕迹。 （3）金属保护层面：金属保护层面自身就具有三大保护性能，第一种是具有良好的阻水性，能够防止有水分能够进入主绝缘体中，从而影响主绝缘体的质量与使用年限；第二种是可以对主绝缘体与线芯导体进行保护，防止其受到化学元素的腐蚀与破坏；第三种是可以对电流短路和热稳定功能承受能力较好。金属保护层面所采用的材料有绿元素、铅元素以及铜元素等等，标准厚度为2mm。金属保护层面的生产技术工艺可以大致分为三种：无缝隙的金属保护层面、纵向焊接缝隙的金属保护层面和综合金属保护层面。现在我国使用较多的就是无缝隙金属保护层面、焊接缝隙波纹保护层面和波纹铜保护层面等，这些金属保护层面都具有非常好的防水功能，但是其内部的质量与制造的工艺都大不相同。 （4）外部保护套：外部保护套的主要作用就是把金属屏蔽层和外部空间之间进行有效的隔离，为了防止空气对金属屏蔽层的腐蚀。对电缆进行制作的时候，应根据绝缘体的实际耐温情况去选择相应的PVC或者PE塑料，并在其的表面涂上相应的石墨导电材料。 二、金属护层的雷击感应电压 当发生阴雨天气时经常会出现雷电击落等现象，如产生雷电顺着所接触线路并且沿着线路传送到供电系统当中的电缆内部中心位置时，金属保护层面当中就会因此产生一定强度的电压其电压是由于雷击感应而引发的，XLPE绝缘层面和电缆的外层保护套就拥有着预防因雷电击打所引发的穿透或线路损坏等危险。如果将L设定为入侵到电缆线内部核心的雷电压数值，那么金属的保护层面前段或者末端位置经小电阻接地后加载线的内部中心位置与金属保护层面当中所产生的电压就是L。当L在电缆当中内部中心线上传播流动时线芯与金属保护层面当中同时流动的电流则称之为M，其数值的大小则由线芯当中所设立的导体与金属保护层当中的传输波动阻抗来决定的。如果电流再通过线部中心导体是和金属外部保护层面当中的电流数值则成为了相反的方向，所以电缆自身所在的周围便无法产生磁力线，也无法产生由雷击所引发出的电压。但如果发生冲击电压经过传播而输送到了线部中心位置直到尾部末端时，那么情况就会产生另一种变化，总体来讲就是由线中心线路的尾端开路与尾端发生短路这两种非常极端的对等情况。根据相应的理论知识来讲在尾端进行开路时电缆中心位置的线路传播电压便会传播至尾端而产生反射这一现象，从而导致通过中心线路和金属保护层面当中的电流基本为零，另外金属保护层面上面并不会出现较高的冲击电压。所以，在末端尾部出发生了接地故障时金属的保护层面流动的电压便会瞬间提高很多。 三、不同工况的金属护层雷击感应电压分析 （一）分析避雷器与接触网之间的接点电阻 避雷器与接触网之间的接地电阻对入侵到电缆线芯的雷电击产生非常大的影响，如果接地电阻已经达到10时雷电攻击到电缆线芯时的电流会瞬间升到7kA。当电缆中的金属保护层面感应到过电压的最大值时，就会随着避雷器与接触网之间的接地电阻的放大而放大。当两物之间的接地电阻已经大过于7的时候，当金属保护层面处于感应过电压的最大值，过电压会瞬间穿过外部保护套直接对耐受电压进行冲击。 （二）分析大地土壤中的电阻率 由于大地地面的土壤组成当中含有许多微小呈颗粒状的成分，而这些呈颗粒状的成分当中有着盐分的存在，所以这种成分的中心是不会进行导电的，含水分多的土壤中的自由电荷可以降低电场中的传到电流。在避雷器已经受到损坏的情况下发生雷电的攻击绝缘子时，地面土壤当中的电阻率的突然增加会导致影响了整个土壤散电流的能力，最后当雷电攻击到电缆线芯的时候电流会进行逐渐的加大。如果地面土壤当中的电阻率已经小于了800的时候，那么金属保护层面的雷电击感应的最大值会瞬间冲过外部保护套对难受电压进行冲击，严重的化还会导致外部保护套被瞬间击破。 （三）分析电缆长度的规格 相关工作人员在进行距离地面较近的线路情况发生时，所选择使用的电缆大多部分都是将地面进行连接，而线的另一端则需要选择经过相应的保护器后再链接地面，总长度为500米左右的电缆金属保护层面是落雷击打瞬间通电电压的最小值。如为600～800米左右长度的电缆进行比较的话，在其手段至400～500米所包含的范围内相同位置的金属保护层面过电电压的最大数值则比600米电缆平均小百分之二十六左右，比700米电缆平均小百分之二十左右，比800米电缆平均小百分之二十九至百分之三十左右，在此情况的保护模式下，长度约为800米的电缆当中所使用的金属保护层面感应过电电压的最大数值一定要高过外层保护套的雷电冲击。 （四）分析雷电流波形陡度 雷电的流波型陡度对金属护层的电压有着十分重要的影响，随着雷电攻击到电缆时，线芯当中雷电流的陡度值会突然增加，而金属保护层面感应到的过电压最大值进行增加时它的增长率开始整体下降。 四、结语 综合以上所述，电击是较为常见的自然灾害之一，电击所带来的伤害性与破壞性极强，而且被雷电击中之后电气设备以及电缆会出点难以修复的后果。我国的铁路线路属于电击高发地，即使针对铁路线路建设相应的防电避雷措施，但是还是无济于补，所以针对铁路电击事故的发生，就需要运用到电气化铁路27.5kV电缆，因为27.5kV电缆可以扛起牵引在变电所跟接触网之间的重任，并且能够有效的降低电击事故的发生频率，由此就可以27.5kV电缆在供电设施中的位置。合理的对电气化铁路运用27.5kV电缆就能够有效的对电击事故的伤害率进行降低，并且对我国未来电气化铁路的发展有着重要意义。 参考文献： [1]董磊，程猛，赵忠鹏.对电气化铁路接触网雷击过电压探究[J].工程技术：文摘版，2016（6）：00250. [2]张弥.电气化铁路接触网雷击过电压研究[J].工程技术：引文版，2016（5）：00259. |
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