单相交流转辙机的电缆距离计算

王宏亮，蒉凯腾，王礼俊，李金海，谢文斌

（通号万全信号设备有限公司，杭州 310000）

1 概述

随着国内经济高速发展,商品流通越发活跃,枢纽编组站和区段站作业能力扩大,道岔距信号楼位置也越来越远，对应的转辙机控制距离也随之增大。在铁路工程建设中，一般根据转辙机与道岔控制柜之间的距离来配置转辙机的控制芯线，控制距离增大往往代表着电缆投资成本增加。这点在单相交流转辙机上表现得更加明显，单相交流转辙机的工作电流比直流转辙机和三相交流转辙机要大很多，需要的电缆加芯更多。转辙机与轨旁柜的距离越长，因加芯过多而增加的电缆成本也就越大；但是控制电缆芯线数量配置过少又会导致转辙机电机两端电压下降，从而使转辙机电机在低电压状态下工作，降低电机使用寿命，严重的甚至可能威胁行车安全事故。因此恰当的芯线数量配置不仅能减少转辙机的使用成本，增加企业效益，也能一定程度上延长转辙机的使用寿命，降低故障发生的可能性。

根据《铁路工程设计技术信号手册》及各类相关文献中关于直流转辙机以及三相交流转辙机电缆距离计算的研究很多，很少有文献涉及单相交流转辙机电缆距离的原理阐述。单相交流转辙机的控制电路与三相交流转辙机的控制电路不同，更加接近直流转辙机，但单相交流转辙机在计算电路压降时又与直流转辙机有很大不同，必须考虑电阻、电容、电感对交流电的影响。

本文结合直流转辙机电缆距离计算一般方法和交流电远距离传输相关理论，提供了单相交流转辙机压降计算的一般公式，并提供了配线方案，为转辙机现场配线提供理论依据。

2 单相交流转辙机电缆距离计算原理

2.1 单相交流转辙机电路原理

单相交流转辙机电路如图1所示，采用四线制控制电路。其中X1、X4组成定位到反位的动力回路；X2、X4组成反位到定位的动力回路； X1、X3组成定位表示回路；X2、X3组成反位表示回路。X1、X2为去线，X4为公共启动回线，X3为公共表示回线。

图1 单相交流转辙机电路Fig.1 Single-phase AC switch machine circuit diagram

2.2 单相交流转辙机电缆距离计算方法

由2.1节内容可知，单相交流转辙机的四线制控制电路中的一条线专做表示用，采用单芯即能满足要求。动作线为3条，即定位动作线、反位动作线、动作共用“回线”。所以在计算电缆时可按二线式公式计算“去线”和“回线”，根据电缆长度计算出电缆总芯数。

转辙机允许压降由3部分组成，即去线压降、回线压降以及连接线接点压降。公式如下所示。

其中：

ΔUL—允许电压降/V；

ΔUQ—去线电压降/V；

ΔUH—回线电压降/V；

ΔUJ—连接线接点电压降/V；

L—电缆芯线长度/m；

τ—电缆单芯每米电阻值/（Ω/m）；

I—电动机动作电流/A；

ZQ—去线（X1/X2）芯数；

ZH—回线(X4)芯数；

RJ—连接线、端子和接点总电阻/Ω。

单相电路电压损失计算公式为：

其中：

ΔU—电压损失/V；

R0—单位长度有效电阻/(Ω/m），与电缆工作温度有关，通过查表获得；

X0—单位有效电抗/(Ω/m），同上；

cosφ—负载功率因数；

sinφ—功率因数角正弦值，可通过sinφ=sin（arc cosφ）计算。

将公式（2）～（5）代入公式（1）可得转辙机允许压降公式如公式（6）所示：

计算转辙机电缆时采用的数据如下：

1）ΔUL=220-U，其中U为转辙机电机的输入电压，且160 V≤U≤215.2 V;

2）连接线、端子和接点总电阻阻值按1.6 Ω计算，即RJ＝1.6 Ω；

3）工作电流I=3 A;

4）信号电缆每米阻值不大于0.0235 Ω，即R0＝0.0235 Ω/m；

5）电缆的电抗值通常由制造厂提供，当缺该项技术数据时，可采用下列数据进行估算：1 kV电缆X0＝6×10-5Ω/m；

6）对现有电机进行测试，得电机功率因数cos φ与电机输入电压U关系式：

cosφ=1.22-U/350,其中160 V≤U≤215.2 V；

将以上数据代入公式（7）后可知，当U=160 V时，电缆控制距离最长，即：

3 单相交流转辙机加芯方案

本文单相交流转辙机采用四线制，其中X4为公共启动回线，为节省投资，通常情况下先对X4线进行加芯，再对X1和X2线进行加芯；表示线一般情况下不需要加芯。根据以上原则通过公式（8）可得出单相交流转辙机控制电缆的加芯方案如表1所示。

表1 单相交流转辙机加芯方案Tab.1 Single-phase AC switch machine core-adding scheme

4 结语

本文为单相交流转辙机电缆距离的计算及其加芯方案提供了理论依据，公式（7）可以作为单相交流转辙机电缆距离计算的一般公式。但是在计算过程中的诸多参数（如单位有效电抗X0，电机的相关参数cosφ，连接线、端子和接点总电阻阻值RJ）并不是一般常数，转辙机的压降受电源质量、电缆质量、电机质量、施工及接线情况等诸多因素的影响，特别是电机功率因数cosφ。相关技术工作者在设计单相交流转辙机电缆距离的时候可以参考以上计算方法。