集中供电ZD6-E/J/J型转辙机控制距离的分析与计算

2021-08-27李卫锋

铁路通信信号工程技术 2021年8期

李卫锋

(中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

1 概述

道岔转辙机电缆网络计算是信号工程设计的重要内容之一，其主要目的是给转辙机配置适当的控制电缆，使转辙机正常运转和控制信号电缆工程投资。为适应多种车辆的运营需求，国内部分铁路站场铺设一种50 kg/m钢轨18号单开道岔（道岔图号为专线(01)4275），该道岔配置ZD6-E/J/J型直流道岔转换设备。由于该转辙机的控制距离不能简单等同于ZD6-E/J型，在相关文献资料中又很难查到，电缆网络计算不当时很容易造成转辙机不能正常动作或铺设电缆浪费的情况。本文通过对信号设备电缆网络通用计算原则的分析，最后总结出ZD6-E/J/J型转辙机的电缆网络计算方法。

2 信号设备电缆网络通用计算原则

2.1 电阻系数

截面为1 mm2，长1 m的导线，在温度20 ℃的电阻值，称之为电阻系数。通用符号用ρ表示，单位为Ω•mm2/m。信号电缆芯线均采用软铜，其电阻系数为0.017 54 Ω•mm2/m。由于信号电缆在制造时为扭绞，芯线的长度大于电缆长度，在实际中采用0.018 4 Ω•mm2/m的换算电阻系数。

2.2 电缆截面积

信号电缆采用铜导线，线芯直径为1 mm，其截面近似为0.785 mm2，通常用S表示。

2.3 电缆芯线的直流电阻值

直径为1 mm的单芯铜线，当温度在20 ℃时，根据电阻的计算公式，可以求出铜线的电阻约为0.023 5 Ω。按照电缆制造的技术要求，直径为1 mm的单芯铜线在20 ℃时每米长有效电阻不大于0.023 5 Ω，通常用r表示。

2.4 导线电阻与温度的关系

信号电缆线芯的电阻值随温度升高而增加。在任一温度下的电阻值，可用公式（1）计算。

公式（1）中Rt——预求某温度时的电阻；

R20——t=20 ℃时的导线电阻；

δ——铜芯温度系数，铜芯取0.004；

t——实际温度值；

20——t=20 ℃为标准温度。

由于信号室外电缆一般埋于0.7 m地下，温度变化引起电缆电阻值的变化甚微。因此，在计算电缆电阻时，可不考虑由温度变化而引起的电阻值的改变。

2.5 “线”和“芯”

在电路中，不同用途的电流通路数即为电路的导线数，简称为“线”。导线数只与电路的形式有关，与电缆的长度，电气特性无关。如电气集中所采用的“四线制”道岔电路，说明该电路的导线数为4。又如，在直流电路中，供电线路的一条导线是供正电，另一条导线是供负电，则称为“双线”回路。

芯线数量除取决于导线外，尚与电缆的长度、允许的电压降、导线内的电流值有关。一条导线可以由一根芯线组成，也可以由几根芯线并联组成。在电路中芯线的数目总是等于或大于导线的数目。

2.6 “去线”和“回线”

一般以受电器引入端子两边的导线划分“去线”和“回线”。例如：直流电动机正电源线称为“去线”，那么负电源线就称为“回线”。双线回路示意如图1所示。在双线回路里“去线”和“回线”同时参加工作，并且电流值相同。

图1 双线回路Fig.1 Dual lines loop

2.7 电缆芯线分配原则

电缆芯线必须满足由其构成的电路在电气方面的技术要求。相同数量的电缆芯线，分配在“去线”和“回线”的方式不同，可得出不同的结果。为了使电缆回路的电阻最小，电缆芯线使用得节省，“去线”和“回线”应有一定的分配比例。这种比例与回路的导线数及电路结构有关。假设电缆芯线总数为Z，“去线”芯线数为ZQ，“回线”芯线数为ZH，电缆单芯每米长的电阻值为r，在电缆长度为1 m时的总电阻为RO时，它们可用公式（2）表示。

公式（2）中以RO对ZQ求导并令其等于0，求出的ZQ即是RO的最小值。

由公式（3）中可知，“双线”式回路中最经济的分配比例为：“去线”与“回线”的芯线数量相等。如果使用的电缆芯线为奇数时，“去线”和“回线”不能等量分配，出现两芯线数的不一致，经过类似上述的推导可以得到：当芯线数为奇数时，“去线”和“回线”按相差一芯进行分配，可使回路的电阻值最小。电缆芯线数在实际的使用中应按上述原则进行分配。

2.8 计算电缆最大控制长度

如图1所示的双线回路，假设电缆芯线总数为Z，根据电缆芯线分配原则，即可确定电缆的“去线”和“回线”芯线数。因此，回路中的电阻R可由公式（4）求出。

公式（4）中，L——设备点到信号楼电缆长度。

因为回路电阻值可以由线路允许压降ΔU及回路中工作电流I确定，即：

将公式（5）代入公式（4），可得：

公式（6）表明，电缆芯线数可以通过电缆最大控制长度的计算来确定，其方法是根据线路允许压降、回路中的工作电流，以及假定选用的“去线”和“回线”的电缆芯数，计算出Lmax。若Lmax大于L，说明选用的电缆芯数是合适的，能满足被控设备可靠工作的技术要求；若Lmax小于L，则应增加电缆芯线，再进行计算，直到满足要求为止。

3 集中供电ZD6-E/J/J型电动转辙机电缆网络计算

ZD6-E/J/J转辙机控制线为10条，即动作表示线3条，即E机、J1机、J2机各一条；其中动作线为7条，即E机定位动作线、E机反位动作线、J1机定位动作线、J1机反位动作线、J2机定位动作线、J2机反位动作线、动作共用“回线”1条。在计算电缆时按二线式公式只需计算E机的“去线”及“回线”，由于E机和J1、J2机的去线相等，根据电缆长度计算出E机电缆芯线数即可求出总芯线数。

此时回路原理如图2所示（虚框内所示，以E机为例）。

图2 ZD6-E/J/J的E机双线回路 Fig.2 Dual lines loop of ZD6-E/J/J E switch machine

其E机回路上压降等效公式：

电缆芯线计算方法采用公式（8），按E机“去线”和“回线”各采用1芯时，把电缆最大控制长度计算出来。若Lmax大于L，说明采用去一芯、回一芯的芯线数是可以的。否则应增加电缆芯线。一般是在“回线”上增加一芯，再进行计算，直到满足Lmax大于L为止。

计算转辙机电缆时采用的数据如下：

电缆芯线单芯每米电阻r为0.023 5 Ω；

供电电源电压为220 V；

电动转辙机额定电压为160 V；

连接线、端子和接点总电阻为1.6 Ω；

电动机工作电流为2 A。

根据上述公式计算的ZD6-E/J/J电缆最大控制长度及电缆芯线数如表1所示。

表1 集中供电ZD6-E/J/J转辙机控制距离Tab.1 Control distance tableof centralized power supply ZD6-E/J/J switch machine

4 结语

本文所述的计算方法也同样适用于ZD6-D或ZD6-E/J型直流转辙机电缆网络计算。以ZD6-E/J为六线制道岔为例，动作专用表示线1条，其中动作线为5条，即E机定位动作线、E机反位动作线、J机定位动作线、J机反位动作线、动作共用“回线”1条。在计算电缆时可按二线式公式只计算E机或J机的“去线”及“回线”，根据电缆长度计算出电缆总芯线数。

此时回路原理如图3所示（虚框内所示，以E机为例）。