接触网工程课程设计报告
专业：电气工程及其自动化
班级：电气1001
姓名：周兴
学号：201009018
指导教师：张红生
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2013年7月19日
1基本题目
1.1 具体题目
电气化铁路接触网的绝缘配合。
1.2 要完成的内容
根据所在区域环境条件选择绝缘设备型号，设计避雷设备的安装，确定绝缘配合方案及配合中的参数设计。
1.3 题目分析
接触网的绝缘配合，就是根据接触网所在的电气化铁路供电系统中所可能施加于接触网的各种电压，包括正常工作电压、操作过电压和大气过电压，并考虑保护装置的特性和接触网的绝缘特性，来确定接触网对所加电压的必要的耐受强度，以便把作用于接触网上的各种电压所引致的接触网绝缘损坏和影响接触网不间断正常供电的概率，降低到在经济上和铁路运营上所能接受的水平。良好的绝缘配合，就是要在技术上正确处理各种电压、各种限压措施（如装设避雷器）和接触网绝缘耐受能力三者之间的配合关系，并在经济上协调接触网建设投资费、运营维护费和事故损失费三者之间的关系。因此，对接触网的绝缘配合进行分析与研究是十分必要的。
2 接触网的绝缘配合
2.1 绝缘部件
2.1.1 绝缘子的作用和要求
绝缘子是接触网带电体与支柱设备或其他接地体保持电气绝缘的重要部件。其要承受着工作电压和各种过电压，并承担着接触悬挂和支持结构的重量及因气象影响产生的机械荷载，另外还受到风吹日晒，以及其他污染物，如扬尘、化工粒子的影响；其要有足够电气绝缘强度，能长期使用，具有抗污、抗腐蚀等功能。
2.1.2 绝缘子的分类
接触网用的绝缘子多为悬式绝缘子和棒式绝缘子。悬式绝缘子主要用来悬吊或支撑接触悬挂，电气化铁路供电的额定电压是25kV，选用的绝缘子形式一般是由三片组成的绝缘子串，轻污染区采用三片普通型悬式绝缘子组成，重污染区采用四片均为防污型悬式绝缘子组成的绝缘子串。悬式绝缘子串有较好的机电性能，在部分绝缘子片损坏时，尚能维持供电。棒式绝缘子是根据电气化铁路接触网的工作条件而专门设计的一种瓷质的整体式绝缘子，它受压性能较好，具有一定的抗弯强度，对于承受压力及弯矩的场合采用棒式绝缘子。
根据材料可分为瓷质绝缘子﹑玻璃钢绝缘子及硅橡胶绝缘子三种类型。瓷质绝缘子有造价低，表面光洁度高，防污能力好等优点，但也有比价笨重，不易更换的缺点；玻
璃钢绝缘子有抗腐蚀能力强，表面光洁，造价低的优点，但是玻璃钢碎后会造成塌网；硅橡胶绝缘子有质量轻，不易造成硬点，受流质量好的优点，也有造价高，耐腐蚀能力差的缺点。绝缘子的性能好坏，对接触网能否正常供电影响很大。 2.1.3 绝缘子机械与电气性能
绝缘子在接触网中不仅起绝缘作用，而且还承受着机械负荷，特别是软横跨的承力索及下锚用的绝缘子承受着线索的全部张力，所以对绝缘子的电气及机械性能的要求都是极为严格的。绝缘子的电气性能，能用干闪络电压、湿闪络电压和击穿电压表示。
绝缘子的干闪络电压，绝缘子在干燥﹑清洁的环境时，施加电压使其表面达到闪络时的最低电压。
绝缘子湿闪络电压，在雨水降落的方向与绝缘子表面呈45度淋在绝缘子表面是使其闪络的最低电压。
击穿电压，绝缘子瓷体被击穿损害而失去绝缘作用的最低电压。绝缘子被击穿后不能再继续使用，必须更换。
闪络属于瞬时性故障，绝缘子发生闪络时，只是沿瓷体表面放电，而瓷体本身未受到损害，闪络消失后，绝缘性能即可恢复，但发生闪络后，其绝缘性能会有所下降。
绝缘子的电气性能不是一成不变的，随使用时间的增长，其绝缘强度会逐渐下降，我们在使用中，每年至少应进行一次绝缘子电压分布测量，检查其绝缘性能是否满足要求。
2.2 绝缘间隙
接触网带电体与接地体(包括大型建筑物、机车车辆、扩大货物等)之间的空气绝缘距离，称为绝缘间隙。绝缘间隙必须选择合适，如果接触网的绝缘间隙过大，则必然提高电气设备的耐压等级及水平，造成投资过大；如果绝缘间隙过小，则必然招致击穿绝缘间隙的情况频频发生，造成不稳定运行。
确定合理的绝缘间隙，应考虑接触网的工作电压和其他影响空气击穿的因素。选择空气绝缘的原则，一是能够经受住在空载条件下具有脉冲性质的操作过电压；二是能在任何恶劣的气候条件下不发生事故，以保证接触网良好的工作状态。在确定绝缘间隙时，除了考虑电压的变化外，还应考虑气温变化、受电弓抬起接触线以及施工误差等原因造成绝缘间隙的变化。绝缘间隙还应保证在任何运营条件下，消除在接地零件上发生闪络的可能性。在考虑了这一切因素后，应当力求缩小绝缘间隙的数值。
我国曾用下述经验公式来确定接触网带电体与接地体之间的绝缘间隙，即：
0.1150
H
U d =+
(1) 式中,d —空气间隙m ；
H
U—接触网额定电压kV。
这个公式(1)也是经过大量实验得到的，它体现了一定的规律性。但是，由于考虑条件和试验条件不同，各国对最小允许绝缘间隙的见解不甚一致，取值也不尽相同。我国在实验的基础上，经过综合的经济、技术比较后所确定的各项带电体至接地体之间的空气绝缘间隙如表1所示。
表1 空气绝缘间隙表(接触网电压25kV)
序号间隙类别正常值（mm）最小值（mm）
1 绝缘锚段关节两悬挂点间
的间隙
一般情况450 —
吸流变压器处300 —
2 同回路自耦变压器供电线带电体距接触悬
挂或供电线带电体的间隙
500 450
3 25kV带电体距固定接地体的间隙300 240
4 25kV带电体距机车车辆或装载货物的间隙350 —
5 受电弓振动至极限位置和导线被抬起的最高位
置距接地体的瞬时间隙
200 160
6 隔离开关引线、电连接线及自耦变压器供电线、
供电线跳线距接地体的间隙
330 —
7 对向风压、风速为13m/s时，25kV带电体与自耦
变压器中线或保护线的间隙
250 —
8 绝缘元件接地侧裙边距接
地体的间隙
瓷质及钢化玻璃绝
缘子
100 75
环氧树脂绝缘元件50 —
2.2 接触网的避雷
2.2.1雷电情况概述
接触网是露天供电装置，为安全运行，应采取必要的大气过电压防护措施。我国幅员辽阔，气象条件差异较大。雷电区的划分：每年雷电日数少于30时，为轻雷区；雷电日数在30~60之间，为中雷区；雷电日多于60者为重雷区。实际中，在中雷或重雷地区，应装设氧化锌避雷器。
2.2.2 接触网的避雷设备
氧化锌避雷器主要由氧化锌非线性电阻片组装而成的，是一种空气间隙金属氧化物避雷器。它具有理想的伏安特性，在正常工作情况下，流过的电流非常小，即在系统工作电压下，具有极高的电阻而成绝缘状态，当电压幅值超过一定范围时，呈现低阻状态，泄放雷电流，使与避雷器并联的电气设备的残压被抑制在设备绝缘安全值以下。待有害的过电压削减后迅速恢复高祖绝缘状态，从而保证电气设备的正常运行。它具有响应迅速、残压低、通流容量大、无续流、维护简单等优点。氧化锌避雷器特性如表2所示。
表2 Y5WT-42的主要电气特性
