接触网感应电与电力线路
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1感应电的分类及产生原理
感应电是一种比较特殊的电能,按其产生的原理不同,一般可以分为静电感应和电磁感应两类。
1.1静电感应的产生原理
静电感应是物质中电子流动的一种现象。物质是由分子组成的,分子是由原子组成的,原子是由原子核及其外围电子组成的。两种物质紧密接触再分离后,一种物质因把电子传给另一种物质而带正电,另一种物质因得到电子而带负电,这种现象叫做静电感应。当处于强电场中的两种物质,在电场力的作用下,正电荷将按电场方向移动,负电荷将逆电场方向移动,当电荷的移动达到平衡状态后,正、负电荷在两种物质的表面上就会大量积累形成静电,同样会产生静电感应。与流电相比,静电是相对静止的电荷。如果能在正负两种电荷间形成一条相互接触的通路,则静电电荷就会流动,即产生静电感应电流。静电感应电流的出现,将使产生的静电电荷消失,静电感应就会减弱或消除。
1.2电磁感应的产生原理
磁体材料和载流导体周围存在着一种叫做磁场的特殊物质,处于磁场中的直导体发生运动或通过线圈的磁场发生变化时,在导体或线圈中将产生电流,从本质上说,这两种情况都是由于磁场发生变化而引起的。我们把变化磁场在导体中引起电动势的现象称为电磁感应,也称“动磁生电”,由电磁感应引起的电动势叫做感应电动势,由感应电动势引起的电流叫感应电流。
2感应电对电力线路的危害
接触网对附近贯通、自闭线路产生感应电压的机理有两个因素:一是导体之间存在着电容耦合的静电感应,当接触网加上25kV单相工频交流电后,就在接触网导线的四周建立起垂直于导线表面的交变磁场。由于静电感应作用,处于该磁场内的各架空电线路将产生对地感应电压;二是存在互感的电磁感应,当接触线上有电力机车运行时,接触网线路中就有交变电流,其周围就会建立起交变磁场,由于电磁感应作用,这种交变磁场会在与其平行的附近电线路上感应出沿电线路纵向分布的感应电动势。如果电线路是悬空的,未构成闭合回路,受影响的电线路中就只有感应电动势存在。如果构成了闭合回路,就必定有电磁感应电流产生。接触网对贯通、自闭线路的感应电压指的是带电运营的接触线通过电磁感应和静电感应在贯通、自闭线路上产生的电磁感应电压和静电感应电压之和。根据电磁感应原理,导体流过交流电流时,在其周围产生交变磁场,处于交变磁场中的其他导体即产生感应电动势。感应电动势e=-l*di/dt,它的大小与导体之间的互感及电流的变化率成正比。导体之间的互感,与导体的平行长度成正比,与导体之间的距离成反比(非线性关系),因此,两条线路平行长度越长,平行距离越近,线路电流越大,感应电动势就越高。对耦合电容来说,线路平行长度越长,平行距离越近,线路电压越高,其静电感应电动势也越高。综合上述两种因素,感应电动势的大小,与线路的平行长度、电压高低、电流大小成正比,而与平行线路之间的距离成反比。对带电导线附近的横担、爬梯等金属物件,同样存在这种感应电动势。而且线路电流超大(发生短路故障等)时,感应电动势的放电电流也随之上升,因此危险性会更大。另外潮湿的空气如雨、雪、雾等,因电磁介质能力增强,加在停电线路上的感应电压也会增大。当出现大风天气时,线索的摆动,也会增强停电线索在带电设备的电磁场中做切割磁力线的运动,导致感应电压增大,使感应电对电力线路作业人员的危害程度增加。接触网感应电的存在,给既有贯通、自闭线路停电作业带来很多不利因素,如果作业人员缺乏对感应电的认识,稍不注意就会被感应电所伤。感应电流通过人体的表皮或体内后,其对人体的伤害程度取决于电流的大小、持续时间的长短以及电流的频率和人体的电阻等。当感应电流达到一定数值时,其对人身伤害的后果不堪设想。假设一条与接触网平行架设的电力线路停电检修,在接触网静电感应和电磁感应的作用下,对作业人员的人身安全产生威胁:
(1)如果受影响停电检修的线路悬空,与大地间无任何连接点时(即无接地封线),此时该线路中只有感应电动势存在,若只有一人不慎串入线路与大地间,将线路与大地构成通路,但尚未构成回路时,不会产生危害;若有两个人在不同地点同时串入线路与大地间,将线路和大地构成回路时,将会产生感应电流,作业人员就会受到感应电的危害。
(2)当停电线路上只有一点与大地连通时,虽构不成闭合回路,不会有感应电流,但是有感应电动势存在。若有人与固定连接点相距一定距离的地方不慎串入线路与大地间,将线路与大地间形成通路,就会构成回路,产生感应电流,人员就会受到感应电的危害。
(3)当停电线路有两点与地连通时,两地线间构成闭合回路,回路中就会有固定的感应电流产生。若此时不慎将闭合回路断开,检修中就会随时发生作业人员身体连通的可能,会对人身造成伤害。综上所述,要消除检修线路上的感应电伤人,必须要将检修线路人为的构成一个闭合回路,停电检修电力线路时,为防止变配电所误送电,在被检修线路两端分别设置接地线,使其构成闭合回路,从而将感应电通过此回路导入大地,以避免检修人员受到危害。
3电力作业中感应电危害的预防措施
(1)注意作业安全。进行电力作业时,应将停电的电力线路进行有效短路接地,以有效消除静电感应电压,并改变电磁感应电动势的分布情况,最大程度的降低接触网感应电压对作业人员的危害。作业时,应具体采取以下安全防范措施:①严格执行作业规程,在临近接触网的电力线上作业时,应尽量避开阴雨天气。同时,必须严格遵守铁道部铁运[1999]103号部令中关于电力作业安全的有关要求,作业人员要穿绝缘状况良好的绝缘鞋,在挂拆接地封线时,应带绝缘手套,穿绝缘鞋(靴),并用绝缘杆操作,人体不得接触金属导体和地线。②有效设置短路接地封线,要求短路接地封线为截面不小于25mm2的铜线。在作业的线路上,作业人员可能碰触导电材料的地方,尽可能多的使用短封线,即每个作业人员都要在作业位置上将导体与接地体相连,但一定要注意短路线夹的位置,并在作业完毕后拆除,作业前、后清点核对短封线的数量,防止造成新的事故。③防止高空坠落,上杆时,在未打好安全带前,不得碰触导线和杆上金属构件,以防感应电电击而导致高空坠落。④在强电场下作业时,可采取中间电位作业法。为切实保证安全,作业人员采取穿着屏蔽服方法预防感应电。
(2)加强作业监护。对于工作条件复杂,感应电较强或有触电危险的工作,应设专职监护人员。专职监护人员不得兼任其他工作,以便在杆上作用人员出现异常情况时,能够迅速采取急救措施。
(3)对有感应电的区段线路建立台账。电力班组要在相关的统计台账中标注,作业前重点盯控,并加强在该区段日常作业时的安全措施。
(4)对有感应电威胁隐患的设备改造。通过对电力贯通线、接触网等设备进行改造,以降低接触网对电力线静电感应和电磁感应影响。
(5)作业中的安全注意事项。①当列车通过时,在确保作业相对安全的情况下,暂停作业,可有效避开机车通过时强大电压带来的感应电压。②劳保着装工整、规范,作业人员无裸露皮肤,线手套干洁,绝缘鞋无破损。③潮湿天气作业应特别注意。④作业人员应精力集中。以上简单叙述了感应电的产生原理、接触网感应电对电力线路造成的危害、预防感应电措施等基础知识,作为一名铁路职工,我们必须不断认识、学习接触网和电力线路知识,充分掌握作业中的安全隐患,严格遵守作业规程,以确保我们的人身安全。
作者：张利敏单位：呼和浩特铁路局呼和供电段
