城市軌道客車(chē)電氣系統(tǒng)接地研究

陳玉峰 馬洪偉 李光磊

中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司 吉林長(zhǎng)春 130062

城市軌道客車(chē)為人們的出行帶來(lái)便利，但對(duì)人們的生活和健康構(gòu)成了一定的威脅。而利用電氣系統(tǒng)接地，能夠?qū)④?chē)輛的靜電釋放，將接觸網(wǎng)中的電流引進(jìn)軌道，經(jīng)過(guò)處理之后回流到電源，從而去形成安全的回路，確保乘客的生命安全。工作接地主要包括高壓回流接地與低壓工作接地，二者主要是將電流進(jìn)行引導(dǎo)，使其安全的運(yùn)行，從而去為軌道客車(chē)運(yùn)行提供保障。

1 城市軌道交通客車(chē)電氣系統(tǒng)接地研究

1.1 工作接地

為保障城市軌道客車(chē)的安全運(yùn)行，需要在交通客車(chē)上的電氣、電子設(shè)備等進(jìn)行接地操作，主要的目的是為靜電釋放提供通道，為設(shè)備故障電流與雷擊電流提供釋放通道，從而去保障客車(chē)的安全。因此，需要采取科學(xué)的方法進(jìn)行接地電路設(shè)置。工作地主要由高壓回路接地和低壓工作接地組成。

（1）高壓回流接地。高壓回流接地主要是將接觸網(wǎng)中的電流引入軌道，然后通過(guò)特殊處理，返回變電站，確保城市軌道客車(chē)處于安全回路中。此過(guò)程需要注意，務(wù)必保證全部的電流都能回到電源中，否則會(huì)使得電氣系統(tǒng)遭到破壞，人員容易發(fā)生觸電事故，損壞電氣設(shè)備影響軌道客車(chē)的正常運(yùn)行。回流接地的設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1

根據(jù)國(guó)家對(duì)于城市軌道客車(chē)的相關(guān)政策要求，高壓回流接地需要滿(mǎn)足以下條件：①電流回流需要超過(guò)兩個(gè)以上的不同通路，若是一個(gè)通路故障，其余的通路還能繼續(xù)使用，從而去避免觸電事故發(fā)生，防止設(shè)備不被損壞。②將所有的電路與一母線(xiàn)連接，母線(xiàn)需要與車(chē)身所有的外流導(dǎo)線(xiàn)元件絕緣，從而去實(shí)現(xiàn)電力回流。

（2）低壓工作接地。低壓工作接地，主要是為低壓電路提供準(zhǔn)確的電位，使得雜波電流能夠通過(guò)低壓電路回流到電源。下圖中，電路1、2、3同時(shí)使用一根接地線(xiàn)，電流通過(guò)接地線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生電流阻抗，使得后面的電路電流會(huì)加載到前面電路的接地線(xiàn)上，從而增強(qiáng)其阻抗。如果電路電流發(fā)生變化，將產(chǎn)生前電路接地線(xiàn)的電壓降，這將影響前端電路的電壓。隨著高頻信號(hào)的增加，接地阻抗干擾將變得越來(lái)越明顯。實(shí)際應(yīng)用的電路中，需要避免此種干擾，特別是數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾，二者需要分開(kāi)進(jìn)行接地，同時(shí)需要注意接地電纜的阻抗越低越好。低壓工作接地電路，如圖2所示。

圖2

1.2 屏蔽接地

城市軌道客車(chē)的屏蔽接地主要包括電場(chǎng)屏蔽和集膚效應(yīng)。趨膚效應(yīng)是指交流電流趨向于在導(dǎo)體表面上流動(dòng)的過(guò)程，并且電磁效應(yīng)使得通過(guò)導(dǎo)體的電流不穩(wěn)定。通過(guò)電流不均勻，電流越接近導(dǎo)體，電流密度越大。此種情況會(huì)導(dǎo)致，城市軌道客車(chē)運(yùn)行的頻率越高，趨膚效應(yīng)就會(huì)越發(fā)顯著[5]。這種現(xiàn)象要求工作人員屏蔽接地過(guò)程，選擇面積較大的接地線(xiàn)，以避免集膚效應(yīng)，確保乘用車(chē)安全行駛。在城市軌道客車(chē)項(xiàng)目中，當(dāng)使用屏蔽接地時(shí)，使用雙屏蔽電纜，內(nèi)屏蔽用作信號(hào)返回線(xiàn)。使得地面環(huán)路產(chǎn)生的電磁干擾流經(jīng)外屏蔽層，并且信號(hào)電源會(huì)通過(guò)兩根導(dǎo)線(xiàn)。屏蔽層中的信號(hào)干擾因子，會(huì)根據(jù)自身強(qiáng)弱與相同的流經(jīng)方向，通過(guò)互感感應(yīng)流向兩根導(dǎo)線(xiàn)的表面，并且能夠在信號(hào)回路的過(guò)程相互消除，從而實(shí)現(xiàn)屏蔽的目的。采用此種方法能夠避免趨膚效應(yīng)，并且操作簡(jiǎn)單便捷，經(jīng)濟(jì)成本較低，目前在城市軌道客車(chē)屏蔽接地中廣泛應(yīng)用。屏蔽接地應(yīng)注意，低頻電路的頻率不得高于1MHz，高頻電路的頻率不得低于1MHz。

1.3 安全接地

城市軌道客車(chē)給人們的出行帶來(lái)極大的便利，避免了道路擁擠，節(jié)省大量出行時(shí)間。其在給人們帶來(lái)方便的同時(shí)，也同樣具備一定的安全威脅，主要是由于電氣系統(tǒng)接地故障，引發(fā)的人身安全問(wèn)題。因此，需要對(duì)軌道客車(chē)的安全接地加以重視，從而去保證乘客與電氣設(shè)備的安全。乘客在與電氣系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備接觸時(shí)，設(shè)備的電流強(qiáng)度過(guò)大，會(huì)使得乘客發(fā)生觸電現(xiàn)象，嚴(yán)重者會(huì)威脅生命[6]。安全接地主要包括防雷接地與高壓設(shè)備外殼接地，對(duì)于車(chē)上相關(guān)設(shè)備的保護(hù)主要采用防雷接地措施。防雷接地主要是對(duì)雷電進(jìn)行預(yù)防，在車(chē)上受電后端設(shè)置金屬氧化物避雷器，從而去預(yù)防雷電的襲擊，保護(hù)車(chē)輛的相關(guān)設(shè)備不受雷電沖擊，并且能夠?qū)m(xù)流的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行控制，調(diào)控續(xù)流的幅度。若是未安裝防雷接地設(shè)置，軌道客車(chē)在雷電的天氣下運(yùn)行，會(huì)極大的降低安全系數(shù)，增加雷擊的發(fā)生頻率，影響軌道車(chē)輛的正常運(yùn)行，給乘客與車(chē)輛帶來(lái)?yè)p害，從而影響社會(huì)的穩(wěn)定。高壓設(shè)備外殼接地，主要是為了防止外殼上的電力存儲(chǔ)。若是設(shè)備的絕緣層遭到破壞，會(huì)使得設(shè)備的外殼接觸電流，此時(shí)的高壓設(shè)備外殼接地裝置會(huì)切斷電源進(jìn)行自我保護(hù)。高壓設(shè)備外殼的接地可以屏蔽設(shè)備的強(qiáng)大電場(chǎng)，保護(hù)鐵路客車(chē)的安全，并具有阻斷電流的功能。

城市軌道客車(chē)在運(yùn)行時(shí)，若是乘客與車(chē)輛電設(shè)備接觸，可能發(fā)生觸電事故，對(duì)乘客的生命安全造成危害。為保證城市軌道客車(chē)的正常運(yùn)行，避免乘客觸電事故的發(fā)生，需要將軌道客車(chē)中乘客容易接觸到的電氣設(shè)備，在導(dǎo)線(xiàn)的作用下接地，從而去保證車(chē)體與電氣設(shè)備沒(méi)有觸電危險(xiǎn)。若是相關(guān)的電氣設(shè)備發(fā)生漏電現(xiàn)象，接地線(xiàn)裝置與車(chē)身會(huì)形成阻抗，從而去限制電流的強(qiáng)度，流過(guò)人體的電流在安全范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)人體造成傷害。

2 結(jié)語(yǔ)

城市軌道客車(chē)電氣系統(tǒng)的接地研究主要是研究工作接地，屏蔽接地和安全接地。電氣系統(tǒng)接地，能夠提高城市軌道客車(chē)的安全系數(shù)，確保客車(chē)的正常運(yùn)行，提高城市交通運(yùn)行效率。