城市軌道客車電氣系統(tǒng)接地研究

陳玉峰 馬洪偉 李光磊

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林長春 130062

城市軌道客車為人們的出行帶來便利，但對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囕v的靜電釋放，將接觸網(wǎng)中的電流引進(jìn)軌道，經(jīng)過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，從而去為軌道客車運(yùn)行提供保障。

1 城市軌道交通客車電氣系統(tǒng)接地研究

1.1 工作接地

為保障城市軌道客車的安全運(yùn)行，需要在交通客車上的電氣、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，然后通過特殊處理，返回變電站，確保城市軌道客車處于安全回路中。此過程需要注意，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)備影響軌道客車的正常運(yùn)行?；亓鹘拥氐脑O(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1

根據(jù)國家對于城市軌道客車的相關(guān)政策要求，高壓回流接地需要滿足以下條件：①電流回流需要超過兩個以上的不同通路，若是一個通路故障，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連接，母線需要與車身所有的外流導(dǎo)線元件絕緣，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低壓電路回流到電源。下圖中，電路1、2、3同時使用一根接地線，電流通過接地線會產(chǎn)生電流阻抗，使得后面的電路電流會加載到前面電路的接地線上，從而增強(qiáng)其阻抗。如果電路電流發(fā)生變化，將產(chǎn)生前電路接地線的電壓降，這將影響前端電路的電壓。隨著高頻信號的增加，接地阻抗干擾將變得越來越明顯。實(shí)際應(yīng)用的電路中，需要避免此種干擾，特別是數(shù)字信號對模擬信號的干擾，二者需要分開進(jìn)行接地，同時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

城市軌道客車的屏蔽接地主要包括電場屏蔽和集膚效應(yīng)。趨膚效應(yīng)是指交流電流趨向于在導(dǎo)體表面上流動的過程，并且電磁效應(yīng)使得通過導(dǎo)體的電流不穩(wěn)定。通過電流不均勻，電流越接近導(dǎo)體，電流密度越大。此種情況會導(dǎo)致，城市軌道客車運(yùn)行的頻率越高，趨膚效應(yīng)就會越發(fā)顯著[5]。這種現(xiàn)象要求工作人員屏蔽接地過程，選擇面積較大的接地線，以避免集膚效應(yīng)，確保乘用車安全行駛。在城市軌道客車項(xiàng)目中，當(dāng)使用屏蔽接地時，使用雙屏蔽電纜，內(nèi)屏蔽用作信號返回線。使得地面環(huán)路產(chǎn)生的電磁干擾流經(jīng)外屏蔽層，并且信號電源會通過兩根導(dǎo)線。屏蔽層中的信號干擾因子，會根據(jù)自身強(qiáng)弱與相同的流經(jīng)方向，通過互感感應(yīng)流向兩根導(dǎo)線的表面，并且能夠在信號回路的過程相互消除，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)，并且操作簡單便捷，經(jīng)濟(jì)成本較低，目前在城市軌道客車屏蔽接地中廣泛應(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

城市軌道客車給人們的出行帶來極大的便利，避免了道路擁擠，節(jié)省大量出行時間。其在給人們帶來方便的同時，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)的人身安全問題。因此，需要對軌道客車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，設(shè)備的電流強(qiáng)度過大，會使得乘客發(fā)生觸電現(xiàn)象，嚴(yán)重者會威脅生命[6]。安全接地主要包括防雷接地與高壓設(shè)備外殼接地，對于車上相關(guān)設(shè)備的保護(hù)主要采用防雷接地措施。防雷接地主要是對雷電進(jìn)行預(yù)防，在車上受電后端設(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，軌道客車在雷電的天氣下運(yùn)行，會極大的降低安全系數(shù)，增加雷擊的發(fā)生頻率，影響軌道車輛的正常運(yùn)行，給乘客與車輛帶來損害，從而影響社會的穩(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。若是設(shè)備的絕緣層遭到破壞，會使得設(shè)備的外殼接觸電流，此時的高壓設(shè)備外殼接地裝置會切斷電源進(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，保護(hù)鐵路客車的安全，并具有阻斷電流的功能。

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

2 結(jié)語

城市軌道客車電氣系統(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的安全系數(shù)，確保客車的正常運(yùn)行，提高城市交通運(yùn)行效率。