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城市軌道交通車輛接地方案分析

文檔作者：李恩龍于青松文檔來源：長春軌道客車股份有限公司城鐵客車開發(fā)部		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年04月27日
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i ≯ 囊 鷲 ≯ 謄
城市軌道交通車輛接地方案分析
李恩龍于青松
(長春軌道客車股份有限公司城鐵客車開發(fā)部，130062，長春／／第一一作者，工程師)
摘妻介紹了城市軌道交通車輛保護接地的概念和設(shè)備
保護接地的原則，對比分析了不同的車體保護接地方案的優(yōu)
缺點。直接接地方案與接地電阻方案相比，前者使流經(jīng)車體
的電流的比例要大。增設(shè)接地電阻對減少流經(jīng)車體的回流
電流有明顯的改善作用。
關(guān)鍵詞城市軌道交通；車輛；保護接地
中圖分類號U 264．7 4
Analysis of urban Rail Transit Vehicle Grounding Scheme
Li Enlong，Yu Qingsong
Abstract The concept and working principle of URT vehicle
grounding and equipment protective earthing are introduced，
the advantages and disadvantages of different schemes are compared．
Since the direct grounding scheme has larger current
flowing through the car body than the resistance scheme，the
increase of the grounding resistance will obviously decrease the
return current through car body．
Key words urban rail transit；vehicle；protective earthing
First-author’S address Changchun Railway Vehicles Co．，
Ltd．，Urban Transit Vehicles Development Department，
130062，Changchun，China
隨著我國城市軌道交通技術(shù)的發(fā)展，對車輛電氣
接地系統(tǒng)的安全性、可靠性要求日益提高。車輛電氣
接地系統(tǒng)不僅要保證列車的運行安全，還要保證列車
設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，有效抵御來自車輛外界的電磁
干擾，以及為旅客提供可靠的人身安全防護等。從概
念上來劃分，接地可以分為回流接地、保護接地和電
磁兼容性接地。本文著重探討保護接地。
1 保護接地的概念
保護接地是為保障人身安全、防止直接或間接
觸電而將設(shè)備外露可導(dǎo)電部分進行的接地。對于城
市軌道交通車輛而言，保護接地又分為設(shè)備接地和
車體接地。設(shè)備接地是指設(shè)備殼體與車體之間的連
接，此時是把車體作為地；車體接地是指車體與接地
回流裝置(接地回流裝置的作用是將車輛上的電流
與輪對連接進而實現(xiàn)與軌道連接，防止電流流經(jīng)軸
承)之問的連接，此時的“地”指的是大地。目前在國
內(nèi)，設(shè)備接地都是采用接地電纜將設(shè)備殼體與車體
相連，只是在電纜的選擇上存在不同的算法。而車
體接地則分為兩種：一是直接通過接地電纜將車體
與接地回流裝置連接，二是在車體與接地回流裝置
之間增加接地電阻。
2 設(shè)備保護接地分析
設(shè)備保護接地的設(shè)計原則是保證在設(shè)備發(fā)生故
障時，流經(jīng)人體的電流值不超過標(biāo)準(zhǔn)要求?？蓪⑵?
抽象成電路模型。故障電路模型如圖1所示。IEC
60479中規(guī)定，無論何種觸電方式，流經(jīng)人體的電流
及時間不能超過：25 mA，1 s(交流)；15 mA，1 S
(直流)。
圖1 故障電路模型
假設(shè)在進入設(shè)備的電源電壓高的電路發(fā)生短路
的情況下，在輸入電源保護設(shè)備還沒有動作的條件
下，人體觸摸到箱體導(dǎo)致流經(jīng)人體的電流
，2= ，f*(R1／(R1+R 2))
式中人體電阻尺 可從IEC 60479標(biāo)準(zhǔn)中查到，而
， 是可以根據(jù)設(shè)備輸入電源電壓等級來計算得出
的。為了保證流經(jīng)人體的電流：不超過限值，保證在
最惡劣的情況下不發(fā)生危險，就只能通過接地電纜
· 1 39 ·
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的設(shè)計來保證接地的安全性，選擇合適的接地電纜
的長度和線徑來確保接地電纜的阻值。
3 車體保護接地方案分析
車體保護接地在原則上與設(shè)備保護接地是一樣
的，如果把車體看作是一個設(shè)備的話，那么它的接地
電纜可以遵循設(shè)備接地電纜的選擇原則。但是，由
于車輛與大地的連接只能是通過輪對和鋼軌之間的
接觸，而目前城市軌道的鋼軌都是作為回流使用的，
因此，在這種情況下，車輛就不能簡單地被看作是一
個設(shè)備；每個單獨的車體都可以等效一個電阻與鋼
軌進行并聯(lián)，且由于列車等電位的要求，其實一列車
內(nèi)的所有車輛都是通過電纜連接到一起的。簡化的
車輛與鋼軌的等效電路圖如圖2所示。
圖2 車輛與鋼軌的等效電路圖
從圖2中可以看出，整個回流電流，的一部分
， 就會流經(jīng)車體。雖然這部分電流不足以損壞車
體，也不會造成人員傷害，但是可能會導(dǎo)致車輛電氣
系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。這也正是前述中提到的采用第二
種接地方式一～接地電阻的根本原因。
由于在線路上運行的車輛的不固定性，很難得到
，的確切值。而該值對于車輛接地系統(tǒng)的設(shè)計沒有
直接影響，因此，只考慮通過流經(jīng)， 的電流占，的百
分比來衡量接地效果的好壞。該比值越小越好。
3．I 鋼軌的電阻分析
鋼軌的主要成分為鐵，其余還含有錳、碳、硅、
硫、磷等，其密度可以取為7．83 g／cm。，電阻率為
2．1×10-7 Q·m?？梢愿鶕?jù)材料電阻率和橫截面
積S求得鋼軌的直流電阻
Rd= ×1() (Q／km) (1)
1 m長鋼軌的質(zhì)量
G ：_1 ×7
． 83 (kg) (2)
1 【J(J()
則R 可根據(jù)1 m長的鋼軌質(zhì)量
· 1 4(】·
Rd： ： (Q／km) (3)
lUL， L，
如果鋼軌的質(zhì)量按照50 kg／m計算，則單條鋼
軌的電阻為0．032 l~／km，雙條鋼軌的電阻為0．016
Q／km。
3．2 車體電阻的分析
由于車體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，且車體材料有鋁合金和
不銹鋼兩種，不便于理論計算，因此，進行簡化考慮。
根據(jù)經(jīng)驗，B型車不銹鋼車體的質(zhì)量約為370 kg／m，根
據(jù)式(3)，可以計算出車體的電阻為0．【x)4 4 n／km。
車體與接地回流之間的電纜如果按照 =120
mm 計算，其阻值為0．164 D／km。目前地鐵常規(guī)
設(shè)計中每輛動車車體與接地回流裝置之間為4根電
纜，因此，總的車體電阻可以近似為0．041 Q／km，
而接地電纜連接處的接觸電阻大約為10 mQ。
3．3 接地方式分析
1)直接接地。圖2中的尺 尺 。和尺 就是車
體電阻、接地電纜電阻和接觸電阻的和。按照4輛編
組列車來考慮，列車長度約為100 1TI。由于車體接地
點的不同，長度不能完全按照100 m進行計算，暫且
按照車體50 1TI、接地電纜50 m計算。這樣可以計算
總的尺 阻值為7．27 mQ， 阻值為I．6 mQ，通過車
體的電流， 就相當(dāng)于總電流，的18％。
2)接地電阻接地。采用接地電阻接地，實質(zhì)上
是在車體與接地回流之間增加了額外的阻值。但是
根據(jù)EN 50153的規(guī)定，車體與地面裝置的保護性
導(dǎo)體之間的阻值不能大于50 mQ。因此，增設(shè)的阻
值不能太大，目前經(jīng)驗值是3()mQ。其等效電路圖
如圖3所示。列車長度同樣按100 m來計算，總的
R 阻值為37．27 mQ，R 2阻值為1．6 mQ，通過車
體的電流， 就相當(dāng)于總電流的，的4．1％
I 車體A 車體B
＼—／
1 IO o l ①l()
圖3 帶有接地電阻的車體與鋼軌的等效電路
(下轉(zhuǎn)第144頁)
曩 ≥
應(yīng)的用地面積較大，增加了地面風(fēng)亭的工程建設(shè)內(nèi)
容和建設(shè)用地的協(xié)調(diào)工作難度，且必須滿足有關(guān)的
規(guī)劃、衛(wèi)生、環(huán)保要求。受用地性質(zhì)與規(guī)模的影響，
工程造價存在較多不穩(wěn)定因素。
表2 系統(tǒng)綜合對比表
(2)運營服務(wù)。雙活塞系統(tǒng)的隧道溫度低、換
氣量大、負壓值小，有利于隧道事故工況下的隧道風(fēng)
(上接第140頁)
4 結(jié)語
文中對兩種不同情況下流經(jīng)車體的電流進行了
對比分析。但這只是理論計算，還有很多實際因素
無法考慮，如輪對與鋼軌間的接觸電阻等。因此，實
際上流經(jīng)車體的電流比例遠小于文中的計算值。但
是無論如何，都避免不了有部分電流流經(jīng)車體，且采
用直接接地的方式要比采用接地電阻的方式流經(jīng)車
體的電流的比例要大。增設(shè)接地電阻對減少流經(jīng)車
體的回流電流有明顯的改善作用。但出于降低車體
與軌道之間電阻的考慮，部分工程設(shè)計人員提出在
增加接地電阻方案的基礎(chǔ)上，選擇其中一個點進行
直接接地，如圖4所示。這也為接地方案的完善提
供了新的思路。
速、溫度的控制。
5 結(jié)論與建議
雙活塞系統(tǒng)雖然土建規(guī)模較大，投資較高，但具
有系統(tǒng)功能好、運行穩(wěn)定、運行能耗低、服務(wù)水平高
等優(yōu)點。建議地鐵在車站周邊環(huán)境條件允許的情況
下，盡量采用雙活塞系統(tǒng)；但在站間距較小，且風(fēng)亭
設(shè)置用地較困難的情況下，車站可設(shè)置單活塞系統(tǒng)。
參考文獻
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(收稿日期：2012—04一?)
[ [
蘋
圖4 帶有直接接地的接地電阻方案
參考文獻
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[43 TB／T 2977鐵道車輛金屬部件的接地保護Is]．
(收稿日期：2011—06—16)
· 144 ·

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