城軌交通接地方式分析

吳開起

摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鐵路和軌道交通信號電子化設(shè)備的應(yīng)用大幅增加，先進(jìn)的設(shè)備在雷雨季節(jié)能否安全穩(wěn)定地運(yùn)行，是目前需要研究的一個新課題。城市軌道交通工程有多種接地類型，按用電設(shè)備類型可分為電氣設(shè)備（強(qiáng)電）接地、機(jī)電設(shè)備接地、信息技術(shù)設(shè)備（弱電）接地三類。其中信息技術(shù)設(shè)備接地分為系統(tǒng)接地、保護(hù)接地、防雷接地、功能接地等。

關(guān)鍵詞：城軌交通;配電變壓器;勵磁涌流特性;保護(hù)配合曲線

引言

隨著信息技術(shù)設(shè)備在城市軌道交通的廣泛應(yīng)用，在有限空間內(nèi)各系統(tǒng)設(shè)備之間存在電磁騷擾而導(dǎo)致電子元件誤動作、信息技術(shù)設(shè)備損壞等問題。

1接地網(wǎng)

IECTC64標(biāo)準(zhǔn)禁止某個電氣裝置單獨(dú)接地，其原因是單獨(dú)接地方式將引起各設(shè)備、構(gòu)件之間的電位差，導(dǎo)致電擊事故或設(shè)備損壞。因此，單獨(dú)接地不能保證用電安全。城市軌道交通車站空間狹小，場地有限，如果不同的系統(tǒng)各自獨(dú)立接地，不但受場地、空間的限制難以實(shí)施，而且不同的地電位會帶來電位差，存在安全隱患，不同接地系統(tǒng)的導(dǎo)體間耦合也會引起相互騷擾。近年來，為避免雜散電流對隧道、車站內(nèi)金屬構(gòu)件的腐蝕，在城市軌道交通線路的接地型式通常采用強(qiáng)、弱電共用人工接地系統(tǒng)，即在車站結(jié)構(gòu)底板下采用銅材設(shè)置人工接地網(wǎng)，與接地引出線、接地干線、接地母排等接地裝置以及強(qiáng)、弱電系統(tǒng)金屬管線等形成綜合接地系統(tǒng)。

2接地型式

城市軌道交通車站內(nèi)有通信、信號、自動售檢票、火災(zāi)自動報(bào)警、綜合監(jiān)控、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、乘客信息、門禁等多種信息技術(shù)設(shè)備，且分布在站廳、站臺等不同區(qū)域內(nèi)，必須對這些系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)方式的接地。

2.1多網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)星形網(wǎng)絡(luò)

城市軌道交通中各系統(tǒng)用電設(shè)備眾多，一般情況下供配電系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)、信息技術(shù)系統(tǒng)的線路、設(shè)備間距無法滿足防止電磁騷擾的要求，可能會對信號、通信的傳輸造成影響。另外，牽引供電系統(tǒng)的雜散電流、機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的諧波電流等也會引起信息技術(shù)設(shè)備間參考電位不同，對車站信息技術(shù)設(shè)備運(yùn)行造成騷擾。以低壓配電箱的保護(hù)線（PE線）母排作為參考電位點(diǎn)，并從低壓配電箱的PE母排放射式地引出PE線至信息技術(shù)設(shè)備，低壓配電箱的PE母排通過通信、信號等設(shè)備房內(nèi)的接地端子排接入車站綜合接地網(wǎng)。此時，PE線既作為保護(hù)接地線同時兼作信息技術(shù)設(shè)備的信號接地線。這種多網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)星形網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)施簡單易行，可以避免部分電磁騷擾。

2.2共用的網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)星形網(wǎng)絡(luò)

對于新建項(xiàng)目，通信、信號等信息技術(shù)設(shè)備房內(nèi)均應(yīng)采用共用的網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)星形網(wǎng)絡(luò)的接地方式，這種接地方式又分為水平和垂直的等電位聯(lián)結(jié)接地方式。水平等電位聯(lián)結(jié)是將信息技術(shù)設(shè)備金屬外殼用盡量短直的PE線聯(lián)結(jié)到設(shè)備房內(nèi)靜電架空地板下的銅質(zhì)網(wǎng)格上，實(shí)現(xiàn)低阻抗的信號接地。銅質(zhì)網(wǎng)格與低壓配電箱內(nèi)的PE母排聯(lián)結(jié)。垂直等電位聯(lián)結(jié)是將車站結(jié)構(gòu)柱、結(jié)構(gòu)墻體內(nèi)的主鋼筋聯(lián)結(jié)，利用土建結(jié)構(gòu)的主鋼筋形成“法拉第籠”，同時，與進(jìn)出設(shè)備房內(nèi)的金屬管、金屬線槽等金屬管線聯(lián)結(jié)，并通過通信、信號等系統(tǒng)設(shè)備房內(nèi)的接地母排聯(lián)結(jié)，從而形成多個并聯(lián)通路，為信息技術(shù)設(shè)備的信號接地提供高頻條件下低阻抗通路，使站廳、站臺等各層、各區(qū)域同一系統(tǒng)的信息技術(shù)設(shè)備獲得均衡的地電位。共用的網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)星形網(wǎng)絡(luò)等電位聯(lián)結(jié)接地方式可以消除大部分的電磁騷擾，適用于裝有重要用途的信息技術(shù)設(shè)備房。在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，需在通信、信號等信息技術(shù)設(shè)備房間內(nèi)就近預(yù)埋與車站結(jié)構(gòu)主鋼筋相聯(lián)結(jié)的鋼板。

2.3構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)的建筑物等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)

對于多層車站、控制中心、車輛基地綜合樓等多層結(jié)構(gòu)，且有大量機(jī)電設(shè)備和信息技術(shù)設(shè)備的建筑，應(yīng)構(gòu)建建筑物等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)。多層結(jié)構(gòu)的等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)可以均衡各層、各系統(tǒng)之間的電壓，有效消除電位差。

3高架車站雷電電磁脈沖防護(hù)

高架車站為地面建筑，站內(nèi)有大量的信息技術(shù)設(shè)備，無論是直擊雷防護(hù)還是雷電電磁脈沖防護(hù)都極其重要。高架車站位于地面以上20～30m，比地下車站更容易遭受雷電波侵入。高架車站按第二類建筑物考慮，首次正極性雷擊的雷電流幅值為150kA，波形為10/350μ/s。

結(jié)束語

信息技術(shù)設(shè)備特點(diǎn)是絕緣強(qiáng)度低、過電流過電壓耐受能力差、對電磁騷擾敏感。弱電系統(tǒng)是維系城市軌道交通正常運(yùn)營的中樞神經(jīng)，一旦遭受電磁騷擾，將危及線路的正常運(yùn)營，甚至造成重大的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。多年以來，由于顧慮牽引供電系統(tǒng)的雜散電流對隧道、車站、橋梁等建筑物的土建結(jié)構(gòu)影響，城軌交通信息設(shè)備接地并未利用結(jié)構(gòu)主鋼筋形成共用的網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)星形網(wǎng)絡(luò)并構(gòu)建多層等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)測試證明，城市軌道交通利用結(jié)構(gòu)鋼筋作為自然接地體，完全符合強(qiáng)、弱電設(shè)備接地要求。與只接人工接地網(wǎng)相比，以利用結(jié)構(gòu)主鋼筋的等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)作為“地”能獲得更好的各設(shè)備系統(tǒng)之間的等電位效果，既能有效泄放故障電流、雷擊電流和靜電荷，又能獲得各系統(tǒng)的電壓均衡，提高抗電磁騷擾能力。

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