崔周森 丁賀敏

摘 要：軌道交通車輛中，交變磁場所帶來的感應(yīng)電動(dòng)勢無所不在，因此電纜周邊閃絡(luò)問題時(shí)有發(fā)生。本文以線纜夾塊為例，在耐壓試驗(yàn)中驗(yàn)證了感應(yīng)電動(dòng)勢及閃絡(luò)現(xiàn)象的存在，并通過原理分析及試驗(yàn)驗(yàn)證提出解決方案。

關(guān)鍵詞：線纜;感應(yīng)電動(dòng)勢;閃絡(luò);屏蔽

中圖分類號(hào)：U231.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

目前城市軌道交通地鐵車輛普遍采用的供電制式為DC 1 500 V供電，高壓主電路布線路徑主要包含是從受電弓/受流靴至高壓電氣箱及牽引逆變器箱，車輛上使用的高壓動(dòng)力線纜均為絕緣電纜。為防止高壓電纜對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾影響，通常由受電弓到高壓電氣箱的線纜一般會(huì)采用金屬鎧裝進(jìn)行防護(hù)，并且金屬鎧裝在車體處采用就近進(jìn)行接地處理。受電弓到車到車下的高壓線纜在由車內(nèi)端墻到車外穿過車體時(shí)，為了確保線纜固定牢靠及開孔處的密封性，一般采用注膠或者使用夾塊（一種由多層藍(lán)色和黑色層組成，夾塊為非金屬材料制成）固定兩種方式。因夾塊材質(zhì)及安裝方式的原因，在線纜上承載的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致夾塊上感應(yīng)電動(dòng)勢的產(chǎn)生，當(dāng)感應(yīng)電勢達(dá)到一定數(shù)值后，會(huì)對(duì)周邊車體或附近其他金屬部件產(chǎn)生放電，出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象，導(dǎo)致耐壓試驗(yàn)不合格。針對(duì)此問題，作者在實(shí)驗(yàn)室對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行復(fù)原，并進(jìn)行一系列試驗(yàn)進(jìn)行分析驗(yàn)證，進(jìn)而給出對(duì)應(yīng)的解決方案。

1 問題描述

在整車高壓線纜耐壓試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)從受電弓至高壓電氣箱之間的高壓線纜在引上線夾塊固定處對(duì)車體放電，產(chǎn)生閃絡(luò)現(xiàn)象，導(dǎo)致耐壓試驗(yàn)失敗，針對(duì)此現(xiàn)象，進(jìn)行了以下分析。

根據(jù)《EN 50343 鐵路設(shè)施.鐵路車輛.電纜敷設(shè)的安裝規(guī)則》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)車輛工作電壓相近的電壓等級(jí)合并進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用50 Hz交流方均根值。如果待測回路含有二極管或電容器，則應(yīng)采用相應(yīng)的直流電壓值（直流值=交流值×2），并對(duì)電壓等級(jí)進(jìn)行分組，分組如下表，試驗(yàn)時(shí)按下表的順序進(jìn)行絕緣耐壓試驗(yàn)：

受電弓到高壓箱的電纜電壓等級(jí)為5A等級(jí)，對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)分組為EE組。

按照試驗(yàn)要求，耐壓試驗(yàn)時(shí)，在線纜對(duì)地施加AC5 000 V-50 Hz交流電（試驗(yàn)電壓應(yīng)從零開始逐步增加，并在5 s內(nèi)達(dá)到試驗(yàn)電壓值，維持1 min，若在試驗(yàn)過程中沒檢測到電壓擊穿且不出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象，試驗(yàn)通過），在試驗(yàn)過程中發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，試驗(yàn)停止后，閃絡(luò)現(xiàn)象消失。

2 問題分析

由于進(jìn)行試驗(yàn)的車上線纜復(fù)雜不利于排查，針對(duì)此現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)象重現(xiàn)步驟如下：

（1）取一段車上所用DC 1 500 V高壓動(dòng)力線纜，將裸線鋪設(shè)在端部線槽上（線槽為金屬材質(zhì)），按照試驗(yàn)要求進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。黑暗環(huán)境下未出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象。

（2）將金屬屏蔽編織網(wǎng)管套在高壓動(dòng)力線纜上，用夾塊夾在金屬屏蔽編織網(wǎng)管上，藍(lán)色面與電纜表面直接接觸，黑色面為第2層，并將金屬屏蔽編織網(wǎng)管用導(dǎo)線進(jìn)行接地處理。萬用表紅表筆插入夾塊藍(lán)色層與黑色層之間，黑表筆接入線槽，試驗(yàn)過程中萬用表示數(shù)為0。

（3）將屬屏蔽編織網(wǎng)管套在線纜上，用夾塊夾在金屬屏蔽編織網(wǎng)管上，金屬屏蔽編織網(wǎng)管不進(jìn)行接地處理，萬用表紅表筆搭接在金屬屏蔽編織網(wǎng)管上，黑表筆接入線槽。試驗(yàn)過程中萬用表數(shù)值在升壓過程中迅速上升直至超出量程。

（4）試驗(yàn)?zāi)M夾塊兩半圓柱間距S=0和S>0情況下，夾塊表面對(duì)地電壓。如圖1所示。

在夾塊與高壓線纜夾緊狀態(tài)下，夾塊不進(jìn)行接地處理，如圖2所示。施加AC 5 000 V交流電，黑色層電壓為 380 V，藍(lán)色表面電壓34 V。

將夾塊間距放大至10 mm，夾塊和電纜不接觸，夾塊不進(jìn)行接地處理，如圖2。通入AC 5 000 V交流電。黑色層電壓為52 V。隨后進(jìn)行多組試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，夾塊不進(jìn)行接地處理情況下，黑色夾塊上電壓隨S增加而減小。

通過以上試驗(yàn)可知，在電纜和夾塊不接觸情況下，黑色夾塊對(duì)地電壓依然存在，夾塊電壓不會(huì)因夾塊不接觸電纜表面游離電荷而消失，電壓為感應(yīng)產(chǎn)生;隨著黑色夾層阻值較小，類似于導(dǎo)體，距離線纜越遠(yuǎn)電壓越小。即距離電纜越遠(yuǎn)交變電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度越小，黑色夾層產(chǎn)生的感應(yīng)電勢越小。在線纜和夾塊間距為0時(shí)，夾塊中電阻低的黑色部分，感應(yīng)電勢較大，藍(lán)色部分感應(yīng)電壓較小。

3 問題解決方案

為消除夾塊上感應(yīng)電壓進(jìn)行以下各試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)原理：將黑色層通過采用某種方式進(jìn)行接地處理。在試驗(yàn)過程中，通過對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)過程如下：

（1）夾塊一端端部自帶鎧裝（夾塊黑色層斷開），黑色層與夾塊鎧裝進(jìn)行接觸，線纜在鎧裝層上，將鎧裝層進(jìn)行接地處理，電壓電纜不進(jìn)行處理，通入AC 5 000 V交流電，夾塊兩端電壓為：靠近鎧裝端為1 V，遠(yuǎn)離鎧裝端為300 V。

（2）夾塊中部自帶鎧裝，黑色層與夾塊鎧裝進(jìn)行接觸，線纜在鎧裝層上，將鎧裝層進(jìn)行接地處理，電纜不進(jìn)行處理，通入AC 5 000 V交流電，夾塊兩端電壓為：一端為128 V，一端為80 V。

（3）夾塊貼銅箔紙（鋁箔紙將所有夾塊黑色層連接）且接地，電纜不處理，通入AC 5 000 V交流電，夾塊兩端電壓0。

（4）兩組夾塊同時(shí)夾在電纜上：一組夾塊貼銅箔紙（鋁箔紙將所有夾塊黑色層連接）且接地，電纜不處理，通入AC 5 000 V交流電，夾塊兩端電壓0;另一組夾塊和電纜不做處理，通入AC 5 000 V交流電，夾塊上黑色層電壓達(dá)318 V。

（5）夾塊貼銅箔紙（鋁箔紙將所有夾塊黑色層連接），不接地，電纜不處理，通入AC 5 000 V交流電，夾塊兩端電壓為380 V。

（6）夾塊不處理，電纜穿金屬屏蔽編織網(wǎng)管，用夾塊夾在金屬屏蔽編織網(wǎng)管上，藍(lán)色面與金屬編織網(wǎng)管直接接觸，黑色面為第二層，并將金屬屏蔽編織網(wǎng)管用導(dǎo)線進(jìn)行接地處理，通入AC 5 000 V，萬用表紅色表筆插入藍(lán)色層和黑色層之間，黑色表筆接線槽，試驗(yàn)過程中萬用表示數(shù)為0。

（7）夾塊不處理，電纜穿金屬屏蔽網(wǎng)管，用夾塊夾在金屬屏蔽編織網(wǎng)管上，金屬屏蔽編織網(wǎng)管不進(jìn)行接地處理，通入AC 5 000 V交流電，萬用表紅色表筆搭接在金屬編織網(wǎng)管上，黑色表筆接線槽，在試驗(yàn)過程中夾塊兩端電壓升壓過程中迅速上升直至超出量程。

試驗(yàn)總結(jié)如下：

（1）黑色夾層產(chǎn)生的感應(yīng)電勢可通過可靠接地進(jìn)行釋放。試驗(yàn)1自帶鎧裝的夾塊黑色層為斷開狀態(tài)，遠(yuǎn)離鎧裝的黑色層產(chǎn)生的感應(yīng)電勢不能很好的釋放，故兩端電壓差距很大。

（2）感應(yīng)電勢在夾塊的黑色層都會(huì)存在，釋放感應(yīng)電勢需將黑色層進(jìn)行良好的接地處理，且黑色層不能斷開，如斷開需將黑色層分段進(jìn)行良好的接地處理。

（3）試驗(yàn)4中分析可得單個(gè)夾塊黑色層接地處理，不會(huì)消除其余地方的電磁干擾。

（4）電纜穿金屬屏蔽網(wǎng)管，夾塊卡住穿金屬屏蔽網(wǎng)管的電纜，將金屬屏蔽網(wǎng)管進(jìn)行可靠接地，可以消除夾塊黑色層上感應(yīng)電勢。

4 建議總結(jié)

在城市軌道地鐵車輛上，從引上線固定牢靠、引上線處密封性良好與施工方便兩等方面考慮，采用夾塊固定電纜是常見的方式。但是在使用過程中，為了避免感應(yīng)放電現(xiàn)場的出現(xiàn)，需要綜合考慮線纜的使用環(huán)境工況，特別是在有高壓交流電產(chǎn)生的交變磁場處，如果近距離有導(dǎo)體存在，將可能產(chǎn)生感應(yīng)電勢進(jìn)而對(duì)周邊其他導(dǎo)體產(chǎn)生放電。在這種情況下，為避免放電現(xiàn)象的產(chǎn)生，需對(duì)高壓線纜做好屏蔽處理，如采用在電纜上套裝金屬波紋管、金屬編織網(wǎng)管等措施，并且對(duì)金屬波紋管、金屬編織網(wǎng)管等進(jìn)行可靠的接地處理。

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