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摘要：在地铁电气设备的使用中，带电导体或部件与底盘之间的漏电将由绝缘的老化、磨损、浸水和潮湿引起，或由设备过载引起的严重发热、烧损引起的绝缘、漏电等引起。由于环境气体污染和粉尘沉积，因此地铁的每个部分都是必需的。
关键词：地铁车辆；保护；接地技术
在现有的接地保护标准中，对地面工程电气设备的接地保护作了详细的规定，但对地铁车辆的接地保护没有成熟的标准和规定。虽说地铁车辆保护接地相比普通地面工程中电气设备接地保护技术更加特殊,但实际应用中其接地保护还是具有一定的普遍性。地铁车辆接地保护主要是为地铁车辆运行中的电气设备提供零电位，并将地铁车辆的每一个车体视为零电位等电位体。因此，在设计接地电路时，应根据车辆运行的特点进行合理的设计。当线路短路或被雷电电流侵入时，由于地铁车辆为零电位等电位体，可防止车辆屏蔽层两端电位产生的大电流对车辆的稳定运行造成干扰。可以说，地铁车辆的接地保护设计是否科学，对车辆供电系统和其他电气设备的可靠运行起着决定性的作用。在地铁车辆接地保护技术设计中，主要包括接地保护和工作接地两部分。接地保护的目的是防止电气设备或车辆裸露设备的泄漏，并对人员造成威胁。工作接地设计的主要目的是保证地铁车辆电气系统的稳定运行。
1地铁车辆接地保护概述
地铁车辆的保护接地主要是指设备外壳的接地，包括车体的金属部分、所有的金属盒和车体、车钩和车钩、车体和转向架、转向架和牵引电机，以此使得地铁车辆内所有的电气设备、车体、金属构建、车钩、转向架以及电机形成一个零位等势体。为了防止触电危险，车辆的中压380V和低压110V也需要接地。这里的“地面”以车身为参考零电位。一般来说，中压380V中压母线的N线与车体相连，以保证N线对地的电位相等；低压110V负母线与车体相连，以保证低压负母线与车体的电位相等势体。
2地铁车辆保护接地技术
2.1保护接地
2.1.1等电位连接
地铁车辆等电位连接主要是指梁、侧墙等导电部件与车体之间的低阻抗连接。由于车辆的每一个车身都由一条连接线连接，因此每一个车身之间都有一个相等的电位，以防止导电体在车辆中某些带电金属结构的故障中受到接触。同时，车身运行中的电荷通过接地刷对放电到轨道上。
2.1.2抗冲击设计
通常当电流超过5毫安时，人们会感到麻木和疼痛。当通过人体的电流为10毫安时，将危及人们的生命和安全。由于地铁车辆上各种电气设备的工作电压一般为380V或750V，一旦电源线和箱体的绝缘磨损，外壳与房间之间就会有很大的电位差。如果此时有人接触盒子，他们会受到瞬间大电流的威胁。在实际应用中，通常采用镀锡软铜绞线作为保护接地线。
2.1.3防雷设计
当车身受到雷击时，雷电会释放出较大的电流值，可以达到200-300kA。当大电流通过车身时，会导致车内各种电气设备瘫痪，影响车辆的安全运行。在实际应用中，通常在每节车厢的车顶上安装避雷器接地装置，可将雷电电流泄漏到地上，保证雷击后车辆电气设备的正常运行，保证车辆运行的可靠性和安全性。操作。
2.2工作接地
2.2.1回流
地铁车辆通常配备六节编组列车，辅助逆变器通常安装在第一节列车的下方。在实际设计中，工作接地线通常可用作电源的回流线，即第一编组车体和第二编组车体的回流电流通过第二编组车体上的绝缘电缆排至接地刷。最后通过接地刷进入轨道，最后一辆编组车体的回流则通过放电至其自身的接地刷来引导。进入轨道时，整个车体利用轨道完成负回流。回流线通常是通过扭曲镀锡铜线形成的。
2.2.2潜在参考
三相四线制是地铁车辆电位参考设计中常用的一种方法。线路中线接铜排和接地，保证车辆辅助逆变器三相系统的线对地电压在运行中保持不变。此外，本设计还可用于车辆380V电压的提取。如果采用三相三线制，中间线不必再接地。
2.2.3屏蔽接地
屏蔽电缆的表面是一个封闭的金属网络。大部分电磁能通过屏蔽节点漏入地中，但应注意电缆的屏蔽层应接地。根据不同的信号频率，不同屏蔽层的接地方式也不同。屏蔽电缆一般用于车内信号线。当信号频率过低时，屏蔽电缆只有一端接地才能达到屏蔽效果。当信号频率太高时，必须考虑屏蔽电缆的阻抗（如果此时）。对于单端接地，噪声电流会在屏蔽层上产生电压降，影响屏蔽效果。当频率过高时，应进行两端接地，以保证最佳屏蔽效果。
3保护接地电阻的理论计算和数值模拟计算
3.1保护接地电阻理论计算
在已有的标准中,针对车体与地面装置的保护性电阻值应小于50mΩ,因此在进行接地电阻设计时不宜过大,现有的经验表明接地电阻值设置为30mΩ即可。
在进行计算时,取车体电阻(铝合金)1μΩ/m,Re根据经验值取5～20mΩ(本计算取最大值20mΩ)、Rt3.5mΩ、Rc0.2mΩ、Rp同样根据经验值取30mΩ,其中,接地电缆的长度为15m。
3.2保护接地电阻数值模拟计算
图1为基于单个车体的接地等效电路得出的整车保护接地等效电路。
图1中,阴影部分为牵引逆变器与辅助逆变器与轨道回流输出;R1为车体跨接等效电阻;R2为单车保护接地电阻;R3为车体两转向架中心对轨道电阻;R4为两车体间轨道电阻;P1为总回流探针;P2～P7为车体电压电流探针;P8～P13为保护接地电阻电压探针;P14～P18为轨道电压电流探针。
R1可通过车体电阻与接地电缆接触电阻值求得为5mΩ;R2可通过保护电阻加上接触电阻求得;R3为0.25mΩ;R4为0.14mΩ。在进行数值模拟时按照保护接地电阻30mΩ计算,图2为各弹垫测得的电压值,图3为接地电阻电流值。
从图2和图3中可以看出,电流主要在轨道上流过,仅有一小部分的小电流进入车体,从图2中可以得知,保护接地电阻的存在使得车体电压上升1V,并可防止流经车体的轨道回流。
4地铁车辆中、低压系统的保护接地
地铁车辆内的中、低压系统主要包含车辆内的空调、空压机组、列车照明等,在车辆行驶过程中,若低压系统出现接地故障必然会导致车辆接线电路出现短路故障,严重时甚至会影响车辆的安全运行,故须对车辆中的中、低压系统进行保护接地。中、低压系统的保护接地主要是指对中压母线的保护接地和低压直流的保护接地。其中,中压母线保护接地通常采用中压母线中N线和车体连接达到保护效果,而低压母线保护则是把母线和接地电阻与车体相连以保障车体的等电势。
结论
地铁车辆的接地保护主要是在地铁车辆运行中,为其电气设备提供零电位,并将地铁车辆中的每一个车体当成零电位等势体,当电路出现短路或受到雷击电流侵入时,则由于地铁车辆是零电位等势体,因此可防止因车辆屏蔽层两端电势产生的大电流而对车辆的稳定运行产生干扰。可以说地铁车辆接地保护设计的科学与否,对车辆的供电系统和其他电气设备的可靠运行起到决定性作用。
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