0 引言
随着客车绝缘监测装置（AC380V、DC48V、DC110V漏电检测）的加装，对客车上各电气设备接地有了新的要求。为了保证列车安全运行，现对检修客车电气设备接地方式进行改良。对于交流负载而言，运用的是漏电保护器进行漏电防护，其原理是监测U、V、W、N各相电流矢量和是否平衡。对于直流负载而言，运用的在线绝缘监测装置，其原理测量对地电阻的电压从而计算出漏电流，当电流过大时进行保护。本文根据其保护原理和接地形式来确定出客车检修时交直流负载接地的工艺方案。
1 客车交流负载接地方案分析
在我国铁路客车中，采用AC380V供电客车主要由空调发电车提供电源，原理图如图1所示。从图1可以看出，在客车配线系统中电力传输干线采用三相四线制进行供电，并且N线与大地直接相连，为TT接地系统。
图1 三相交流系统TT接地方式
由于电源中性点接地，如果单相接地即设备金属外壳与相线短接，这时故障电流主要经设备接地装置的接地电阻Rb和电源中性点接地装置的接地电阻R0构成回路，漏电设备对地电压Ud和零线对地电压U0分别为：
由于故障电流主要经过Rb和R0构成回路，如图2所示，其大小可以简化成：
图2 故障电流回路
对于TT系统而言，Rb和R0都为欧姆级并且相差不大，所以这种接地方式导致了零线产生对地电压U0和设备对地电压Ud都可能远远超过安全电压，当人体触及用电设备或触及零线时都可能发生致命的触电危险。如果Rb和R0阻值太大，会导致故障电流Id降低，保护器无法及时动作，对人体造成危害。所以，在客车配线过程中，要求在各负载系统干线上单独配置空开或熔断器进行保护并且负载裸露金属部分需要接地。
原有客车接地方式为多个相同负载跨接，在电源柜或者照明柜接地。这种接地方式有两个弊端：其一是有由于跨接造成线路电阻过大，可能导致故障电流Id降低；其二是由于压接不良从而导致接地线断路，断路后电气负载接地失效在发生漏电时容易发生危险。所以，为了减小接地电阻尤其是负载侧的接地电阻，各个交流负载金属外壳要可靠多点就近接地。
根据《电力设备接地设计技术规范》，PE线截面积如表1所示。对于线槽或者电气柜而言，接地线选择要以线槽内或者电气柜内最大截面积的线径进行计算；对于需要跨接的负载要计算所有跨接负载同时漏电时PE线是否能安全通过漏电电流；交流负载和直流负载要接入不同的接地螺套；同一线槽和线槽盖金属部分相连，它们接地线允许相连，不同线槽和线槽盖不允许跨接；为减小接地电阻，单根接地线不得长于3m。
表1 PE线最小截面积
| 相线截面积S/mm2 | PE线最小截面积S/mm2 |
| S<16 | S |
| 16≤S≤35 | 16 |
| S>35 | S/2 |
以RW车为例，对于窗上而言，采用灯具、线槽和电视共点接地，最大化利用接地螺套。线槽与线槽盖接地跨接后接接地螺套，照明和电视分别直接接入接地螺套。直接接地线使用与干线相同规格电缆，RW车使用WDZ-DC-90 0.6/1kV 1×1.5mm2PE线。对于窗下而言，电气负载比较固定，电加热器金属外壳串联后与接地螺套连接，电加热器外壳与窗下线槽以及插座并联与接地螺套相连。其中电加热器金属外壳接地线使用WDZ-DC-90 0.6/1kV 1×2.5mm2线相连，电加热线槽使用WDZ-DC-90 0.6/1kV 1×2.5mm2接地线，交流插座使用WDZ-DC-90 0.6/1kV 1×1.5mm2接地线。
使用上述方法进行布线可以使接地电阻大大降低。经过试验如果发生单相漏电，保护器均可快速可靠关断，杜绝了事故的发生。
2 直流负载接地方式研究
在380V供电客车中，为了应付在突发状况下负载供电问题，在客车中配备有应急电源柜提供48V直流电源。而在新型25G等600V供电系统客车中，存在有DC600V和DC110V直流电源。在直流系统中漏电保护设备为在线绝缘监测器，原理是用的中点电压测量法换算成漏电流来进行保护动作，现根据在线绝缘监测原理以及部文要求对客车直流负载接地进行研究。
对于客车用的防漏电装置为绝缘在线监测装置，接地系统为IT系统，即电源侧不直接接地，用电设备外壳直接接地的系统。系统如图3所示。
图3 直流系统IT接地方式
本文以电源侧经高阻抗接地的IT系统为例，高阻抗电阻值一般取20～40kΩ。该系统中发生碰壳接地故障时，故障电路如图4所示。
图4 IT系统接地故障
电流流经高阻抗RH再流过人体，考虑到系统接地电阻一般仅为数欧，可直接忽略系统接地电阻的影响。人体的预期接触电压Ut、接地电流Id表达式为：
因为RH阻值非常大所以与交流系统一样，直流IT系统同样均具有很高的电气安全性能（对于220V的直流电压，最大预期接触电压为0.01V）。
通过MATLAB对故障系统进行仿真，为简化分析，各接地系统的电源侧接地点均采用正极接地的方式进行仿真。故障设置在0.2s时于电路末端发生，主要考察的故障参数为直流电源的输出电压Uout、接地故障电流Ut、人体预期接触电压Ut。如图5所示，从图中可得结果与理论计算一致。
图5 IT系统故障仿真
通过对绝缘在线监测装置最大漏电流的设定，当IT系统发生单点接地故障时，负载仍然可以安全工作，供电连续性强。在干线处设立合适空开或熔断器保证在正负极同时接地短路时能快速切断负载。
在原有客车直流接地保护系统中，采取的是多个负载并联后一点接地。这样对于远端负载而言可能在发生正线漏电事故时由于线路阻抗大导致绝缘在线监测装置不动作，从而使所有跨接负载金属外壳带上正线电压，这时如果发生负线接地事故或造成大面积打火现象容易产生安全隐患。
根据要求结合理论分析，采用的是直流负载和交流负载不共用接地螺栓；直流负载最多跨接一次，跨接原件必须有两路或以上的接地回路；每个接地螺套最多只能接入3根接地线；对于线槽而言，接地线选择要以线槽内或者负载内最大截面积的线径进行计算；单根接地线不得长于3m。
对于客车来说，交直流共存的380V客车直流负载系统比较负载有一定代表性，接地方式如图6所示。如果原车没有接地螺套需要加装。其中接地线PE使用WDZ-DC-90 0.6/1kV 1×1.5mm2线且所有直流接地线不允许超过3m，超过3m时需要就近焊接接地螺套。
图6 直流系统接地线路图
相对于原有负载全体跨接后在照明柜处接地，改进后的接地方式接地电阻更小，并且杜绝了单根接地线由于接地不良造成安全事故。新的接地系统通过多点接地、直接接地的方式达到可靠接地，提高系统的稳定性。
3 结语
本文通过理论分析改进了客车交直流负载接地方案，对于交流负载而言，线槽或者电器柜的接地线要选择线槽内或者负载内最大截面积的线径；对于需要跨接的负载要计算所有跨接负载同时漏电时PE线是否能安全通过漏电电流；交流负载和直流负载要接入不同的接地螺套；同一线槽和线槽盖金属部分相连，它们接地线允许相连，不同线槽和线槽盖不允许跨接；为减小接地电阻，单根接地线不得长于3m。对于直流负载而言，直流负载和交流负载不共用接地螺栓；直流负载最多跨接一次，跨接原件必须有两路或以上的接地回路；每个接地螺套最多只能接入3根接地线；对于线槽而言，接地线选择要以线槽内或者负载内最大截面积的线径进行计算；单根接地线不得长于3m。通过计算可以验证得出方案的安全性和可行性，并且符合部文对于配线的相关规定。
参考文献
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收稿日期：2018-10-15
作者简介：刘海军，（1981-），男，山东青岛人，中车四方车辆有限公司工程师，研究方向：铁路客车电气原理、电气工艺、电气新技术的应用。
