軌道交通車輛交變磁場引發的線纜閃絡問題分析

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電動勢無所不在，因此電纜周邊閃絡問題時有發生。本文以線纜夾塊為例，在耐壓試驗中驗證了感應電動勢及閃絡現象的存在，并通過原理分析及試驗驗證提出解決方案。

關鍵詞：線纜;感應電動勢;閃絡;屏蔽

中圖分類號：U231.8 文獻標識碼：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力線纜均為絕緣電纜。為防止高壓電纜對其他設備產生電磁干擾影響，通常由受電弓到高壓電氣箱的線纜一般會采用金屬鎧裝進行防護，并且金屬鎧裝在車體處采用就近進行接地處理。受電弓到車到車下的高壓線纜在由車內端墻到車外穿過車體時，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。因夾塊材質及安裝方式的原因，在線纜上承載的電流發生變化時，會導致夾塊上感應電動勢的產生，當感應電勢達到一定數值后，會對周邊車體或附近其他金屬部件產生放電，出現閃絡現象，導致耐壓試驗不合格。針對此問題，作者在實驗室對該現象進行復原，并進行一系列試驗進行分析驗證，進而給出對應的解決方案。

1 問題描述

在整車高壓線纜耐壓試驗過程中，發現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車體放電，產生閃絡現象，導致耐壓試驗失敗，針對此現象，進行了以下分析。

根據《EN 50343 鐵路設施.鐵路車輛.電纜敷設的安裝規則》的相關規定，對車輛工作電壓相近的電壓等級合并進行耐壓試驗，試驗時應優先采用50 Hz交流方均根值。如果待測回路含有二極管或電容器，則應采用相應的直流電壓值（直流值=交流值×2），并對電壓等級進行分組，分組如下表，試驗時按下表的順序進行絕緣耐壓試驗：

受電弓到高壓箱的電纜電壓等級為5A等級，對應電壓等級分組為EE組。

按照試驗要求，耐壓試驗時，在線纜對地施加AC5 000 V-50 Hz交流電（試驗電壓應從零開始逐步增加，并在5 s內達到試驗電壓值，維持1 min，若在試驗過程中沒檢測到電壓擊穿且不出現閃絡現象，試驗通過），在試驗過程中發生閃絡現象，試驗停止后，閃絡現象消失。

2 問題分析

由于進行試驗的車上線纜復雜不利于排查，針對此現象在實驗室進行現象重現步驟如下：

（1）取一段車上所用DC 1 500 V高壓動力線纜，將裸線鋪設在端部線槽上（線槽為金屬材質），按照試驗要求進行耐壓試驗。黑暗環境下未出現閃絡現象。

（2）將金屬屏蔽編織網管套在高壓動力線纜上，用夾塊夾在金屬屏蔽編織網管上，藍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管用導線進行接地處理。萬用表紅表筆插入夾塊藍色層與黑色層之間，黑表筆接入線槽，試驗過程中萬用表示數為0。

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

（4）試驗模擬夾塊兩半圓柱間距S=0和S>0情況下，夾塊表面對地電壓。如圖1所示。

在夾塊與高壓線纜夾緊狀態下，夾塊不進行接地處理，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。隨后進行多組試驗中發現，夾塊不進行接地處理情況下，黑色夾塊上電壓隨S增加而減小。

通過以上試驗可知，在電纜和夾塊不接觸情況下，黑色夾塊對地電壓依然存在，夾塊電壓不會因夾塊不接觸電纜表面游離電荷而消失，電壓為感應產生;隨著黑色夾層阻值較小，類似于導體，距離線纜越遠電壓越小。即距離電纜越遠交變電流產生的磁場強度越小，黑色夾層產生的感應電勢越小。在線纜和夾塊間距為0時，夾塊中電阻低的黑色部分，感應電勢較大，藍色部分感應電壓較小。

3 問題解決方案

為消除夾塊上感應電壓進行以下各試驗進行驗證試驗。試驗原理：將黑色層通過采用某種方式進行接地處理。在試驗過程中，通過對比試驗進行驗證，試驗過程如下：

（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行接觸，線纜在鎧裝層上，將鎧裝層進行接地處理，電壓電纜不進行處理，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行接觸，線纜在鎧裝層上，將鎧裝層進行接地處理，電纜不進行處理，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管，用夾塊夾在金屬屏蔽編織網管上，藍色面與金屬編織網管直接接觸，黑色面為第二層，并將金屬屏蔽編織網管用導線進行接地處理，通入AC 5 000 V，萬用表紅色表筆插入藍色層和黑色層之間，黑色表筆接線槽，試驗過程中萬用表示數為0。

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

試驗總結如下：

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

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

（3）試驗4中分析可得單個夾塊黑色層接地處理，不會消除其余地方的電磁干擾。

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

4 建議總結

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，為了避免感應放電現場的出現，需要綜合考慮線纜的使用環境工況，特別是在有高壓交流電產生的交變磁場處，如果近距離有導體存在，將可能產生感應電勢進而對周邊其他導體產生放電。在這種情況下，為避免放電現象的產生，需對高壓線纜做好屏蔽處理，如采用在電纜上套裝金屬波紋管、金屬編織網管等措施，并且對金屬波紋管、金屬編織網管等進行可靠的接地處理。

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