轨道交通车辆交变磁场引发的线缆闪络问题分析

崔周森 丁贺敏

摘 要：轨道交通车辆中，交变磁场所带来的感应电动势无所不在，因此电缆周边闪络问题时有发生。本文以线缆夹块为例，在耐压试验中验证了感应电动势及闪络现象的存在，并通过原理分析及试验验证提出解决方案。

关键词：线缆;感应电动势;闪络;屏蔽

中图分类号：U231.8 文献标识码：A

0 引言

目前城市轨道交通地铁车辆普遍采用的供电制式为DC 1 500 V供电，高压主电路布线路径主要包含是从受电弓/受流靴至高压电气箱及牵引逆变器箱，车辆上使用的高压动力线缆均为绝缘电缆。为防止高压电缆对其他设备产生电磁干扰影响，通常由受电弓到高压电气箱的线缆一般会采用金属铠装进行防护，并且金属铠装在车体处采用就近进行接地处理。受电弓到车到车下的高压线缆在由车内端墙到车外穿过车体时，为了确保线缆固定牢靠及开孔处的密封性，一般采用注胶或者使用夹块（一种由多层蓝色和黑色层组成，夹块为非金属材料制成）固定两种方式。因夹块材质及安装方式的原因，在线缆上承载的电流发生变化时，会导致夹块上感应电动势的产生，当感应电势达到一定数值后，会对周边车体或附近其他金属部件产生放电，出现闪络现象，导致耐压试验不合格。针对此问题，作者在实验室对该现象进行复原，并进行一系列试验进行分析验证，进而给出对应的解决方案。

1 问题描述

在整车高压线缆耐压试验过程中，发现从受电弓至高压电气箱之间的高压线缆在引上线夹块固定处对车体放电，产生闪络现象，导致耐压试验失败，针对此现象，进行了以下分析。

根据《EN 50343 铁路设施.铁路车辆.电缆敷设的安装规则》的相关规定，对车辆工作电压相近的电压等级合并进行耐压试验，试验时应优先采用50 Hz交流方均根值。如果待测回路含有二极管或电容器，则应采用相应的直流电压值（直流值=交流值×2），并对电压等级进行分组，分组如下表，试验时按下表的顺序進行绝缘耐压试验：

受电弓到高压箱的电缆电压等级为5A等级，对应电压等级分组为EE组。

按照试验要求，耐压试验时，在线缆对地施加AC5 000 V-50 Hz交流电（试验电压应从零开始逐步增加，并在5 s内达到试验电压值，维持1 min，若在试验过程中没检测到电压击穿且不出现闪络现象，试验通过），在试验过程中发生闪络现象，试验停止后，闪络现象消失。

2 问题分析

由于进行试验的车上线缆复杂不利于排查，针对此现象在实验室进行现象重现步骤如下：

（1）取一段车上所用DC 1 500 V高压动力线缆，将裸线铺设在端部线槽上（线槽为金属材质），按照试验要求进行耐压试验。黑暗环境下未出现闪络现象。

（2）将金属屏蔽编织网管套在高压动力线缆上，用夹块夹在金属屏蔽编织网管上，蓝色面与电缆表面直接接触，黑色面为第2层，并将金属屏蔽编织网管用导线进行接地处理。万用表红表笔插入夹块蓝色层与黑色层之间，黑表笔接入线槽，试验过程中万用表示数为0。

（3）将属屏蔽编织网管套在线缆上，用夹块夹在金属屏蔽编织网管上，金属屏蔽编织网管不进行接地处理，万用表红表笔搭接在金属屏蔽编织网管上，黑表笔接入线槽。试验过程中万用表数值在升压过程中迅速上升直至超出量程。

（4）试验模拟夹块两半圆柱间距S=0和S>0情况下，夹块表面对地电压。如图1所示。

在夹块与高压线缆夹紧状态下，夹块不进行接地处理，如图2所示。施加AC 5 000 V交流电，黑色层电压为 380 V，蓝色表面电压34 V。

将夹块间距放大至10 mm，夹块和电缆不接触，夹块不进行接地处理，如图2。通入AC 5 000 V交流电。黑色层电压为52 V。随后进行多组试验中发现，夹块不进行接地处理情况下，黑色夹块上电压随S增加而减小。

通过以上试验可知，在电缆和夹块不接触情况下，黑色夹块对地电压依然存在，夹块电压不会因夹块不接触电缆表面游离电荷而消失，电压为感应产生;随着黑色夹层阻值较小，类似于导体，距离线缆越远电压越小。即距离电缆越远交变电流产生的磁场强度越小，黑色夹层产生的感应电势越小。在线缆和夹块间距为0时，夹块中电阻低的黑色部分，感应电势较大，蓝色部分感应电压较小。

3 问题解决方案

为消除夹块上感应电压进行以下各试验进行验证试验。试验原理：将黑色层通过采用某种方式进行接地处理。在试验过程中，通过对比试验进行验证，试验过程如下：

（1）夹块一端端部自带铠装（夹块黑色层断开），黑色层与夹块铠装进行接触，线缆在铠装层上，将铠装层进行接地处理，电压电缆不进行处理，通入AC 5 000 V交流电，夹块两端电压为：靠近铠装端为1 V，远离铠装端为300 V。

（2）夹块中部自带铠装，黑色层与夹块铠装进行接触，线缆在铠装层上，将铠装层进行接地处理，电缆不进行处理，通入AC 5 000 V交流电，夹块两端电压为：一端为128 V，一端为80 V。

（3）夹块贴铜箔纸（铝箔纸将所有夹块黑色层连接）且接地，电缆不处理，通入AC 5 000 V交流电，夹块两端电压0。

（4）两组夹块同时夹在电缆上：一组夹块贴铜箔纸（铝箔纸将所有夹块黑色层连接）且接地，电缆不处理，通入AC 5 000 V交流电，夹块两端电压0;另一组夹块和电缆不做处理，通入AC 5 000 V交流电，夹块上黑色层电压达318 V。

（5）夹块贴铜箔纸（铝箔纸将所有夹块黑色层连接），不接地，电缆不处理，通入AC 5 000 V交流电，夹块两端电压为380 V。

（6）夹块不处理，电缆穿金属屏蔽编织网管，用夹块夹在金属屏蔽编织网管上，蓝色面与金属编织网管直接接触，黑色面为第二层，并将金属屏蔽编织网管用导线进行接地处理，通入AC 5 000 V，万用表红色表笔插入蓝色层和黑色层之间，黑色表笔接线槽，试验过程中万用表示数为0。

（7）夹块不处理，电缆穿金属屏蔽网管，用夹块夹在金属屏蔽编织网管上，金属屏蔽编织网管不进行接地处理，通入AC 5 000 V交流电，万用表红色表笔搭接在金属编织网管上，黑色表笔接线槽，在试验过程中夹块两端电压升压过程中迅速上升直至超出量程。

试验总结如下：

（1）黑色夹层产生的感应电势可通过可靠接地进行释放。试验1自带铠装的夹块黑色层为断开状态，远离铠装的黑色层产生的感应电势不能很好的释放，故两端电压差距很大。

（2）感应电势在夹块的黑色层都会存在，释放感应电势需将黑色层进行良好的接地处理，且黑色层不能断开，如断开需将黑色层分段进行良好的接地处理。

（3）试验4中分析可得单个夹块黑色层接地处理，不会消除其余地方的电磁干扰。

（4）电缆穿金属屏蔽网管，夹块卡住穿金属屏蔽网管的电缆，将金属屏蔽网管进行可靠接地，可以消除夹块黑色层上感应电势。

4 建议总结

在城市轨道地铁车辆上，从引上线固定牢靠、引上线处密封性良好与施工方便两等方面考虑，采用夹块固定电缆是常见的方式。但是在使用过程中，为了避免感应放电现场的出现，需要综合考虑线缆的使用环境工况，特别是在有高压交流电产生的交变磁场处，如果近距离有导体存在，将可能产生感应电势进而对周边其他导体产生放电。在这种情况下，为避免放电现象的产生，需对高压线缆做好屏蔽处理，如采用在电缆上套装金属波纹管、金属编织网管等措施，并且对金属波纹管、金属编织网管等进行可靠的接地处理。

参考文献：

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