电气化区段信号电缆接地施工技术

电气化区段信号电缆接地施工技术中铁二十局集团电气化工程公司王振【摘要】电气化区段信号电缆接地的主要目的是防止外界工频干扰，同时防止外界雷电击穿、或者牵引电流的侵入设备，但是接地方式错误容易引起电缆被烧毁的事故，本文从电缆的构造、电缆烧毁的原因等进行了分析，总结了电气化区段各种电缆接地的施工技术，对类似的施工具有借鉴作用，值得推广和应用。【关键词】信号电缆一点接地两点接地施工技术1前言随着我国铁路技术的飞跃发展，铁路信号器材也不断的创新，为适应新设备、信材料在铁路中的广泛应用，施工工艺也需要不断的创新。铁路数字信号电缆就是其中一例，国内引进法国的区间自动闭塞行车技术UM71的同时，也引进了数字信号电缆技术，该电缆的引进突破了“同频不同缆”的限制，主要特点就是：提高了电缆的综合电气性能；提高了线组间的抗干扰能力，实现了同频同缆传输，而且当线芯接地故障状态下屏蔽组间串音干扰与分缆的两根信号电缆等效，有效地提高了系统的安全性；电缆有较高的屏蔽性能，可满足电气化铁路对强电场干扰的要求;该电缆不仅适应UM71、ZPW2000这种制式的信号设备，而且还兼容其它制式的信号系统设备。由于其发泡绝缘层采用了氮气物理发泡，具有很高的发泡度，芯线之间的绝缘得到了提高，但是耐高温方面的性能得到了下降，在芯线、钢带或铝护套通过强大电流时，容易烧毁芯线的绝缘层，导致事故的发生。2原因分析2.1电缆自身结构的分析内屏蔽数字信号电缆的结构如下图2.1所示，每个星交组4芯电缆外层有个屏蔽层和导流线，屏蔽层外有内护套绝缘，内护套绝缘外侧有铝护套，铝护套外侧有双层钢带，在钢带外侧有外护套。电缆芯线倒流线内护套铝护套钢带外护套屏蔽网2.1数字信号屏蔽电缆示意图从上图可以看出，电缆芯线外层的屏蔽层的作用就是保证每个星形绕组的信号不会干扰别的星形绕组的信号，别的星形绕组的信号也不会干扰到本星形绕组的信号，彼此独立，实现同根电缆传输不同频率的信号的用途；导流线的作用就是将屏蔽组内的感应电流传递到地线，流入大地；铝护套是外屏蔽层，起到屏蔽外界工频的作用，同时起到将感应电流传递到大地的作用；钢带的作用就是起到外部保护的作用，同时起到屏蔽的作用；外护套的作用就是保护电缆的外部的完整性；内护套将内屏蔽和铝护套隔离开其实就是防止外部电流的侵入；由此可以看出，电缆烧坏的关键点在于铝护套和钢带的电流分流以及屏蔽接地和安全接地的分开设置。2.2接地点的分析接地指电气设备和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外导电部分经由导体与大地相连。分为工作接地、防雷接地、保护接地、屏蔽接地和防静电接地。电缆接地主要就是屏蔽接地和保护接地，屏蔽接地主要指的是屏蔽网接地；保护接地主要指的是铝护套和钢带的接地。接地的方式分为悬浮接地和接地体接地。屏蔽接地和保护接地一本都采用接地体接地；接地体接地分为一点接地和两点（多点）接地。我们先分析一下一点接地和两点接地的忧、缺点。2.2.1一点接地对于电缆而言，一点接地其实就是单端接地。单端接地是在电缆的一端将金属（屏蔽层、或钢带和铝护套）直接接地，另一端不接地或通过保护接地。在电缆单端接地情况下，非接地端的金属对地之间有感应电压存在，感应电压与电缆的长度成正比，但电缆屏蔽层和金属护套无电势环流通过。单端接地就是利用抑制电势电位差达到消除电磁干扰的目的。这种接地方式的缺点就是适合长度较短的线路，电缆长度所对应的感应电压不能超过安全电压。静电感应电压的存在将影响电路信号的稳定，有时可能会形成天线效应。2.2.2两点接地（或多点接地）双端接地是将屏蔽电缆的金属屏蔽层的两端均连接接地。在屏蔽层双端接地情况下，金属屏蔽层不会产生感应电压，当接地网上出现短路电流或雷击电流时，由于电缆屏蔽层两点的电位不同将形成很大的电势环流，环流会对信号产生抵消衰减效果。两端接地的屏蔽线工作于高频信号干扰较为严重的工作场所，信号线与屏蔽层之间形成的电容耦合反馈到信号回路中，严重地影响了信号的误判。信号屏蔽电缆双端接地的的优点是：当电缆芯线为母线暂态电流产生的磁通所包围时，在电缆的屏蔽层中将感应出屏蔽电流，由屏蔽电流产生的磁通将抵消母线暂态电流产生的磁通对电缆芯线的影响；同时屏蔽层两端接地可以降低由于地电位上升产生的暂态感应电压。3接地方式的选择信号电缆的接地无非就是屏蔽接地和保护接地，我们以上从电缆的构造分析了电缆的接地方式，也分析了一点接地和两点（多点）接地的优缺点，那么数字信号电缆到底选择哪种接地方式呢？《铁路信号ZPW-2000轨道电路工程施工技术指南》（经规标准【2011】86号）3.8.1条规定:“交流电力牵引区段，电缆钢带（铝护套）应采取分段单端接地方式。单端接地电缆的每段长度不应超过1000m”。该条文中没有明确规定超过1000m的电缆如何接地？同时也没有说明在那端（靠近信号源还是远离信号源断）接地。《客货共线铁路信号工程施工技术指南》（TZ206-2007）3.7.8条规定:“铁路内屏蔽数字信号电缆在电缆引入室内和室外箱盒安装时，应按下列要求制作电缆成端：钢带、铝护套及屏蔽层应采用冗余接地方式”。该条文规定铁路内屏蔽数字信号电缆引入室内和室外箱盒安装时钢带、铝护套及屏蔽层应冗余接地。在电气化区段均设置了贯通地线，贯通地线的接地电阻不得大于1Ω。综上所述，我们总结出以下几点：3.1小于1000m的电缆凡小于1000m的电缆不论是铁路内屏蔽数字信号电缆还是数字信号电缆以及其他信号电缆，均采取一段接地的方式，电缆的钢带、铝护套、内屏蔽层汇集接地端子排连接。3.2大于1000m的电缆没有设置贯通地线的区间凡大于1000m的电缆均采用一端接地的方式；在设置了贯通的区间凡大于1000m的电缆均采用两端接地的方式。4施工中的防护措施根据现有的技术指南和验收标准还不能找出在施工过程中具体的操作方法，我们根据现有的条款进一步分析，以及联系施工过程中的经验，总结出一下几点，有效地防止电缆的烧坏:4.1冗余接地方式冗余接地指的是在同一地点采用相同方式进行多一次的接地。室内、外电缆成端时都需要引出接地线，内屏蔽数字信号电缆的接地必须注意：内屏蔽层和回流线串联形成环形回路后单独采用1.5mm2的绝缘电线单独引接到汇流排上；铝护套和钢带并联后各用一根1.5mm2的绝缘电线引接到汇流排上；在铝护套和内屏蔽之间保留10mm长的内护套，确保铝护套和内屏蔽之间绝缘。其他型号电缆在铝护套和芯线之间保留10mm长的内护套，确保铝护套和芯线之间绝缘。这样就切断了外护套和芯线之间的回路，确保两者之间不会有电流产生。4.2桥上接地的处理方式贯通地线经过桥梁时，一般敷设在电缆槽内，有条件时贯通地线与电缆分开设置，没条件时对贯通地线进行绝缘防护。具体做法就是在管通地上套一根绝缘的PVC管子，将贯通地线与电缆绝缘开来；同时防止贯通地线在桥梁处的接地达不到标准值，在小于500m的桥梁两端设置分别设置一组接地极，连接到贯通地线上，接地极的接地电阻不得大于1Ω；在大于500m的桥梁上时，除两端分别设置一组地线外，每间隔500m将贯通地线与桥架相连。4.3隧道内接地的处理方式隧道两端各设置一组接地极，连接到贯通地线上，接地极的接地电阻不得大于1Ω；在大于500m的隧道中，除两端分别设置一组地线外，每间隔500m将贯通地线与隧道内的接地极相连；注意：隧道内的贯通地线不需要用PVC绝缘管与电缆绝缘，但必须保证贯通线与电缆槽内的金属构建绝缘或连接。否则会引起火花，导致电缆烧毁。4.4引入室内电缆的接地方式电缆引入室内时，当设备房引入口与防雷分线柜间距离小于5m时，电缆钢带、铝护套、四芯组屏蔽层、导流线环连后用截面积不小于6mm2铜导线与防雷分线柜内接地汇集排连接；当设备房屋引入口与防雷分线柜间距离大于5m时，应在设备房屋引入口处或电缆间内成端（外护套、钢带、铝护套、内屏蔽、导流线均应断开，断开目的防止室外电流涌入室内设备），将电缆钢带、铝护套、四芯组屏蔽、导流线做接地处理后用1.5mm2的绝缘电线与预留的接地汇流排连接，贯通地线接到接地汇流排上，同时再将接地汇流排用25mm2的多股铜缆与综合接地端子连接；引入室内的电缆末端在分线盘上或区间综合架上再次成端，将电缆钢带、铝护套、四芯组屏蔽层、导流线环连后用截面积不小于6mm2铜导线连接到分线盘的汇流排；分线柜的汇流排用25mm2的多股铜缆与设备房屋引入口处或电缆间的汇流排连接；所有引入线均应符合4.1中冗余地线的引接方式。5技术总结我们找出了烧坏电缆的真正原因，然后从消除原因入手，防止牵引电流侵入电缆、防止电缆构成牵引电流的长大回路、改进施工工艺、构建接地体的冗余通道，消除电缆护套和电缆芯线之间电位差，就可以避免电缆被烧坏故障的发生。我项目施工的黄韩侯铁路全长82.5km，敷设信号电缆960km，没有发生一起电缆烧坏故障。