保护接地线计算

一、 触电情况模拟

防触电是轨道客车电气安全方面的重中之重，涉及到人员的生命安全。目前轨道客车的电气设备均通过接地线可靠接地，当发生短路时，电气设备壳体带电，通过接地线接地，从而保证在维修人员操作该设备时，流经人体的电流小于人体能承受的电流。这就要求接地线的电阻必须满足一定要求，而接地线的电阻是以长度和线径来表示的，因而有必要系统的计算一下电气设备安全接地线的长度与线径。

安全接地线电阻计算需要有以下几个前提：

1、模拟计算前提1

车辆绝大多数线缆的前级均有保护装置，例如高速断路器、微型断路器等设备，且牵引逆变器与辅助逆变器等设备内部也设置了过流保护。当发生线缆接地时，电流迅速上升，当上升到断路器脱扣曲线的最高点时或高速断路器的最大分断点时产生最大的接地电流，如果维修人员此时触碰漏电的箱体，受伤的可能性最严重。

因此做低压与高压的两个假设：

1）假设低压线电源和控制线管/线槽中线径最大的电缆为6mm2，额定电流16A，断路器脱扣曲线为D曲线,脱扣电流为额定电流的14倍，则短路电流16*14=224A

2）以赛雪龙的一款高速断路器为例，假设高速断路器的最大分断能力为3.2KA。

2、模拟计算前提2

人体可通过的电流值：（IEC61479）

a.交流：1s，25mA

b.直流：1s，15mA

人体触电模型中，电流路径及电阻可表示为：（EN50122）

      人体电阻的计算模型：

       通常可认为人体电阻等于2200欧姆。

3、接地线电阻

本次计算选取苏州木原公司的铜接地线，型号YTZ系列

      具体参数如下：

4、详细计算

根据基尔霍夫电流定律：

I2 = It(R1/(R1+R2))

其中：   

I2           通过人体的电流   15mA

R2         人体的电阻       2200Ω

R1          接地线电阻       

It            取两个值         224A/3.5KA

4.1、 R1= It R2/( It - I2)

  =0.015*2200/(224-0.015)

  =33/224

  =0.147Ω

●1.5mm2导线电阻12.8Ω/KM=12.8*10-3 Ω/M

根据JB/T2436.1导线两端接触电阻不大于导线电阻，取其值等于导线电阻。因此此时电阻为2*12.8*10-3 Ω/M=25.6*10-3 Ω/M

导线长度L=147*10-3Ω / 25.6*10-3Ω/M  =5.7M

●6mm2导线电阻3.35Ω/KM=3.35*10-3 Ω/M

根据JB/T2436.1导线两端接触电阻不大于导线电阻，取其值等于导线电阻。因此此时电阻为2*3.35*10-3 Ω/M=6.7*10-3 Ω/M

导线长度L=147*10-3Ω /6.7*10-3Ω/M  =22M

●25mm2接地线电阻0.736Ω/KM=0.736*10-3 Ω/M

根据JB/T2436.1导线两端接触电阻不大于导线电阻，取其值等于导线电阻。因此此时电阻为2*0.736*10-3 Ω/M=1.472*10-3 Ω/M

导线长度L=147*10-3Ω / 1.472*10-3Ω/M  =100M

大于25mm2导线的电阻逐级减小，此处无需计算

附件2中的接地线长度均小于以上的计算结果。

4.2、  R1= It R2/( It - I2)

  =0.015*2200/(3200-0.015)

  =33/3200

  =0.01Ω

●1.5mm2导线电阻12.8Ω/KM=12.8*10-3 Ω/M

根据JB/T2436.1导线两端接触电阻不大于导线电阻，取其值等于导线电阻。因此此时电阻为2*12.8*10-3 Ω/M=25.6*10-3 Ω/M

导线长度L=10*10-3Ω / 25.6*10-3Ω/M  =0.39M

●6mm2导线电阻3.35Ω/KM=3.35*10-3 Ω/M

根据JB/T2436.1导线两端接触电阻不大于导线电阻，取其值等于导线电阻。因此此时电阻为2*3.35*10-3 Ω/M=6.7*10-3 Ω/M

导线长度L=10*10-3Ω /6.7*10-3Ω/M  =1.5M

●25mm2导线电阻0.736Ω/KM=0.736*10-3 Ω/M

根据JB/T2436.1导线两端接触电阻不大于导线电阻，取其值等于导线电阻。因此此时电阻为2*0.736*10-3 Ω/M=1.472*10-3 Ω/M

导线长度L=10*10-3Ω / 1.472*10-3Ω/M  =6.8M

大于25mm2导线的电阻逐级减小，此处无需计算。

附件2中的接地线长度均小于以上的计算结果。

4.3、综上所述，接地线选择暂时的结论如下：

1）  对于典型的低压电源线，考虑到电缆强度、折弯，同时留够安全余量，选择2.5mm2、4mm2、6mm2接地线，长度尽可能小于300mm，最长不超过1m，可以满足人体防触电要求。

2）  对于典型的高压电源线，考虑到电缆强度、折弯，同时留够安全余量，选择16mm2、25mm2、35mm2接地线，长度尽可能小于300mm，最长不超过1m，可以满足人体防触电要求。

5、其他情况

根据标准DIN VDE 0100-540

6、结论

1）接地线长度尽可能小于300mm,最大不能超过500mm，避免出现长度大于700mm的接地线；

2）结合第5条中的标准，同时考虑了余量与实际情况，城铁客车详细的接地线线径参见附件2；