蓄電池的電力工程車布線設(shè)計
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摘要:介紹了蓄電池電力工程車布線的基本原則，并以蓄電池電力工程車底架布線、機械間布線作為具體設(shè)計進(jìn)行了簡要介紹，同時結(jié)合電磁兼容等原理說明了相關(guān)設(shè)計的優(yōu)點。
關(guān)鍵詞:蓄電池;電力工程車;干擾;布線設(shè)計;電纜
0引言
隨著軌道交通行業(yè)的發(fā)展，蓄電池電力工程車的需求隨之也不斷增多。在優(yōu)先考慮設(shè)備布置的情況下，工程車的布線空間被越壓越小。作為設(shè)計人員既要考慮布線的空間，也要綜合考慮布線的合理性，這樣才能為工程車的安全可靠運行保駕護航。中車株洲電力機車有限公司已完成多個蓄電池電力工程車項目，積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗。本文結(jié)合布線設(shè)計的基本原則，總結(jié)以往的經(jīng)驗，主要介紹蓄電池電力工程車在實際項目中的具體設(shè)計。
1蓄電池電力工程車布線簡介
蓄電池電力工程車作為一個具備特定功能的系統(tǒng)，包含著許多設(shè)備，各種設(shè)備之間通過電氣線路或者管路進(jìn)行連接。要確保工程車能達(dá)到預(yù)期的功能，各系統(tǒng)和設(shè)備之間的布線應(yīng)當(dāng)布置合理。蓄電池電力工程車的布線按功能進(jìn)行分可分為主電路布線、輔助電路布線及控制電路布線。按結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，主要可分為底架布線及機械間布線。
2蓄電池電力工程車布線的基本原則
工程車電纜的選擇主要依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)設(shè)計原則進(jìn)行選型。依據(jù)合同要求進(jìn)行防火標(biāo)準(zhǔn)的選擇，以及環(huán)保要求的選擇，通常要求為低煙無鹵。電纜應(yīng)該依據(jù)整車功率進(jìn)行電壓等級選擇，工程車電網(wǎng)電壓一般為DC750V或者DC1500V，蓄電池供電為DC800V。輔助電壓為AC380V和AC220V，控制電壓絕大多數(shù)為DC110V。因此主電纜一般選取額定電壓等級為DC1500V或DC750V的電纜。輔助電纜和控制電纜的額定電壓一般選取為DC750V。電纜的截面積選取需根據(jù)環(huán)境溫度、電纜敷設(shè)形式、預(yù)期電纜壽命、電流持續(xù)時間、電流大小、電纜類別等因素，計算公式為:Icorr≥Icable×k1×k2×k3×k4×k5其中:Icorr———選取電纜的額定值Icable———設(shè)備工作電流k1———預(yù)期環(huán)境溫度的修正系數(shù)k2———敷設(shè)類型的修正系數(shù)k3———電纜壽命預(yù)計的修正系數(shù)k4———短時負(fù)載的修正系數(shù)k5———多芯電纜校正系數(shù)工程車主電路電纜通常需要流過幾百安培的電流，容易發(fā)熱，因此散熱是主電纜布線考慮的一個重要因素。在良好的散熱環(huán)境條件下，電纜的截面積的選取也會相對較小，給布線帶來方便。主電纜在布線空間允許的情況下優(yōu)先采用每根電纜之間保持一定距離的布線方式，使其具有良好的散熱條件。采用多孔線卡可以提供良好的散熱條件，也可以起到良好的支撐作用，同時便于利用整車立體空間。在電纜轉(zhuǎn)彎處應(yīng)當(dāng)依據(jù)電纜本身的技術(shù)要求，折彎半徑不應(yīng)超過電纜的最小折彎半徑，否則容易造成電纜斷裂故障。設(shè)備之間應(yīng)該盡量選擇最短的路徑布線，既使整車布線簡化美觀，也減少電纜的用量，節(jié)約成本。同時較短的電纜具有較小的電阻，可以有效降低電壓損耗，保證系統(tǒng)可靠性。對于高頻傳輸信號，較長的電纜擁有較大的雜散電感，不利于信號的傳輸。同時布線路徑越短，受電磁干擾的程度越小。對于易受干擾的信號電纜，應(yīng)盡可能選擇屏蔽線，屏蔽線的接地方式應(yīng)依據(jù)具體電路情況而定。屏蔽層由于阻抗低，可以將外部的大部分噪聲電流進(jìn)行分流，降低干擾，能增強信號電纜抗擾度。布線原則應(yīng)基于防止線纜被拉緊或摩擦，并且應(yīng)避免過長的無支撐電纜。否則會出現(xiàn)以下問題。1)電纜長距離未固定，導(dǎo)致機車在行進(jìn)過程中電纜發(fā)生晃動，長時間容易導(dǎo)致電纜絕緣層磨損，嚴(yán)重時導(dǎo)致接地故障，影響機車的正常運行。2)蓄電池電力工程車本身裝有牽引逆變器、電抗器和電機等大功率設(shè)備，運行時主回路電流較大，由于牽引電機布局的分散性，導(dǎo)致電機等功率電纜的布置不得不貫穿整個機車底架，同時來自其他設(shè)備或電纜的電磁輻射，必然造成整車范圍內(nèi)存在較強的雜散磁場，晃動的電纜會切割磁力線，在電纜導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，對于小信號或者低電平的電信號，可能會產(chǎn)生噪聲信號，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致某些系統(tǒng)接收到錯誤信號，造成系統(tǒng)誤動作，給整車的安全運行帶來隱患。
3蓄電池電力工程車底架布線設(shè)計
底架布線基于不同電壓等級電纜分區(qū)原則，將主、輔、控電纜分區(qū)布置。同時保證不同類電纜間敷設(shè)時應(yīng)保留一定的間距，例如主電路電纜(如電機電纜、牽引逆變器電纜等)與信號電纜之間至少要留有200mm以上的距離。電纜分區(qū)布置，可以防止電纜絕緣層損壞時，高壓系統(tǒng)串入低壓設(shè)備使設(shè)備損壞，同時避免雜亂布置使主電纜的散熱條件變差。雖然電纜在整體上有一個分區(qū)，但由于蓄電池電力工程車底架設(shè)備布置位的分散性，同一設(shè)備電纜等級的多樣性，難免會出現(xiàn)劃分區(qū)域出現(xiàn)規(guī)定電纜以外的其他電纜，此時應(yīng)采取以下相應(yīng)措施。1)當(dāng)功率電纜與信號電纜需要交叉時，盡量設(shè)置為十字交叉，使磁力線盡量與電纜不匝鏈，避免產(chǎn)生感生電動勢。2)如功率電纜與信號電纜既不是垂直交叉，又由于空間受限，無法留出足夠間距，此時可在功率電纜外套一層金屬編織網(wǎng)管，金屬編織網(wǎng)管需接地。牽引逆變器等功率電纜傳輸交流電流信號，攜帶高頻諧波，會向外輻射電磁波。金屬編織網(wǎng)管可選用鍍鋅的不銹鋼金屬套管，鍍鋅層電導(dǎo)率較高，可對電場起到很好的反射作用，防止電場向外輻射，同時高頻信號在磁導(dǎo)率較高的鍍鋅表層，產(chǎn)生較大渦流形成反磁場而抵消輻射磁場，防止高頻磁場外泄，不銹鋼作為高磁導(dǎo)率的導(dǎo)磁材料，為低頻磁場提供了低磁阻路徑，將低頻磁場束縛在其內(nèi)部，防止低頻磁場外泄。在工程車的底架布線時，通常水平300mm以內(nèi)，豎直500mm以內(nèi)緊固一次。對于截面積小于16mm2的電纜使用尼龍編織軟管進(jìn)行防護，截面積較大的電纜在經(jīng)過比較尖銳的地方使用橡膠皮進(jìn)行防護。當(dāng)電纜較多時，使用焊接支架進(jìn)行支撐，支架上開有小孔，以便捆扎電纜，進(jìn)行固定。
4蓄電池電力工程車機械間布線設(shè)計
機械間布線基于中央線槽布線原則，將主、輔、控電纜分區(qū)布置。線槽采用3mm厚的鋁板作材料，鋁板具有極高的電導(dǎo)率，對電場有很好的屏蔽作用，也對高頻磁場具有極好的屏蔽作用，并且通過在鋁板內(nèi)的吸收和多次反射，透射過鋁板的電磁波已經(jīng)相當(dāng)微弱。為了固定電纜，鋁板底部開了許多腰形孔，對于電纜散熱也具有很好的作用。線槽較長，為保證良好的屏蔽效果，每隔一段距離都進(jìn)行接地。線槽內(nèi)采用鋁制隔板將線槽分隔成幾個區(qū)間，輔助電纜、控制電纜、信號電纜均布置于不同的區(qū)域內(nèi)。綜合考慮空間大小和屏蔽效果，信號電纜區(qū)間還單獨采用0．8mm厚的不銹鋼制作屏蔽電纜槽，防止低頻磁場外泄。為了盡可能確保屏蔽線槽形成一個完整的屏蔽體，減少電磁泄漏，除了在屏蔽線槽底部開了安裝孔之外，其余并無開孔，并且采用不銹鋼材料為其制作了屏蔽線槽蓋。以此來防止信號電纜受干擾，也防止高頻信號向外輻射電磁波。主電纜則單獨置于線槽下分散布置，合理地利用了空間。機械間設(shè)備的電纜從設(shè)備出來，盡可能以最短路徑進(jìn)入線槽相應(yīng)區(qū)域，留在線槽外的電纜越短，干擾就越小。機械間頂蓋內(nèi)側(cè)的設(shè)備(如照明設(shè)備)等電纜在頂上置于焊接在車體的線槽內(nèi)，既可以統(tǒng)一支撐及固定，又可以進(jìn)行電磁屏蔽。頂部電纜最終沿側(cè)墻到底架上進(jìn)入線槽。
5結(jié)語
蓄電池電力工程車作為一個涉及系統(tǒng)工程、電力電子學(xué)、微電子學(xué)、計算機科學(xué)、自動控制理論等多項學(xué)科的系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致整車布局及布線空間復(fù)雜、電磁環(huán)境復(fù)雜，只有在正確掌握布線的設(shè)計原則，結(jié)合EMC原理，才能選擇合理的布線方式，為整車的安全可靠運行提供保證。
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作者:婁超 郭婉露 鄒潔旋 黃海 單位:中車株洲電力機車有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心
