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接触网的接地与防雷

作者：蔡贺斌

来源：《科学与财富》2016年第12期

摘要：接地是确保接触网电气设备正常工作和安全防护的重要措施。电气设备接地通过接地装置实施。防雷的关键也在于接地。 关键词：接触网的接地、雷击、防雷

随着我国改革开放的逐步深入，提高铁路的设备质量和运输能力是摆在我们铁路人面前的关键问题，作为从事电气化铁路接触网专业的人员，我们主要的任务就是确保接触网不间断供电，如何能保证接触网不间断供电，接触网设备的接地与防雷是至关重要的，只要接触网有良好的接地和防雷装置问题就会迎刃而解。下面是我个人的一些粗浅认识，供大家参考。 1 接触网接地

我国交流电气化铁路接触网的额定电压为25KV。接触网的绝缘元件为悬式绝缘子和棒式绝缘子。绝缘子虽起着绝缘作用，但是在通常情况下总是有微弱的泄漏电流Ic经绝缘体流向大地。随着绝缘元件的老化及出现裂纹或浸水时，绝缘强度下降，这种泄漏电流会相应增加。当支柱对地有较大的接地电阻时，其电流就会在支柱上形成过渡电压，严重时会危及人身安全。另外，当绝缘子缺、残及遭到破坏时，必然会形成短路电流。但是，由于支柱本身的电阻、基础的电阻以及由基础到钢轨的过渡电阻等的阻值较大，在短路电流流过这些较大的电阻时，无疑就限制了短路电流的数值，致使因短路电流较小，不足以使继电器的高速电流保护动作，而在短路点处形成时断时续的电弧，这样不仅不利于人身安全，而且会烧损电气设备。为避免上述情况的发生，接触网应设立接地装置，即接触网的支持结构、支柱及其他电气装置应接地。

接触网接地根据其作用不同分为工作接地和防护接地。为设备的安全运行而设置的接地称为工作接地，以防护为目的而设置的接地称为防护接地。

为了达到上述目的，《铁路电力牵引设计规范》规定：“接触网金属柱，金属支持结构和距接触网带电部分5m以内的所有金属结构（信号机、水鹤、桥铁栏栅等）均应接地。” 接地导线要连接到距离最近的或接到抗流变压器线圈的中心端子上，而在单轨轨道电路区段上，应直接连接到牵引轨上。

在通常情况下，支柱的接地装置应加设击穿电压不大于800V的火花间隙。在正常情况下，火花间隙可保证支柱与钢轨之间的绝缘，使绝缘子因老化等原因形成的泄漏电流不能直接泄向轨道。一旦火花间隙上出现高电压（如绝缘子闪络），间隙击穿，就把支柱和牵引轨接通，以使保护动作，进而保护电气设备。自动闭塞区段的轨道回路为双轨道回路时，单线区间

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内的腕臂支柱在每个闭塞区间范围内应连接到同一钢轨上；在复线区段上，腕臂支柱要连接到最近的钢轨上。采用软横跨或硬横跨时仅需要其中的一根支柱连接到钢轨上。

在电气化线路上，轨道被使用做第二导线。轨道回路的电阻是由轨道电阻和接头过渡电阻两部分组成。如果轨道回路电阻较大，就会增加轨道内的电压降，并造成杂散电流增加。因此，在正常的轨道接头间要设连接线。 2 雷电对接触网的影响

雷击接触网包括直接雷击和感应雷击等。直接雷击 （含雷电反击、绕击 ）是指雷电直接作用于承力索、接触线、附加导线或支柱上使接触网产生直击雷过电压及感应过电压。接触网遭受直接雷击的频度与年平均雷暴日数Td有关，一般来说，Td变大，每1km大地1年的雷击次数也随之变大。感应雷击是指雷电作用于接触网附近，雷击对地放电后，空气中迅速变化的电磁场在接触网上产生感应过电压。雷击过电压对接触网的影响有：

①雷击带电部分。直接雷击分为雷击接触网带电部分与雷击接触网接地部分。如果雷电流大于3.5kA，雷击过电压将造成绝缘子闪络。当被击点接近支柱上绝缘子闪络或者雷击点距回流线接地点（接地电阻较小的情况下） 时，雷电流入地且不产生过电压，则对接触网的供电运行危害不严重。因为一次雷击作用时间仅数量级，接触网的自动重合闸等保护装置能够切除工频入地续流。但上支柱的等值接地电阻上会产生很大的冲击压降，这个电压降将以行波方式继续作用于接触网或架空回流线。一方面由于雷电流幅值与陡度的线性关系约为0.6，这表现为雷电流幅值增加，其陡度也随之增加，而波头长度变化不大，在支柱等值电感、接地电阻上的冲击压降很大。当这个电压越过接触网或回流线的绝缘水平，将继续引起支柱绝缘子闪络，即雷电流引起一个支持绝缘子闪络后，剩余的能量仍能引起多点闪络。另一方面由于支柱的接地电阻过渡电阻大，雷电流泄漏通道不畅，一处闪络后，剩余的能量仍比较大，也能引起一系列支持绝缘子相继闪络。

②雷击接地部分。当雷击架空地线和回流线时，将产生的反击过电压和导线上产生的感应过电压，随着接触网支柱接地电阻的升高而升高，即引起闪络的雷电流幅值和绝缘子闪络概率随着接触网支柱的接地电阻而增加。因此对于带架空回流线的成排接触网支柱，降低其接地电阻可减少架空回流线上针式绝缘子闪络的概率。

③感应过电压。在接触网上产生的过电压与雷电流幅值成正比，如距接触网大于65m处雷击对地放电时，在接触网上产生的感应过电压约为3. 84I，即当I=100kA时，感应过电压为384kV，此时足以导致绝缘子发生闪络。 3 接触网防雷措施

（1）装设架空地线：避雷线是用于防直接雷击的主要措施，在接触网施工中，可以将架空地线改造为避雷线，但利用架空地线作为避雷线时，必须注意，地线的截面必须与当地防雷

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等级相一致，如果截面过小，将可能造成地线熔断，搭接到接触网上造成短路跳闸；（2）支柱接地电阻必须小于10 Ω，如果支柱接地电阻过大，将产生反击引起绝缘子闪络。 （2）安装避雷器：避雷器的体积小、重量轻，安装在现有接触网上不会明显增加支柱的机械负荷。避雷器的结构紧凑、安装方式简单，便于现场安装和更换。避雷器的保护水平与接触网的绝缘水平配合良好，特别是带间隙避雷器的50%冲击放电电压与接触网绝缘子的放电特性一致，且正、负极性的分散性要小。（高密集安装避雷器，则每年的预防试验和维修工作量极大，维修费用也将大大增加）

对于铁路接触网具有良好的接地和防雷性能是电气化铁道安全运营的基本保证之一，在工程实践中应根据当地的雷电活动情况，结合以往的施工运营经验，因地制宜，采取相应的防护措施。架设避雷线能有效地防止雷击带电部分造成危害，而避雷器和保护间隙配合则可以降低雷击过电压的峰段，提高接触网的耐雷等级，加大绝缘长度以提高雷电冲击闪络电压。