专利名称：一种铁路用综合接地系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种综合接地系统，特别涉及铁路用综合接地系统。
背景技术：
贯通地线是铁路综合接地系统的一关键部件，采用全线路统一接地的方式，保证了全线路接地等电位，消除了由于不同设备之间的电位差引起的不平衡电流。贯通地线与地和钢轨连接，满足大型接地系统长期良好接地电阻值的要求，实现了对人员和设备的有效防护。目前德国、法国等欧洲国家铁路强、弱电系统的接地都采用综合接地的方式，并利用建筑物内钢筋作为自然接地极及引下线。综合接地系统区间的接地方式，法国采用敷设贯通地线方式，德国利用沿线钢轨，将沿线设备与贯通地线或钢轨相连，从而实现等电位连接。我国新建客运专线、城际铁路均采用了综合接地系统，综合接地系统铁路沿线设有贯通地线。沿线综合接地的贯通地线在路基地段敷设在电缆槽底，在桥、隧地段敷设在电缆槽内。根据我国现行铁路最大牵引电流要求分类，武广、郑西等时速为300km的客运专线，其综合接地系统沿线路两侧敷设横截面积为70mm2的等量铜线作为贯通地线；合武、沿海等客运专线铁路，其综合接地系统沿线路两侧敷设横截面积为35_2的等量铜线作为贯通地线。但是，由于桥、隧地段的贯通地线敷设在电缆槽中，在无列车通过时不带电，且铜线的经济价值较高，这些地段贯通地线被盗严重，在施工过程中为施工和建设单位，开通运营后为接管单位带来很多监管负担，使工程及运行成本加大。由于贯通地线被盗严重，极大地影响了综合接地系统的接地性能，带来了安全隐患。同时，现有贯通地线产品火灾事故频发，电缆在使用及安装过程中由于自燃或引燃而造成经济损失，对铁路系统的安全运行也造成很大的隐患。因此，目前特别是在桥、隧等地段迫切需要一种具有良好导电性、阻燃性、防腐性、环保性、工程应用性、并且性价比高的铁路综合贯通地线产品。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好导电性、阻燃性、防腐性、环保性、工程应用性，并且性价比高的铁路用综合接地系统。本发明的技术方案是通过如下方式实现的一种铁路用综合接地系统，包括铁路设备接地端子、贯通地线、接地端子引接线、横向引接线、接地极 引接线、贯通地线接地端子、接地线，所述的铁路设备接地端子和贯通地线通过接地端子引接线连接，所述的贯通地线和贯通地线接地端子通过接地极引接线连接，所述的接地极引接线和接地线通过贯通地线接地端子连接，所述的贯通地线平行地铺设在铁路路基两边，对应铁路设备接地端子的同一里程处，设横向引接线连接两平行贯通地线，其特征在于所述的贯通地线为圆钢。
作为优选，所述的贯通地线，对时速20(T250km的客运专线采用公称直径为Φ=14_的圆钢作为贯通地线，贯通地线的工程造价可减少84%。作为优选，所述的贯通地线，对时速30(T350km的客运专线采用公称直径为Φ=20_的圆钢作为贯通地线，贯通地线的工程造价可减少89%。作为优选，所述的铁路综合接地系统在靠近牵引变电所或跨江、跨海大桥处，贯通地线结构采用三根公称直径相同的圆钢并联连接，可以有效避免出现某种极端故障出现，例如供电臂首端位置短路等，以利于在这种极端情况下，综合接地系统亦能正常工作。作为优选，所述的铁路综合接地系统在桥梁段的工程施工中，当桥梁中所用的钢筋公称直径为12 16mm时，采用公称直径Φ=20πιπι的圆钢作为贯通地线。作为优选，所述的铁路综合接地系统在桥梁段的工程施工中，贯通地线结构采用 桥体中两根公称直径Φ=16_的圆钢与公称直径Φ=20_的圆钢并联连接,可以有效避免出现某种极端故障出现，以利于在这种极端情况下，综合接地系统亦能正常工作。作为优选，所述的铁路综合接地系统在隧道地段中，采用圆钢作为贯通地线，采用多段圆钢构成，相邻两段圆钢间采用导电软线连接，可以有效避免过长的钢筋因热胀冷缩而产生的形变断流，确保通长的贯通地线保持联通，维持综合接地系统正常工作。作为优选，所述的圆钢为镀锌圆钢，可以有效防止贯通地线被腐蚀，同时阻燃性良好。作为优选，所述的圆钢作为贯通地线封包在混凝土中，可以有效防止贯通地线被腐蚀。作为优选，所述的接地端子引接线(3)、横向引接线(4)和贯通地线(2)的截面形状和直径相同，且采用相同材料制成。作为优选，所述的接地极引接线(5)的材质为不锈钢材质。本发明使用圆钢作为贯通地线，不仅具有良好导电性、阻燃性、防腐性、环保性、工程应用性，而且大幅度地降低了铁路用综合接地系统的工程造价，性价比高。
图1为本发明的铁路用综合接地系统的结构示意图。图2 :接触网对本发明的综合接地系统贯通地线短路时上下行综合地线中首端短路电流图(横坐标单位ΚΜ，纵坐标单位Α)。图3 :圆钢和螺纹钢作为综合接地系统贯通地线的温度与电流值的关系曲线。图4 :本发明的综合接地系统仿真计算示意图。图5 :本发明的综合接地系统接地电阻Rtl与接地极的接地电阻R及单侧接地极个数η关系曲线图。图6:本发明的综合接地系统桥墩接地电阻分流仿真计算模型图。其中，1、铁路设备接地端子；2、贯通地线；3、接地端子引接线；4、横向引接线；5、接地极引接线；6、贯通地线接地端子；7、接地线。
具体实施例方式下面结合参考附图进一步描述本技术方案，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，但该描述仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在电气化铁路中，贯通地线与钢轨、保护线或回流线以及大地共同组成了牵引回流系统，在这个供电系统下，供电臂首端接触网对综合地线短路、且最大短路电流出现在牵引变电所处时，贯通地线上的短路电流最大。贯通地线的截面积应同时满足正常运行条件下贯通地线上的回流要求及在短路条件下的瞬间最大电流要求。请见图1，本发明的铁路用综合接地系统，包括铁路设备接地端子1、贯通地线2、接地端子引接线3、横向引接线4、接地极引接线5、贯通地线接地端子6、接地线7，所述的铁路设备接地端子I和贯通地线2通过接地端子引 接线3连接，所述的贯通地线2和贯通地线接地端子6通过接地极引接线5连接，所述的接地极引接线5和接地线7通过贯通地线接地端子6连接，所述的贯通地线2平行地铺设在铁路路基两边，对应铁路设备接地端子I的同一里程处，设横向引接线4连接两平行贯通地线2，所述的贯通地线2为圆钢。作为优选，所述的贯通地线，对时速20(T250km的客运专线采用公称直径为Φ=14_的圆钢作为贯通地线，贯通地线的工程造价可减少84%。作为优选，所述的贯通地线，对时速30(T350km的客运专线采用公称直径为Φ=20_的圆钢作为贯通地线，贯通地线的工程造价可减少89%。作为优选，所述的铁路综合接地系统在靠近牵引变电所或跨江、跨海大桥处，贯通地线结构采用三根公称直径箱相同的圆钢并联连接，可以有效避免出现某种极端故障出现，例如供电臂首端位置短路等，以利于在这种极端情况下，综合接地系统亦能正常工作。作为优选，所述的铁路综合接地系统在桥梁段的工程施工中，当桥梁中所用的钢筋公称直径为12 16mm时，采用公称直径Φ=20πιπι的圆钢作为贯通地线。作为优选，所述的铁路综合接地系统在桥梁段的工程施工中，贯通地线结构采用桥体中两根公称直径Φ=16_的圆钢与公称直径Φ=20_的圆钢并联连接,可以有效避免出现某种极端故障出现，以利于在这种极端情况下，综合接地系统亦能正常工作。作为优选，所述的铁路综合接地系统在隧道地段中，采用圆钢作为贯通地线，采用多段圆钢构成，相邻两段圆钢间采用导电软线连接，可以有效避免过长的钢筋因热胀冷缩而产生的形变断流，确保通长的贯通地线保持联通，维持综合接地系统正常工作。作为优选，所述的圆钢为镀锌圆钢，可以有效防止贯通地线被腐蚀，同时阻燃性良好。作为优选，所述的圆钢作为贯通地线封包在混凝土中，可以有效防止贯通地线被腐蚀。作为优选，所述的接地端子引接线3、横向引接线4)和贯通地线2的截面形状和直径相同，且采用相同材料制成。作为优选，所述的接地极引接线5的材质为不锈钢材质。作为优选，所述的贯通地线应用于铁路桥、隧地段综合接地系统中。请见图2，在电气化铁路中，贯通地线与钢轨、保护线或回流线以及大地共同组成了牵引回流系统。这样复杂的网络系统里，需要确定导体的电流分配，进而确定贯通地线的截面。分配电流考虑两个方面，一种为正常工作的负荷电流，即稳态时的电流；一种为短路故障电流，即暂态时的电流。暂态电流应考虑在最不利的情况下的短路电流。在供电系统容量参数、设定供电臂长、牵引变电所地网接地电阻、追踪间隔时分、运行速度一定的情况下，通过仿真计算，分析不同供电方式中钢轨、保护线PW (Protection wire)、综合地线的电流分布。通过仿真计算通过分析证明，在供电臂首端接触网对综合地线短路、且最大短路电流出现在牵引变电所处时，贯通地线上的短路电流最大。通过仿真分析贯通地线上的回流情况如下带回流线的直供方式(运行时速20(T250km):正常运行情况下在120A，短路情况下最大达到12kA ;自稱变压器AT (autotransformer)供电方式(运行时速300 350km):正常运行情况下在180A，短路情况下最大达到IOkA ;贯通地线截面积满足综合接地系统接地电阻的要求、正常情况下流过最大牵引回流的要求和接触网短路(短路时间按不大于IOOms计)通过瞬间大电流热稳定的要求。请见图3，目前应用最广泛的钢筋有两种，即圆钢和螺纹钢，螺纹钢表面有螺纹，难与周围介质紧密接触，接地电阻不稳定、碳含量高，电阻值大；圆钢表面是光滑，可焊性较好、碳含量较低，电阻值较小。经大电流通流受热试验证明，螺纹钢的温度明显高于圆钢的温度，因此采用圆钢最为贯通地线对通流后的温度控制较好，同时考虑到贯通地线的防腐蚀和电阻值要求，所以可以使用镀锌圆钢作为贯通地线。由于贯通地线的截面积应同时满足正常情况下流过贯通地线最大牵引回流和接触网短路情况下(短路时间按不大于IOOms计)通过瞬间大电流时热稳定的要求，因此需要分别在稳态和暂态的情况下计算出圆钢的最小截面积。稳态情况下贯通地线截面积，根据我们国家现行铁路最大牵引电流要求，目前对于采用直供方式的20(T250 km的客运专线采用截面积S=35mm2的铜线作为贯通地线，对于采用供电方式时速300 km的客运专线采用截面积S=70mm2的铜线作为贯通地线。为替代截面积S=35mm2的铜线作为贯通地线，取流经贯通地线的电流约为120A，钢的允许载流量S0=L 375 A/mm2，同时在考虑一定的裕度和耐腐要求的情况下，取安全系数α =1.5，则通过计算可得圆钢的截面积至少应为S= a Stl=L 5*120/1. 375=130. 9mm2,因此稳态情况下可采取公称直径Φ=14_的圆钢作为贯通地线。同理，为替代截面积S=70mm2的铜线作为贯通地线，取流经贯通地线的电流约为240A，因此稳态情况下可采取公称直径Φ=20πιπι的圆钢作为贯通地线。暂态情况下贯通地线截面积，电气化铁路供电系统中，接触网的正常工作电压为27. 5kV，暂态情况下主要考虑接触网发生接地故障时的短路电流。接触网发生短路故障时情况比较复杂，此时流过贯通地线的电流比例是一个变化值，无法直接通过电流大小来计算圆钢的截面积。可通过利用稳态情况下所计算出的圆钢截面积来反推暂态情况下圆钢所允许通过的最大短路电流，以此来验证贯通地线的截面积是否能满足热稳定的要求。参照电力行业标准《交流电气装置的接地》计算方法，根据热稳定条件来确定接地导体的尺寸，接地导体的最小截面积S为
权利要求
1.一种铁路用综合接地系统，包括铁路设备接地端子(I)、贯通地线(2)、接地端子引接线(3)、横向引接线(4)、接地极引接线(5)、贯通地线接地端子(6)和接地线(7)，所述的铁路设备接地端子(I)和贯通地线(2)通过所述接地端子引接线(3)连接，所述的贯通地线(2 )和贯通地线接地端子(6 )通过所述接地极弓I接线(5 )连接，所述贯通地线接地端子(6 )下部连接所述接地线(7 )，所述的贯通地线(2 )平行地铺设在铁路路基两边，设横向引接线(4)连接两平行贯通地线(2)，其特征在于所述的贯通地线(2)为圆钢。
2.根据权利要求1所述的铁路用综合接地系统，其特征在于对时速20(T250km的客运专线采用公称直径为Φ=14_的圆钢作为所述的贯通地线(2)。
3.根据权利要求1所述的铁路用综合接地系统，其特征在于对时速30(T350km的客运专线采用公称直径为Φ=20_的圆钢作为所述的贯通地线(2)。
4.根据权利要求1所述的铁路用综合接地系统，其特征在于靠近牵引变电所或跨江、跨海大桥处的所述贯通地线(2)由三根同公称直径相同的圆钢并联连接构成。
5.根据权利要求1所述的铁路用综合接地系统，其特征在于使用公称直径为12 16mm钢筋的桥梁处的贯通地线(2)采用公称直径为20mm的圆钢构成。
6.根据权利要求5所述的铁路用综合接地系统，其特征在于所述公称直径为20mm的圆钢与桥梁的桥体中两根公称直径为12 16mm的钢筋并联连接。
7.根据权利要求1所述的铁路用综合接地系统，其特征在于所述贯通地线(2)位于隧道地段的部分，采用多段圆钢构成，相邻两段圆钢间采用导电软线连接。
8.根据权利要求Γ7中任意一项所述的一种铁路用综合接地系统，其特征在于所述的圆钢为镀锌圆钢。
9.根据权利要求1所述的一种铁路用综合接地系统，其特征在于所述的圆钢封包在混凝土中。
10.根据权利要求1所述的一种铁路用综合接地系统，其特征在于所述的接地端子引接线(3)、横向引接线(4)和贯通地线(2)的截面形状和直径相同，且采用相同材料制成。
全文摘要
本发明公布了一种铁路用综合接地系统，包括铁路设备接地端子、贯通地线、接地端子引接线、横向引接线、接地极引接线、贯通地线接地端子、接地线，所述的铁路设备接地端子和贯通地线通过接地端子引接线连接，所述的贯通地线和贯通地线接地端子通过接地极引接线连接，所述的接地极引接线和接地线通过贯通地线接地端子连接，所述的贯通地线平行地铺设在铁路路基两边，对应铁路设备接地端子的同一里程处，设横向引接线连接两平行贯通地线，其特征在于所述的贯通地线为圆钢。实验证明，使用圆钢作为贯通地线，不仅具有良好导电性、阻燃性、防腐性、环保性、工程应用性，而且大幅度地降低了铁路用综合接地系统的工程造价，性价比高。
文档编号H01R11/00GK103022738SQ20121055421
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者黄荣, 石先明, 张孟彬, 李乾社, 杜广宇, 李华, 张敏慧, 张家炳, 习博, 汪自成 申请人:中铁第四勘察设计院集团有限公司