地铁BAS——电气保护措施boya

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1、地铁BAAS电气保保护措施施3.电气气保护措措施3.1有有关电气气保护措措施的问问题为了避免免由于电电气短路路或过流流烧坏设设备应采采取那些些电气保保护措施施，BAAS系统统是否是是浮地？3.2有有关电气气保护措措施问题题的答复复由于地铁铁BASS系统所所处现场场动力线线路密布布，设备备启停运运转繁忙忙，因此此存在严严重的电电场和磁磁场干扰扰。而地地铁BAAS系统统又有几几百乃至几几千个输入入输出通通道分布布在其中中，导线线之间形形成相互互耦合是是通道干干扰的主主要原因因之一。如果系统浮地，系统和系统设备均不安全，因此系统不能浮地。具体分析和保护措施参见下面论述：这些电磁磁干扰主主要表现现为电

2、容容性耦合合、电感感性耦合合、电磁磁场辐射射三种形形式。在在BASS系统中中，由前前两种耦耦合造成成的干扰扰是主要要的，第第三种是是次要的的。它们们对电路路主要造造成共模模形式的的干扰。可可以等效效为图33-1中中的干扰扰源Eccm。图3-11 地电电位差和和电磁干干扰造成成的共模模电压的的等效图图众所周知知，地球球是一个个静电容容量很大大的导体体，其电电位非常常恒定。如如果把一一个导体体与大地地紧密连连接，那那么该导导体的电电位也是是恒定的的。通常常我们把把它的电电位叫作作零电位位，它是是电位的的参考点点。然而而，工程程上不可可能做到到这种紧紧密连接接，总是是存在一一定的接接地电阻阻。当有有

3、电流经经该导体体入地时时，它的的电位就就有波动动。于是是，不同同的接地地点之间间的电位位就会有有差异。当当我们用用一根导导线连接接不同的的接地点点时，在在导线中中就可能能有电流流流动，这这称为地地环电流流。接地地抗干扰扰技术就就是解决决以地环环电流为为中心的的一系列列技术问问题。图图1 等等效示意意了信号号源地线线和放大大器地线线之间的的电位差差形成的的干扰源源EG，它它对电路路主要造造成共模模形式的的干扰。然而，由由干扰源源Ecmm和EGG形成的的共模电电压，其其中一部部分会转转换成差差模电压压， 直直接对电电路造成成干扰。假假设信号号源Ess=0，即即只考虑虑干扰源源Ecmm和EGG的作用

4、用时。因因为i11回路和和i2 回路阻阻抗不相相等，因因此，回回路电流流i1和和i2也也不相等等。于是是两个电电流的差差在放大大器的输输入电阻阻上形成成了差模模电压。采采取合适适的屏蔽蔽和正确确的接地地措施就就可以减减少和消消除这些些干扰。3.2.1屏蔽蔽抗干扰扰技术电场耦合合的屏蔽蔽和抑制制技术克服电场场耦合干干扰最有有效的方方法是屏屏蔽。因因为放置置在空心心导体或或者金属属网内的的物体不不受外电电场的影影响。请请注意，屏屏蔽电场场耦合干干扰时，导导线的屏屏蔽层最最好不要要两端连连接当地地线使用用。因在在有地环环电流时时，这将将在屏蔽蔽层形成成磁场，干干扰被屏屏蔽的导导线。正正确的作作法是把

5、把屏蔽层层单点接接地，一一般选择择它的任任一端头头接地。造成电场场耦合干干扰的原原因是两两根导线线之间的的分布电电容产生生的耦合合。当两两导线形形成电场场耦合干干扰时，导导线在在导线上产生生的对地地干扰电电压VNN为：式中，VV1和是干扰扰源导线线1的电电压和角角频率；R和CC2G是被被干扰导导线2的的对地负负载电阻阻和总电电容；CC12是是导线11和导线线2之间间的分布布电容。通通常，CC12C22G，因因此，式式(1)可以简简化成：从式(22)可以以看出，在在干扰源源的角频频率不变时时，要想想降低导导线2上上的被干干扰电压压VN， 应当减减小导线线1的电电压V11，减小小两导线线之间的的分

6、布电电容C112，减减小导线线2对地地负载电电阻R以以及增大大导线22对地的的总电容容C2GG。在这这些措施施中，可可操作性性最好的的是减小小两导线线之间的的分布电电容C112。即即采用远远离技术术：弱信信号线要要远离强强信号线线敷设，尤尤其是远远离动力力线路。工工程上的的“远离”概念，通通常取干干扰导线线直径的的40倍倍，即认认为足够够了。同同时，避避免平行行走线也也可以减减小C112。磁场耦合合的抑制制技术抑制磁场场耦合干干扰的好好办法应应该是屏屏蔽干扰扰源。大大电机、电电抗器、磁磁力开关关和大电电流载流流导线等等等都是是很强的的磁场干干扰源。但但把它们们都用导导磁材料料屏蔽起起来，在在工

7、程上上是很难难做到的的。通常常是采用用一些被被动的抑抑制技术术。当回回路1对对回路22造成磁磁场耦合合干扰时时，其在在回路22 上形形成的串串联干扰扰电压VVN为：VN=jjBAccos (33) 式中，是干扰扰信号的的角频率率；B是是干扰源源回路11形成的的磁场链链接至回回路2处处的磁通通密度；A为回回路2感感受磁场场感应的的闭合面面积，是和两个矢矢量的夹夹角。从式(33)可以以看出，在在干扰源源的角频频率不变时时，要想想降低干干扰电压压VN，首首先应当当减小BB。对于于直线电电流磁场场来说，BB与回路路1流过过的电流流成正比比，而与与两导线线的距离离成反比比 。因因此，要要有效抑抑制磁场场

8、耦合干干扰，仍仍然是远远离技术术。同时时，也要要避免平平行走线线。屏蔽线的的使用图3-22示出了了屏蔽线线使用的的三种情情况。图图(a)是单端端接地方方式。假假设信号号电流ii1从芯芯线流入入屏蔽线线，流过过负载电电阻RLL之后，再再通过屏屏蔽层返返回信号号源。因因为i11与i22大小相相等方向向相反，所所以它们们产生的的磁场干干扰相互互抵消。这这是一个个很好的的抑制磁磁场干扰扰的措施施。同时时它也是是一个很很好的抵抵制磁场场耦合干干扰的措措施。图图(b)是两端端接地方方式。由由于屏蔽蔽层上流流过的电电流是ii2与地地环电流流iG的的迭加，所所以它不不能完全全抵消信信号电流流所产生生的磁场场干

9、扰。因因此，它它抑制磁磁场耦合合干扰的的能力也也比图(a)差差。图(a)和和(b)都有屏屏蔽电场场耦合干干扰作用用。图(c)的的屏蔽层层悬浮，因因此，它它只有屏屏蔽电场场耦合干干扰能力力，而无无抑制磁磁场耦合合干扰能能力。(a)单单端接地地 (b)两端接接地 (cc)屏蔽蔽层不接接地图3-22 屏蔽蔽线的用用法如果把图图(c)的抑制制磁场干干扰衰减减能力定定为0 dB，当当图(aa)、(b)、(c)的的信号源源内阻RRS都为为1000，负载载电阻RRL都为为1 MM，信号号源频率率在500 kHHz（高高于该电电缆屏蔽蔽体截频频的倍倍）时，根根据国外外专家实实验测定定，图(a)具具有800 d

10、BB的衰减减，即抑抑制磁场场干扰能能力很强强。而图图(b)具有227 ddB的磁磁场干扰扰抑制能能力。 图(aa)的单单端接地地方式抗抗干扰能能力最好好。其接接地点的的选择可可以是图图(a)中的情情况，也也可以选选择负载载电阻RRL侧接接地，而而让信号号源浮置置。双绞线的的使用双绞线的的绞扭节节距把式式(3)中的AA回路分分隔成许许多的小小回路，如如果双绞绞线的绞绞扭一致致的话，那那么这些些小回路路的面积积相等而而法方向向相反，因因此，其其磁场干干扰可以以相互抵抵消。双双绞线的的结构对对电场耦耦合干扰扰的抑制制毫无能能力。当当给双绞绞线加上上屏蔽层层后，一一个价廉廉物美的的传输线线就诞生生了。

11、图图3-3示出出了双绞绞线的使使用方法法。如果果每2.54 cm扭扭6 个个均匀绞绞扭的话话，当采采用上节节约定的的参数时时，根据据国外专专家的实实验测定定，各用用法对磁磁场干扰扰的抑制制dB数数如图所所示。其其中图(a)采采用单端端接地方方式，因因此对磁磁场干扰扰具有高高达555 dBB的衰减减能力。可可见，双双绞线确确实有很很好的效效果。而而图(bb)由于于两端接接地，地地线阻抗抗与信号号线阻抗抗不对称称，地环环电流造造成了双双绞线电电流不平平衡，因因此降低低了双绞绞线抗磁磁场干扰扰的能力力，所以以图(bb)只有有13 dB的的磁场干干扰衰减减能力。图图(c)使用屏屏蔽双绞绞线，由由于其屏

12、屏蔽层一一端接地地，另一一端悬空空，因此此屏蔽层层上没有有返回信信号电流流，所以以它的屏屏蔽层只只有抗电电场干扰扰能力，而而无抑制制磁场耦耦合干扰扰能力。所所以图(c)的的dB数数与图(a)一一样衰减减55 dB。图图(d)屏蔽层层单端接接地，而而另一端端又与负负载冷端端相连，因因此它具具有图22(a)的效果果，但它它的屏蔽蔽层上的的电流由由于被双双绞线中中的一根根分流，又又比图22(a)稍差。具具有777 dBB的衰减减。图(e)的的屏蔽层层双端接接地，具具有一定定的抑制制磁场耦耦合干扰扰能力，加加上双绞绞线本身身的作用用，因此此具有663 ddB的衰衰减。图图(f)的屏蔽蔽层和双双绞线都都

13、两端接接地，因因此其效效果只是是比图33(b)稍好。具具有288 dBB衰减。双绞线最最好的应应用是作作平衡式式传输线线路。因因为两条条线的阻阻抗一样样，自身身产生的的磁场干干扰或外外部磁场场干扰都都可以较较好的抵抵消。同同时，平平衡式传传输又独独具很强强的抗共共模干扰扰能力，因因此成为为大多数数计算机机网络的的传输线线。例如如，物理理层采用用RS4422AA或RSS4855通信接接口，就就是很好好的平衡衡传输模模式。图3-33 双绞绞线的用用法及其其抗磁场场耦合干干扰能力力3.2.2接地地抗干扰扰技术接地抗干干扰技术术的主要要内容，其其一是避避开地环环电流的的干扰；其二是是降低公公共地线线阻

14、抗的的耦合干干扰。“一点接接地”有效地地避开了了地环电电流；而而在“一点接接地”前提下下，并联联接地则则是降低低公共地地线阻抗抗的耦合合干扰的的有效措措施；它它们是工工业控制制系统采采用的最最基本的的接地方方法。然而，工工业控制制系统接接地的含含义不一一定就是是接大地地。例如如直流接接地只是是定义电电路或系系统的基基准电位位。它可可以悬浮浮，但要要求与大大地严格格绝缘。通通常，其其绝缘电电阻要达达到500 M以上。直直流地悬悬浮隔离离了交流流地网的的干扰，经经济简便便，工程程中经常常使用。直直流地悬悬浮的缺缺点是机机器容易易带静电电，如果果该静电电电位过过高，会会损坏器器件，击击伤操作作人员等

15、等等；而而且，如如果这时时直流地地与大地地的绝缘缘电阻减减小，可可能会产产生很多多原先没没有想到到的干扰扰。直流流地接大大地，按按照国家家标准，要要埋设一一个不大大于 的独立立接地体体。但无无论直流流地悬浮浮或者接接大地，直直流地与与大地之之间的电电位都存存在着间间接或者者直接的的关系。工工业控制制机所操操作的各各种输入入输出信信号之间间接地是是否合理理，不只只是形成成相互耦耦合干扰扰的问题题，有时时还危及及计算机机系统的的安全。 在实际际的工业业控制系系统中，各各种通道道的信号号频率大大多在MHzz内，属属于低频频范围。因因此，本本文只涉涉及低频频范围的的接地讨讨论。串联接地地和并联联接地在

16、图3-4(aa) 所所示意的的串联接接地方式式中，电电路、各各有一个个电流ii1、ii2、ii3流向向接地点点。由于于地线存存在电阻阻，因此此，A、BB、C点点的电位位不再是是零， 于是各各个电路路间相互互发生干干扰。尤尤其是强强信号电电路将严严重干扰扰弱信号号电路。如如果必须须要这样样使用，应应当尽力力减小公公共地线线的阻抗抗，使其其能达到到系统的的抗干扰扰容限要要求。串串联的次次序是，最最怕干扰扰的电路路的地接接点，而而最不怕怕干扰的的电路的的地应当当接点点。但工工业控制制机中的的模拟通通道和数数字通道道不能这这样串联联接地。应应当按照照图3-4(bb)所示示意的并并联接地地方式使使用。并

17、并联接地地中各个个电路的的地电位位只与其其自身的的地线阻阻抗和地地电流有有关，互互相之间间不会造造成耦合合干扰。因因此，有有效地克克服了公公共地线线阻抗的的耦合干干扰问题题，工业业控制机机应当尽尽量采用用并联接接地方式式。值得得注意的的是，虽虽然采用用了并联联接地方方式，但但是地线线仍然要要粗一些些，以使使各个电电路部件件之间的的地电位位差尽量量减小。这这样，当当各个部部件之间间有信号号传送时时，地线线环流干干扰将减减小。图3-44 电路路部件的的一点接接地(a)串串联接地地方式(b)并并联接地地方式一个实际际的信号号采集系系统接地地方案图3-55 一个个实际的的信号采采集系统统接地示示意图一

18、个实际际的信号号采集系系统接地地示意图图如图33-5所所示。 多个模模拟输入入信号采采用屏蔽蔽双绞线线接至工工控数据据采集处处理机。所所有模拟拟信号源源都浮置置，这对对于多数数工业变变送器（传传感器）来来说，都都能够满满足这个个要求。模模拟输入入信号采采用一点点接地，接接地点选选在微处处理机的的模入接接口的模模拟地GGA上。屏屏蔽层也也采用一一点接地地，接在在模拟地地上。这这与图33(c)的用法法相同。这这种用法法靠双绞绞线抑制制磁场耦耦合干扰扰，屏蔽蔽层屏蔽蔽电场干干扰。虽虽然抑制制dB数数不算高高，但它它不会引引入其它它噪声，可可靠性较较好，不不论在什什么现场场环境都都可用。所所有的模模拟

19、电路路的地线线并联于于GA点点，然后后用一根根具有绝绝缘皮的的低阻抗抗导线，将将模拟地地连接到到专为工工控机埋埋设的独独立接地地体的线线鼻上。工工控数据据采集处处理机的的数字地地也应并并联于一一点GDD，仍然然用一根根具有绝绝缘皮的的低阻抗抗导线，将将数字地地GD连连接到专专为工控控机埋设设的独立立接地体体的线鼻鼻上。工工控机的的外设地地线也应应并联于于该独立立接地体体的线鼻鼻上。对对于一般般的工业业现场，外外设的保保护地线线、工控控机柜、传传感器柜柜、执行行器柜等等的保护护地线都都可以并并联到该该独立接接地体的的线鼻上上。但是是要求高高的项目目应当埋埋设专门门的独立立的安全全保护地地线，并并

20、把设备备和机柜柜的保护护地线并并联地接接于那里里。国家家标准规规定，计计算机的的安全保保护地线线接地电电阻不应应大于44 。严禁禁使用建建筑物的的避雷地地作工业业控制系系统的任任何地线线使用。 如果把把图5的的计算机机采集系系统直流流地悬浮浮运行，那那么它的的的模拟拟地、数数字地仍仍然要用用低阻抗抗导线短短接，只只是不接接大地就就行了。目目前的工工控机厂厂商提供供的大部部分产品品都没有有模拟地地和数字字地的接接大地端端子，它它们的模模拟地和和数字地地已在电电路板上上妥善短短接。用用户最简简单的应应用就是是搞浮地地运行。这这对于使使用标准准变送器器，检测测标准模模拟信号号是没有有大问题题的。接地

21、地六要素素根据建筑筑接地和和接线要要求的规规定：BBAS系系统接地地的结构构包括接接地线，接接地母线线（层接接地端子子）、接接地干线线。主接接地母线线（总接接地端子子）、接地引引入线、接接地体六六部分，在在进行系系统接地地的设计计时，可可按上述述6个要要素分层层次地进进行设计计。1.接地地线接地线是是指综合合布线系系统各种种设备与与接地母母线之间间的连线线。所有有接地线线均为铜铜质绝缘缘导线，其其截面应应不小于于4mmm2。当当综合布布线系统统采用屏屏蔽电缆缆布线时时，信息息插座的的接地可可利用电电缆屏蔽蔽层作为为接地线线连至每每层的配配线柜。若若综合布布线的电电缆采用用穿钢管管或金属属线糟敷

22、敷设时，钢钢管或金金属线糟糟应保持持连续的的电气连连接，并并应在两两端具有有良好的的接地。2.接地地母线（层层接地端端子）接地母线线是水平平布线于于系统接接地线的的公用中中心连接接点。每每一层的的楼层配配线柜均均应与本本楼层接接地母线线相焊接接与接地地母线同同一配线线间的所所有综合合布线用用的金属属架及接接地干线线均应与与该接地地母线相相焊接。接接地母线线均应为为铜母线线，其最最的小尺尺寸应为为6mmm厚500mm宽宽，长度度视工程程实际需需要来确确定。接接地母线线应尽量量采用电电镀锡以以减小接接触电阻阻，如不不是电镀镀，则在在将导线线固定到到母线之之前，须须对母线线进行清清理。3.接地地干线

23、接地干线线是由总总接地母母线引出出，连接接所有接接地母线线的接地地导线。在在进行接接地干线线的设计计时，应应充分考考虑建筑筑物的结结构形式式，建筑筑物的大大小以及及综合布布线的路路由与空空间配置置，并与与综合布布线电缆缆干线的的敷设相相协调。接接地干线线应安装装在不受受物理和和机械损伤伤的保护护处，建建筑物内内的水管管及金属属电缆屏屏蔽层不不能作为为接地干干线使用用。当建建筑物中中使用两两个或多多个垂直直接地干干线时，垂垂直接地地干线之之间每隔隔三层及及顶层需需用与接接地干线线等截面面的绝缘缘导线相相焊接。接接地干线线应为绝绝缘铜芯芯导线，最最小截面面应不小小于166mm22。当在在接地干干线

24、上，其其接地电电位差大大于1VVrmS(有有效值)时，楼楼层配线线间应单单独用接接地干线线接至主主接地母母线。4主接接地母线线（总接接地端子子）一般情况况下，每每栋建筑筑物有一一个主接接地母线线。主接接地母线线作为综综合布线线接地系系统中接接地干线线及设备备接地线线的转接接点，其其理想位位置宜设设于外线线引入间间或建筑筑配线间间。主接接地母线线应布置置在直线线路径上上，同时时考虑从从保护器器到主接接地母线线的焊接接导线不不宣过长长。接地地引入线线、接地地干线、直直流配电电屏接地地线、外外线引入入间的所所有接地地线，以以及与主主接地母母线同一一配线间间的所有有综合布布线用的的金属架架均应与与主接

25、地地母线良良好焊接接。当外外线引入入电缆配配有屏蔽蔽或穿金金属保护护管时，此此屏蔽和和金属管管也应焊焊接至主主接地母母线。主主接地母母线应采采用铜母母线，其其最小截截面尺寸寸为6mmm厚XX1000mm宽宽，长度度可视工工程实际际需要而而定。和和接地母母线相同同，主接接地母线线也应尽尽量采用用电镀锡锡以减小小接触电电阻。如如不是电电镀，则则主接地地母线在在固定到到导线前前必须进进行清理理。5接地地引入线线接地引入入线指主主接地母母线与接接地体之之间的连连接线，宜宜采用440mmm宽4mmm厚或或50mmm5mmm的镀锌锌扁钢。接接地引入入线应作作绝缘防防腐处理理，在其其出土部部位应应有防机机械

26、损伤伤措施，且且不宜与与暖气管管道同沟沟布放。6接地地体接地体分分自然接接地体和和人工接接地体两两种。当当综合布布线采用用单独接接地系统统时，接接地体一一般采用用人工接接地体，并并应满足足以下条条件：（1） 距离工工频低压压交流供供电系统统的接地地体不宣宣小于110m。（2） 距离建建筑物防防雷系统统的接地地体不应应小于22m。（3） 接地电电阻不应应大于440。当综合布布线采用用联合接接地系统统时，接接地体一一般利用用建筑物物基础内内钢筋网网作为自自然接地地体，其其接地电电阻应小小于1。在实实际应用用中通常常采用联联合接地地系统，这这是因为为与前者者相比，联联合接地地方式具具有以下下几个显显

27、著的优优点：（1）当当建筑物物遭受雷雷击时，楼楼层内各各点电位位分布比比较均匀匀，工作作人员及及设备的的安全能得得到较好好的保障障。同时时，大楼楼的框架架结构对对中波电电磁场能能提供110440dBB的屏蔽蔽效果。（2）容容易获得得较小的的接地电电阻。（3）可可以节约约金属材材料，占占地少。BAAS系统统接地设设计应注注意的几几个问题题（措施施）1BAAS系统统采用屏屏蔽措施施时，所所有屏蔽蔽层应保保持连续续性，并并应注意意保证导导线间相相对位置置不变。屏屏蔽层的的配线设设备端应应接地，用用户端视视具体情情况直接接地。2当电电缆从建建筑物外外面进入入建筑物物内部容容易受到到雷击，电电源碰地地，

28、电源源感应电电势或地地电势上上浮等外外界因素素的影响响时，必必须采用用保护器器。3当线线路处于于以下任任何一种种危险环环境中时时，应对对其进行行过压过过流保护护：（1） 雷击引引起的危危险影响响。（2） 工作电电压超过过2500V的电电源线路路碰地；（3） 地电势势上升到到2500V以上上而引起起的电源源故障；（4） 交流550HZZ感应电电压超过过2500V。4系统统的过压压保护宜宜选用气气体放电电管保护护器。因因为气体体放电管管保护器器的陶瓷瓷外壳内内密封有有两个电电极，其其间有放放电间隙隙，并充充有惰性性气体。当当两个电电极之间间的电位位差超过过2500V交流流电压或或7000V雷电电浪涌电电压时，气气体放电电管开始始出现电电弧，为为导体和和地电极极之间提提供了一一条导电电通路。5系统统的过流流保护宜宜选用能能够自复复的保护护器。由由于电缆缆上可能能出现这这样或那那样的电电压，如如果连接接设备为为其提供供了对地地的低阻阻通路，则则不足以以使过压压保护器器动作，而而其产生生的电流流却可能能损坏设设备或引引起着火火。例:20VV电力线可可能不足足以使过过压保护护器放电电，但有有可能产产生大电电流进入入设备内内部造成成破坏，因因此在采采用过压压保护的的同时必必须采用用过流保保护。要要求采用用能自复复的过流流保护器器，主要要是为了了方便维维护。