胡勇

【摘要】通過(guò)電源短路熔斷器不熔斷的故障現(xiàn)象，從深層次對(duì)電路進(jìn)行分析思考，面對(duì)現(xiàn)實(shí)情況提出需要關(guān)注的問(wèn)題和對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】電源 短路 分析 思考

電源短路，就是為負(fù)載供電的電源在負(fù)載之前的線路發(fā)生混線，直接短路負(fù)載的故障現(xiàn)象。當(dāng)電源發(fā)生短路時(shí)，正常情況一般都是電路中的保護(hù)裝置熔斷器迅速熔斷，以保護(hù)電氣設(shè)備及電線路不受損壞。但在實(shí)踐中很多接口電路，因其控制距離長(zhǎng)及控制電源低等因素，當(dāng)電源發(fā)生短路時(shí)，熔斷器并不熔斷?，F(xiàn)通過(guò)一起繼電接口電路的電源短路故障，來(lái)分析和討論電路在應(yīng)用中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

1 問(wèn)題的提出

圖 1 是站臺(tái)按鈕功能的接口電路，直流電源 LZ24/LF24 由集中站電源屏引出，為非集中站IBP 盤及設(shè)在集中站的繼電器提供電源。某地鐵線非集中站車控室綜合后備盤內(nèi)的電源端子發(fā)生短路故障（圖 1 中①處），但設(shè)在集中站的 0.5A 熔斷器并未熔斷?！缎盘?hào)鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)》對(duì)熔斷器的要求是“電源回路中任何一處發(fā)生短路故障時(shí)，將使線路通過(guò)的電流值迅速增長(zhǎng)到（或超過(guò)）熔斷器的熔斷電流值，使它立即熔斷，以保護(hù)電氣設(shè)備不受損傷”。顯然，電路并不符合這項(xiàng)要求，由此也對(duì)接口電路進(jìn)行更深層次的分析和思考。

2 短路電流的計(jì)算

發(fā)生電源短路故障的集中站與非集中站的站間距離為 2 093 m，線路的電纜長(zhǎng)度是 2 338 m，使用 φ1.0 單芯電纜傳輸。按照電纜的技術(shù)參數(shù)，直徑為 1 mm 的單芯銅線，當(dāng)溫度在 20℃時(shí)，每米長(zhǎng)有效電阻不大于 0.023 5 Ω。當(dāng)電源短路后，其短路電流全部分配給纜線內(nèi)阻 R。依據(jù)歐姆定律U=I×R，電纜取每米有效電阻 0.023 5 Ω，電源取 24 V（不考慮波動(dòng)），則線路中的短路電流 I=U/R=24/0.023 5×233 8×2=0.218 A（除2 是指線路的兩條控制線），遠(yuǎn)小于線路中熔斷器 0.5 A，所以熔斷器不熔斷。如果在負(fù)載側(cè)（圖 1 中②）出現(xiàn)短路，由于控制電路纜線路徑的迂回，線路中的短路電流將更小。

3 電纜最大傳輸距離的確定

電纜的傳輸距離與負(fù)載的工作電壓、線路允許壓降、負(fù)載電流、導(dǎo)線截面積等諸多因素有關(guān)。確定電纜的控制長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮電纜抵消傳輸線路的衰耗后，能滿足末端設(shè)備可靠工作。

1）以圖所示的JWXC-1700型繼電器為例，

其最小可靠工作值為16.8V，繼電器的電阻為1700Ω，則線路中的電流I=U/R=16.8/1 700≈0.01 A，計(jì)算時(shí)電源考慮-5%的波動(dòng)，則線路

允許壓降 u=24 V×95%-16.8=6 V，線路的總內(nèi)阻 r=u/I=6/0.01=600 Ω，那么電纜的控制距離L=600/0.023 5/2=12 765 m，也就是直流24V電源采用單芯電纜控制，考慮電路衰耗因素后，能滿足終端負(fù)載繼電器可靠工作的最大距離。

2）電纜短路時(shí)熔斷器熔斷的最大距離，在不考慮電源波動(dòng)條件下，熔斷器熔斷時(shí)的最小電流為0.5A。此時(shí)，線路的最大電阻R=U/I=24/0.5=48 Ω，也就是線路的內(nèi)阻，其最大長(zhǎng)度

L=48 Ω/0.023 5 Ω/2=1 021 m。這就是說(shuō)在理想狀態(tài)下，電源 24 V 0.5 A 采用單芯電纜傳輸?shù)淖畲缶嚯x不應(yīng)超過(guò) 1 021 m，超過(guò)這個(gè)距離因電線路內(nèi)阻的增大，線路中的電流將小于 0.5 A，熔斷器將不再熔斷。

《信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范》1.0.11 涉及行車安全的鐵路信號(hào)系統(tǒng)及電路設(shè)計(jì)，必須符合“故障導(dǎo)向安全”的要求。這是設(shè)計(jì)信號(hào)系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)遵循的基本原則。現(xiàn)對(duì)圖 1 中①電路分析如下。

1）控制條件的站臺(tái)按鈕接點(diǎn)設(shè)在控制電源和負(fù)

載繼電器之間，電路采用具有“故障 - 安全”功能的位置法防護(hù)，當(dāng)繼電器的兩條控制線之發(fā)生混線時(shí)，因繼電器失去電源可靠落下，符合“故障 -安全”原則。

2）繼電器的吸起狀態(tài)與正常使用狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，

電路具有安全對(duì)應(yīng)的閉合電路法防護(hù)功能。當(dāng)控制線斷線繼電器落下，符合“故障 - 安全”原則。

3）電路采用雙斷法防護(hù)，當(dāng)控制線之一混入其他電源時(shí)（圖 1 中②處），不致使繼電器錯(cuò)誤吸起，能有效減少危險(xiǎn)側(cè)故障率的發(fā)生。

4）電路中設(shè)有熔斷器，其作用為了防止電源線路短路或過(guò)負(fù)載而引起的電線路或電氣設(shè)備燒損。既使控制電路傳輸長(zhǎng)度超過(guò)熔斷器不熔斷的控制距離，由于電線路內(nèi)阻的存在，也不會(huì)對(duì)電線路造成損害，因?yàn)槿蹟嗥麟娏?0.5 A 遠(yuǎn)小于電線路導(dǎo)線安全載流量的最大電流（組成電路的室內(nèi)導(dǎo)線23×0.15 電流 11 A，室外導(dǎo)線 φ1.0 mm 電纜電流 16 A）。

通過(guò)對(duì)圖 1 的分析，可以得出這樣的結(jié)論 ：一是由于電路采用了多種安全防護(hù)措施，電路具有“故障 - 安全”功能。二是電源短路熔斷器不熔斷并不等于熔斷器不發(fā)揮作用。當(dāng)電路中超過(guò)其安全電流 0.5 A 時(shí)，同樣能斷開(kāi)電路，以保護(hù)電氣設(shè)備不受損傷。這里所說(shuō)的電氣設(shè)備是指變壓器、繼電器、電線路等。

5 需要關(guān)注的問(wèn)題

1）完整可靠的保安系統(tǒng)不僅能保證供電設(shè)備的安全，而且對(duì)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，還可以縮小故障范圍和便于查找故障點(diǎn)。本文舉例故障雖然不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成損害，但可能誤導(dǎo)維修人員不認(rèn)為是電源短路故障而延誤時(shí)間，特別是缺乏經(jīng)驗(yàn)的人。如果熔斷器能迅速熔斷，維修人員就能直觀準(zhǔn)確的判斷為電源短路，為排除故障贏得時(shí)間。

2）盡可能從施工工藝和維修養(yǎng)護(hù)等方面來(lái)嚴(yán)

格防止混線故障的發(fā)生。針對(duì)負(fù)載側(cè)提供控制電源，電纜線路存在迂回，為防止兩條控制線都混入不同極性的電源（圖 1 中 X1 與 X3，X2 與 X4 短路），可考慮把控制條件兩端的芯線分纜設(shè)計(jì)，或把控制條件兩端的電纜分配在不同的芯線組隔開(kāi)使用。

地鐵繼電接口電路使用的繼電器一般都是 JWXC-1700 無(wú)極繼電器，這種繼電器不能鑒別勵(lì)磁電流的極性，沒(méi)有混線防護(hù)性能。如果改用JPXC-1000 偏極繼電器，可利用其特有的電源極性防護(hù)功能，來(lái)減少危險(xiǎn)側(cè)故障率的發(fā)生。

4）地鐵每個(gè)聯(lián)鎖區(qū)都有較多的接口。如站臺(tái)功能的各種按鈕、屏蔽門等，區(qū)間功能的防淹門，站間功能的車輛段、停車場(chǎng)、試車線、洗車線及與其他線路接軌的聯(lián)絡(luò)線等。由于地鐵站間距離長(zhǎng)，有的聯(lián)鎖區(qū)站間距離超過(guò) 4 km，加之電纜路徑迂回的距離，電纜總長(zhǎng)度甚至超過(guò) 9 km，既使加芯也需要加很多的芯線，從經(jīng)濟(jì)角度考慮采用加芯解決熔斷器不熔斷的問(wèn)題不現(xiàn)實(shí)。

5）有些特殊情況下產(chǎn)生的故障是難以考慮的。

如在繼電器的兩端混入能使其錯(cuò)誤動(dòng)作的不同極性的電源等。這類故障除采用盡可能完善的設(shè)計(jì)系統(tǒng)和電路外，還要依靠加強(qiáng)檢查維修和測(cè)試監(jiān)督等輔助手段，來(lái)防止危險(xiǎn)故障的發(fā)生，或?qū)⑽ｋU(xiǎn)性降到可接受的最低限度。

6）電源與負(fù)載同側(cè)成倍增加了電纜線條數(shù)。設(shè)計(jì)站聯(lián)電路的主要技術(shù)條件之一就是要求“盡量減少站間聯(lián)系電路的線條數(shù)”。而電源與負(fù)載同側(cè)方案，每個(gè)繼電器電路都需要增加 2 條控制電源的線條數(shù)，由于電源線較多，不利于電纜芯線間的混線防護(hù)。

【參考文獻(xiàn)】

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