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    周秀芝 （1966－）
女，武鋼運(yùn)輸部電務(wù)段鐵路信號(hào)工程師，（武鋼運(yùn)輸部電務(wù)段， 湖北   武漢  430083），主要從事信號(hào)設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收工作。

摘要: 通過對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各種地線的種類及作用的分析 , 論述與總結(jié)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)地線設(shè)計(jì), 對(duì)規(guī)范微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、駝峰自動(dòng)化控制系統(tǒng)的地線設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞: 微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng); 駝峰自動(dòng)化控制系統(tǒng); 地線; 計(jì)算機(jī)控制

Abstract:A discussion and summarization of the design of the ground wire in train signal computer controlling system, which analyzed all kinds of ground wire and computer controlling system. A reference of the criterion of computer interlocking system and the design of ground wire in Hump Automation controlling system

Key words: Computer Interlocking System；Hump Automation Controlling System;   Ground Wire;Computer Controlling

1    引言

    隨著鐵路信號(hào)的微機(jī)化 ,在信號(hào)設(shè)備的建設(shè)和改造過程中,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用,產(chǎn)生了越來越顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中, 如何抑制和消除來自外界和系統(tǒng)內(nèi)部的各種干擾,是確保計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的一個(gè)基本條件。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,除了利用了適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件的高可靠性計(jì)算機(jī)外,還應(yīng)采取一系列的措施來抑制和消除來自各方面的干擾。

    理論和實(shí)踐都證明,控制系統(tǒng)中接地系統(tǒng)的良好設(shè)計(jì)及安裝是抑制噪聲和消除干擾的重要手段,它在很大程度上可抑制內(nèi)部噪聲的耦合,防止外部干擾的侵入,提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力,為控制系統(tǒng)提供一個(gè)安全、可靠的工作基準(zhǔn)環(huán)境。

    但是,目前在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝中,對(duì)控制系統(tǒng)中地線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仍不十分的規(guī)范。在實(shí)際的控制系統(tǒng)施工過程中,由于安裝技術(shù)的水平參差不齊,從而直接影響控制系統(tǒng)設(shè)備的可靠運(yùn)行,嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致系統(tǒng)根本無法正常工作。

    因此系統(tǒng)地線的設(shè)計(jì)及施工直接關(guān)系到能否為控制系統(tǒng)提供一個(gè)良好的工作環(huán)境 , 是控制系統(tǒng)中一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)。

2     控制系統(tǒng)中地線的種類和作用

    按照國家《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB50174-93) 規(guī)定的要求,電子計(jì)算機(jī)機(jī)房應(yīng)采用交流工作地、安全保護(hù)接地、直流工作接地和防雷接地等4種接地方式。《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94 )則對(duì)防雷接地作了更詳細(xì)的規(guī)定。而目前大多數(shù)設(shè)計(jì)施工的都沒有按這個(gè)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。

    2.1   交流工作地線

    在低電壓電力系統(tǒng)中,交流工作接地實(shí)際上是交流電力變壓器中性點(diǎn)的接地,中性點(diǎn)接地后引出的線叫零線，它的作用是通過安全保護(hù)接地和線路保護(hù)接地裝置（如熔斷器）配合，保護(hù)設(shè)備使用人員的安全,其接地電阻要求不大于4Ω,為了增強(qiáng)其安全性,電氣規(guī)程規(guī)定在電源進(jìn)線處應(yīng)將零線重復(fù)接地。 

    2.2   安全保護(hù)地線

    安全保護(hù)接地有2種形式,一種是保護(hù)接地,另一種是保護(hù)接零。保護(hù)接地就是將電氣設(shè)備在正常情況下不帶電的金屬部分與大地緊密地連接起來；保護(hù)接零就是將電氣設(shè)備在正常情況下不帶電的金屬部分與電網(wǎng)的零線(PE線或PEN線)緊密地連接起來。安全保護(hù)地的主要作用是與交流工作接地和線路保護(hù)裝置配合,保護(hù)設(shè)備使用人員的安全,一旦電氣設(shè)備內(nèi)的帶電體觸及金屬外殼(俗稱漏電)時(shí)，電力線路的相電壓通過安全保護(hù)接地、大地、交流工作接地形成低阻通道(近似短路),強(qiáng)大的電流使串接于電力線路中的保護(hù)裝置動(dòng)作,及時(shí)切斷電源供電,從而避免人員觸電的危險(xiǎn)。同時(shí),保護(hù)地線可利用電磁屏蔽原理抗干擾,良好的地線裝置可以防止設(shè)備外部空間的電磁輻射對(duì)設(shè)備內(nèi)部的干擾,又可屏蔽設(shè)備內(nèi)部的電磁輻射對(duì)外部空間的干擾。安全保護(hù)接地的接地電阻一般要求不大于4Ω。

    2.3   直流工作地線

    直流工作接地是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯參考點(diǎn)，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中數(shù)字電路的等電位地,也稱為信號(hào)地或邏輯地。它的主要作用是為計(jì)算機(jī)工作提供一個(gè)統(tǒng)一和穩(wěn)定的公共參考電位，不至于因浮動(dòng)而引起信號(hào)量的誤差,并防止其內(nèi)外的有害電磁干擾,使計(jì)算機(jī)穩(wěn)定可靠地工作。直流工作接地的接地電阻按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具體要求確定,原則上越小越好,一般要求不大于 1Ω。

    2.4   防雷地線

    防雷接地主要是用來向大地引泄雷電流的，是防止雷電對(duì)建筑物及人員、設(shè)備損害的防護(hù)措施,其接地電阻應(yīng)符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94)的要求。防雷保護(hù)地與信號(hào)樓采用的避雷措施有關(guān),由于雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,造成巨大的電磁場(chǎng)，對(duì)計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備具有極大的破壞作用，要求防雷地線裝置與所有其他電器設(shè)備之間保持足夠的距離。

3    控制系統(tǒng)地線的設(shè)計(jì)方法

    為保障計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行及設(shè)備和人員的安全,根據(jù)理論分析、大量地翻閱資料和本人的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),提出以下地線設(shè)計(jì)、施工的原則。

    3.1   交流工作接地、安全保護(hù)接地、直流工作接地設(shè)置

    按照《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)程》 (GB50174-93) 規(guī)定,交流工作接地、安全保護(hù)接地、直流工作接地、防雷接地等四種接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻按其中最小值確定。防雷接地也可與其他三種接地分開設(shè)置。若防雷接地單獨(dú)設(shè)置接地裝置時(shí),其余三種接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻不應(yīng)大于其中最小值,并應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求采取防止反擊措施。

    各種地線在一點(diǎn)相接的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)形成閉合回路,即使某一地線系統(tǒng)上出現(xiàn)信號(hào)或干擾電流,也不會(huì)相互串混,且公共接地母線及引入線都是低阻抗的,不會(huì)因此引起共模干擾。防雷接地單獨(dú)設(shè)置接地裝置時(shí),為了防止雷擊電壓對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生反擊,要求防雷裝置與其它接地體之間保持足夠的安全距離。但在工程設(shè)計(jì)中有時(shí)很難做到,如多層建筑的防雷接地一般利用鋼筋混凝土中的鋼筋作為接地線和接地體,無法滿足與其它接地體之間保持安全距離的要求,可能產(chǎn)生反擊現(xiàn)象,而采用共用一組接地體,降低了雷擊時(shí)相互間的電位差,可以防止這種反擊現(xiàn)象,保證人員和計(jì)算機(jī)設(shè)備的安全。為了防止雷電沖擊時(shí)接地電位的升高,共同接地的電阻要求在1Ω以下。如達(dá)不到這個(gè)要求或接地設(shè)施會(huì)因年久失修致使接地電阻增加,有可能給計(jì)算機(jī)的安全性、可靠性帶來極大的威脅。

    因此在防雷裝置與其它接地體之間可以保持足夠的安全距離的情況下,系統(tǒng)應(yīng)將交流工作地、安全保護(hù)接地、直流工作地連接在一起后接入同一接地體地樁,其接地電阻不應(yīng)大于其中最小值即不大于1Ω。防雷接地另設(shè)接地樁,二者保持足夠的安全距離。

    3.2   進(jìn)入機(jī)房的電纜護(hù)套和電纜屏蔽層接地

    微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、駝峰自動(dòng)化控制系統(tǒng)的道岔、軌道、信號(hào)、車輪傳感器、測(cè)長(zhǎng)、測(cè)速、測(cè)重等信號(hào)的輸入線如果沒有良好的屏蔽,當(dāng)受到外界電磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)作用影響時(shí),信號(hào)線上的干擾電壓有可能達(dá)到與有效信號(hào)相同數(shù)量級(jí),干擾信號(hào)和有效信號(hào)同時(shí)被計(jì)算機(jī)放大 ,造成有效信號(hào)失真。這些信號(hào)通道的電纜,就必須采取屏蔽措施。在電纜采用了屏蔽的條件下,還應(yīng)將其屏蔽層正確地接地。屏蔽接地的基本目的是消除外界電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)的干擾,將屏蔽體上的感應(yīng)信號(hào)直接導(dǎo)入大地,避免感應(yīng)干擾信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。信號(hào)電纜屏蔽接地,應(yīng)使在接地線上的電壓降干擾影響盡量小,電纜屏蔽層不得構(gòu)成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地。為避免出現(xiàn)接地環(huán)流,應(yīng)實(shí)行集中式一點(diǎn)接地。利用電纜中的備用芯線的其中一芯進(jìn)行接地,也可將外界干擾電壓幅值降低,且實(shí)施簡(jiǎn)便。

    3.3   直流工作地線采用并聯(lián)式一點(diǎn)式接地方式

    對(duì)于低頻電路的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言,為了避免因多點(diǎn)接地導(dǎo)致的基準(zhǔn)電位不同而引起邏輯誤差或接地環(huán)流,要求采用一點(diǎn)接地。在直流工作地的接法上,有串聯(lián)接地和并聯(lián)接地兩種方式,如圖1所示。串聯(lián)接地將機(jī)房中設(shè)備直流工作地線以串聯(lián)的方式接在直流工作地線的銅皮上,此種接法因串聯(lián)接地,各串聯(lián)的電阻使得各點(diǎn)電位產(chǎn)生偏差,容易產(chǎn)生噪聲。并聯(lián)接地中各電路的地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關(guān),各點(diǎn)間的電位差較平衡,可獲得較好的低頻接地,因此應(yīng)用得較多。由于計(jì)算機(jī)的直流電壓較低,各機(jī)架之間的地電流不容易形成耦合。在微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、駝峰自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,應(yīng)采用直流工作地并聯(lián)式接法。

6    結(jié)束語

    鑒于接地系統(tǒng)是提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性、抑制干擾、保證機(jī)房設(shè)備安全的重要手段,應(yīng)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的接地認(rèn)真對(duì)待并加以規(guī)范。如果重視不夠或接地系統(tǒng)處理不當(dāng),將會(huì)影響計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定工作從而引發(fā)故障,甚至燒毀接口和器件,嚴(yán)重的還危及人身安全。