铁路电力电缆线路涡流的预防措施

铁路电力电缆线路涡流的预防措施

侯莎莎

中铁建电气化局集团南方工程有限公司 湖北武汉 430071

摘要： 根据电磁感应原理，结合铁路系统现场施工情况，详细阐述了涡流的产生原理及危害，针对容易产生涡流的重点施工部位，提出涡流的预防措施。

关键词：铁路电气系统；交变磁场；感应电动势；涡电流；预防

1涡流产生的原理

我们将交变电流通入被线圈缠绕的大块导体时，线圈就会产生交变磁场，而导体在其周围空间形成了闭合电路。由于闭合电路里的磁通量在持续发生改变，使得导体的圆周方向产生感应电动势和感应电流，感应电流顺着导体圆周方向形成一圈一圈的漩涡，这种现象被称为涡流现象。

涡流会在导体中产生热量，根据能量守恒定律，所消耗的能量来源于建立交变电磁场的能量，也就是流经线圈中的交变电流，造成压降以及导体发热现象。

我们可以归纳为某一导体的横截面磁场发生变化时，就会在该导体内部产生感应电流，会伴随着发热及压降等现象的产生。所以电涡流的产生条件一：导体是良好的磁的通路，二：穿过导体的磁场是变化的。

2铁路电力系统涡流的产生及危害

现阶段电力系统以交流供电系统居多，电缆中流过时变的电流时，就会以电缆为圆心产生一圈一圈的交变磁场，当电缆附近有导体并且是磁的良好通路，交变的磁场就会在导体中产生电涡流，我们观察到的现象就是导体发热以及压降。《建筑电力工程施工质量验收规范》中14.1.1规定“同一交流回路的绝缘导线不应敷设于不同的金属槽盒内或穿于不同金属导管内”，此项规定便是为了预防涡电流效应的产生，防止对电力电缆产生直接危害。因为电涡流会引起金属管发热，同时消耗大量的电能，直接导致电缆被烧坏的严重后果，因此必须采取切实可行的举措，预防铁路电力工程施工中涡流引发的危害。

3 铁路电力系统施工中涡流的预防

铁路电力的主要作用是为铁路地面设施提供电源，主要提供对象是铁路沿线信号设备、车站、通信信号、旅客服务等设施。电力系统一旦发生故障，将会引发严重的后果，威胁到铁路运行安全。而在铁路电力系统施工中，由于施工环境尤为复杂，需要把控各种危险因数，其中电涡流的预防工作就是重点，施工中要在以下几个方面做好预防工作：

3.1单芯电缆在选型时须选用非磁性材料铠装。

为了提高铁路供电系统运行的安全可靠性，现阶段电力电缆多选用单芯，和三芯电缆相比，单芯电力电缆每盘最大长度可达3.0km，电缆中间接头减少了3/4，电力系统的稳定性有了极大的提高。但普通钢带铠装的单芯电缆在用于交流供电系统中供电时，其周围会产生磁力线，根据磁力线数量与导磁率成正比原理，电缆导体周围交变闭合磁场的磁力线穿过钢带等磁性介质时，由于导磁率偏高，会在磁性介质内形成无数小涡流使得电缆发热，钢带线路两端接地形成闭合回路时，内部的电子进行局部定向移动，其释放的能量随电流的增大而增大，以至电缆钢带在较短的时间内温度升高，因而损耗较大的电能。释放的能量增大的同时，电缆上的电压压降增大从而导致用电负荷不能正常稳定运行。另一方面，当电缆导体内电流增大，涡流产生的温度高于电缆绝缘层最高耐温度时，将会加速电缆绝缘层老化，导致绝缘的性能受到破坏，甚至会造成电缆绝缘层热击穿而导致烧毁。所以电缆选型时带要采用不锈钢带（丝）、铝合金带（丝）、硬铝带等非磁性材料，通常铁路电力系统较多采用YJV62型交联单芯电缆，以避免电涡流的产生。

3.2桥架电缆敷设时，严禁用扁形铁条或铁丝对电缆进行固定。

铁路供电系统施工中常用电缆桥架进行电缆敷设，比如在车站内电缆敷设、电力电缆需要沿路基护坡、桥梁锯齿空引下时，均需电缆桥架进行防护，从而在桥架施工中也要避免电涡流引发的后果。在现场施工中存在作业人员在桥架内进行电缆敷设过程中，一旦发现固定夹数量不足，便使用螺丝将钢制扎带或用金属丝绑扎进行电缆固定，此种方法是绝对不可行的。因为使用此类方法进行电缆固定，扁形铁条或铁丝将作为一个非常好的导体，导致闭合磁路现象，而电缆内部将会出现涡流。如果是对交流单芯电缆进行固定，短时间内电缆内部涡流便会引起金属发热，电缆绝缘层温度升高极易引起烧毁，发生供电短路事故。因此，在封闭式电缆金属桥架内进行单芯电缆的敷设，通常采用“品”字形方式进行敷设；在电缆夹具的选用方面，须选用铝合金等材质的夹具，用以预防在电缆桥架进行电缆敷设中产生电涡流。

3.3电缆穿管防护时注意电缆敷设方式，避免电涡流产生。

在铁路电力电缆施工工程中，经常会遇到电缆穿管防护的问题，经过硬化的水泥路面、穿墙、过便道等情况都需要进行电缆穿管防护。当发生必须穿钢管进行防护的施工作业时，也不能将三相或单相交流单芯电缆单独穿入，因为电路闭合以后，电缆导体周围交变闭合磁场产生的感应电流会导致钢管内部的温度变高，从而导致电缆绝缘层、铠装层发热，更为严重时，会烧毁电缆。因此，单项单芯电缆的施工，火线零线必须穿入一个钢管。而在三相单芯电缆的施工中，因为三相交流电互相平衡，其在相互作用时，总电流的矢量和等于零，故不会存在交变磁场，施工时只需将三相电缆同穿一根钢管，也不会引发电涡流现象。

3.4电缆中间接头箱涡电流预防。

铁路供电系统中由于线路较长，电缆均是分段敷设，然后通过电缆中间接头箱进行连接，当采用三相中间接头箱时，三相电流平衡不会在接头箱外壳上产生涡电流，但由于路基段电缆沟空间有限，需要使用到单相中间接头箱，单芯电缆产生的交变磁场容易在接头箱外壳形成闭合的磁路，从而引发涡流危害。所以在单相中间接头箱选型时，要选用采用铝合金或弱磁材料的中间接头箱，可以有效的避免感应涡电流的产生。

4 总结

铁路电力施工工程中，涡电流的产生是不可避免的，因此我们要采取防范措施，消除或减弱涡电流，尽管微小的涡电流并不会产生极大的危害，但是如果在铁路电力工程施工中，没有采取电涡流防范措施，引发涡流危害，导致整个电路受影响或者引发火灾，对铁路供电系统的稳定性影响无疑是巨大的。所以我们加强对电涡流的认识，学习电涡流的预防措施，提高施工质量，防范于未然。

参考文献：

[1]刘兵 《建筑电气工程质量验收规范》 中国建筑工业出版社

[2]钟晓峰 如何防止电气工程中涡流的危害，科技咨询 2010（5）

[3]张东方 电涡流传感器在发电厂中应用 计量与测试技术