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一种地铁接地系统的新分析方法

摘要：这项研究涉及到地铁直流接地系统的接触电压和泄漏电流密度分布的计算。一种直接地铁接地系统计算的新方法被开发出来。在这种方法中，所有的系统组件被建模为多输入多输出模块，它们使用适当的电气方程进行互连。使用提出的方法获得的结果与以前的研究报告的结果很好地相吻合。

关键词：接地系统，地铁，EMC

1介绍

在地铁上，馈电系统一般在直流电中运行，使用两个轨道之一作为终端负极。正极端子可以是悬链线或侧向轨道，称为第三轨道。在这项研究中，我们将称之为第三轨正轨，但该方法也可应用于具有悬链线的地铁。三个不同的金属部件组成地铁接地系统，如图1所示。

TV-铁路接地

TT-隧道接地

TE-外部接地

它是互连的系统， 图1示出了平台和列车之间的危险电压可以应用于乘客。 为了降低列车和平台之间的电压，TV和TT可以相互连接。 然而，这种解决方案意味着增加泄漏密度电流，因此，系统将会受到腐蚀。 这个问题的另一个解决方案是隔离TV，但这意味着接触电压的增加。

解决这两种对立的解决办法的方案是将导轨安装在具有高电阻的材料上，将TV接地到隧道的结构硬件。TT通过混凝土（高电阻率600Omega;·m）与使隧道锁定的金属环（称为外部接地（TE））电连接。

图一：地铁系统

2方法论

图2示出了铁路系统的基本长度（长度Delta;x）。

图2。 地铁接地系统的基本长度

基尔霍夫定律可以应用到电路中来获得如下。

可以使用（Pereira，1997）提出的等效电路来解决这一组方程。 这种方法是基于（Stevenson，1982）提出的传输线路模型。 在这项工作中，我们使用一个更直接的方法：状态变量方法。 当所有初始电流和电压为零时，该组方程的解可以写为：

这里的L是铁路的长度

这个方程式表明我们可以将地铁系统的长度分析为多输入多输出模块。 变电站可以作为电压源进行分析，如图3显示。火车一般被模拟为如图4所示的电流源。

图三：变电站和接地系统 图四：变电站和接地系统

这允许我们写出两组方程式，第一个对于变电站的方程式和第二个对于列车的方程式。

所以地铁接地系统的任何部分都可以作为一组方程分析多输入多输出模块。

[gamma;s] = [k].[gamma;E] [C]

这里的[gamma;s]是输出状态变量，[gamma;E]是输入状态变量。

3结果

该模型用于分析巴西圣保罗的保利斯塔地铁线路。 图5显示了变电站和列车的位置。 为了验证，分析了三种情况。 第一个案例是一个稳定的状态问题，分析了线路中的短路， 还分析了TT和TV之间的不良接触。

图五：保利斯塔地铁线（巴西圣保罗）

计算第三轨道和轨道之间的电压以及在稳态下的第三轨道中的电流作为距离的函数如图 6显示。 在这种情况下，TV和外部接地（TE）之间的电压作为距离的函数如图7所示。

还分析了TT和TV之间的不良接触。 图10显示了沿着地铁线路的电流密度和电位分布。 TT和TV之间的不良接触位于线路中部附近。

图六：第三轨道和TV之间的电压和沿着第三轨道的电流

图七：第三轨道和TT之间的电压 图八：短路电流中的电压TV TE

图九：短路期间，第三轨道和TV之间的电压和沿着第三轨道的电流

图十：通过铁轨的泄漏电流密度：TT-TV和TT-TE

4。结论

提出了一种新的地铁接地系统分析方法。 它是基于状态变量和多输入多输出块。 所提出的方法是地铁接地系统设计的强大方法，因为它能够分析稳态条件，短路条件甚至是一些不良接触操作。

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