【浅析铁路信号设备的防雷设计】铁路信号设备综合防雷

　　[摘 要]随着我国铁路跨越式发展战略的全面实施,和大批微电子化、智能化信号设备的应用,铁路信号系统对防雷的要求更高了。因此,有必要对铁路信号防雷进行系统设计,利用现代雷电防护理论,采用合理的防护技术,对信号设备进行系统的防雷保护,减少雷电影响,延长设备使用寿命,提高设备可靠性。
　　[关键词]铁路信号 防雷设计
　　[中图分类号]U284.7[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0008-01
　　
　　1 雷电危害影响途径
　　为更好的掌握铁路信号设备的防雷设计,首先应了解雷电影响铁路信号设备的途径。
　　在雷暴活动区域内,雷电直接通过建筑物构架、信号传输线路、钢轨对地放电所产生的电击现象,即直接雷击。直击雷害发生概率较低,微电子设备抗直击雷能力也很低。除去直击雷危害外,一般为感应雷击危害。当雷电直击在装置有信号设备的建筑物或击在装置有信号设备的场所附近的构筑物、地面突出物或大地时,雷电电磁脉冲将在信号系统内产生过电压和过电流,这是雷电对铁路信号设备主要的影响途径。感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时,在附近的户外传输信号线路(如信号电缆线)、埋地电力线、设备间连接产生电磁感应并侵入设备,使串联在线路或终端的电子设备遭到损害。雷电冲击波向信号设备供电的电源系统侵入,侵入高压线传至高压变压器,若该变压器未装避雷器或避雷器失效,雷电波幅值又较大,就会击穿变压器初级、次级绕组间绝缘。这样数百千伏的雷电压就会直接侵入交流低压电源,严重破坏低压侧的信号设备。向信号设备的轨道电路侵入,轨道电路用钢轨作为传输线,它一般高出地面,有的铁路旁有高山、树木,有的是大桥,也容易遭雷击。雷电浪涌是近年来由于微电子设备(如计算机联锁设备)的不断应用而引起人们极大重视的一种雷电危害形式,同时其防护方式也不断完善。最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的,而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。
　　2 防雷设计分析
　　2.1 直击雷防护―避雷针
　　对于直击雷防护一般采用避雷针防护。普通避雷针,通常为一根铁棒,将端部磨尖,通过接地引下线将地电位(通常认为零电位)引至针尖,利用针尖的高度(比被保护物高出许多),比被保护物优先产生上行先导,与雷云的下行先导相遇,从而达到引雷入地的效果,保护其它建筑物免受雷击的侵害。预放电型避雷针利用了雷云产生的空间电场强度,预先使周围的空气电离,空气离子在空间电场的作用下加速接近雷云,从而使迎面先导提前与雷云的下行先导相遇,使得引雷的可靠性和半径提高,增强了保护性能。
　　2.2 雷击电磁脉冲防护―防雷器
　　应用新型高能量密度的石墨电极材料。采用多电极堆,保证可控制的能量分配,并联电容控制对模块达到低残压水平。密封设计,安装方式没有限制,无电弧外泄,无须使用大体积的隔离金属箱。无需断电,所有模块都可取下检测和更换。安装简单,支持凯文接线,N/PE端的隧道式连接,免除调线的繁琐。容通电流大,反应速度快,插入损耗小。采用NPE模块的防雷器可在电网出现故障时,即使在地阻值高或地线连接不良的情况下,流经防雷器的电流可使前级保险丝脱逃,防雷器与电网隔离,防止防雷器损坏。
　　3 对铁路站场雷电防护的分析
　　铁路站场设备遭受过电压和过电流攻击的途径可分为直击雷、感应雷、传导雷、操作过电压4种。结合站场设备的分布特点及雷电攻击的途径类型,铁路站场雷电防护存在以下特点:
　　(1)铁路站场占地面积较大,站场主要设备(如数字微波通信、车站数字通信分系统、站场广播机、无线列调通信、平面调车通信、信号微机联锁等设备)集中在信号楼、通信楼。信号楼、通信楼的避雷针应能满足对整个信号楼、通信楼区域的保护,有效防止直击雷的袭击。
　　(2)铁路道轨是接受直击雷和传导雷感应雷的良好导体。与道轨连接的相关铁路信号设备,如信号机、轨道电路箱、道岔电动转辙机等,将受到雷击的严重威胁。
　　(3)信号楼微机联锁及通信机房、通讯楼通讯机房等重要区域的户外线路可能遭受到直击雷后,线路中的大电流串入各机房内部,从而引起对内部设备的损坏。当雷雨云之间、雷雨云对大地之间放电时雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间或室内的电源线、信号线、数据线上产生远远超过设备抗电强度的感应雷击过电压,使设备损坏。
　　(4)雷电防护的原则是“等电位”。由于机房存在多类接地系统,其冲击接地电阻不均衡,在雷击发生时,雷电流引起地电位差,造成“地电位反击”,使人员和设备遭受损害。
　　(5)操作过电压引起的危害,如储藏设备的开关、输电线路的短路、周围大容量设备运行时产生的工业干扰或操作过电压在电源线上会产生5000-6000V,3kA的浪涌过电压及浪涌电流,它们的窜入也会对信号楼、通信楼内的设备产生很大的破坏。
　　4 铁路信号雷电防护一般手段
　　(1)埋设网状接地围绕信号楼埋设网状接地,对地电阻必须小于1Ω。这是对设备的外部防护,首选是将主要的雷电流引入大地;其次是在将雷电流引入大地的时候尽量将雷电流分流,避免造成过电压危害设备;第三是建筑物各点的电位均衡,避免由于电位差危害设备;第四是保障建筑物有良好的接地,降低雷击建筑物时接地点电位损坏设备。
　　(2)构成屏蔽接地栅使用导电良好的镀锌铜条在信号顶面和四周构成屏蔽接地栅(法拉第笼),与接地网良好连接由于信号楼内有大量低压电子逻辑系统、遥控、小功率信号电路的电器设备,需要加装专门的屏蔽网。根据铁标有关防雷技术标准,应在整个屋面组成不大于规定大小的网格,所有均压环采用避雷带等电位连接。
　　(3)实行等电位连接室内设备的各类地线、窗栅、金属管线都要接在地栅上,实行等电位连接。这样也可利用信号楼中的金属部件以及钢筋构成不规则的法拉第笼,起到一定或更好的屏蔽作用。
　　(4)并接过电压保护器件电源线路入口(室内核心电子机柜的单元电源入口也有必要)并接过电压保护器件,抑制电源浪涌电压,防止浪涌电压窜入微电子设备造成损坏。弱电设备的电源雷电侵害主要是通过电源线路侵入。
　　(5)串接过电流保护器件信号线路入口串接过电流保护器件,抑制信号系统浪涌电压产生的过电流,防止过电流窜入微电子设备造成损坏。
　　(6)采用光纤电缆数据通信和测控技术的接口电路,比各终端的供电系统电路显然要灵敏得多,如计算机联锁设备中设置在行车室的终端显示器、打印接口。可采用光纤电缆作为数据传输线,因光缆是靠光传输的,不是金属传输的,并具有抗电磁干扰强的特点,采用光纤电缆是对数据接口电路最好的防雷措施。
　　铁路信号设备的防雷问题是一个综合性的工作,不但要注重其设计,更要重视施工工艺技术。好的设计需要合格的施工工艺来实现。只有设计、施工共同提高,才能确保铁路信号的防雷质量,提高设备的可靠性。
　　
　　[参考文献]
　　[1] GB50057―94.建筑物防雷设计规范,S1.2000.
　　[2] GB7450-1987,电子设备雷击保护导则.
　　[3] TB/T3074-2003,铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件.