鐵路信號設備的雷電危害分析及保護探討

1、鐵路信號設備的雷電危害分析及保護探討摘要該文對直擊雷、感應雷、雷電浪湧進行瞭分析，重 點論述瞭感應雷、雷電浪湧對弱電設備的危害，綜合當今先進防 雷技術理論，對鐵路信號設備防雷系統進行探討關鍵詞感應雷雷電浪湧雷電反擊抑制器件接地網 等電位連接1概述伴隨著我國鐵路的飛速發展，為確保行車安全、提高運輸效 率，鐵道信號設備也有瞭突飛猛進的發展。十幾年來，以計算機 技術為代表的微電子設備大量應用，使信號設備的核心技術有瞭 質的飛越。由於微電子設備是弱電環境工作，容易受電磁脈沖幹 擾，甚至被擊穿損毀。一些微電子器件工作電壓僅幾伏，傳遞信 息電流小至微安級，對外界的幹擾極其敏感，而雷電流產生的瞬 變電磁場對

2、微電子設備的幹擾和損害尤為嚴重。盡管電子盒在設 計、生產過程有屏蔽防護，但其成品抗幹擾能力依然很弱，需要 對系統進行整體防護。過去為繼電設備設計的防雷系統無法滿足 新的要求，本文嘗試論述新的防雷技術在鐵道信號領域的運用作 一些探索2雷電電磁脈沖侵入信號設備的途徑雷電直擊裝置有信號設備的建築物及裝置有信號設備的場所附件的構築物、地面突出物或大地時，雷電電磁脈沖將在信號 系統內産生過電壓和過電流。該現象亦稱空間電磁感應感應雷是雷電在雷雲之間或雷雲對地放電時，在附近的戶外 傳輸信號線路、埋地電力線、設備間連接線產生電磁感應並侵入 設備，使串聯在線路中間或終端的電子設備遭到損害。感應雷雖 然沒有直接雷

3、猛烈，但其發生的幾率比直擊雷高得多。感應雷可 分為靜電感應雷、電磁感應雷兩類向信號設備供電的電源系統上遭受直接雷擊產生的電磁脈 沖，或電源饋線附近遭受直接雷擊時感應在電源線上的雷電電磁 脈沖，經電源饋線傳導，在信號系統電源設備上產生的過電壓和 過電流雷擊信號設備場地建築物的避雷針（或避雷帶、避雷網）時, 雷電流沿避雷針（或避雷帶、避雷網）引下線進入接地裝置引起 地電位升高，這時，在信號系統接地導體和其他導體間產生的反 擊雷過電壓雷電浪湧是近年來由於微電子設備的不斷應用而引起人們 極大重視的一種雷電危害形式，同時其防護方式也不斷完善。最 常見的電子設備危害不是由於直接雷擊引起的，而是由於雷擊發

4、生時在電源和通訊線路中感應的電流浪湧引起的在雷暴活動區域內，雷電直接通過建築物構架、信號傳輸線 路、鋼軌對地放電所產生的電擊現象，即直接雷擊。直擊雷害發 生概率很低，微電子設備抗直擊雷能力也很低，防護設備又非常 昂貴，一旦發生也無法完全防護，所以本文不考慮直擊雷害防護,隻對以上其它5種感應雷擊危害實施安全防護，重點探討浪湧和反擊過電壓防護3總的防雷原則鐵道信號設備防雷應從單純一維防護轉為三維防護，包括:防直擊雷，防感應雷電波侵入，防雷電電磁感應，防地電位反擊 以及操作瞬間過電壓影響等多方面作系統綜合考慮多級分級（類）保護原則：即根據電氣、微電子設備的不同功能及不同受保護程序和所屬保護層確定保護

5、要點作分類保護;根據雷電和操作瞬間過電壓危害的可能通道從電源線到數據通 信線路都應做多級層保護按照防護范圍可將弱電設備的防雷措施分為兩類，外部防護和內部防護。外部防護是指對安裝弱電設備的建築物本體的安全 防護，可采用避雷針、分流、屏蔽網、均衡電位、接地等措施, 這種防護措施人們比較重視、比較常見，相對來說比較完善。內 部防護是指在建築物內部弱電設備對過電壓（雷電或電源系統內 部過電壓）的防護，其措施有：等電位聯結、屏蔽、保護隔離、 合理佈線和設置過電壓保護器等措施，這種措施相對來說是比較 新的辦法，也不夠完善，針對弱電設備防雷的特性機理，對雷電 浪湧及地電位差的防護進行探討從emc （電磁兼容

6、）的觀點來看，防雷保護由外到內應劃分 為多級保護區。最外層為0級，是直接雷擊區域，危險性最高， 主要是由外部（建築）防雷系統保護，越往裡則危險程度越低。保護區的界面劃分主要通過防雷系統、鋼筋混凝土及金屬管道等 構成的屏蔽層而形成，從0級保護區到最內層保護區，必須實行 分層多級保護，從而將過電壓降到設備能承受的水平。一般而言, 雷電流經傳統避雷裝置後約有50%是直接泄入大地，還有50% 將平均流入各電氣通道（如電源線，信號線和金屬管道等）簡而言之可歸納為以下三條：（1）利用人工引雷裝置直接將雷電流引入地，防止直擊雷 損壞建築或設備；（2）阻塞沿電源線或數據、信號線引入的過電壓波（內部 保護及過電

7、壓保護）；（3）限制被保護設備上浪湧過壓幅值（過電壓保護） 這三道防線，相互配合，各行其責，缺一不可4鐵道信號防雷方案4. 1著信號樓埋設網狀接地，對地電阻必須小於1歐姆這是對設備的外部防護，首選是將主要的雷電流引入大地;其次是在將雷電流引入大地的時候盡量將雷電流分流，避免造成 過電壓危害設備；第三是建築物各點的電位均衡，避免由於電位 差危害設備；第四是保障建築物有良好的接地，降低雷擊建築物 時接點電位損壞設備4.2使用良好導電的鍍鋅鋼條在信號樓頂面和四周構成屏蔽接地柵（法拉弟籠），與接地網良好連接如圖1所示由於信號樓內有大量低壓電子邏輯系統、遙控、小功率信號 電路的電器設備，需要加裝專門的屏

8、蔽網。根據國際有關防雷技 術標準，應在整個屋面組成不大於5m-5m、6m-4m （鐵標規定不 大於3m-3m）的網格，所有均壓環采用避雷帶等電位連接；4.3室內設備的各類地線、窗柵、金屬管線都要接在接地柵 上，實行等電位連接這樣也可利用信號樓中的金屬部件以及鋼筋構成不規則的 法拉第籠，起到一定更好的屏蔽作用各個內層保護區的界面處同樣要依此進行局部等電位連接， 而且各個局部等電位連接棒必須相互連接，並最後與主等到電位 連接棒相連。電位均衡連接，就是使導體良好的導電性連接、使 它們達到電位相等，為雷電流提供低阻搞抗道，以使它迅速泄流 入地4.4電源線路入口（室內核心電子機櫃的單元電源入口也有 必要

9、）並接過電壓保護器件，抑制電源浪湧電壓，防止浪湧電壓 竄入微電子設備造成損壞弱電設備的電源雷電侵害主要是通過電源線路侵入對380v低壓線路應進行過電壓保護，按國傢規范有三部分:在高壓變壓器後端到二次低壓設備的總配電盤間的電纜內 芯線兩端應對地加避雷器或保護器，作一級保護（電力防雷范 疇）；在二次低壓設備的總配電盤至二次低壓設備的配電箱間電纜內芯線兩端應對地加裝避雷器保護器，作二級保護;在所有重要的、精密的設備以及ups的前端應對地加裝避雷 器或保護器，作為三級保護以上三級保護的目的是用分流（限幅）技術，即采用高吸收 能量的分流設備（避雷器）將雷電過電壓（脈沖）能量分流泄入 大地，達到保護目的，

10、所以，分流邙艮幅）技術中采用防護器的 品質、性能的好壞是直接關系網絡保護的關鍵，因此，選擇合格 優良的避雷器或保護器至關重要4.5信號線路入口串接過電流保護器件，抑制信號系統浪湧 電壓産生的過電流，防止過電流竄入微電子設備造成損壞信號系統浪湧電壓的主要來源是感應雷擊、電磁幹擾、無線 電幹擾和靜電幹擾。鐵道信號設備有很多鋪設在戶外的纜線，容 易遭受雷電幹擾，必須實施可靠防護。對於信息系統，應分為粗 保護和精細保護。粗保護量級根據所屬保護區的級別確定，精細 保護要根據電子設備的敏感度來進行確定4.6數據通信和測控技術的接口電路，比各終端的供電系統 電路顯然要靈敏得多，所以必須對數據接口電路進行細保

11、護，如 設置在行車室的終端顯示器、打印接口5新的電子設備防浪湧器件選用5. 1過電流保護器件選用現在可選擇幾種技術以提供過流保護，這些技術包括傳統的 熔絲管（玻璃和陶瓷型）、薄膜保險絲和基於聚合物的正溫度系 數（ptc）器件(1) 對數據通訊接口應選用ptc可復位型保險(2) 其它電線路應選用具備一定延時的液體斷路器5.2過電壓保護器件選用在任何電子設備中都可能出現瞬態電壓，它通常是由電路故 障、雷擊或esd引發的。現在已開發出幾種提供過電壓電路保護 的零配件，包括二極管、mov、mlv、瞬態電壓抑制器和esd抑制 器(1) 在信號電壓值很低的電子設備入口並接金屬氧化物變 阻器(mov)；(2) 其它電壓值在15-380v的信號或電源電路可采用多層 變阻器(mlv)5. 3綜合浪湧保護系統的選用對於微機聯鎖、數字移頻閉塞或裝有更多電子設備的車站， 應比照自動化控制系統所需的浪湧保護設計，在系統設計中進行 綜合考慮。針對自動化控制裝置的特性，應用於該系統的浪湧保 護器基本上可以分為三級，對於自動化控制系統的供電設備來 說，需要雷擊電流放電器、過壓放電器以及終端設備保護三級在不同等級的放電器之間，必須遵守導線的最小長度規定。 供電系統中雷擊電流放電器與過壓放電器之間的距離不得小