铁路系统防雷解决方案

1、铁路系统防雷解决方案一、系统简介 随着现代化的进展，铁路站内设备越来越先进。雷击发生时，雷击放电诱发雷击电磁脉冲过电压和过电流，经站场电源系统、通信信号传输通道、接地系统及建筑物直击雷防护系统，通过传导、感应的方式损坏站内通信信号设备及网络通信设备，造成损失巨大，直接威胁铁路正常的安全运输生产。  二、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、操作过电压三种。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。  A、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

2、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。  B、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。  C、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

3、雷击过电压，使设备损坏。  D、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。  E、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50006000V、3KA的浪涌过电压及浪涌电流，它们的窜入也会将信号楼、通信楼内的设备产生很大的破坏后果。  从以上分析中可以得出：为了提高铁路站场建筑物安全及机房设备及计算机、通信网络的运行可靠度，整个站场的雷电防护系统一定要有良好的避雷针、引下线和统一的

4、接地网，采取完善的直击雷防护措施。同时必须在车站的供电系统、天馈系统、信号采集传输系统、程控交换系统、计算机网络系统、机房接地系统等进行可靠有效的多级综合防护。在拦截、分流、均衡、接地、布线、布局等方面作完整的，多层次的综合防护。 铁路站场雷电防护总的原则是经等电位连接，使过电压(或电流)以最直接的路径尽快泄漏到大地，达到保护设备的目的。电磁兼容防护总的原则是利用室内的金属物有机地构成一个“法拉第笼”，进行接地连接。站场综合防雷设计本着安全可靠、技术先进、经济合理的原则，达到防御或减轻雷电灾害、提高防雷安全度的目的。 三、设计参照标准 铁路站场综合防雷的设计主要执行或参照以下标准 GB5005

5、7-94建筑物防雷设计规范2000年版 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范 GA267-2000计算机信息系统雷击电磁脉冲安全防护规范 GB745087电子设备雷击保护导则 GB50174-93电子计算机机房设计规范 GB936188计算站场地安全要求等 四、雷电防护设计 1、外部防护 A、避雷针  到现在为止，防避直击雷都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，把雷电流接收下来，然后通过良好的接地装置迅速而安全把它送回大地。所有的避雷装置都只是把雷击的机率和强度大大地降低，百分之百可靠的避雷装置即使能做出来，造价也是十分昂贵的。 常用的接闪装置，如避雷针、避

6、雷带、避雷线、避雷网等，它们都是用金属做成，安装在建筑物的最高点，如屋脊或屋角等最易受雷击的地方。避雷网是用金属线造成的网，架在建筑物顶部空间，然后用截面积足够大的金属物让它与大地连接。 当高空出现雷云的时候，大地上由于静电感应作用，必然带上与雷云相反的电荷，然而接闪设备（避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等）都处于地面上建筑物的最高处，与雷云的距离最近，而且与大地有良好的电气连接，所以它与大地有相同的电位、以致接闪设备附近空间电场强度相对比较大，比较容易吸引雷电先驱，使主放电集中到它上面，因而在它附近尤其是比它低的物体受雷击的几率就大大减少。而接闪器被雷击的几率却大大提高，所以就接闪器本身而言，

7、它不但不能避免雷击，相反是招来更多的雷击，它以自身多受雷击而使周围免受雷击。 直击雷防护 铁路站场直击雷防护重点区域是通信楼、信号楼和户外岔群咽喉区设备。 通信楼直击雷防护。在安装避雷针，避雷针安装高度按滚球法则计算。针带结合原则，引下线采用12mm的热镀锌扁钢。防雷接地装置接地电阻小于1欧。避雷针可保护通信楼、部分铁轨和场区部分咽喉区的部分信号机等铁路设备，免受直击雷的侵害。 户外岔群咽喉区直击雷防护。铁路站场岔群咽喉区的特点是设备分布较为集中，在岔群咽喉区附近各建立独立防雷铁塔，防雷接地装置接地电阻小于10欧。对咽喉区内大部分的轨道电路箱、道叉电动转辙机及信号机等设施进行了直击雷的保护，免

8、受直击雷的侵害。 设计依据 依据GB 50057-94建筑物防雷设计规范（2000版）第四章：防雷装置，第一节：接闪器；第五章：接闪器的选择与布置中关于避雷针的要求，参考IEC 61024建筑物防雷标准第一部分：通则，第二节：外部防雷装置（LPS）；第二部分：防雷装置的设计、安装、维护及检查，第二节：防雷装置（LPS）的设计；第三节：外部防雷装置（LPS）的施工；在满足客户所提技术需求的情况下，按照99（03）D501-1 建筑物防雷设施安装标准图集进行施工。 根据GB 50057-94建筑物防雷设计规范第4.1.1条的要求： 避雷针宜采用圆钢或钢管制成

9、，其直径不应小于下列数值： 针长1m以下        圆钢为12mm    钢管为20mm     针长1-2m        圆钢为16mm    钢管为25mm     烟囱顶上的针    圆钢为20mm  

10、60; 钢管为40mm     B、避雷带和避雷网 设计依据 依据GB 50057-94建筑物防雷设计规范（2000版）第四章：防雷装置，第一节：接闪器；第五章：接闪器的选择与布置中关于避雷针的要求，参考IEC 61024建筑物防雷标准第一部分：通则，第二节：外部防雷装置（LPS）；第二部分：防雷装置的设计、安装、维护及检查，第二节：防雷装置（LPS）的设计；第三节：外部防雷装置（LPS）的施工；在满足客户所提技术需求的情况下，按照99（03）D501-1 建筑物防雷设施安装标准图集进行施工。 根据GB 

11、50057-94建筑物防雷设计规范第4.1.2条的要求：避雷带可采用圆钢或扁钢制成，其材料应符合以下要求：圆钢直径不小于8mm   扁钢截面积不小于48mm2  厚度不小于4mm。避雷带可沿建筑物四周女儿墙上敷设，并与避雷针、引下线、天面电磁屏蔽网做良好的连接。 根据GB 50057-94建筑物防雷设计规范第4.2.1条的要求：引下线应采用圆钢或扁钢制成，优先选用圆钢，其材料应符合以下要求：圆钢直径不小于8mm   扁刚截面不小于48mm2   厚度不小于4mm。引下线设置不

12、应小于2根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于18m。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于18m。每根引下线的冲击接地电阻不应大于10。当采用多根引下线时，应在个引下线上距地面0.3m至1.8m之间装设断接卡。 C、接地装置 设计依据 依据GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范；GB 50057-94建筑物防雷设计规范（2000版）第三章：建筑物防雷设施；第四章：防雷装置，第三节：接地装置中关于接地的要求，参考IEC 61024建筑物防雷标准第一部分：通则，第二节：外部防雷装置（

13、LPS）；第二部分：防雷装置的设计、安装、维护及检查，第二节：防雷装置（LPS）的设计；第三节：外部防雷装置（LPS）的施工；在满足客户所提技术需求的情况下，按照99（03）D501-4 接地装置安装标准图集进行施工。 GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范标准第5.1.2条强制要求：需要保护的电子信息系统必须采取等电位连接与接地保护措施。5.2.5条强制要求：接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置时，接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。5.2.6条强制要求：接地装置应优先利用建筑物的自然接地体，当自然接地体的接地

14、电阻达不到要求时应增加人工接地体。5.4.1-2条强制要求： 电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时，配电线路必须采用TN-S系统的接地方式。 D、实施方案 依据以上标准要求，通常辅助接地网设计如下： 首先要将所有建筑物基础钢筋用40×4mm镀锌扁钢做两点连接，组成联合地网；其次要将所有外露电力设备的保护接地，建筑物顶部设备的保护接地，架设的避雷针的引下接地等与主地网进行连接；最后对信息控制系统的信号线路直流工作接地做单独接地处理，并在机房内部设置均压带和等电位汇流排。 考虑到地网使用的长期性和耐腐蚀性，建议使用非金属接地模块制作地网。地网布置依据地形进行设计。水平接地体

15、使用40×4mm镀锌扁钢，埋深0.6米；垂直接地体使用L50×50×5×2000mm镀锌角钢；垂直接地体间使用非金属接地模块。地网引出地网测试极到地面上，以便以后检测地网情况。或者水平接地体使用40×4mm镀锌扁钢，埋深0.6米；垂直接地体使用非金属接地模块。 2、内部防护 A、雷击电磁脉冲防护对缆线布放和接地系统的要求 铁路站场主要设备集中在信号楼、通信楼。雷击电磁脉冲防护的重点是信号楼和通信楼内的敏感电子设备。在进行电源和信号线防雷器配置时，根据有关规范要求，应从以下几个方面进行设计考虑。 (1)  电力电缆应埋地引入建

16、筑物，电缆埋地部分不应小于15米(GA267-2000第 7、第8条)。室外卫星馈线和其它各种通信、信号电缆应采用具有双层金属防护层的电缆，其外层金属防护层在顶部及进入机房入口处的外侧应就近接地。当采用单层屏蔽电缆或无屏蔽线缆时，应穿金属管或金属线槽引入建筑物内，金属管(或线槽)的两端就近接地，金属管 (或线槽)的连接处应有效跨接(GB50057-94第6.3.1条)。 因此，出入信号楼、通信楼的电力电缆(线)、通信缆线、信号电缆应采用金属护套电缆或敷设在金属管内，缆线金属护套或金属管应在顶部及进入机房入口处的外侧就近分别接地；进入信号楼、通信楼低压电力电缆宜全程埋地引入，

17、其电缆埋地长度不应小于 15m；微波铁塔上架设的同轴电缆应穿在金属管内，金属管应分别在上下端接地；进入机房的电缆桥架应屏蔽接地。 (2)  信号楼、通信楼应采用共用接地系统(GB5005794第6.3.3条)。因此，一栋楼内的电子设备应共用一组接地装置，应按均压、等电位的原理，将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入。通信楼的接地装置应按照YD506898(移动通信基站防雷与接地设计规范)的要求予以改造。 B、信号楼雷击电磁脉冲防护信号楼主要包括微机联锁设备、无线列调及平面调车车站电台、计算机服务器、站场广播机及车

18、站数字通信分系统等设备。 针对信号楼电源线分两路架空引入，供电方式为TT制式。在总配电箱安装两套80-100KA(8/20us)第一级电源防雷箱，在交直流配电屏电源入线端加两套40-60KA(8/20us) 电源防雷器及在车站综合柜入线端安装一套40-60KA(8/20us)电源防雷器为第二级电源防雷器。需要注意的是第一级与第二级防雷器之间的线路应保持10m以上的距离。无线列调及平面调车车站设备，在天馈线进入调度机房入口与设备联接处安装N头馈线防雷器，注意设备机壳及防雷器地线良好接地。一级防雷器前端均串接63A动力型空气开关，二级防雷器前端均串接32A动力型空气开关。 户外信号机、道

19、岔、轨道电路与室内相连的信号线，是重要的引雷路径，需根据每一根信号线上电压的不同相应安装防雷器，分别选择同接口的信号防雷器进行防护：对于交流和直流220伏信号线采用20-40KA(8/20us)电源防雷器进行防护；对于交直流1024V信号线采用24VSPD进行防护；电源防雷器前端均串接32A动力型空气开关。 由于信号设备的保护地与工作地严格分开，雷击发生时，两个地线系统可能出现瞬间电压差，造成电子设备及人身的损坏和伤害。为了达到有效的防雷保护，在两个地之间安装等电位连接器。其特点是：正常工作状态下，两地相互无干扰；雷击状态下，电位连接器迅速导通，两地电压均衡，消除反击电压；响应时间小，纳秒级导

20、通；安装方便，直接连接于两接地汇流排之间。 C、通信楼雷击电磁脉冲防护 针对通信楼电源分两路架空引入，引雷几率较大，低压电缆应地埋15m以上引入通信楼，在主配电箱安装两套80-100KA(8/20us)第一级电源防雷箱。在数字微波入线端第二级电源防雷器40-60KA(8/20us)由室外引入的微波收发馈线均安装N头馈线防雷器。在电缆充气设备电源入线端安装第二级电源40-60KA(8/20us)防雷器在机房内安装等电位连接排，机房内所有设备的机壳及防雷器接地线都连接至等电位连接排上。所有设备的机壳均可靠接地，所有接地线共用一组接地装置。接地电阻为1欧姆以下。防雷器前端均串接32A动力型空气开关。

21、 D、    电源系统防护根据IEC 61312雷电电磁脉冲的防护、GB 50057-94建筑物防雷设计规范、GB 50054-95低压配电设计规范、JGJ/T 16-92民用建筑电气设计规范及GBJ 64-83工业与民用电力装置的过电压保护设计规范中防雷及过电压规范有关防雷分区的划分和各级电源系统雷电及过电压保护要求，针对现场勘察报告中关于配电系统的描述，将其分为三个防雷区分别加以考虑。由于单级防雷可能会带来因雷电流过大而导致的泄流后残压过大或者保护能力不足引起的设备损坏。因此选用电源系统多级保护，可防

22、范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。 （1）电源一级防护 设计依据 依据GB 50057-94建筑物防雷设计规范第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ0A、LPZ0B区对电涌保护器（SPD）的要求及GB 50054-95低压配电设计规范第四章：配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定；参照JGJ/T 16-92民用建筑电气设计规范第13部分：电力设备防雷、第14部分接地及安全以及GBJ 64-83工业与民用电力装置的过电压保护设计规范第五、六、八章；DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合第三章到第十章；D

23、L/T621-1997交流电气装置的接地第三章、第四章、第六章、第七章的部分条文。 实施方法 在铁路站场高压开关线路后级380V总配电电源处安装一台DHEN TB100防雷箱或者一套CSP 100电源防雷模块，作为电源第一级保护。 （2）电源二级防护 设计依据 根据GB 50057-94（2000版）建筑物防雷设计规范第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及GB 50054-95低压配电设计规范第四章：配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定；参照JGJ/T 16-92民用建筑电气设计规

24、范第13部分：电力设备防雷、第14部分接地及安全以及GBJ 64-83工业与民用电力装置的过电压保护设计规范第五章、第六章、第八章；DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合第三章、第四章、第五章；DL/T621-1997交流电气装置的接地第七章、第八章的部分条文。 实施方法 在信息设备较多的信号楼、通信楼各楼层分配电电源处安装一台DHEN TB40防雷箱或者一套DG M TT 385电源防雷模块，作为电源第二级保护。浪涌保护器前安装空气开关使用D曲线32A的空气开关。 在信号楼、通信楼各楼层照明配电电源处安装一台DHEN

25、60;TB40防雷箱或者一套DG M TT 385电源防雷模块，作为电源第二级保护。浪涌保护器前安装空气开关使用D曲线32A的空气开关。 在网络机房、控制中心机房、通讯机房、通信机房等安装有大量精密电子设备的机房分配电电源处安装一台DHEN TB40防雷箱或者一套DG M TT 385电源防雷模块，作为电源第二级保护和机房电源一级保护。浪涌保护器前安装空气开关使用D曲线63A的空气开关。 （3）电源三级防护 设计依据 根据GB 50057-94（2000版）建筑物防雷设计规范第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4

26、.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及GB 50054-95低压配电设计规范第四章：配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定；参照JGJ/T 16-92民用建筑电气设计规范第13部分：电力设备防雷、第14部分接地及安全以及GBJ 64-83工业与民用电力装置的过电压保护设计规范第五章、第六章、第八章部分条文。在LPZ2区内，浪涌保护器可将浪涌电压限制到一千多伏，防雷器通流容量为（8/20s）：10KA。 实施方法 在网络机房、控制中心机房、通讯机房、通信机房等机房内数字微波通信、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、信号联

27、锁微机、网络交换机、程控交换机等设备的设备电源处安装一台DHEN TB40防雷箱或者一套DG M TT 385电源防雷模块，作为电源第三级保护。 五：信号系统雷电防护设计 A、天馈系统防雷 标准规定 根据GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范第5.4.3条的要求，天馈线路的防雷与接地应符合下列规定：1、架空天线必须置于直击雷防护区(LPZ0B)内。2、天馈线路浪涌保护器的选择，应根据被保护设备的工作频率、平均输出功率、连接器形式及特性阻抗等参数，选用插入损耗及电压驻波比小适配的天馈线路浪涌保护器。3、天馈线路浪涌保护

28、器，宜安装在收/发通信设备的射频出、入端口处。4、具有多副天线的天馈传输系统，每副天线应安装适配的天馈浪涌保护器。当天馈传输系统采用波导管传输时，波导管的金属外壁应与天线架、波导管支撑架及天线反射器作电气连通。并宜在中频信号输入端口处安装适配的中频信号线路浪涌保护器，其接地端应就近接地。5、天馈线路浪涌保护器接地端应采用截面积不小于6mm2的多股绝缘铜导线连接到直击雷非防护区(LPZ0A)或直击雷防护区(LPZ0B)与第一防护区(LPZl)交界处的等电位接地端子板上。同轴电缆的上部、下部及进机房入口前应将金属屏蔽层就近接地。 设计依据 根据GB 50343-2004建筑物电子信息系统

29、防雷技术规范第五章：防雷设计；GB 50057-94（2000版）建筑物防雷设计规范第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及YD/T 5098-2001通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范第五部分：SPD 的选择；第5.3条：信号线用SPD；第5.5条：计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求，参照IEC 61643-3 低压系统的电涌保排器 第3部分在电信系统中SPD的应用和IEC 61644-1 1997通信系统用SPD标准要求，对于通信

30、线路的防护，需对设备进线缆线使用8/20s波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。 实施方法 在距离天线3.5米的距离安装足够高的避雷针对天线进行直击雷保护。避雷针的金属杆应与天线金属支架焊接。 根据被保护设备的工作频率、平均输出功率、连接器形式及特性阻抗等参数，在数字微波通信、站场广播机、无线列调通信等系统的天馈线路，选用符合参数要求的DGA AG系列天馈电涌保护器，安装于收/发通信设备的射频出、入端口处。 对采用波导管传输的天馈系统，波导管的金属外壁应与天线架、波导管支撑架及天线反射器作电气连通。并在中频信号输入端口处安装适配的中频信号线

31、路浪涌保护器，其接地端应就近接地。 B、计算机网络系统防护 设计依据 根据GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范第五章：防雷设计；GB 50057-94（2000版）建筑物防雷设计规范第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及YD/T 5098-2001通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范第五部分：SPD 的选择；第5.3条：信号线用SPD；第5.5条：计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求，参照IEC 61643-3 低压系统的电涌保排器&#

32、160;第3部分在电信系统中SPD的应用和IEC 61644-1 1997通信系统用SPD标准要求，对于通信线路的防护，需对设备进线缆线使用8/20s波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。 实施方法 在以太网络服务器通讯线路由器前及网控器的PSTN外线接入网网线上各安装一套 DPA M CAT6 RJ45S 48计算机网络通信线电涌保护器，用于服务器网络通信线路的防雷保护。在网络交换机通讯系统进线端分别安装一套DPA M CAT6 RJ45S 48计算

33、机网络通信线电涌保护器，用于各设备网卡及通信线路的防雷保护。 对电话接入的帧中继线路采用一套DPA M CLE RJ45B 48电话通信线电涌保护器，用于帧中继通信线路的防雷保护。 网络间传输使用的光纤无须进行防护，但是光缆的金属加强筋需要做接地。 C、电话通信系统的防护 设计依据 根据GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范第五章：防雷设计；GB 50057-94（2000版）建筑物防雷设计规范第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及YD/T 5098-200