鐵路信號室內綜合防雷

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摘要：隨著(zhù)鐵路運輸裝備技術(shù)水平的不斷提高，計算機集成技術(shù)、接口技術(shù)、及通信技術(shù)在鐵路信號系統中廣泛應用。鐵路信號系統對雷電的防護要求也就越來(lái)越高。根據站場(chǎng)中信號設備的分布的特點(diǎn)，利用現代防雷手段，對鐵路信號系統綜合防雷，提高信號系統運行的可靠性與穩定性。
關(guān)鍵詞：鐵路信號；綜合防雷；接地系統；SPD
通信、信號與控制系統等電子設備系統，是列車(chē)安全、正點(diǎn)、高速、高密度運行的重要技術(shù)裝備。鐵路信號系統故障將會(huì )使鐵路運輸遭受巨大的經(jīng)濟損失和造成巨大的社會(huì )影響。而雷電災害是電子集成設備系統故障的重要根源。由于微電子元件耐過(guò)壓能力低，而雷電高電壓以及雷電侵入時(shí)所產(chǎn)生的電磁效應都會(huì )對系統造成干擾和損壞。對鐵路信號系統采用綜合防雷手段，可能將雷電災害降低到最低的限度，減少信號系統遭受雷電損害的風(fēng)險。同時(shí)、還能保護線(xiàn)路范圍內的人身安全，減小雷電電磁效應對人身的傷害。
1 綜合防雷
建筑物內的電子設備的雷電電磁脈沖安全防護是一個(gè)系統工程，不是簡(jiǎn)單的添加防雷元件和防雷設備便可一勞永逸的。而應該采取機械室屏蔽、合理的布線(xiàn)、規范的接地和浪涌保護器的等多種措施相結合的方式，實(shí)現雷電的綜合防護。
計算機控制系統，通信信號傳輸系統等設備的綜合雷電防護包括改善設備所處場(chǎng)地的電磁環(huán)境與合理浪涌防護裝置的安裝，可以有效地防止站場(chǎng)附近落雷形成的感應雷和傳到雷進(jìn)入信號樓內對機械室室內設備造成破壞，危機行車(chē)安全。
2 建筑物的防雷要求
按照系統防護的概念，就是要優(yōu)化設備所處場(chǎng)所的電磁防護。而優(yōu)化電磁環(huán)境則是應該做好建筑物的雷電防護。在規劃設計機械室時(shí)應同時(shí)考慮到防雷系統，不僅對新建建筑，而且對已有建筑根據防雷的原理因地制宜的采取行之有效的方法。
2．1 建筑物防護
1)信號樓在設計時(shí)，應當設置良好的避雷帶或避雷網(wǎng)，如果建筑物含有衛星接收天線(xiàn)或者雷達，則還可增加設置僅是為保護雷達和天線(xiàn)設備的避雷針，將雷達或天線(xiàn)設備置于避雷針的保護范圍之內。
2)避雷帶、避雷網(wǎng)“或避雷針”要有良好泄流地網(wǎng)，即在設計時(shí)應做好接地系統，接地系統的布局直接影響均壓效果、等電位結構和地電位反擊等。一般在建筑物基礎上做若干接地體，這些接地體連接成一體，構成基礎接地體。此外。還應設置環(huán)形接地體與基礎接地體搭接。
3)新建建筑物中鋼筋做成屏蔽網(wǎng)，主鋼筋和避雷帶或避雷網(wǎng)接為一體，構成法拉第籠。
以上這種做法可以是人地的雷電流在建筑物上的不鋼筋均勻分布，減少了雷電流周?chē)�的雷電電磁脈沖。同時(shí)也是地電電位上升量變小，減小地電位反擊電壓。
2．2 內部防護
在室內為形成均壓等電位的結構，減少由雷電流引起的電位差。所有引入和引出的被保護空間的電源線(xiàn)和通信線(xiàn)路或其它導體都和雷電防護等電位搭接，使雷電流導入大地。根據防雷區域的劃分如圖1所示，通常將抗干擾能力較弱的電子設備放置于LPZ2區和LPZ3區。(LPZ：Lightning protection zone雷電防護區)“內部防護”可采用屏蔽、均壓和防閃絡(luò )措施。

對機械室來(lái)說(shuō)，屏蔽除了建筑物結構的鋼筋構成的屏蔽網(wǎng)外，指的是還要和內部的其它金屬結構如防靜電地板、電纜屏蔽層、金屬構架等搭接并可靠的接地。這樣不盡可以防護雷電電磁脈沖的影響，若增加屏蔽層得厚度，和屏蔽網(wǎng)孔的密度還可以做到防高頻電磁波的干擾。
等電位連接的目的是防止雷擊時(shí)。均衡建筑物內參與等電位連接部件間的點(diǎn)位，使室內所有金屬物間不會(huì )出現電位差，也就完成了室內所有金屬物的均壓。
3 設備擺放位置和電纜屏蔽與布線(xiàn)
3．1 設備擺放位置
計算機控制系統、通信信號設備的擺放位置應安置在不易受到感應雷電干擾的地方。因此機械室不能設在建筑物的頂層，該處太靠近樓頂防雷系統的金屬網(wǎng)和避雷針。設備的擺放也不能太靠近外墻，尤其是拐角處，因為雷電流具有優(yōu)先流經(jīng)最外層接地導入地下的特性，雷電流還將優(yōu)先流經(jīng)外墻的拐角處。設備應擺放到機械室的中央，以便減少感應瞬態(tài)過(guò)壓威脅的地方。
3．2 電纜的屏蔽與布線(xiàn)
電力電纜、數據通信、信號和電話(huà)電纜在機械室內同樣可能受到雷電感應過(guò)壓的威脅。機械室內部得設備布線(xiàn)盡可能避開(kāi)建筑物的頂部或墻內可能泄放雷電流的導體。當電源線(xiàn)和數據線(xiàn)纜之間形成的環(huán)形面積越大時(shí)，從電磁耦合感應的效果來(lái)說(shuō)，它將會(huì )獲得更多的雷電能量，因此應該盡量避免環(huán)形布線(xiàn)。電源、數據通信、信號和電話(huà)線(xiàn)纜應彼此隔離的并排鋪設。不同的電纜可由不同的電纜槽防護如，電力電纜可由鋼質(zhì)電纜槽防護，數據電纜可采用外層有禁書(shū)編織帶屏蔽層得電纜，其效果取決于材料、結構和電磁波的頻率。
4 接地與等電位防護
在綜合防雷系統中接地是非常重要的一項措施。建筑物得外部防雷裝置避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)通過(guò)引下線(xiàn)向接地裝置泄放雷電流；內部防雷裝置建筑物屏蔽必須與接地裝置搭接才能有屏蔽的效果；電子設備安裝的浪涌保護器必須與接地連接才有作用。接地終端系統的任務(wù)就是使雷電通常并且迅速的泄放到大地，搭接網(wǎng)絡(luò )的任務(wù)就是最大程度的減小電位差和電磁場(chǎng)。
4．1 接地終端系統
按照國家標準GB 21714．3—2008建議兩種基本類(lèi)型的接地排列類(lèi)型。1)A類(lèi)排列：此種排列由水平或者垂直接地體連接至每一引下線(xiàn)，接地體的數目不少于2。2)B種排列：此種排列由建筑物外部環(huán)形導體(至少其總長(cháng)度的80％)與土壤或基礎接地體接觸而成，此類(lèi)為網(wǎng)絡(luò )狀。
建筑物內如果只有耐雷能力極強的電氣集中設備時(shí)，可采用A類(lèi)接地布置，但最好采用B類(lèi)。如果建筑物內擁有大量電子系統和數據交換系統，應當使用B類(lèi)接地布置排列。
4．2 搭接網(wǎng)絡(luò )
為避免建筑物內各種設備出現點(diǎn)位差的危險，必須建立低阻抗等電位連接網(wǎng)絡(luò )。低阻抗等電位連接網(wǎng)絡(luò )還可以減小電磁場(chǎng)的強度。一個(gè)典型的網(wǎng)狀搭接網(wǎng)要求建筑物上和建筑物內的金屬部件多重相互連接(如混凝鋼筋、吊架、金屬管道、電纜槽、地板框架等)。同時(shí)還應做一個(gè)搭接母線(xiàn)與屏蔽連接到一起。每一個(gè)金屬或導電的部件直接接地或者通過(guò)合適的SPD(浪涌防護裝置)接地。

電子設備的保護地線(xiàn)可以用星形結構或網(wǎng)狀結構與搭接網(wǎng)絡(luò )連接如圖2所示。采用星形接法時(shí)，電子系統的所有金屬部件應當與接地系統完全隔離，而應該通過(guò)與接地母線(xiàn)與接地系統連接。采用網(wǎng)狀接法時(shí)，電子系統所有金屬部件不必與接地系統隔離，但應當通過(guò)多個(gè)搭接點(diǎn)將電子系統與接地系統連接。
5 SPT(浪涌防護裝置)
SPD是“浪涌(沖擊)防護裝置”的英文縮寫(xiě)。SPD是用來(lái)降低持續時(shí)間有限的浪涌(沖擊)過(guò)電壓和過(guò)電流的裝置，它可以是單個(gè)或者由多個(gè)非線(xiàn)性的元件組合而成的，也可以是線(xiàn)性元件和非線(xiàn)性元件多功能集合而成的。
用于電氣電子設備的SPD為低壓SPD。計算機控制系統、數據通信、信號和電話(huà)線(xiàn)路的接口處安裝防雷設備是保證設備免受類(lèi)還得關(guān)鍵一環(huán)。為實(shí)現等電位防護，在電源和通信數據通道設置浪涌保護器。使電源線(xiàn)、通信線(xiàn)和數據線(xiàn)與地線(xiàn)之間在雷擊時(shí)實(shí)現宏觀(guān)上的等電位。用來(lái)限制由電源線(xiàn)侵入電源設備的雷過(guò)壓及過(guò)流的浪涌保護器叫做電源SPD。用來(lái)限制數據傳輸、通信、信號線(xiàn)侵入控制設備的雷過(guò)壓及過(guò)流的浪涌保護器叫過(guò)通道SPD。
通道SPD應做到“傳輸第一，防護第二”，以保證數據交換傳輸能夠夠不間斷進(jìn)行，同時(shí)做到在雷害發(fā)生時(shí)能夠保護設備安全。電源SPD要求“安全第一，防護第二”，這是針對電源SPD工作在較大電壓和電流下，自身的安全比防雷重要。因為雷電是小概率事件，但SPD是常年接入使用的。
雷害入侵時(shí)SPD應該做到：
1)動(dòng)作迅速。將過(guò)電壓抑制在保證設備安全的足夠低的值；
2)SPD的功率與雷電的期望值大，可經(jīng)住大部分雷擊而不損壞；
3)雷電作用完后，SPD必須立即自動(dòng)恢復常態(tài)。
6 結論
建筑物外部防護的目的是在建筑物及其附近遭受雷擊時(shí)，減小入地雷電流產(chǎn)生的電磁感應對室內設備的影響。內部防護的目的是遭受雷擊時(shí)，阻擋大氣中的雷電電磁脈沖侵入室內影響室內設備。室內設備的電源線(xiàn)路和通信信號數據傳輸線(xiàn)路通過(guò)合理的布線(xiàn)可以減少雷電電磁脈沖對其的危害。設置SPD(浪涌保護裝置)目的在雷害發(fā)生時(shí)與地線(xiàn)結合，將入侵的小部分雷電流泄放的地下，并將雷電過(guò)壓降低到設備的耐壓水平下。
通上述形成的防線(xiàn)，可以有效的防治雷害發(fā)生時(shí)雷過(guò)流、過(guò)壓及雷電的電磁脈沖對室內計算機控制設備、通信信號設備的影響，完全實(shí)現等電位防護�？梢杂行ПＷC設備運行的可靠性，提高站場(chǎng)運輸效率。