本文選自省級(jí)期刊《數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用》，《數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用》雜志是天津市電子儀表信息研究所主辦的學(xué)術(shù)期刊。是一本反映數(shù)字技術(shù)、應(yīng)用研究的專業(yè)刊物。國(guó)際刊號(hào)ISSN1007-9416，國(guó)內(nèi)刊號(hào)CN12-1369/TN，郵發(fā)代號(hào)：6-251。
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　　摘要：鐵路通信設(shè)備在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中起到了重要作用。在雷電頻發(fā)的季節(jié)和地區(qū)，電子通信設(shè)備很容易遭受雷電及其電磁脈沖的破壞，所以在鐵路通信設(shè)備的安全防護(hù)中，防雷技術(shù)非常重要。本文介紹了鐵路信號(hào)設(shè)備雷電防護(hù)特點(diǎn)和雷電電磁脈沖侵入信號(hào)設(shè)備的途徑，并在此基礎(chǔ)上，提出了鐵路通信防雷的技術(shù)措施。

　　關(guān)鍵詞：鐵路,通信設(shè)備,防雷技術(shù)

　　前言

　　鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起到了重要作用,而現(xiàn)代化鐵路通信設(shè)備在現(xiàn)代化鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中是必不可少的。信號(hào)設(shè)備是由電線路或鋼軌構(gòu)成的電氣回路,在汛期雷雨季節(jié)，雷電較多，雷電通過(guò)電線路、鋼軌襲擊信號(hào)設(shè)備，會(huì)直接影響鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩�，因此，鐵路部門切實(shí)提高防雷工作標(biāo)準(zhǔn)，做好防雷的相關(guān)技術(shù)工作，確保鐵路的安全運(yùn)行。

　　一、鐵路信號(hào)設(shè)備雷電防護(hù)特點(diǎn)

　　鐵路信號(hào)設(shè)備遭受雷擊過(guò)電壓和過(guò)電流的類型主要可分為三種，即：直擊雷、感應(yīng)雷和傳導(dǎo)雷。結(jié)合信號(hào)設(shè)備的分布特點(diǎn)及雷電攻擊的途徑分析，鐵路信號(hào)設(shè)備雷電防護(hù)存在以下特點(diǎn)。

　　（1）信號(hào)設(shè)備占地面積較大，且很多設(shè)備分布在山區(qū)、曠野等易遭受雷電攻擊的地區(qū)。

　　（2）鐵路的鋼軌是雷電流的良好導(dǎo)體，與鋼軌連接的相關(guān)鐵路信號(hào)設(shè)備，如信號(hào)機(jī)、軌道電路、電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)等較容易受到雷電流的威脅。

　　（3）自動(dòng)閉塞、半自動(dòng)閉塞等信號(hào)條件線、控制線，在非電化區(qū)段大部分使用架空線，它們均架設(shè)于信號(hào)與通信混合線路或自動(dòng)閉塞高壓信號(hào)線路上，由于它們暴露在曠野郊外，在雷雨季節(jié)容易遭受到雷電的襲擊，線路中的大電流會(huì)串入信號(hào)機(jī)房?jī)?nèi)部，從而引起對(duì)內(nèi)部設(shè)備的損壞。

　　（4）雷電防護(hù)的原則是“等電位”，由于機(jī)房存在多類接地系統(tǒng)，其沖擊接地電阻不均衡，在雷擊發(fā)生時(shí)，雷電流引起地電位差，也容易造成“地電位反擊”，使人員或設(shè)備遭受損害。

　　二、雷電電磁脈沖侵入信號(hào)設(shè)備的途徑

　　（一）雷電直擊裝置有信號(hào)設(shè)備的建筑物及裝置有信號(hào)設(shè)備的場(chǎng)所附件的構(gòu)筑物、地面突出物或大地時(shí)，雷電電磁脈沖將在信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生過(guò)電壓和過(guò)電流。該現(xiàn)象亦稱空間電磁感應(yīng)。

　　（二）與信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備相連的信號(hào)傳輸線路、鋼軌等設(shè)施上遭受直接雷擊時(shí)產(chǎn)生的電磁脈沖，或與信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備相連的信號(hào)傳輸線路附近遭受直接雷擊時(shí)，感應(yīng)在信號(hào)傳輸線上的電磁脈沖，經(jīng)線路傳導(dǎo)侵入信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)的過(guò)電壓和過(guò)電流。

　　（三）向信號(hào)設(shè)備供電的電源系統(tǒng)上遭受直接雷擊產(chǎn)生的電磁脈沖，或電源饋線附近遭受直接雷擊時(shí)感應(yīng)在電源線上的雷電電磁脈沖，經(jīng)電源饋線傳導(dǎo)，在信號(hào)系統(tǒng)電源設(shè)備上產(chǎn)生的過(guò)電壓和過(guò)電流。

　　（四）雷擊信號(hào)設(shè)備場(chǎng)地建筑物的避雷針（或避雷帶、避雷網(wǎng)）時(shí)，雷電流沿避雷針（或避雷帶、避雷網(wǎng)）引下線進(jìn)入接地裝置引起地電位升高，這時(shí)，在信號(hào)系統(tǒng)接地導(dǎo)體和其他導(dǎo)體間產(chǎn)生的反擊雷過(guò)電壓。

　　三、鐵路通信防雷技術(shù)措施

　　（一）安裝防雷保安器

　　鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T3074-2003《鐵道信號(hào)設(shè)備雷電電磁脈沖防護(hù)技術(shù)條件》和TB1007-2006《鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，所有與外線或鋼軌連接的含電子器件的信號(hào)設(shè)備，在線路與設(shè)備的端口處應(yīng)當(dāng)裝設(shè)專用防雷保安器。一般可對(duì)電源從室外進(jìn)入室內(nèi)的界面做第1級(jí)粗防護(hù)，泄放大部分雷電流；在機(jī)房電源、即電源屏等前做第2級(jí)粗防護(hù)或細(xì)防護(hù)；最后對(duì)用電設(shè)備，在UPS前做第3級(jí)細(xì)防護(hù).由于第3級(jí)細(xì)防護(hù)的保護(hù)對(duì)象直接是信號(hào)設(shè)備電源，因此要求細(xì)防護(hù)保安器在雷擊時(shí)殘壓較低。由于空氣間隙、氣體放電管并聯(lián)在電源線后，在雷擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生續(xù)流，導(dǎo)致電源短路；單純壓敏電阻器并聯(lián)在電源線后，由于電源正向波動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)劣化，導(dǎo)致電源短路，因此無(wú)人執(zhí)守的機(jī)房和區(qū)間信號(hào)設(shè)備的電源防雷器，不得單獨(dú)使用空氣間隙、氣體放電管，壓敏電阻器等元件。

　　原則上，信號(hào)電纜與信號(hào)設(shè)備的界面應(yīng)當(dāng)都置防雷保安器。由于車站信號(hào)設(shè)備的進(jìn)線很多，建議在電纜進(jìn)入信號(hào)樓時(shí)，設(shè)置防雷柜集中防護(hù)，以便維護(hù)、更換和有問(wèn)題時(shí)查找故障。防雷柜中的防雷保安器可以采用單級(jí)或多級(jí)。最后的殘壓應(yīng)當(dāng)限制在被保護(hù)信號(hào)設(shè)備端口的耐過(guò)電壓水平以下。ITU-TK20和K21建議，有條件的信號(hào)設(shè)備本身應(yīng)當(dāng)在內(nèi)部設(shè)置防雷單元,以增加信號(hào)設(shè)備本身的抗擾度。防雷保安器接入信號(hào)系統(tǒng)后，不得改變?cè)�信�?hào)系統(tǒng)的性能，不得影響被防護(hù)設(shè)備的工作。

　　（二）采取屏蔽措施

　　為了減少外界雷電電磁干擾，除機(jī)房采用法拉第籠屏蔽措施外，室外電力電纜、通信電纜、塔燈電纜以及其他電纜進(jìn)入通信機(jī)房前一定要采取屏蔽措施。（1）架空電線由終端桿引下后應(yīng)改用屏蔽電纜，進(jìn)入室內(nèi)前應(yīng)水平直埋l0m以上，埋地深度應(yīng)大于0.6m，屏蔽層兩端應(yīng)接地；如非屏蔽電纜則應(yīng)穿鍍鋅鐵管，并平行直埋10m以上，鐵管兩端接地。（2）室外通信電纜應(yīng)采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端接地，電纜進(jìn)入室內(nèi)前應(yīng)水平直埋10m以上。（3）機(jī)房?jī)?nèi)的電力電纜(線)、通信電纜(線)宜采用屏蔽電纜，或敷設(shè)在金屬管內(nèi)。（4）特殊地段采用無(wú)金屬光纜。光纜線路雷害嚴(yán)重地區(qū)應(yīng)采用特殊結(jié)構(gòu)的防雷光纜，無(wú)金屬光纜適用于雷區(qū)和電力線感應(yīng)嚴(yán)重的地區(qū)。能減少和防止損傷，但由于沒(méi)有防潮層，在有水的地區(qū)潮氣容易滲透。由于沒(méi)有金屬件，維護(hù)中發(fā)生故障時(shí)，地下探測(cè)極為困難，因此僅限于特殊地段才采用金屬光纜。這些措施對(duì)防止干擾是十分必要的，過(guò)去沒(méi)有采取這些措施的，應(yīng)有計(jì)劃的逐步改進(jìn)，有的非屏蔽電纜，也有采取兩個(gè)半面的鐵管或金屬管合起來(lái)作為電纜屏蔽層，這是對(duì)已運(yùn)行中的非屏蔽電纜采取變通辦法，是否可行，具體情況需再做分析。

　　（三）通信鐵塔的接地與防護(hù)

　　(1)鐵塔地網(wǎng)應(yīng)采用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼，將鐵塔四個(gè)塔腳地基內(nèi)的金屬構(gòu)件焊接連通，鐵塔地網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸應(yīng)不大于3m×3m。(2)鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)邊緣距離大于15m時(shí)，鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)宜相互獨(dú)立，分開設(shè)置。(3)鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)邊緣距離在15m以內(nèi)時(shí)，應(yīng)采用不少于2根40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼，在地下將鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房外環(huán)形接地體焊接連通。熱鍍鋅扁鋼上應(yīng)均勻設(shè)置垂直接地體，間距宜為垂直接地體的長(zhǎng)度的2倍，以利于雷電流的充分泄放。(4)機(jī)房被包圍在鐵塔四腳內(nèi)時(shí)，鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房的基礎(chǔ)地網(wǎng)應(yīng)聯(lián)為一體，機(jī)房外設(shè)環(huán)形接地體應(yīng)在鐵塔地網(wǎng)外敷設(shè)，并與鐵塔地網(wǎng)多點(diǎn)焊接連通。機(jī)房被包圍在鐵塔四腳內(nèi)時(shí)，機(jī)房頂可不再敷設(shè)避雷網(wǎng)、帶。(5)當(dāng)鐵塔地網(wǎng)的接地電阻值達(dá)不到要求時(shí)，可敷設(shè)輔助地網(wǎng)，適當(dāng)擴(kuò)大地網(wǎng)的面積。即在地網(wǎng)外圍增設(shè)1圈或2圈環(huán)形接地裝置。環(huán)形接地裝置由水平接地體和垂直接地體組成，水平接地體周邊為封閉式，水平接地體與地網(wǎng)宜在同一平面上，環(huán)形接地裝置與地網(wǎng)之間以及環(huán)形接地裝置之間應(yīng)每隔5m相互焊接連通一次；也可在鐵塔四角設(shè)置輻射式接地體，延伸接地體的長(zhǎng)度宜限制在10-30m以內(nèi)。環(huán)形接地裝置的周邊可根據(jù)地形、地質(zhì)狀況決定其形狀。

　　（四）通信機(jī)房綜合防雷技術(shù)措施�藩���

　　1、防雷原則

　　①通信機(jī)房防直擊雷裝置設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)雷電監(jiān)測(cè)資料應(yīng)按照首次雷擊電流考慮外部保護(hù)措施，應(yīng)將絕大部分雷電流在室外直接引入地下泄放。②采用過(guò)電壓保護(hù)器阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)線、信號(hào)線引入的過(guò)電壓波或限制線路上的電涌幅值。③電涌保護(hù)器通流容量的選取應(yīng)參考近年的雷電監(jiān)測(cè)資料。④作好機(jī)房?jī)?nèi)的靜電保護(hù)和等電位聯(lián)結(jié)措施。

　　2、線路防護(hù)

　　通信機(jī)房防直擊雷裝置設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)雷電監(jiān)測(cè)資料，應(yīng)按照首次雷擊電流考慮外置設(shè)備，應(yīng)在直擊雷保護(hù)范圍內(nèi)，電源線、數(shù)據(jù)線、高頻信號(hào)線采用共地接地措施，進(jìn)出線路安裝符合規(guī)范要求的專用電涌保護(hù)器，所有線路應(yīng)采用屏蔽線并兩端接地或穿金屬管布置。�藩���3、防雷接地系統(tǒng)

　　通信機(jī)房接地網(wǎng)應(yīng)聯(lián)成網(wǎng)狀并采用聯(lián)合接地系統(tǒng)工頻接地電阻。機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)鋪設(shè)環(huán)形接地母線，所有設(shè)備外殼、電纜走線架等金屬構(gòu)件就近與之相連。將“一點(diǎn)多址”微波饋線金屬外皮的上端、中間及下端分別就近與鐵塔相連，在機(jī)房入口處與接地母線相連，各微波塔接地電阻測(cè)試符合規(guī)范要求。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　鐵路通信系統(tǒng)是保障鐵路運(yùn)輸安全，實(shí)現(xiàn)鐵路現(xiàn)代化和信息化的重要基礎(chǔ)設(shè)施。防雷是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)技術(shù)問(wèn)題,多個(gè)環(huán)節(jié)共同發(fā)揮作用，才能起到整體的防雷功效，只要存在一處簿弱環(huán)節(jié),雷擊損壞設(shè)備的情況就隨時(shí)會(huì)發(fā)生。因此一定要提高防雷技術(shù)措施，除了文中提到的安裝防雷保安器、采取屏蔽措施，還可以采取以下措施：

　　改善室外通信站、保護(hù)電源系統(tǒng)、保護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、鐵路通信設(shè)備金屬部件與接地系統(tǒng)的完好連接、機(jī)械室安裝法拉第籠式接地系統(tǒng)等。

　　參考文獻(xiàn)

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