淺談鐵道信號(hào)設(shè)備的防雷畢業(yè)論文

1、 . . . 鐵道信號(hào)設(shè)備防雷淺談?wù)?要鐵路運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展，要求鐵路信號(hào)不斷改進(jìn)，鐵路信號(hào)設(shè)備電子化程度大幅提高，但由于電子元件耐壓低、耐流小，容易被雷擊壞，成為設(shè)備較薄弱的部分。雷擊發(fā)生時(shí)，雷擊放電誘發(fā)過(guò)電壓和過(guò)電流，經(jīng)站場(chǎng)電源系統(tǒng)、通信信號(hào)傳輸通道，通過(guò)傳導(dǎo)、感應(yīng)的方式損壞站通信信號(hào)設(shè)備，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，直接威脅著鐵路正常的安全運(yùn)輸生產(chǎn)。因此，能否在雷電天氣穩(wěn)定的運(yùn)用信號(hào)設(shè)備，是擺在我們面前的一個(gè)新課題。關(guān)鍵詞：雷電；信號(hào)設(shè)備；防雷目 錄摘要I引言- 1 -1 鐵路信號(hào)設(shè)備防雷的重要性- 2 -1.1 發(fā)生有關(guān)雷擊事故案例- 2 -1.2 信號(hào)設(shè)備防雷的重要意義- 3 -2 雷電現(xiàn)象與

2、信號(hào)設(shè)備防雷分析- 5 -2.1 雷電的概念與對(duì)信號(hào)設(shè)備的危害- 5 -2.1.1 雷電對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的危害- 5 -2.2 信號(hào)設(shè)備防雷分析- 5 -2.2.1 雷電的種類- 5 -2.2.2 雷電侵入信號(hào)設(shè)備的主要途徑- 6 -2.3 信號(hào)設(shè)備防雷措施- 6 -2.3.1 綜合防治- 6 -2.3.2 具體的防雷措施- 7 -3 防雷裝置- 9 -3.1 防雷裝置的構(gòu)成- 9 -3.2 防雷設(shè)備的工作原理- 9 -3.2.1 傳統(tǒng)的防雷方法- 9 -3.2.2 現(xiàn)代防雷保護(hù)的原理與方法- 9 -4 鐵路信號(hào)綜合防雷- 12 -4.1 鐵路信號(hào)綜合防雷整治- 12 -4.1.1 鐵路信號(hào)設(shè)備

3、雷電防護(hù)分析- 12 -4.1.2 鐵路信號(hào)防雷的系統(tǒng)考慮- 12 -4.1.3 防雷施工中的注意事項(xiàng)- 14 -4.2 防雷和接地裝置- 14 -4.2.1 信號(hào)設(shè)備防雷接地- 15 -4.2.2 室外信號(hào)設(shè)備直接防雷和屏蔽- 15 -結(jié)論- 16 -致- 17 -參考文獻(xiàn)- 18 - 13 - / 18引 言隨著我國(guó)電氣化鐵道的發(fā)展，鐵道信號(hào)也越來(lái)越向高技術(shù)、高科學(xué)方向發(fā)展，微電子設(shè)備在鐵道信號(hào)系統(tǒng)量被運(yùn)用，但是，微電子設(shè)備是在弱電環(huán)境中工作，對(duì)外界干擾與其敏感，一旦受到雷電等電磁干擾，因雷電產(chǎn)生的強(qiáng)大電流會(huì)造成電磁場(chǎng)的瞬變，對(duì)設(shè)備的危害非常大。每年因雷電導(dǎo)致的設(shè)備事故占事故發(fā)生總量的50

4、%以上。因此，采用合理的防雷措施對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備進(jìn)行防護(hù)，尤為重要。本文旨在分析雷電的成因、對(duì)信號(hào)設(shè)備的危害以與針對(duì)危害提出的合理防雷措施。1 鐵路信號(hào)設(shè)備防雷的重要性1.1 發(fā)生有關(guān)雷擊事故案例2010年8月22日，804國(guó)道萊西市順平駕校附近一養(yǎng)雞場(chǎng)，市民徐某正持一把雨傘站在雨中 ，等待父親出來(lái)，當(dāng)時(shí)只見一個(gè)很強(qiáng)的亮光擊中雨傘，徐某倒在地上，然后才聽到一聲巨響在院子里炸響。站在雞棚側(cè)的兩個(gè)養(yǎng)雞工人也受傷，其中一人頸部被雷電灼傷、一人左腳大拇指灼傷。等120趕到時(shí)，徐某已經(jīng)停止呼吸。2011年11月05日11時(shí)20分左右，省地區(qū)，梵凈山風(fēng)景名勝區(qū)金頂發(fā)生雷擊事件，現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)致30多人受傷，其中18

5、名重傷者已經(jīng)送往地區(qū)醫(yī)院搶救，剩余的近20名受傷者正在江口縣人民醫(yī)院治療觀察。目前受傷人員經(jīng)過(guò)救治已全部脫離生命危險(xiǎn)。鐵路防雷在當(dāng)今時(shí)代也是刻不容緩，隨著鐵道電氣化的推行，鐵路雷擊事件愈演愈烈。2011年7月23日，杭深線永嘉至南間，南至D301次列車與至南D3115 次列車發(fā)生追尾事故。鐵道部7月24日稱，初步了解，事故原因是由于D3115次動(dòng)車遭雷擊失去動(dòng)力停車造成后車D301次列車追尾。中國(guó)鐵路自2005年至2011年期間，曾發(fā)生8起因雷擊發(fā)生的火車事故。以下是自2005年至2011年因雷擊造成火車事故一覽，見表1.1：表1.1事故時(shí)間列車類型事發(fā)路段事故簡(jiǎn)介2011 年 7 月 23

6、日動(dòng)車甬溫鐵路追尾事故。前車 D315 次動(dòng)車遭雷擊失去動(dòng)力停車，后車 D301 次列車追尾，截至 7 月 25 日共造成 39 死 192傷。2011 年 7 月 23 日動(dòng)車甬溫鐵路7.23 事故發(fā)生同時(shí)，對(duì)向車道開往的 D312 次動(dòng)車同樣遭雷擊，致列車停駛，但無(wú)人傷亡。2011 年 7 月 10 日高鐵京滬高鐵京滬高鐵曲阜、滕州、棗莊區(qū)段供電線路遭雷擊，造成接觸網(wǎng)故障，開往方向的 G151 次等 12 趟列車不同程度延誤。表1.1續(xù)事故時(shí)間列車類型事發(fā)路段事故簡(jiǎn)介2010 年 7 月 3 日普通列車京廣線廣鐵路上行線孝昌縣境的花園至衛(wèi)店段，供電設(shè)施遭雷擊，供電中斷，致武昌發(fā)往的 K64

7、2 次列車中途停車 3小時(shí)。2009 年 8 月 22 日動(dòng)車接觸網(wǎng)可能遭到雷擊出現(xiàn)斷裂，開往的 D5673 次晚點(diǎn) 1 小時(shí) 36 分后發(fā)車，途中又停車近半小時(shí)。2007 年 7 月 10 日動(dòng)車開往的 D406 次動(dòng)車被雷擊中，受電弓受損致列車停駛，致晚點(diǎn) 70 分鐘。2006 年 8 月 3 日普通列車京廣線漢口至黃陂橫店段鐵路供電設(shè)施遭雷擊，致該線中斷一個(gè)多小時(shí)。 20 余趟南下客車晚點(diǎn)，其中晚點(diǎn)最長(zhǎng)達(dá) 5 小時(shí)。2005 年 5 月 2 日普通列車京廣線鐵路電網(wǎng)在遭雷擊，造成京廣鐵路南段 20 多公里電網(wǎng)全線斷電 100 分鐘，至少十多列火車癱瘓?jiān)阼F路上。從以往的案例可以看出，雷電災(zāi)

8、害主要原因是因?yàn)槿鄙俦芾状胧┖驮O(shè)備以與避雷知識(shí)導(dǎo)致出現(xiàn)人員傷亡事故。所以就必須從以下兩個(gè)方面入手來(lái)避免雷電災(zāi)害。(1)各地須加強(qiáng)防雷工作。盡可能在各類建筑物上安裝相應(yīng)的防雷設(shè)備，特別是野外的簡(jiǎn)易建筑物等更要安裝防雷設(shè)施。各企業(yè)單位要嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)防雷法規(guī)，通過(guò)正規(guī)機(jī)構(gòu)來(lái)檢測(cè)、完善本單位的防雷設(shè)施，切莫貪圖省事和便宜請(qǐng)不法機(jī)構(gòu)來(lái)檢測(cè)和完善防雷設(shè)施。(2)加強(qiáng)防雷宣傳。在雷雨天氣里，人不宜在開闊地活動(dòng)，不能到草棚、金屬棚中、樹下等地避雨，以免遭直接雷擊和感應(yīng)雷擊；雷雨天不宜靠近建筑物的外墻以與使用電器設(shè)備。如果有單位或居民遭遇雷擊意外后，應(yīng)該與時(shí)上報(bào)氣象部門，不可瞞報(bào)。1.2 信號(hào)設(shè)備防雷的重要意義

9、現(xiàn)代的安防監(jiān)控產(chǎn)品均系微電子化產(chǎn)品，這些監(jiān)控設(shè)備具有高密度、高速度、低電壓和低功耗等特性。其對(duì)各種諸如雷電過(guò)電壓、電力系統(tǒng)操作過(guò)電壓、靜電放電、電磁輻射等電磁干擾非常敏感，這就使得監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備極易遭受雷擊/過(guò)電壓破壞，其后果可能會(huì)使整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行失靈，并造成難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失和安全方面的風(fēng)險(xiǎn)。因此，提高信號(hào)設(shè)備防雷標(biāo)準(zhǔn)，是減少雷害發(fā)生的根本。鐵道部在原有鐵路防雷標(biāo) 準(zhǔn)基礎(chǔ)上，發(fā)布了鐵路信號(hào)設(shè)備電磁兼容與雷電電磁脈沖防護(hù)實(shí)施意見。意見吸取了我國(guó)鐵路信號(hào)防雷工作多年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，并借鑒了國(guó)外鐵路信號(hào)設(shè)備防雷方法，包含地網(wǎng)設(shè)置、屏蔽設(shè)置等綜合防護(hù)技術(shù)措施，大大提高了信號(hào)設(shè)備防雷標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步增強(qiáng)了設(shè)備防

10、雷的可操作性。同時(shí)，意見還規(guī)定了防雷設(shè)計(jì)與施工資質(zhì)管理、施工驗(yàn)收、質(zhì)量責(zé)任、雷害處理、產(chǎn)品采購(gòu)、檢查測(cè)試等維護(hù)與管理方面的容，基本形成了信號(hào)設(shè)備雷電綜合防護(hù)框架。目前，鐵道部已經(jīng)發(fā)布了信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)，正在抓緊制定鐵路防雷、電磁兼容與接地工程技術(shù)規(guī)，努力提高信號(hào)設(shè)備防雷的設(shè)計(jì)和建設(shè)水平，進(jìn)一步減少雷害發(fā)生。2 雷電現(xiàn)象與信號(hào)設(shè)備防雷分析2.1 雷電的概念與對(duì)信號(hào)設(shè)備的危害2.1.1 雷電對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的危害鐵路信號(hào)設(shè)備遭受雷擊的途徑分為直擊雷、感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷和地電位反擊等。結(jié)合信號(hào)設(shè)備的分布特點(diǎn)和雷電攻擊的途徑，鐵路信號(hào)雷電防護(hù)存在以下特點(diǎn)。(1)信號(hào)室外設(shè)備分布圍廣，站場(chǎng)設(shè)備密集，鋼軌又是雷擊的良

11、導(dǎo)體，信號(hào)樓等建筑物集中，如防雷方式不當(dāng)，一旦遭遇雷擊將引起連鎖反應(yīng)，損失巨大。 (2)信號(hào)樓室外線路遭受雷擊后，線路電流將會(huì)隨電纜進(jìn)入各機(jī)房，從而引起部設(shè)備損壞。室外采用多種接地系統(tǒng)，如果接地電阻不均衡，受到雷擊后，電流將引起地電位差，造成“地電位反擊” ，使人員和設(shè)備遭受損害。如圖2.1：圖2.12.2 信號(hào)設(shè)備防雷分析2.2.1 雷電的種類直接雷，直接侵入設(shè)備或直接侵入設(shè)備相關(guān)聯(lián)的傳輸線雷電，其雷電電壓可高達(dá)幾十萬(wàn)伏，但襲擊信號(hào)設(shè)備的概率很小。感應(yīng)雷，由于電磁感應(yīng)作用，在電氣設(shè)備上感應(yīng)出的雷電壓，在設(shè)備中流過(guò)感應(yīng)電流。其又分為縱向和橫向感應(yīng)雷兩種?？v向感應(yīng)雷是感應(yīng)到設(shè)備兩側(cè)（如鋼軌）上的

12、極性形同、大小相等的感應(yīng)電壓；橫向感應(yīng)雷是感應(yīng)到信號(hào)設(shè)備兩側(cè)的極性不同的感應(yīng)電壓。如圖2.2：圖2.2感應(yīng)雷的發(fā)生機(jī)率高，襲擊信號(hào)的次數(shù)相當(dāng)頻繁。因此，信號(hào)設(shè)備主要是對(duì)感應(yīng)雷進(jìn)行防護(hù)。2.2.2 雷電侵入信號(hào)設(shè)備的主要途徑（1）由交流電源侵入雷電沖擊波侵入高壓電線路傳至高壓變壓器，若未裝設(shè)避雷器或其失效，容易侵入低壓設(shè)備。（2）軌道電路，軌道電路用鋼軌作為傳輸線，它一般高出地面，容易遭雷擊。（3）由電纜侵入，鐵路信號(hào)的室、室外設(shè)備通過(guò)電纜連接起來(lái)，雷電從電纜侵入，并傳輸至室設(shè)備。2.3 信號(hào)設(shè)備防雷措施現(xiàn)代防雷保護(hù)包括外部防雷保護(hù)(建筑物或設(shè)施的直擊雷防護(hù))和部防雷保護(hù)(雷電電磁脈沖的防護(hù))兩

13、部份，外部防雷系統(tǒng)主要是為了保護(hù)建筑物免受直接雷擊引起火災(zāi)事故與人身安全事故，而部防雷系統(tǒng)則是防止雷電波侵入、雷擊感應(yīng)過(guò)電壓以與系統(tǒng)操作過(guò)電壓侵入設(shè)備造成的毀壞。2.3.1 綜合防治防雷是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，不可能依靠一、二種先進(jìn)的防雷設(shè)備和防雷措施就能完全消除雷擊過(guò)電壓和感應(yīng)過(guò)電壓的影響，必須針對(duì)雷害入侵途徑，對(duì)各類可能產(chǎn)生雷擊的因素進(jìn)行排除，采用綜合防治接閃、均壓、屏蔽、接地、分流（保護(hù)），才能將雷害減少到最低限度。(1)接閃接閃裝置就是我們常說(shuō)的避雷針、避雷帶、避雷線或避雷網(wǎng)，接閃就是讓在一定程度圍出現(xiàn)的閃電放電不能任意地選擇放電通道，而只能按照人們事先設(shè)計(jì)的防雷系統(tǒng)的規(guī)定通道，將雷電能量

14、泄放到中去。(2)均壓接閃裝置在接閃雷電時(shí)，引下線立即產(chǎn)生高電位，會(huì)對(duì)防雷系統(tǒng)周圍的尚處于地電位的導(dǎo)體產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò)，并使其電位升高，進(jìn)而對(duì)人員和設(shè)備構(gòu)成危害。為了減少這種閃絡(luò)危險(xiǎn)，最簡(jiǎn)單的辦法是采用均壓環(huán)，將處于地電位的導(dǎo)體等電位連接起來(lái)，一直到接地裝置。室的金屬設(shè)施、電氣裝置和電子設(shè)備，如果其與防雷系統(tǒng)的導(dǎo)體，特別是接閃裝置的距離達(dá)不到規(guī)定的安全要求時(shí)，則應(yīng)該用較粗的導(dǎo)線把它們與防雷系統(tǒng)進(jìn)行等電位連接。這樣在閃電電流通過(guò)時(shí)，室的所有設(shè)施立即形成一個(gè)“等電位島”，保證導(dǎo)電部件之間不產(chǎn)生有害的電位差，不發(fā)生旁側(cè)閃絡(luò)放電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產(chǎn)生的反擊。為了徹底

15、消除雷電引起的毀壞性的電位差，就特別需要實(shí)行等電位連接，電源線、信號(hào)線、金屬管道等都要通過(guò)過(guò)壓保護(hù)器進(jìn)行等電位連接，各個(gè)層保護(hù)區(qū)的界面處同樣要依此進(jìn)行局部等電位連接，并最后與等電位連接母排相連。(3)屏蔽屏蔽就是利用金屬網(wǎng)、箔、殼或管子等導(dǎo)體把需要保護(hù)的對(duì)象包圍起來(lái)，使雷電電磁脈沖波入侵的通道全部截?cái)?。所有的屏蔽套、殼等均需要接地。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對(duì)電子設(shè)備影響的最有效方法。(4)接地接地就是讓已經(jīng)入防雷系統(tǒng)的閃電電流順利地流入，而不能讓雷電能量集中在防雷系統(tǒng)的某處對(duì)被保護(hù)物體產(chǎn)生破壞作用，良好的接地才能有效地泄放雷電能量，降低引下線上的電壓，避免發(fā)生反擊。(5)分流（保護(hù)）這是現(xiàn)代

16、防雷技術(shù)迅猛發(fā)展的重點(diǎn)，是保護(hù)各種電子設(shè)備或電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵措施。 所謂分流就是在一切從室外來(lái)的導(dǎo)體（包括電力電源線、數(shù)據(jù)線、線或天饋線等信號(hào)線）與防雷接地裝置或接地線之間并聯(lián)一種適當(dāng)?shù)谋芾灼鱏PD，當(dāng)直擊雷或雷擊效應(yīng)在線路上產(chǎn)生的過(guò)電壓波沿這些導(dǎo)線進(jìn)入室或設(shè)備時(shí)，避雷器的電阻突然降到低值，近于短路狀態(tài)，雷電電流就由此處分流入地了。(6)躲避在建筑物基建選址時(shí)，就應(yīng)該躲開多雷區(qū)或易遭雷擊的地點(diǎn)，以免日后增大防雷工程的開支和費(fèi)用。當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，關(guān)閉設(shè)備，拔掉電源插頭。2.3.2 具體的防雷措施(1)安裝信號(hào)設(shè)備的建筑物(信號(hào)樓)防雷:主要是防直擊雷。一般通過(guò)閃接器、避雷針等通過(guò)接地而進(jìn)行防護(hù),當(dāng)信

17、號(hào)樓遭遇雷擊時(shí),通過(guò)防雷設(shè)備把雷電引入,運(yùn)用此方式時(shí)還可通過(guò)在信號(hào)樓制作均壓環(huán)使樓層電位分布均勻,以保證信號(hào)樓鐵路工作人員和信號(hào)設(shè)備的安全。(2)信號(hào)樓微機(jī)聯(lián)鎖的計(jì)算機(jī)房防雷防靜電:防靜電就是防積累靜電荷出現(xiàn),一般通過(guò)地線泄放,以保護(hù)設(shè)備和人員的安全。而防靜電只能通過(guò)釋放靜電荷防護(hù)計(jì)算機(jī)等微電子設(shè)備而不能對(duì)雷電進(jìn)行防護(hù),所以必須增加防雷設(shè)備加以保護(hù)。(3)盡量采用光纖電纜數(shù)據(jù)通信和測(cè)控技術(shù)的接口電路，這種電路非常靈敏，并具有較強(qiáng)的抗電磁干擾的能力。例如，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備中設(shè)置在行車室的終端顯示器、打印接口等都可以采用這種材質(zhì)的電路，對(duì)數(shù)據(jù)接口電路來(lái)講，采用光纖電纜是最好的防雷措施。(4)鐵路信號(hào)

18、的室外設(shè)備和機(jī)械室防雷:鐵路信號(hào)設(shè)備作為鐵路運(yùn)輸?shù)男熊囍笓]系統(tǒng),必然有大部分的電子、機(jī)械設(shè)備安裝在室外,既鐵路信號(hào)3大件信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道電路等設(shè)備都通過(guò)電纜與室構(gòu)成信號(hào)聯(lián)鎖,時(shí)刻受到雷電的侵?jǐn)_,它們是防雷的重點(diǎn);而信號(hào)機(jī)械室分線盤防雷尤為重要,它是鐵路信號(hào)室與室外的分水嶺,也是防感應(yīng)雷的的重要環(huán)節(jié),目前各鐵路科研單位、生產(chǎn)廠家正在完善這方面的工作。(5)電源屏室的電源引入防雷:電力220 V、380 V電源都要經(jīng)過(guò)室外引入室,必然與大自然或多或少有接觸,也就會(huì)受到雷電的侵?jǐn)_,主要會(huì)受到感應(yīng)雷的危險(xiǎn),因此必須加以防感應(yīng)雷、防電涌;并防止雷電、電涌從此通道入侵鐵路信號(hào)設(shè)備,進(jìn)而破壞鐵路信號(hào)系統(tǒng)

19、。(6)室外信號(hào)設(shè)備的防雷與屏蔽連接:室外信號(hào)設(shè)備主要通過(guò)電纜與鐵路鋼軌、道岔相連;而這些鐵軌與道岔都暴露在大自然當(dāng)中,連綿幾百上千公里,不可避免地要受到雷電的侵憂,因此室外信號(hào)設(shè)備與室連通之前,必須加二級(jí)、三級(jí)甚至四級(jí)防雷;而且各種電纜連通之前要做好屏蔽并連接好,地線多處作良好接地。如圖2.3：圖2.33 防雷裝置3.1 防雷裝置的構(gòu)成一般防雷裝置由接閃器、引下線和接地體三部分組成，其作用是防止直接雷擊或?qū)⒗纂娏饕?，以保證人體和建筑物安全。接閃器包括避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷器等，是直接受雷擊的金屬部分。避雷針一般設(shè)在高層建筑物的頂端和煙囪上，保護(hù)建筑物免受雷擊；避雷線常用來(lái)架設(shè)

20、在高壓架空輸電線路上，以保護(hù)架空線路免受直接雷擊。避雷網(wǎng)和避雷帶普遍用來(lái)保護(hù)建筑物免受直接雷擊和感應(yīng)雷。引下線是避雷保護(hù)裝置的中段部分。上接接閃器，下接接地裝置。一般敷設(shè)在建筑物的外墻，并經(jīng)最短線路接地。每座建筑物的引下線一般不少于兩根。接地裝置包括埋設(shè)在地下的接地線和接地體，在腐蝕性較強(qiáng)的土壤中，應(yīng)采用鍍鋅等防腐措施或加大截面。避雷器是防止雷電過(guò)電壓侵襲配電和其它電氣設(shè)備的保護(hù)裝置。避雷器安裝在被保護(hù)設(shè)備的引入端，其上端接在架空輸電線路上，下端接地。其中閥型避雷器是保護(hù)變、配電裝置常用的一種避雷裝置：管型避雷器一般是用于線路上；保護(hù)間隙是最簡(jiǎn)單最經(jīng)濟(jì)的防雷裝置，俗稱簡(jiǎn)單避雷器，一般安裝在線路

21、的進(jìn)戶處。鐵路信號(hào)防雷設(shè)備保護(hù)鐵路信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備免遭雷暴產(chǎn)生的電磁脈沖損害的裝置。安裝在鐵路信號(hào)系統(tǒng)的信號(hào)防雷設(shè)備必須保證信號(hào)系統(tǒng)的正常工作，在雷電電磁脈沖侵入時(shí)應(yīng)能與時(shí)限制雷電壓和將雷電流引導(dǎo)入地。防雷器件包括電源線防雷保安器、信號(hào)線防雷保安器、電源線防雷變壓器、軌道防雷變壓器、電源防雷低通濾波器等。3.2 防雷設(shè)備的工作原理3.2.1 傳統(tǒng)的防雷方法傳統(tǒng)的防雷方法主要就是防直擊雷的防護(hù)，其技術(shù)措施可分接閃器、引下線、接地體和法拉第籠。其中接閃器接閃器包括避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶等金屬接閃器。根據(jù)建筑物的地理位置、現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、重要程度等，決定是否采用避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶或其聯(lián)合接閃方式。3.2.

22、2 現(xiàn)代防雷保護(hù)的原理與方法德國(guó)防雷專家希曼斯基在過(guò)電壓保護(hù)理論與實(shí)踐一書中，給出了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的防雷框架圖。如圖2.4：圖2.4注1），外部防雷將絕大部分雷電電流直接引入地下泄散；注2），部防雷快速泄放沿著電源或信號(hào)線路侵入的雷電波或各種危險(xiǎn)過(guò)電壓；這兩道防線，互相配合，各盡其責(zé)，缺一不可。因此，防雷工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。(1)、外部防雷外部防雷主要是指建筑物的防雷，一般是建筑物或設(shè)施（含室外獨(dú)立電子設(shè)備）免受直擊雷危害，其技術(shù)措施可分為接閃器（避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等金屬接閃器）、引下線、接地體和法拉第籠。接閃器根據(jù)建筑物的地理位置、現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、重要程度等，決定是否采用避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶

23、或其聯(lián)合接閃方式。引下線斷面積足夠大，連接牢固。接地體建筑物的防直擊雷接地宜和防雷電感應(yīng)、電氣設(shè)備、信息系統(tǒng)等接地共用同一接地裝置（對(duì)于室外獨(dú)立設(shè)備可以采用獨(dú)立接地），并宜與埋地金屬管道相連接；但當(dāng)有雷電對(duì)地泄放時(shí)，高電壓將可能通過(guò)直流地反擊設(shè)備。因此對(duì)于這種情況宜在防雷地和直流地之間加裝地網(wǎng)均壓儀，避免反擊現(xiàn)象，此為暫態(tài)接地方式。(2)、部防雷部防雷系統(tǒng)主要是對(duì)建筑物易受過(guò)電壓破壞的電子設(shè)備（或室外獨(dú)立電子設(shè)備）加裝過(guò)壓保護(hù)裝置，在設(shè)備受到過(guò)電壓侵襲時(shí)，防雷保護(hù)裝置能快速動(dòng)作泄放能量，從而保護(hù)設(shè)備免受損壞。部防雷又可分為電源線路防雷和信號(hào)線路防雷。電源線路防雷:電源防雷系統(tǒng)主要是為了防止雷電

24、波通過(guò)電源線路而對(duì)計(jì)算機(jī)與相關(guān)設(shè)備造成危害。為避免高電壓經(jīng)過(guò)避雷器對(duì)地泄放后的殘壓過(guò)大，或因更大的雷電流在擊毀避雷器后繼續(xù)毀壞后續(xù)設(shè)備，以與防止線纜遭受二次感應(yīng)，應(yīng)采取分級(jí)保護(hù)、逐級(jí)泄流原則。一是在大樓電源的總進(jìn)線處安裝放電電流較大的首級(jí)電源避雷器，二是在重要樓層或重要設(shè)備電源的進(jìn)線處加裝次級(jí)或末級(jí)電源避雷器。為了確保遭受雷擊時(shí)，高電壓首先經(jīng)過(guò)首級(jí)電源避雷器，然后再經(jīng)過(guò)次級(jí)或末級(jí)電源避雷器，首級(jí)電源避雷器和次級(jí)電源避雷器之間的距離要大于5米，如果兩者間距不夠，可采用帶線圈的防雷箱，這樣可以避免次級(jí)或末級(jí)級(jí)電源避雷器首先遭受雷擊而損壞。信號(hào)線路防雷：由于雷電波在線路上能感應(yīng)出較高的瞬時(shí)沖擊能量，

25、因此要求網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備（包括消防報(bào)警設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）能夠承受較高能量的瞬時(shí)沖擊，而目前大部分通信設(shè)備由于電子元器件的高度集成化而致耐過(guò)壓、耐過(guò)流水平下降，通信設(shè)備在雷電波沖擊下遭受過(guò)電壓而損壞的現(xiàn)象越來(lái)越多，其后果是可能造成整個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)行中斷，消防系統(tǒng)失靈等，因此必須在網(wǎng)絡(luò)通信口處加裝必要的防雷保護(hù)裝置以確保網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的安全運(yùn)行。4 鐵路信號(hào)綜合防雷4.1 鐵路信號(hào)綜合防雷整治隨著現(xiàn)代化科技飛速發(fā)展，鐵路信號(hào)設(shè)備電子化程度大幅提高，先進(jìn)的設(shè)備在雷雨季節(jié)能否安全穩(wěn)定的運(yùn)用，是擺在我們面前的一個(gè)新課題。雷擊放電誘發(fā)電磁脈沖過(guò)電壓和過(guò)電流會(huì)經(jīng)電源系統(tǒng)、信號(hào)傳輸通道等途徑損壞

26、信號(hào)設(shè)備，直接威脅鐵路正常的安全生產(chǎn)。所以，加強(qiáng)信號(hào)設(shè)備防雷工作尤為重要。4.1.1 鐵路信號(hào)設(shè)備雷電防護(hù)分析 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)與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

27、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)房部，從而引起對(duì)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。從以上分析中可以看出：為了提高鐵路信號(hào)設(shè)備安全性與機(jī)房設(shè)備、計(jì)算機(jī)的運(yùn)行可靠度，整個(gè)車站信號(hào)設(shè)備的雷電防護(hù)一定要有良好的避雷設(shè)施、下引線和統(tǒng)一的接地網(wǎng)，采取完善的直擊雷、感應(yīng)雷防護(hù)措施。同時(shí)必須在供電系統(tǒng)、信號(hào)采集傳輸系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、機(jī)房接地系統(tǒng)等進(jìn)行可靠有效的防護(hù)，在攔截、分流、均衡、接地、布線、

28、布局等方面做完整的，多層次的綜合防護(hù)。4.1.2 鐵路信號(hào)防雷的系統(tǒng)考慮(1)整體考慮、系統(tǒng)實(shí)施。鐵路信號(hào)防雷是一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)工程,任何單一防雷措施都是不全面的。正確的方法應(yīng)首先針對(duì)具體要實(shí)施的鐵路信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析,制訂方案,并依據(jù)國(guó)家和鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī),進(jìn)行正規(guī)的工程設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中,應(yīng)從外部到部、從天面到地線、從強(qiáng)電到弱電等統(tǒng)籌綜合考慮,即對(duì)建筑的閃接器、室外的接地地線、室均壓環(huán)連接、各種連接和屏蔽,以與雷電通過(guò)電纜、電線侵入的通道,如電源系統(tǒng)、鐵路信號(hào)傳輸系統(tǒng)等有針對(duì)性地采取相應(yīng)的防雷措施。(2)有效排流,瞬間入地見圖3.1。鐵路信號(hào)設(shè)備越來(lái)越先進(jìn),每個(gè)車站所管轄的室外信號(hào)設(shè)備也越

29、來(lái)越遠(yuǎn),且都與裸露在大自然中的鐵軌相連,這就必然經(jīng)常受到直擊雷、感應(yīng)雷的襲擊;而防雷的有效辦法就是引流,就江河流入大海一樣把大量的電荷瞬間流入,讓它消失得無(wú)影無(wú)蹤。因此要在建筑物屋頂處、電源引入處、電纜分線盤處、室外軌道電路處等地方,安裝有效的先進(jìn)防雷設(shè)備,進(jìn)行縱向、橫向排流,使雷電在瞬間流入。圖3.1(3)連接均衡、接地良好。信號(hào)樓要形成一屏蔽網(wǎng),也就是室連接要均衡,即完善均壓環(huán),故除信號(hào)樓房建的天面要按規(guī)定做好均壓環(huán)外,信號(hào)方面也要在機(jī)械室、計(jì)算機(jī)房、電源屏室、控制室通過(guò)銅條在墻角環(huán)相連接做好均壓,以保護(hù)信號(hào)設(shè)備等電位連接,并與符合要求的地線可靠連接。從而形成一個(gè)統(tǒng)一的、適應(yīng)不同雷擊情況的

30、接地網(wǎng)絡(luò)。接地要良好,依據(jù)規(guī)和不同信號(hào)設(shè)備對(duì)接地的要求,對(duì)不符合要求的地線進(jìn)行適當(dāng)改造。必要時(shí)采用技術(shù)措施、因地制宜降低地線電阻,使接地體良好,從而為降低反擊電位并為“共地”提供前提條件。(4)做好屏蔽、合理接地?，F(xiàn)行鐵路信號(hào)電纜一敷設(shè)就是十幾二十多公里,因此各電纜之間必須做好屏蔽連接,而且要適當(dāng)多處接地;每個(gè)信號(hào)機(jī)點(diǎn)處最好把電纜的屏蔽地線、信號(hào)機(jī)的屏蔽地線、軌道的防雷地線通過(guò)匯流排引入接地體,且R<4。樓鐵路信號(hào)設(shè)備的屏蔽,主要依賴其信號(hào)樓的均壓環(huán)、避雷器等,以與分線盤的電纜屏蔽;計(jì)算機(jī)房做好靜電板間的屏蔽連接,最好將其作為屏蔽室,并且設(shè)備外殼和屏蔽室的屏蔽體等都應(yīng)良好接地、合理接地。

31、現(xiàn)在鐵路信號(hào)防雷有兩種接地方式,一種是通過(guò)匯流排共接地,將建筑物的接地、邏輯地、設(shè)備地、屏蔽、防雷單元地等通過(guò)匯流排實(shí)行共地,R<1;另一種是分開接地,各種地線滿足規(guī)要求,并且各接地體距離間大于20 m,以防止雷電時(shí)因地位差而引起地位反擊。(5)多級(jí)防護(hù)、能量配合。對(duì)于鐵路信號(hào)系統(tǒng),雷電容易入侵的通道很多,如電源屏室的電源引入線、分線盤的電纜線、控制室的通信天線和各種信息傳輸線等,因此對(duì)于鐵路信號(hào)系統(tǒng)除要求嚴(yán)密屏蔽外,還應(yīng)進(jìn)行多級(jí)防雷,尤其是在鐵路信號(hào)的電纜通道的始終端要作二級(jí)防雷防護(hù),并傳輸通道上考慮對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行多級(jí)防雷。另外我們要根據(jù)鐵路信號(hào)的特點(diǎn)、有關(guān)技術(shù)規(guī)與現(xiàn)場(chǎng)雷區(qū)的分布情

32、況等等,綜合考慮鐵路信號(hào)設(shè)備的系統(tǒng)防雷,并實(shí)行能量配合原則,以防雷、防電涌。如圖3.2.圖3.2(6)不同制式、多樣考慮。我國(guó)幅原遼闊,其鐵路信號(hào)設(shè)備的制式因情況和所處的位置而不一樣,目前主要有車站的6 502電氣集中和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、區(qū)間的集中式信號(hào)設(shè)備和分散式信號(hào)設(shè)備等等。同樣是一種鐵路信號(hào)設(shè)備類型,其品種也很多;其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備配置、工作電壓與阻抗等均有很大差別,因此,所要求的防雷技術(shù)方案和防雷器元件也不同。這就要求在綜合考慮鐵路信號(hào)設(shè)備的系統(tǒng)防雷時(shí),要依據(jù)國(guó)家和有關(guān)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),因地制宜,綜合多樣,制定具體可行可靠的信號(hào)系統(tǒng)防雷。4.1.3 防雷施工中的注意事項(xiàng)施工部門必須注意隱蔽工程的

33、施工質(zhì)量，因?yàn)橐坏┑鼐W(wǎng)的某一點(diǎn)斷開，就會(huì)造成等電位失效，所以，地網(wǎng)中的連接處應(yīng)當(dāng)采用焊接，并進(jìn)行防腐處理。各級(jí)防雷器的參數(shù)要匹配。防雷器的通流量在分區(qū)分級(jí)的配置中要實(shí)現(xiàn)匹配，若出現(xiàn)不匹配現(xiàn)象，就容易出現(xiàn)雷電流侵入時(shí)，后一級(jí)斷路器先于前一級(jí)斷路器脫扣掉下，造成系統(tǒng)停電的嚴(yán)重問(wèn)題。為達(dá)到參數(shù)一致，防雷箱防護(hù)斷路器與電源的斷路器最好選用同一個(gè)廠家的產(chǎn)品。4.2 防雷和接地裝置鐵路信號(hào)設(shè)備易遭雷電襲擊，造成設(shè)備的損壞或誤動(dòng)，影響鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)。因此，信號(hào)設(shè)備必須對(duì)雷電予以防護(hù)。為保證安全，信號(hào)設(shè)備應(yīng)設(shè)安全地線，防雷裝置應(yīng)設(shè)防類地線。信號(hào)設(shè)備往往是與電線路或鋼軌連接在一起，雷電通過(guò)電線路、鋼軌襲擊信號(hào)設(shè)備，因此必須對(duì)雷電進(jìn)行防護(hù)，防止和減少雷害，進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性，目前信號(hào)設(shè)備越來(lái)越普遍地采用電子器件，它們承受