鐵路信號設備雷電危害及防護分析

趙振東

摘要：隨著現代科技的發展，鐵路行業也迅速跨入了信息化的時代，因此，信號系統技術的保障也尤為重要，但也是很容易遭受雷擊危害的影響。本文介紹了雷擊對鐵路信號設備的危害以及闡述了鐵路信號設備避免遭到雷擊影響的防護措施。

關鍵詞：鐵路信號設備、雷擊影響類型、雷電危害、雷電防護措施

中圖分類號：X731文獻標識碼： A

前言：在我國社會經濟的快速發展和社會化進程的不斷進步之際，讓鐵路系統在城市建設中發揮著越來越大的作用。假如鐵路在交通保障過程中發生事故，通常都是因為信號設備的原因，鐵路信號設備很容易遭受雷擊危害的影響，所以，應對于雷擊影響進行針對性分析研究，根據實際情況采取科學合理的防雷措施，盡可能消除信號設備受雷電危害的影響。

1、雷擊對鐵路信號系統的影響類型

（1）電磁脈沖：假如雷電正面擊中設置的信號設備，或裝有信號設備場所附近的建筑以及地面高出來的其他物體時，雷擊形成的雷電電磁脈沖就會在信號系統里面產生電流或者過電壓。

（2）電磁感應：當雷云放電或者是雷電在雷云之間的時候，在不遠的戶外傳輸信號電纜線，信號路線，埋地電力線，設備間連接則會有電磁感應同時侵入設備的現象叫做感應雷。

（3）沖擊波：假如沖擊波電壓的幅度沒有高到用動作高壓避雷針和擊穿變壓器絕緣侵入回路時，其實雷電沖擊波還可以通過繞在組間分布電容藕合的方式，入侵到信號低壓回路，讓信號電源設備產生過電流和過電壓。

（4）軌道電路：當信號設備遭雷擊侵入軌道電路的時候，軌道電路的傳輸線是一般會比地面高出很多的鋼軌。由于地理環境受到的影響，有的鐵道旁邊的高大物體就很容易遭到雷擊，例如大山，樹林，大橋等。

（5）雷電浪涌：引起人們更加關注的一種雷擊危害，這類雷擊危害的主要原因是電流和通訊線路在雷擊發生時感應的電流浪涌而造成的，而不是因為直接雷擊大部分平常的電子設備而引起的危害。比如這些年來的電子設備，各個計算機連接設備的連續運用，并且它的雷電防護方法也在推崇出新。

（6）直接雷擊：直接雷擊是指在雷電活動區域內，直接通過建筑物的構架及鋼軌對地放電及其信號傳輸的路線而產生的一種電擊現象。

2、雷電對鐵路信號設備造成的危害

雷電對鐵路信號系統影響主要有兩種。（1）直接雷擊：在雷電擊中建筑物、金屬導體或電子設備時，巨大的雷電流流入地下，在雷擊點及其連接的金屬部分產生極高的對地電壓，可能直接引起接觸電壓或跨步電壓等觸點事故，強大的雷電流轉變成熱能，瞬間釋放約數百兆焦耳的能量。直接雷擊的危害極大，它能直接擊中的物體瞬間發生巨大損壞。（2）感應雷擊：電磁脈沖、電磁感應及雷電浪涌都屬于感應雷擊。由感應雷擊產生的過電壓、過電流，會影響電子設施的正常工作，使設備受到損壞，還會對周圍的物體產生二次放電，威脅安全。感應雷擊雖沒有直接雷擊猛烈，但其發生的概率比直接雷擊高得多。直接雷擊只發生在雷云直接擊中地面設施造成雷電危害，而感應雷擊不論雷云直接擊中設備附近地面還是雷云之間的閃擊，都可能發生雷電危害。而且，直接雷擊一次只襲擊一個小范圍目標，而閃擊一次可以在較大的范圍內多個小局部同時產生感應雷擊現象，并且這種感應雷擊產生的過電壓、過電流可以通過電纜、信號線等傳輸到很遠，從而擴大了雷擊范圍。

鐵路室外信號設備如軌道電路、信號機、道岔轉轍機以及其他設備，以受直接雷擊影響為主；信號樓是鐵路信號設備受雷電影響最嚴重的地方，既受直接雷擊又受感應雷擊的影響?，F階段直接雷擊損壞鐵路信號設備事故率有所下降，但大量電子元器件的應用，使感應雷擊所造成的鐵路信號設備損壞事故率處于上升趨勢。

3、鐵路信號設備避免雷擊影響的防護措施

3.1貫通地線的運用

信號設備主要設置在鐵路沿線，設備分散，綜合接地系統以沿線兩側分別敷設的貫通地線為主干，充分利用沿線橋梁、隧道、路基地段構筑物設施內的接地裝置作為接地體，形成等電位綜合接地平臺，把信號設備的防雷元器件和建筑物的防雷作為一個整體系統來考慮。軌旁及站區信號設備就近接入綜合接地系統，實現沿線信號設備等電位連接，消除了由于不同設備之間的電位差引起的電位不平衡電流，實現了對人員和設備的有效可靠防護。

3.2加強室內設備防雷措施。

（1）信號樓直接雷擊及感應雷擊防護：信號樓設天網、地網、法拉第籠。通過避雷帶、避雷網、引下線、法拉第籠、基礎接地體、環形接地裝置、接地匯集線、防靜電地板及室內機柜的相互連接，使建筑物各點的電位均衡，并接入綜合接地系統，這樣可以避免因雷擊建筑物時產生電位差而損壞設備。室內等電位連接根據保護對象的不同，分為不同的保護區，采取不同的防護措施。一般室內設置電源防雷開關箱接地、電纜金屬護套接地、分線盤接地、電子設備接地（各系統機柜）、信號設備總接地（電源屏、空調、組合架/柜、控制臺等）及機房屏蔽接地（防靜電地板、金屬門窗、屏蔽網等）6種單獨的接地匯集線，并采用單點冗余接地方式接入地網。在信號機械室設置地線測試箱，測試室內外接地電阻不大于1Ω。

（2）浪涌保護器的運用：為了對低壓線路進行過壓保護，防止電壓竄入對電子設備造成破壞，抑制電源浪涌電壓，在電源線路入口并接通過質量認證的過電壓保護器件。通常采取多級雷電防護措施，如室內信號設備的電源饋線雷電防護可分兩級，前級浪涌保護器宜裝在室內外分界處（一般在防雷分線柜集中安裝），其通流容量大，稱為粗保護；在靠近被保護設備處另設一級電源防護，稱為中防護。

（3）采用光纖電纜作為數據的傳輸線：使用光纖電纜數據通信和測控技術的接口電路。因為光纖是靠光傳輸的，而不是金屬傳輸的，同時具有較強的抗電磁干擾的特點，因此如采用光纖電纜則是對數據接口電路最理想的防雷措施。

（4）電纜二次成端制作：電纜間與信號機械室一般要求分開設置。在電纜間電纜引入口2m范圍內，將室外電纜側電纜鋼帶及鋁護套做接地處理（鋼帶切斷200mm，鋁護套不得斷開，鋼帶切斷處按電纜成端方式做密封處理），電纜從電纜間進入信號機械室后，在分線柜處做二次接地處理。通過電纜間及分線柜二次接地處理，可以有效的隔離傳輸信號電纜線鋼帶與鋁護套間因雷擊產生的過電壓，使室內信號設備免受雷電危害。

4、鐵路信號設備雷電防護的建議

為了信號設備的安全和鐵路科技發展的需要，建議：（1）必須進一步強化對鐵路信號雷電防護工作的領導和管理，切實加強和發揮各級組織的作用。信號雷電防護工作有其鮮明的特點：從技術體系，它涉及科研、設計、工程、制造、運營五大系統；從管理體系，它連著總公司、局、處、段、車間、工區六大環節。這些方方面面，都將影響信號設備雷電防護的整體效果和效益。因此，如何進一步增強各個體系的密切聯系和配合，對搞好信號設備的雷電防護工作是至關重要的。（2）必須堅持鐵路信號技術裝備與雷電防護技術設施同步發展的方針。信號技術裝備的新產品、新技術、新設備科技成果鑒定，必須提供相關的雷電防護技術文件，并進行相應的鑒定，扭轉設備研究與雷電防護脫節的局面。

結束語：

近年來，隨著信號設備技術的不斷發展，逐漸實現由繼電聯鎖向微機聯鎖的自動化控制的轉換，對雷電干擾提出了更高的要求。為更有效地防止雷電干擾，不僅對信號機械室所在的建筑物進行了天羅地網的防護，還特別對微機聯鎖設備的專用機房進行了又一次屏蔽，更有效地解決了雷電感應電動勢對微電子設備的干擾。據上面所述，鐵路信號設備要想避免雷擊危害安全順利發揮作用的話，就必須加強對雷擊的防護研究，才能在信號系統的完善構建過程中采取科學合理的防護防雷措施。

參考文獻

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