鐵路通信設(shè)備防雷系統(tǒng)工程實(shí)施技術(shù)研究

王 建 圣

(大西鐵路客運(yùn)專線有限責(zé)任公司，山西 太原 030027)

鐵路通信設(shè)備防雷系統(tǒng)工程實(shí)施技術(shù)研究

王 建 圣

(大西鐵路客運(yùn)專線有限責(zé)任公司，山西 太原 030027)

通過研究雷電防護(hù)的基本概念，對鐵路通信設(shè)備防雷工作的重要性、基本工作原理進(jìn)行了說明，結(jié)合大同至西安鐵路客運(yùn)專線實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，對鐵路客運(yùn)專線通信設(shè)備防雷系統(tǒng)工程的實(shí)施進(jìn)行了總結(jié)、研究，為其他普速鐵路和客運(yùn)專線通信設(shè)備防雷系統(tǒng)工程的實(shí)施提供了參考。

屏蔽網(wǎng)，電磁兼容，接地匯集線，浪涌保護(hù)器

隨著鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，在工程建設(shè)項(xiàng)目中大量運(yùn)用集成電路、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等設(shè)施，由于這些設(shè)備的耐過壓能力不高，雷擊所產(chǎn)生的熱效應(yīng)、靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)會(huì)對電子設(shè)備造成靜電干擾或損傷。為了確保通信技術(shù)裝備的可靠性，確保鐵路行車安全，對通信設(shè)施采取雷電綜合防護(hù)措施可以將雷電對電子設(shè)備造成的災(zāi)害降低到最低限度，減少被保護(hù)的通信系統(tǒng)設(shè)備遭受雷擊損害的風(fēng)險(xiǎn)，因此越來越凸現(xiàn)防雷設(shè)施對通信設(shè)備保護(hù)的重要性。

1 雷電防護(hù)概述

雷電發(fā)生時(shí)，地面的水蒸汽隨空氣上升，遇冷空氣形成積云，云層中的水滴受氣流摩擦，產(chǎn)生帶有不同電荷的云，當(dāng)這些電荷積累到一定的閥值，就會(huì)發(fā)生劇烈的放電現(xiàn)象，這就是雷電現(xiàn)象。根據(jù)雷電侵入建筑物或建筑物內(nèi)部的電子設(shè)備的方式，雷電的種類可分為直擊雷、雷電電磁脈沖感應(yīng)、雷電波侵入及球雷四種。

雷云對地放電，能夠?qū)Φ孛嫔系慕ㄖ锖驮O(shè)施帶來嚴(yán)重危害。從危害方式來分，雷擊的破壞作用表現(xiàn)為雷電的一次效應(yīng)和二次效應(yīng)的作用。一次效應(yīng)是雷電集中目標(biāo)后直接破壞目標(biāo)；二次效應(yīng)是雷電電磁脈沖將設(shè)備損壞，即雷電間接破壞設(shè)備。直接破壞作用表現(xiàn)為雷電引起的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和沖擊波等；間接破壞表現(xiàn)為雷電產(chǎn)生的靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)和暫態(tài)過電壓。

雷擊產(chǎn)生的大電流對于采用電子元器件為主的通信設(shè)施來說是災(zāi)難性的，會(huì)引起通信故障，甚至?xí)斐蓢?yán)重的通信網(wǎng)絡(luò)中斷，從而危及到列車運(yùn)行安全，給鐵路的運(yùn)營維護(hù)和日常管理帶來極大的不便。

2 通信設(shè)備防雷的基本原理

隨著國際防雷技術(shù)的不斷提高，近年來鐵路通信防雷系統(tǒng)得到了長足發(fā)展，把通信防雷和建筑物防雷有機(jī)結(jié)合起來的防雷綜合防護(hù)體系已基本形成，《鐵路通信設(shè)備雷電綜合防護(hù)實(shí)施指導(dǎo)意見》也于2011年正式發(fā)布。其雷電防護(hù)的基本原理包括：改善設(shè)備房屋電磁兼容環(huán)境條件；分級設(shè)置防雷單元；采用良好的接地措施等。

2.1 改善電磁兼容環(huán)境

為了降低雷電電磁干擾，通信綜合防雷系統(tǒng)應(yīng)用了法拉第籠的電磁屏蔽原理，為通信設(shè)備構(gòu)筑了三層電磁屏蔽網(wǎng)：第一層由防直擊雷的屋頂避雷網(wǎng)、避雷帶、引下線和地網(wǎng)構(gòu)成；第二層由通信機(jī)房墻面、天花板、地面的屏蔽網(wǎng)組成；第三層由設(shè)備的金屬機(jī)柜構(gòu)成。三層屏蔽網(wǎng)有效改善了通信設(shè)備電磁兼容的環(huán)境條件，為設(shè)備接地提供了便利條件。

2.2 分級設(shè)置防雷單元

鐵路通信設(shè)備防雷根據(jù)設(shè)備所處的防雷區(qū)、設(shè)備抗過電壓、過電流能力，采取多種防雷措施，分級設(shè)置防雷單元，提高通信設(shè)備對雷電的系統(tǒng)防護(hù)能力。通信機(jī)房的交流電源應(yīng)設(shè)置兩級或以上的浪涌保護(hù)器。

2.3 采用良好接地措施

綜合防雷系統(tǒng)盡量利用建筑物基礎(chǔ)，并配置比原來獨(dú)立接地體規(guī)模更大的環(huán)形接地體，形成一個(gè)對雷電流泄放通暢，地電位抬升有限的地網(wǎng)，條件具備時(shí)接入鐵路綜合接地系統(tǒng)，這些措施大大提高了通信雷電防護(hù)的接地效果。

3 鐵路通信設(shè)施防雷綜合防護(hù)的工程實(shí)施

鐵路通信設(shè)施綜合防雷系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)工程，對直擊雷、瞬態(tài)過電壓防護(hù)以及電磁兼容環(huán)境改善的設(shè)計(jì)，應(yīng)堅(jiān)持“以防為主，安全第一”的原則，凡是雷電侵入通信設(shè)施的通道和途徑，都必須采取預(yù)防措施，將雷擊產(chǎn)生的高電壓、大電流堵截或泄放在通信設(shè)施之外，不允許雷擊產(chǎn)生的電磁脈沖進(jìn)入通信設(shè)施，同時(shí)采取有效的分級防護(hù)措施，將泄漏部分的電流疏導(dǎo)入大地，同時(shí)充分結(jié)合建筑物的土建實(shí)施，達(dá)到科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的效果。

3.1 設(shè)置避雷帶、避雷網(wǎng)、引下線

避雷帶、避雷網(wǎng)屬于被動(dòng)防雷裝置，當(dāng)雷電擊中建筑物時(shí)，雷云會(huì)首先對避雷帶、避雷網(wǎng)進(jìn)行放電，從而保護(hù)建筑物本身不直接被雷擊，同時(shí)又降低了雷電電磁脈沖感應(yīng)產(chǎn)生的概率，與引下線、共用接地裝置共同構(gòu)成了建筑物的大空間屏蔽網(wǎng)。

避雷帶應(yīng)盡量設(shè)置成閉合狀態(tài)，并保持與大地良好的電氣連接。材質(zhì)采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼，圓鋼直徑不小于8 mm，為了能盡量對那些不易受到雷擊的部位也提供一定的保護(hù)，避雷帶一般高出墻體150 mm。

避雷網(wǎng)實(shí)際上相當(dāng)于縱橫交錯(cuò)的避雷帶疊加在一起，主要用于平頂建筑物的雷電防護(hù)。采用暗裝方式，可利用屋頂里的建筑鋼筋來構(gòu)成避雷網(wǎng)，節(jié)省投資又美觀，但是在防護(hù)直擊雷時(shí)作為接閃器用，在承受雷擊后，屋面表層會(huì)被擊出小洞，破壞防水和保溫層，建議盡量采用明裝方式。

引下線作用是將避雷網(wǎng)、避雷帶接收的雷電流引入接地網(wǎng)，走線方式盡可能走直線路徑，在必須拐彎的情況下，彎曲角度應(yīng)大于90°，避免采用銳角或直角向下走線。

3.2 接地實(shí)施

接地體是通信機(jī)房防雷設(shè)施中的重要環(huán)節(jié)，無論是對直擊雷的防護(hù)，還是對感應(yīng)雷的防護(hù)，最終都要由機(jī)房接地裝置將電流傳導(dǎo)到大地中去。

在通信機(jī)房設(shè)置工作、保護(hù)、電源防雷接地匯集線。工作、保護(hù)接地匯集線可合設(shè)。工作保護(hù)接地匯集線用于連接室內(nèi)直流電源設(shè)備的正極、設(shè)備機(jī)柜外殼、防靜電地板支架、室內(nèi)電纜橋架等。電源防雷接地匯集線用于連接外電源引入的浪涌保護(hù)器的接地線和防雷電源箱的箱體。各接地匯集線應(yīng)與環(huán)形接地體連接。

通信機(jī)房混凝土框架內(nèi)設(shè)置基礎(chǔ)地面鋼筋網(wǎng)，基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)中的所有鋼筋必須焊接，鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)格采用直徑不小于12 mm的圓鋼焊接成不大于5 m×5 m的網(wǎng)格。

3.3 機(jī)房電磁屏蔽

機(jī)房電磁屏蔽是充分利用房屋結(jié)構(gòu)中的屏蔽體來阻擋和消耗電磁能量的傳輸，目的是防止外來的電磁能量進(jìn)入某一區(qū)域，避免敏感的電子設(shè)備受到干擾；限制內(nèi)部敷設(shè)的電磁能量泄露出去，避免電磁波對周圍其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。

通信機(jī)房可利用墻體內(nèi)加鋼筋網(wǎng)作為屏蔽層，或在墻體、頂面鋪金屬板。墻面屏蔽層采用直徑8 mm的圓鋼，焊接成尺寸不大于600 mm×600 mm的網(wǎng)格，金屬板厚度不小于0.6 mm，屏蔽網(wǎng)、金屬板應(yīng)與樓板內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)保持電氣連通。機(jī)房的外墻門采用金屬門，窗戶和室內(nèi)隔斷的玻璃采用金屬網(wǎng)覆蓋，金屬門及金屬網(wǎng)、屏蔽籠之間采用截面面積不小于16 mm2的軟銅線相互鉚接或栓接，確保電氣連接。

3.4 等電位連接

為了防止通信設(shè)備遭受雷電暫態(tài)高壓電位的反擊，室內(nèi)通信設(shè)備、金屬構(gòu)件、各類引入室內(nèi)的電纜外屏蔽層都必須與共用接地系統(tǒng)連接。

通信機(jī)房內(nèi)的等電位連接盡量采用星型連接。工作、保護(hù)、電源防雷接地匯集線與機(jī)房的環(huán)形接地體采用單點(diǎn)冗余連接，各接地線間避免成環(huán)。室內(nèi)設(shè)備、走線架等必須與墻體絕緣，其工作地線必須以最短距離就近與接地匯集線連接。走線架避免環(huán)形布置。室內(nèi)水管、暖氣管等金屬物體必須與建筑物鋼筋或環(huán)形地線做等電位連接。

3.5 通信機(jī)房內(nèi)設(shè)備防雷及電磁兼容

從實(shí)際雷害事故的調(diào)查情況看，雷電直接擊中室內(nèi)設(shè)備的可能性不大，危害通信系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的主要因素是雷擊電磁感應(yīng)，所以要針對雷電侵入的途徑、方式，采取合理有效的措施，將雷害損失降到最低水平。為了防止雷電暫態(tài)過電壓對通信系統(tǒng)的侵害，必須在電源線和信號線等雷電侵入波的侵襲途徑上設(shè)置防雷單元，以便對沿線路襲來的暫態(tài)過電壓進(jìn)行有效的抑制——鉗位保護(hù)，從而保護(hù)與線路端連接的通信設(shè)施。

通信機(jī)房的設(shè)備用電應(yīng)采用兩級或三級的防雷措施。第一級設(shè)在機(jī)房交流電源的引入處，應(yīng)采用電源防雷箱，并具有聲光報(bào)警、雷電計(jì)數(shù)和狀態(tài)顯示功能，具備接入通信電源及機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的條件。第二級防雷保護(hù)器設(shè)在通信電源的交流輸入側(cè)，所用空氣開關(guān)應(yīng)與第一級電力空氣開關(guān)相配。必要時(shí)在精密用電設(shè)備的電源前設(shè)置浪涌保護(hù)器。各級保護(hù)器之間應(yīng)保持必要的退耦距離。

通信線纜浪涌保護(hù)器根據(jù)實(shí)際線纜敷設(shè)情況選取。室內(nèi)敷設(shè)長度超過50 m的數(shù)據(jù)線和室外布線，在滿足信息安全可靠傳輸?shù)那疤嵯?，浪涌保護(hù)器選型要考慮合適的沖擊通流容量、限制電壓、信號衰耗等因素。

4 結(jié)語

現(xiàn)今的通信設(shè)備功能越來越強(qiáng)大，同時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)也更加的復(fù)雜化和精密化，一旦防雷接地環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都有可能導(dǎo)致整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，甚至危及行車和人身安全。在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，房屋建筑、線路、通信、信號、接觸網(wǎng)等綜合接地系統(tǒng)各個(gè)相關(guān)的專業(yè)要密切配合，保證綜合接地系統(tǒng)的完整性；施工時(shí)各個(gè)相關(guān)的施工單位在做好自身施工的同時(shí)，要做好接口施工的配合，確保綜合接地系統(tǒng)各專業(yè)接口間無縫銜接，從而做好通信設(shè)備的防雷工作，防止由于雷擊帶來的損失。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵路通信設(shè)備雷電綜合防護(hù)實(shí)施指導(dǎo)意見[Z].2011.

[2] 鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心.鐵路綜合接地和信號設(shè)備防雷系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國鐵道出版社,2009.

Research on implementation technique of lightening-defense system project of railway communicates equipment

Wang Jiansheng

(Datong-Xi’anRailwayPassengerTransportSpecialLineCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

According to the research on the basic concept of the lightening-defense, the paper indicates the importance and basic principle for the railway communication equipment lightening-defense, and sums up the implementation of the communication equipment lightening-defense of railway passenger special lines by combining with the experience in Datong-Xi’an Passenger Special Line, so as to provide some reference for implementing the communication equipment lightening-defense project in common railways and passenger special line.

shielding net, electromagnetic compatibility, main earth conductor, surge protector

2015-02-27

王建圣(1978- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0147-02

U284

A