鐵路通信設(shè)備的雷擊危害及防護(hù)措施

張新軍

【摘要】 鐵路的安全運(yùn)輸是保障人們?nèi)粘０踩鲂械闹匾Ｕ?。鐵路通信設(shè)備作為鐵路運(yùn)行的必要組成部分，其設(shè)備的安全性直接關(guān)系鐵路通信暢通與行車安全。本文基于當(dāng)前鐵路通信設(shè)備的雷擊危害以及其產(chǎn)生原因，對鐵路通信設(shè)備的防雷措施進(jìn)行探討，以確保鐵路安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】 鐵路通信設(shè)備 雷擊危害 防護(hù)措施

隨著鐵路交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，鐵路已成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾ぞ?。然而，近年來因雷擊損壞鐵路通信設(shè)備的事故越來越多，極大的影響了鐵路的通信傳輸與鐵路的運(yùn)行安全、給人們的出行帶來了重要安全隱患。隨著越來越大規(guī)模的智能化鐵路通信設(shè)備的應(yīng)用，其電壓要求越來越高，為了有效防止雷電產(chǎn)生的電磁脈帶來的對通信設(shè)備的過電壓及過電流危害，需要切實(shí)做好對通信設(shè)備的防雷工作，從細(xì)節(jié)著手，確保鐵路通信設(shè)備的安全運(yùn)行。

一、雷電的形成及及其對鐵路通信設(shè)備的危害

1.1 雷電的形成及其放電過程

雷電是一種自然天氣現(xiàn)象，主要指一種帶電的云層與另一種帶異種電荷的云層發(fā)生碰撞產(chǎn)生放電，或者一種帶電的云層對大地之間的迅猛放電。這通常是在高濕悶熱的氣候中，地面氣溫不均而造成帶有大量水蒸氣的空氣強(qiáng)烈上升，其水珠分裂成水滴，而帶上了電荷，進(jìn)而云層中帶有電荷的水滴與其發(fā)生摩擦，集聚了電荷而產(chǎn)生了急速的放電現(xiàn)象。

雷電放電是從云開始而向下發(fā)展的過程，當(dāng)云層中積存的電荷密度足夠大，其電場強(qiáng)度能達(dá)到將空氣擊穿的強(qiáng)度（2500～3000kV/m）時，此刻就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞游離，而形成導(dǎo)電的通路。然而，空氣又屬于不良導(dǎo)體，因?yàn)槔纂姷南蛳掳l(fā)展是斷斷續(xù)續(xù)的，每經(jīng)過50us就會停歇一次，平均速度約在100～200km/s之間。當(dāng)主放電完畢后，余輝放電就會將余電荷沿著導(dǎo)電通道流向大地，慢慢結(jié)束整個脈沖放電過程。

1.2 雷擊對鐵路通信設(shè)備的危害

（1）雷電放電過程中，其直擊配有信號設(shè)備的建筑物、構(gòu)筑物及地面突出物時，雷電產(chǎn)生的電磁脈沖會在通信系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生過電壓與過電流的問題，進(jìn)而對通信設(shè)備造成危害，影響設(shè)備正常運(yùn)行。

（2）當(dāng)發(fā)生雷擊時，在戶外傳輸信號電纜線、埋地電纜線以及通信設(shè)備間連接線上會產(chǎn)生電磁感應(yīng)，而使得感應(yīng)雷侵入信號設(shè)備，導(dǎo)致連接在線路或終端的電子設(shè)備遭到損害。

（3）當(dāng)鐵路通信設(shè)備中未安裝避雷器或比避雷器失效時，雷電沖擊波會乘機(jī)擊穿變壓器初級與次級繞組間的絕緣體，導(dǎo)致雷電壓直接侵入信號回路，造成信號電源設(shè)備過電壓與過電流問題的產(chǎn)生，嚴(yán)重危害了低壓側(cè)的信號設(shè)備的運(yùn)行。

（4）隨著計(jì)算機(jī)連鎖設(shè)備等微電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，雷電浪涌作為一種極為嚴(yán)重的雷擊危害形式不斷發(fā)生。最普遍的危害現(xiàn)象是當(dāng)雷擊發(fā)生時，電源與通信線路中感應(yīng)的電流浪涌而引起電子設(shè)備故障，造成通信傳輸受阻。

二、鐵路通信設(shè)備的雷電防護(hù)特點(diǎn)分析

從以上關(guān)于雷電形成及及其對鐵路通信設(shè)備危害的論述中，可以大致了解到鐵路站場通信設(shè)備遭受到的過電壓及過電流的攻擊主要是通過直擊雷、感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷及操作過電壓等途徑而達(dá)到的，因此，對于鐵路痛苦更新設(shè)備的雷電防護(hù)需針對雷電的攻擊途徑特點(diǎn)而實(shí)施切合實(shí)際的防護(hù)，具體來講，其防護(hù)特點(diǎn)如下：

1、在鐵路站場中，主要包含數(shù)字微波通信系統(tǒng)、無線列調(diào)通信系統(tǒng)、信號微機(jī)連鎖設(shè)備等，因而整個鐵路站場的占地面積較大。在通信樓安裝避雷針時，應(yīng)保證其滿足對整個通信樓區(qū)域的直擊雷防護(hù)。

2、對于通信機(jī)房等重要區(qū)域的戶外電纜，其在遭受到直擊雷危害后，線路中的大電流會對機(jī)房內(nèi)的通信設(shè)備造成損壞，因此，在建立下引線和統(tǒng)一接地網(wǎng)時，要充分考慮雷電高頻電磁場的對設(shè)備產(chǎn)生過電壓損害，科學(xué)的實(shí)施防護(hù)措施。

3、由于鐵路通信機(jī)房內(nèi)包含多類接地系統(tǒng)，沖擊接地電阻不均衡。當(dāng)發(fā)生雷擊時，雷電流導(dǎo)致地電位差，進(jìn)而造成了“地電位反擊”現(xiàn)象，極大的危害通信設(shè)備和工作人員安全，因此，在其雷電防護(hù)措施實(shí)施的過程中，一定要遵循”等電位“的防護(hù)原則。

三、鐵路通信設(shè)備的雷擊防護(hù)具體措施

3.1 充分利用各種雷擊預(yù)防設(shè)備

一方面，積極利用避雷針與避雷線。作為一種常見的避雷工具，避雷針應(yīng)該廣泛的應(yīng)用于面積較小的建筑物，其利用鍍鋅圓鋼制成，且圓鋼直徑根據(jù)針長的不同而加以設(shè)計(jì)，頂端呈現(xiàn)圓錐形，具有很大的優(yōu)勢，能有效預(yù)防直擊雷的危害發(fā)生。而避雷線作為一種架空地線，懸掛在被保護(hù)物體上方，并與地線相接，達(dá)到與避雷針相同股的防電效果。其主要是通過將雷電引向自身，并通過接地系統(tǒng)將其導(dǎo)人大地，達(dá)到防雷的效果。

另一方面，科學(xué)利用避雷器。避雷器是主要分為管型避雷器、氧化鋅避雷器及閥型避雷器等，其中以氧化鋅避雷器為應(yīng)用最廣泛且效果最佳的避雷器。此避雷器的非線性福安特性比較好，且波動感及變化特性較為平穩(wěn)，很少出現(xiàn)間隙擊穿和滅弧的問題。此避雷器還具有電阻片容量大的特點(diǎn)，能與其他設(shè)備并聯(lián)使用。

3.2 科學(xué)實(shí)施感應(yīng)雷擊的防護(hù)措施

在實(shí)施對鐵路通信設(shè)備的外部防護(hù)過程中，除了以上安裝避雷針或避雷器等裝置的方式外，還應(yīng)該針對感應(yīng)雷擊實(shí)施科學(xué)的防護(hù)措施。一般而言，通過在天饋系統(tǒng)中安裝電涌保護(hù)器（SPD），能很好的消除感應(yīng)雷擊傷害，當(dāng)然，在安裝SPD時，應(yīng)該重點(diǎn)考慮如下方面的問題：首先，SPD在進(jìn)行接地安裝過程中，其接地端應(yīng)與地可靠連接，通常需要將接地引線從天饋線入口外外側(cè)的接電線、避雷帶等引接，并且接地電阻不得大于4Ω；其次，由于天饋系統(tǒng)在安裝的過程中存在一定的捅入損耗，對天線輻射信號強(qiáng)度會造成一定影響。因此，要求天饋系統(tǒng)駐波比不大于1.5；最后，在安裝天饋系統(tǒng)的通信天線時，應(yīng)保證天線的支撐桿與鐵塔的連接電阻為零。在重要的通信工程中，安裝SPD的同時，還應(yīng)重視對供電系統(tǒng)防雷裝置的安裝，如在變壓器、配電房中安裝避雷裝置等?？傊ㄟ^合理的安裝SPD裝置，能確保感應(yīng)雷擊的防護(hù)效果。

3.3 室內(nèi)電子設(shè)備的防護(hù)

對于鐵路通信設(shè)備的雷擊防護(hù)工作，在做好其外部雷擊防護(hù)的同時也應(yīng)對室內(nèi)電子設(shè)備加以防護(hù)，進(jìn)而在內(nèi)外結(jié)合的雷擊防護(hù)措施中，達(dá)到有效預(yù)防雷擊外危害、促進(jìn)通信傳輸通常的目的。為此，鐵路通信要從如下方面加強(qiáng)室內(nèi)電子沒備防護(hù)：第一，電源設(shè)備防護(hù)。雷電通常是經(jīng)過電源線路通道對電源設(shè)備造成侵害，因而在電源設(shè)備電源線入口安置電壓保護(hù)裝置是極為必要的，能防治電源浪涌的流入，造成對微電子設(shè)備的損壞，同時還應(yīng)該對低壓線路進(jìn)行過壓保護(hù)；第二，信號設(shè)備及計(jì)算機(jī)設(shè)備防護(hù)。一般要在信號樓內(nèi)連接一層電壓屏蔽網(wǎng)，確保室內(nèi)連接均衡，在信號方面，應(yīng)該在計(jì)算機(jī)房、電源屏室、控制室內(nèi)做好均壓防護(hù)工作，通常需要以銅條在墻角環(huán)繞相接的方式進(jìn)行。值得重視是，以上環(huán)節(jié)必須保證信號設(shè)備的等電位連接；第三，法拉第籠防護(hù)。在機(jī)械室內(nèi)安裝法拉第籠，其產(chǎn)生的屏蔽干擾能有效緩解室內(nèi)雷擊對電子設(shè)備的危害程度，使室內(nèi)通信設(shè)備得到最大程度的保護(hù)，確保鐵路通信信號的可靠傳輸。

四、結(jié)語

總之，鐵路通信設(shè)備的雷擊防護(hù)是當(dāng)前鐵路通信事業(yè)的重要工作，其對于保證鐵路信號設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要的意義。因此，新時期鐵路通信部門應(yīng)該從內(nèi)外加強(qiáng)雷擊防護(hù)措施的實(shí)施，科學(xué)有效地應(yīng)用避雷工具與手段，提高鐵路信息系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，促進(jìn)鐵路事業(yè)發(fā)展。