5T探測站雷擊途徑及解決辦法探討

黃一驊 中國鐵路上海局集團有限公司車輛處

1 前言

隨著5T系統(tǒng)防雷及防雷電電磁場入侵的逐步完善，5T探測站雷擊概率已大幅降低，但少數(shù)探測站仍有雷擊事故發(fā)生，本文通過對雷擊途徑的分析，查找探測站防雷薄弱環(huán)節(jié)，以期達到完善探測站雷電防護的目的。

2 防雷現(xiàn)狀

2.1 雷電特點及防護方法

雷電是一種大氣物理現(xiàn)象，它與實驗室研究的物理現(xiàn)象不同，不可能通過各種人為控制的方法找出確切無誤的規(guī)律，只能用概率的觀點去考慮。

雷電或更確切地說是伴隨雷電產(chǎn)生的雷電電磁脈沖，會對電氣、電子設備造成嚴重的威脅，雷電電磁脈沖是最嚴重的自然電磁干擾源。閃電放電脈沖的陡度大、峰值電流大、電場強、頻譜寬（從0 Hz～100 MHz）,因此無論是天線、架空電網(wǎng)、外露的電線、電纜、埋地電纜或裸露金屬體等都會感應到強大的感應過電壓、過電流。若它們被引入電器、電子設備將會產(chǎn)生破壞性的后果，這種由感應方式而非直接方式的雷擊稱作感應雷，出于感應雷發(fā)生的概率遠遠高于直接雷，因此，防雷電感應是防雷研究的重中之重。

由于雷電電磁脈沖無孔不入地從空間各個方向侵襲各種現(xiàn)代科技設備，因此現(xiàn)代防雷技術(shù)提出了分區(qū)防護概念，即按照雷擊敏感的強度不同，把建筑物內(nèi)、外環(huán)境分成幾個區(qū)域。

2.2 防雷系統(tǒng)的防護劃分

防雷系統(tǒng)通過天網(wǎng)、引下線、接地系統(tǒng)組成完善的外部防雷，結(jié)合探測站電源，信號線路防護，實現(xiàn)5T探測站的基本防護。

分區(qū)防護情況如圖1所示：

圖1 防雷分區(qū)分布圖

由外到內(nèi)，防雷分區(qū)（LPZs）被定義如下：

LPZ OA區(qū)

在5T探測站外部，不受外部保護裝置保護的區(qū)域?？赡茉馐苤睋衾?，對雷電磁脈沖沒有任何屏蔽防護。

LPZ OB區(qū)

在5T探測站外部受外部保護裝置保護的區(qū)域。對雷電磁脈沖沒有任何屏蔽防護。

LPZ 1區(qū)

5T探測站內(nèi)部區(qū)域。存在小部分雷電能量進入的可能性。

通過以上分區(qū)定義及示意圖，5T探測站電源線路、通訊線路、軌邊設備、室外環(huán)溫箱、攝像頭、高音喇叭等設備都處于OA、OB區(qū)內(nèi)，在此區(qū)域的均可能受到雷擊電磁場的干擾，從而在金屬線路中產(chǎn)生感應雷擊電涌，破壞5T探測站內(nèi)的設備。

3 雷擊途徑分析

通過對圖1的拆分，對探測站設備各線路逐一進行分析，我們得到了圖2。

圖2 探測站設備分布圖

從圖2可以看出，5T系統(tǒng)處于OA區(qū)、OB區(qū)內(nèi)的設備均在雷擊電磁場威脅的范圍內(nèi)，現(xiàn)對各設備雷擊途徑進行逐一分析。

3.1 電源線路直接引入雷電電涌

5T探測站供電采用貫通、自閉雙路供電輸入，貫通電、自閉電線路處于OA區(qū)，且供電線路多為沿線架空，往往是雷電涌入侵的主要途徑。當雷電涌沿供電線路進入5T探測站后，首先會進入電源防雷箱，電源防雷箱內(nèi)防雷模塊對侵入的雷電流對地進行泄放，保護后續(xù)的UPS設備。當電源防雷模塊發(fā)生老化的時候雷電涌會沿著電源線路直接侵入UPS，UPS對于雷電涌極為敏感，當雷電涌侵入UPS后，其前端整流電路會迅速損壞，從而導致5T探測站失電。

因此，配電部分的電涌保護應安裝具有兩級配合電涌保護功能的電源電涌保護箱，以可靠的保護用電設備。此外雷電流的高頻特性易導致電纜上產(chǎn)生較大的寄生電感，為了降低這段導線的阻抗和壓降，就要求電源電涌保護箱的接地線應保證在最短距離連接于等電位聯(lián)結(jié)箱。探測站的低壓配電設備抗擾度應通過國家電磁兼容測試中的抗擾度測試，保證其在規(guī)定的電磁環(huán)境中安全穩(wěn)定工作。

3.2 通訊引入及磁鋼信號雷電電涌

當前，5T探測站通訊主要分為兩種：音頻傳輸及光纖傳輸。

光纖傳輸采用光介質(zhì)傳輸信號，雷擊電磁場無法對其產(chǎn)生影響，故光纖傳輸一般很難將雷電涌引入設備，這里需要特別注意的是光纖線路內(nèi)金屬加強芯是能夠感應雷擊電磁場并傳導雷電涌的介質(zhì)。音頻傳輸采用雙絞線（或多芯線纜）進行傳輸，該線路由于處于OA區(qū)內(nèi)，理論上可能受到直擊雷的侵擾，但現(xiàn)在該線路大多采用埋地處理，故該線路在多數(shù)情況下較易受到雷擊電磁場的侵擾，從而在線路中產(chǎn)生感應雷電涌。5T磁鋼線路處于室外OA區(qū)內(nèi)，易受到直擊雷的破壞，當磁鋼接閃此時將導致磁鋼、磁鋼線路、磁鋼防雷模塊全部損壞。然而，國內(nèi)現(xiàn)在較多探測站處于電氣化區(qū)段，磁鋼線路上方的電氣化線路起到接閃器的作用，磁鋼處于OB區(qū),不易遭受直擊雷破壞，而易受到雷擊電磁場影響，從而在磁鋼線路中產(chǎn)生雷擊感應電涌。雷電感應電涌直接從磁鋼線路侵入室內(nèi)，經(jīng)過磁鋼防雷模塊，當磁鋼防雷模塊正常工作時，將有效減少和降低此電涌的破壞，從而保護后續(xù)設備的正常工作。

因此，探測站的計算機通訊線或磁鋼線是由室外引入室內(nèi)時，由于室外沒有任何屏蔽容易感應上雷電流，所以進入探測站內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸線應安裝專用SPD；安裝的SPD為了保證工作的可靠性及持續(xù)性，其主要技術(shù)參數(shù)，如放電電流值（Iimp或 In）、電壓保護水平（Up）、最大持續(xù)運行電壓（Uc）和影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕夹g(shù)參數(shù)應符合相應的國家和鐵道行業(yè)標準要求。探測站的計算機設備的接口抗擾度應通過國家電磁兼容測試中的抗擾度測試，保證其在規(guī)定的電磁環(huán)境中安全穩(wěn)定工作。

3.3 軌邊探測設備引入雷電電涌

軌邊探測設備往往安裝于沿線軌邊設備箱體內(nèi)，此時箱體的保護，這些設備一般不容易遭受直擊雷的破壞，但由于這些設備處于OB區(qū)內(nèi)，很容易遭受雷擊電磁場的影響，從而在線路中產(chǎn)生感應雷電涌。由于軌邊探測設備往往信號較精密，設備采用的防護均由5T設備廠家采取一定的措施，故該線路應定期檢查其絕緣及屏蔽，以保證雷擊電磁感應電涌能夠得到一定的抑制。為了防止鋼軌遭受雷擊后抬高地電位對站房內(nèi)的設備產(chǎn)生地電位反擊，鋼軌邊的金屬設備接線盒外殼應與等電位聯(lián)結(jié)箱進行等電位連接。

4 結(jié)論

本文通過對雷電涌入侵對5T探測站設備的途徑做出研究和探論。對于已安裝防雷保護模塊的線路提出了按照相關(guān)規(guī)定進行定期檢查的建議。對暫無法安裝防雷模塊的線路提出抑制及降低雷電涌侵入的方法，旨在減少雷電涌對探測站設備造成影響，以保證5T設備更加安全可靠的運行。