淺析鐵路信號設(shè)備的雷電防護(hù)

任宏偉

【摘要】 隨著鐵路信號設(shè)備向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和綜合化方向發(fā)展，大規(guī)模集成電路和低耐壓器件在信號設(shè)備中大量使用，雷電所帶來的危害越來越大，對雷電的防護(hù)已成為保證鐵路安全運(yùn)輸?shù)闹匾獑栴}。綜合雷電防護(hù)方法是在全面考慮雷電損壞信號設(shè)備的各種可能途徑的基礎(chǔ)上，綜合采用外部防護(hù)、屏蔽、等電位連接、接地、合理布線、使用浪涌保護(hù)器等多種方法解決這個問題的有效措施。

【關(guān)鍵詞】 雷電綜合防護(hù) 鐵路信號設(shè)備 防雷

列車是在兩條鋼軌上飛速行駛的，并鋪設(shè)在復(fù)雜的地質(zhì)自然環(huán)境中，而信號設(shè)備則與鋼軌相連，鋼軌是由鋼鐵鑄造的，是電和磁的良導(dǎo)體，所以在雷雨天氣時，帶電的低云層就可在鋼軌中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或直接對鋼軌放電，影響甚至擊毀信號設(shè)備。

通常云團(tuán)的帶電量是很大的，能對地形成幾十萬伏的超高電壓。當(dāng)這種云團(tuán)在氣流的推動下，掠過接近地面時，就可在附近的金屬體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成感應(yīng)電流。倘若云團(tuán)接觸到高于地面的物體時，就可能對地放電，形成直擊雷，放電電流能達(dá)到幾十萬安培，這種能量是超級巨大的，毀壞性也是很嚴(yán)重的。

但在自然界中，大部分的帶電云團(tuán)離地面是很高的，不能對地直接放電，而且僅在帶電云團(tuán)間放電，這也就形成對信號設(shè)備產(chǎn)生次級雷害——感應(yīng)雷災(zāi)害。由于鋼軌是金屬導(dǎo)體，長而易于導(dǎo)電；信號設(shè)備的傳輸導(dǎo)線也都是金屬線，所以感應(yīng)雷產(chǎn)生的電動勢極易在鄰近的鋼軌和信號設(shè)備中產(chǎn)生并傳導(dǎo)電磁感應(yīng)脈沖電流。由于現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)設(shè)備采用了大量微電子設(shè)備，微電子設(shè)備耐過電壓和過電流的能力很低，雷電感應(yīng)引起的電磁感應(yīng)脈沖很容易造成雷害。

雷電造成的危害主要有兩種：

（1）直擊雷

帶電的云層對大地上的某一點(diǎn)直接放電，稱為直擊雷。它的破壞力是很大的，若不能將其迅速瀉放入大地，將導(dǎo)致放電通道內(nèi)的物體、建筑物、設(shè)施、人畜遭受嚴(yán)重的破壞，以及火災(zāi)和電子電氣系統(tǒng)摧毀。

在克服直擊雷的危害中，信號機(jī)械室的建筑物采用法拉第籠進(jìn)行電磁屏蔽。（法拉第籠由屋頂避雷網(wǎng)、避雷帶、引下線和接地系統(tǒng)構(gòu)成。）

信號設(shè)備設(shè)安全地線、屏蔽地線和防雷地線，這些地線均由共用接地系統(tǒng)的地網(wǎng)引出；室內(nèi)信號設(shè)備的接地裝置構(gòu)成網(wǎng)狀；接地導(dǎo)線上不設(shè)開關(guān)、熔斷器或斷路器。室外信號設(shè)備的金屬箱、盒殼體必須接地，屏蔽電纜的金屬屏蔽層也接地。這樣就可以有效、及時地把雷電迅速的釋放到大地中，保護(hù)信號設(shè)備少受損害。

（2）感應(yīng)雷

感應(yīng)雷則是在云層與云層之間發(fā)生放電釋放電荷，不直接對地放電，在電源和數(shù)據(jù)傳輸線路及金屬管道金屬支架上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。過電壓以電氣浪涌的方式危及電子設(shè)備，包括破壞印刷電路印制線、元件和絕緣過早老化壽命縮短、破壞數(shù)據(jù)庫或使軟件誤操作，使一些控制元件失控。

根據(jù)雷電感應(yīng)電動勢在信號設(shè)備形成的機(jī)理，我們采用了很多方式方法，例如：信號電源輸入端設(shè)有電源防雷箱；控制臺、繼電器架、分線盤、機(jī)房設(shè)置接地匯集線。接地匯集線采用大于30 mm×3mm紫銅排，并相互連接成條形、環(huán)形或網(wǎng)格形，環(huán)形設(shè)置時不構(gòu)成閉合回路。

鐵路車站設(shè)置的信號機(jī)外電線路包括進(jìn)站信號機(jī)、預(yù)告信號機(jī)、出站信號機(jī)、通過信號機(jī)、進(jìn)路信號機(jī)外電線路，每線應(yīng)加裝防雷保安器，作為縱向防護(hù)。

軌道電路的室內(nèi)防雷，在軌道電路室內(nèi)送、受電端的分線盤對應(yīng)端子上分別安裝防雷保安設(shè)備進(jìn)行橫、縱向防護(hù)。軌道電路的室外防雷，在軌道電路室外送、受電端變壓器軌道側(cè)也分別在安裝了防雷保安設(shè)備，對軌道電路進(jìn)行橫、縱向防護(hù)。在電碼化電路區(qū)段，在發(fā)送通道分線盤對應(yīng)端子上，每個發(fā)送通道也分別安裝防雷保安設(shè)備，對電碼化設(shè)備進(jìn)行橫、縱向防護(hù)。通過對設(shè)備的橫向、縱向防雷措施，對雷電感應(yīng)電流及時進(jìn)行疏導(dǎo)，使之盡快中和、釋放或引入大地，并充分利用法拉第籠進(jìn)行隔離，從而有效地防止了雷電感應(yīng)脈沖電壓的危害。

近幾年來，隨著信號設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)由繼電聯(lián)鎖向微機(jī)聯(lián)鎖的自動化控制轉(zhuǎn)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(jī)械室所在建筑物進(jìn)行了天網(wǎng)、地網(wǎng)的防護(hù)，又特別對微機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備的專用機(jī)房進(jìn)行了又一次法拉第籠式屏蔽，更有效地解決了雷電感應(yīng)電動勢對微電子設(shè)備的干擾。

但鐵路信號的雷電防護(hù)是一個復(fù)雜、永久的課題，如何做到有效的防護(hù)，還需進(jìn)一步的研究、探討和實(shí)踐。

參 考 文 獻(xiàn)

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