雷電對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的危害及防雷整治研究

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，鐵路信號(hào)設(shè)備信息化程度得到快速發(fā)展，但是，先進(jìn)的鐵路信號(hào)設(shè)備基本上都是在弱電環(huán)境中運(yùn)行，很容易受到雷電等電磁環(huán)境的干擾，雷電產(chǎn)生的強(qiáng)大電流會(huì)造成電磁場(chǎng)瞬間變大，雷電釋放的電流和電壓會(huì)破壞鐵路信號(hào)設(shè)備。本文根據(jù)雷電對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的危害和防雷整治進(jìn)行研究，首先介紹雷電對(duì)于鐵路信號(hào)設(shè)備的破壞，然后介紹了雷電類型和防治的措施。本文根據(jù)雷電對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的危害進(jìn)行研究，希望可以增加我國(guó)鐵路信號(hào)設(shè)備對(duì)于雷電的預(yù)防。

關(guān)鍵詞 雷電;鐵路信號(hào)設(shè)備;危害

鐵路可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)建成八縱八橫的大鐵路網(wǎng)，也已經(jīng)開(kāi)通大重載列車，萬(wàn)噸列車等，鐵路信號(hào)設(shè)備也隨著進(jìn)行改進(jìn)。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，鐵路信號(hào)設(shè)備也已經(jīng)世界最先進(jìn)的信號(hào)設(shè)備。鐵路信號(hào)設(shè)備中含有大量的電子元件，電子技術(shù)在信號(hào)設(shè)備中也得到大量的使用。因?yàn)殡娮釉容^脆弱，耐壓小、耐流小的特點(diǎn)，很容易被雷電破壞，也是信號(hào)設(shè)備中最脆弱的部分。在一定的區(qū)域中，信號(hào)設(shè)備被雷擊的數(shù)量，每年都不一樣，有的車站和地區(qū)信號(hào)設(shè)備被雷擊中的概率比較大。

1 雷電對(duì)于鐵路信號(hào)設(shè)備的破壞和防雷措施

1.1 雷電的形成

在雷雨高發(fā)季節(jié)，雷雨天氣和中小尺天氣系統(tǒng)有密切的關(guān)系，暴雨、強(qiáng)風(fēng)、雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣基本上出現(xiàn)在50到300公里的范圍中。雷電產(chǎn)生在大氣層，主要是大氣層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，動(dòng)力化強(qiáng)，在強(qiáng)大的上升氣流的影響下，在高空流場(chǎng)中，當(dāng)高層氣流輻散，低層氣流輔合，尤其是低層氣流輔合強(qiáng)烈的時(shí)候就很容易產(chǎn)生雷電和暴雨。這種雷電的生命周期比較短，但是產(chǎn)生的能量卻比較大。雷電可以分為直擊雷、感應(yīng)雷兩種，直擊雷是電子線路或者電子設(shè)備直接擊中，雷電強(qiáng)電壓支架作用在設(shè)備表面，大電流直接進(jìn)入設(shè)備?？梢韵胂?，直擊雷擁有很高的電壓和極強(qiáng)的電流，因?yàn)橹苯用?，所以破壞力?qiáng)大，但是這種情況出現(xiàn)的概率比較小。感應(yīng)雷是在帶正電的積雨云和帶負(fù)電的積雨云接觸，下面的雷云就會(huì)形成靜電場(chǎng)。這種靜電場(chǎng)和其他電子設(shè)備附近大型物體和雷云形成巨大的感應(yīng)電場(chǎng)，當(dāng)雷擊的時(shí)刻通過(guò)信號(hào)傳輸電路和其他導(dǎo)電的物品。雷云對(duì)傳導(dǎo)物放電的電壓和電流決定了感應(yīng)雷的電壓和電流。感應(yīng)雷會(huì)和土壤、傳導(dǎo)距離、感應(yīng)高度、信號(hào)設(shè)備接地電路配置的電阻因素相關(guān)。所以，感應(yīng)雷應(yīng)該考慮很多因素。

1.2 雷電對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的破壞

雷電對(duì)于鐵路信號(hào)設(shè)備的危害有兩種，直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷對(duì)于鐵路附近的建筑設(shè)施、信號(hào)系統(tǒng)和線路的傳輸?shù)冗M(jìn)行直接雷擊，這些建筑都會(huì)受到破壞，進(jìn)而影響鐵路信號(hào)設(shè)備的正常運(yùn)行。感應(yīng)雷是雷云之間或者雷云和大地進(jìn)行放電，它會(huì)對(duì)附近的鐵路信號(hào)設(shè)備、信號(hào)傳輸產(chǎn)生靜電干擾或者比較強(qiáng)的電磁感應(yīng)的現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)設(shè)備不能正常工作[1]。正常情況下，直接雷對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備造成的危害比感應(yīng)雷造成的比較大，但是直接雷發(fā)生的概率比較小，隨機(jī)性比較強(qiáng)，所以防雷最主要的還是針對(duì)感應(yīng)雷。

雷電干擾一般會(huì)入侵交流電源。如果沒(méi)有避雷設(shè)備，強(qiáng)電流就會(huì)直接傳導(dǎo)鐵路信號(hào)設(shè)備低壓的部分線路。因?yàn)檐壍离娐返膫鬏斁€就是鋼軌，鋼軌周圍的環(huán)境基本都在戶外，很容易受到距離較大的雷電擊中。即使在室內(nèi)也有可能通過(guò)外部電纜被雷電擊中，所以室內(nèi)設(shè)備也要做好防雷工作和防雷設(shè)備的維護(hù)。

2 雷電類型和雷電防治措施

2.1 信號(hào)系統(tǒng)防雷

最近十幾年在鐵路信號(hào)設(shè)備上已經(jīng)大量使用微電子控制設(shè)備提高鐵路信號(hào)設(shè)備控制的準(zhǔn)確性。在鐵路信號(hào)設(shè)備的防雷保護(hù)已經(jīng)出現(xiàn)天網(wǎng)、地網(wǎng)、微機(jī)控制室電磁屏蔽、綜合接地和信號(hào)防雷系統(tǒng)等防護(hù)措施，也取得一定的防雷效果。但是室內(nèi)微電子控制設(shè)備的雷擊現(xiàn)象還是經(jīng)常發(fā)生，經(jīng)過(guò)一定的分析，認(rèn)為還是感應(yīng)電入侵和地電位反擊造成的。為了做好鐵路信號(hào)機(jī)械室設(shè)備的防護(hù)應(yīng)該采取必要的措施。首先，對(duì)于鐵路信號(hào)機(jī)械室應(yīng)該使用法拉第籠的方法，來(lái)完成對(duì)于雷電電磁信號(hào)的屏蔽。在鐵路信號(hào)機(jī)械室的法拉第籠的建設(shè)過(guò)程中，可以由屋頂雷電避雷網(wǎng)、避雷帶和接電系統(tǒng)組成，利用對(duì)鐵路信號(hào)機(jī)械室構(gòu)建完善的法拉第籠可以有效完成對(duì)雷電所引起的電磁感應(yīng)的屏蔽，保證鐵路信號(hào)正常使用。然后，針對(duì)雷電引起的地電位反擊問(wèn)題，最重要的就是做好鐵路信號(hào)機(jī)械室的等電位。在鐵路信號(hào)機(jī)械室內(nèi)出現(xiàn)多類接地系統(tǒng)，當(dāng)遭受雷擊的時(shí)候，接地電阻可能會(huì)出現(xiàn)接地電阻不均衡的問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致電位差和地電位反擊。所以，相關(guān)人員應(yīng)該做好鐵路信號(hào)機(jī)械室內(nèi)的地網(wǎng)設(shè)置。利用在鐵路信號(hào)機(jī)械室設(shè)置單獨(dú)接地系統(tǒng)之間的距離應(yīng)該設(shè)置在25米左右。

在鐵路信號(hào)設(shè)備的防雷保護(hù)中還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于室外鐵路信號(hào)設(shè)備直擊雷防護(hù)和防雷屏蔽，在鐵路室外信號(hào)設(shè)備的柜、箱、盒等殼體上都應(yīng)該具有良好的電氣貫通和電磁屏蔽能力。在構(gòu)建法拉第籠的過(guò)程中，構(gòu)建在信號(hào)頂部和四周中主要使用導(dǎo)電良好的銅為主要材料進(jìn)行地網(wǎng)的構(gòu)建，針對(duì)鐵路限號(hào)機(jī)械室內(nèi)所有的大量的微電子設(shè)備都應(yīng)該做好防雷保護(hù)，而且使用的屏蔽網(wǎng)的網(wǎng)格的規(guī)格應(yīng)該控制在9平方米的范圍之內(nèi)，在地網(wǎng)的各處所使用的均壓環(huán)應(yīng)該進(jìn)行等電位連接。

2.2 防雷系統(tǒng)的日常維護(hù)

鐵路系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)該在雷雨多發(fā)的季節(jié)之前建立完善的防雷制度，每個(gè)鐵路信號(hào)設(shè)備都劃分責(zé)任人，建立雷電災(zāi)害預(yù)防預(yù)警機(jī)制，認(rèn)真做好雷電災(zāi)害的數(shù)據(jù)收集。并且認(rèn)真檢查安裝防雷裝置的真實(shí)情況。鐵路現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備應(yīng)該做到定期檢查，檢查的內(nèi)容包括接閃器是否完整，連接處是否穩(wěn)固，接地線是否破壞以及接地線的地面有沒(méi)有異常情況。全面的防雷系統(tǒng)包括直擊雷、側(cè)擊雷、感應(yīng)雷、靜電導(dǎo)出設(shè)備接地等。只有建筑物具備上述防雷的能力的時(shí)候，才能算是具備防雷的建筑，才能符合國(guó)家規(guī)定，保護(hù)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，大部分現(xiàn)代鐵路信號(hào)設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)電子化，越是復(fù)雜的電子設(shè)備越不穩(wěn)定。鐵路信號(hào)設(shè)備在雷電中依舊穩(wěn)定已經(jīng)是現(xiàn)代鐵路科技人員解決的技術(shù)難題。即使最先進(jìn)的電子技術(shù)也不能避免被雷電擊中的可能，這就需要我們科學(xué)選擇避雷系統(tǒng)，增加更多的防護(hù)系統(tǒng)來(lái)降低雷電干擾的風(fēng)險(xiǎn)。在保障信號(hào)設(shè)備正常運(yùn)行基礎(chǔ)上，在完善信號(hào)設(shè)備外部防護(hù)的同時(shí)，還應(yīng)該加強(qiáng)信號(hào)設(shè)備內(nèi)部的防護(hù)，降低雷電帶來(lái)的重大安全事故，進(jìn)而降低鐵路信號(hào)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 涂序躍，劉敏軍.鐵路信號(hào)設(shè)備的雷害分析及防雷措施[J].電氣化鐵道，2006，（1）：40-42.

作者簡(jiǎn)介

王永寧（1991-），男，甘肅平?jīng)鋈?學(xué)歷：大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：從事鐵路電務(wù)信號(hào)工作。