铁路通信防雷技术探析

摘要：铁路通信设备在铁路运输系统中起到了重要作用。在雷电频发的季节和地区，电子通信设备很容易遭受雷电及其电磁脉冲的破坏，所以在铁路通信设备的安全防护中，防雷技术非常重要。本文介绍了铁路信号设备雷电防护特点和雷电电磁脉冲侵入信号设备的途径，并在此基础上，提出了铁路通信防雷的技术措施。

关键词：铁路；通信设备；防雷技术

Abstract: railway communication equipment in railway transportation system plays an important role. The thunder and lightning in the season of greatest and regions, electronic communication equipment is very vulnerable to lightning electromagnetic pulse and destruction, so in railway communication equipment safety protection, lightning protection technology is very important. This paper introduces the railway signal equipment lightning protection characteristics and lightning electromagnetic pulse signal equipment into the ways, and on this basis, puts forward the technical measures for lightning protection of railway communication.

Keywords: railway; Communication equipment; Lightning protection technology

中图分类号：F53文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

前言

铁路运输系统在国民经济中起到了重要作用,而现代化铁路通信设备在现代化铁路运输系统中是必不可少的。信号设备是由电线路或钢轨构成的电气回路,在汛期雷雨季节，雷电较多，雷电通过电线路、钢轨袭击信号设备，会直接影响铁路运输的安全，因此，铁路部门切实提高防雷工作标准，做好防雷的相关技术工作，确保铁路的安全运行。

一、铁路信号设备雷电防护特点

铁路信号设备遭受雷击过电压和过电流的类型主要可分为三种，即：直击雷、感应雷和传导雷。结合信号设备的分布特点及雷电攻击的途径分析，铁路信号设备雷电防护存在以下特点。

（1）信号设备占地面积较大，且很多设备分布在山区、旷野等易遭受雷电攻击的地区。

（2）铁路的钢轨是雷电流的良好导体，与钢轨连接的相关铁路信号设备，如信号机、轨道电路、电动转辙机等较容易受到雷电流的威胁。

（3）自动闭塞、半自动闭塞等信号条件线、控制线，在非电化区段大部分使用架空线，它们均架设于信号与通信混合线路或自动闭塞高压信号线路上，由于它们暴露在旷野郊外，在雷雨季节容易遭受到雷电的袭击，线路中的大电流会串入信号机房内部，从而引起对内部设备的损坏。

（4）雷电防护的原则是“等电位”，由于机房存在多类接地系统，其冲击接地电阻不均衡，在雷击发生时，雷电流引起地电位差，也容易造成“地电位反击”，使人员或设备遭受损害。

二、雷电电磁脉冲侵入信号设备的途径

（一）雷电直击装置有信号设备的建筑物及装置有信号设备的场所附件的构筑物、地面突出物或大地时，雷电电磁脉冲将在信号系统内产生过电压和过电流。该现象亦称空间电磁感应。

（二）与信号系统设备相连的信号传输线路、钢轨等设施上遭受直接雷击时产生的电磁脉冲，或与信号 系统设备相连的信号传输线路附近遭受直接雷击时，感应在信号传输线上的电磁脉冲，经线路传导侵入 信号系统内的过电压和过电流。

（三） 向信号设备供电的电源系统上遭受直接雷击产生的电磁脉冲，或电源馈线附近遭受直接雷击时感 应在电源线上的雷电电磁脉冲，经电源馈线传导，在信号系统电源设备上产生的过电压和过电流。

（四）雷击信号设备场地建筑物的避雷针（或避雷带、避雷网）时，雷电流沿避雷针（或避雷带、避雷网）引下线进入接地装置引起地电位升高，这时，在信号系统接地导体和其他导体间产生的反击雷过电压。

三、铁路通信防雷技术措施

（一）安装防雷保安器

铁道行业标准TB/T3074-2003《铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件》和TB1007-2006《铁路信号设计规范》规定，所有与外线或钢轨连接的含电子器件的信号设备，在线路与设备的端口处应当装设专用防雷保安器。一般可对电源从室外进入室内的界面做第1级粗防护，泄放大部分雷电流；在机房电源、即电源屏等前做第2级粗防护或细防护；最后对用电设备，在UPS前做第3级细防护.由于第3级细防护的保护对象直接是信号设备电源，因此要求细防护保安器在雷击时残压较低。由于空气间隙、气体放电管并联在电源线后，在雷击时会产生续流，导致电源短路；单纯压敏电阻器并联在电源线后，由于电源正向波动时会出现劣化，导致电源短路，因此无人执守的机房和区间信号设备的电源防雷器，不得单独使用空气间隙、气体放电管，压敏电阻器等元件。

原则上，信号电缆与信号设备的界面应当都置防雷保安器。由于车站信号设备的进线很多，建议在电缆进入信号楼时，设置防雷柜集中防护，以便维护、更换和有问题时查找故障。防雷柜中的防雷保安器可以采用单级或多级。最后的残压应当限制在被保护信号设备端口的耐过电压水平以下。ITU-TK20和K21建议，有条件的信号设备本身应当在内部设置防雷单元,以增加信号设备本身的抗扰度。防雷保安器接入信号系统后，不得改变原信号系统的性能，不得影响被防护设备的工作。

（二）采取屏蔽措施

为了减少外界雷电电磁干扰，除机房采用法拉第笼屏蔽措施外，室外电力电缆、通信电缆、塔灯电缆以及其他电缆进入通信机房前一定要采取屏蔽措施。（1）架空电线由终端杆引下后应改用屏蔽电缆，进入室内前应水平直埋l0m以上，埋地深度应大于0.6m，屏蔽层两端应接地；如非屏蔽电缆则应穿镀锌铁管，并平行直埋10m以上，铁管两端接地。（2）室外通信电缆应采用屏蔽电缆，屏蔽层两端接地，电缆进入室内前应水平直埋10m以上。（3）机房内的电力电缆(线)、通信电缆(线)宜采用屏蔽电缆，或敷设在金属管内。（4）特殊地段采用无金属光缆。光缆线路雷害严重地区应采用特殊结构的防雷光缆，无金属光缆适用于雷区和电力线感应严重的地区。能减少和防止损伤，但由于没有防潮层，在有水的地区潮气容易渗透。由于没有金属件，维护中发生故障时，地下探测极为困难，因此仅限于特殊地段才采用金属光缆。这些措施对防止干扰是十分必要的，过去没有采取这些措施的，应有计划的逐步改进，有的非屏蔽电缆，也有采取两个半面的铁管或金属管合起来作为电缆屏蔽层，这是对已运行中的非屏蔽电缆采取变通办法，是否可行，具体情况需再做分析。

（三）通信铁塔的接地与防护

(1)铁塔地网应采用40mm×4mm的热镀锌扁钢，将铁塔四个塔脚地基内的金属构件焊接连通，铁塔地网的网格尺寸应不大于3m×3m。(2)铁塔地网与机房地网边缘距离大于15m时，铁塔地网与机房地网宜相互独立，分开设置。(3)铁塔地网与机房地网边缘距离在15m以内时，应采用不少于2根40mm×4mm的热镀锌扁钢，在地下将铁塔地网与机房外环形接地体焊接连通。热镀锌扁钢上应均匀设置垂直接地体，间距宜为垂直接地体的长度的2倍，以利于雷电流的充分泄放。(4)机房被包围在铁塔四脚内时，铁塔地网与机房的基础地网应联为一体，机房外设环形接地体应在铁塔地网外敷设，并与铁塔地网多点焊接连通。机房被包围在铁塔四脚内时，机房顶可不再敷设避雷网、带。(5)当铁塔地网的接地电阻值达不到要求时，可敷设辅助地网，适当扩大地网的面积。即在地网增设1圈或2圈环形接地装置。环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体周边为封闭式，水平接地体与地网宜在同一平面上，环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间应每隔5m相互焊接连通一次；也可在铁塔四角设置辐射式接地体，延伸接地体的长度宜限制在10-30m以内。环形接地装置的周边可根据地形、地质状况决定其形状。

（四）通信机房综合防雷技术措施藩

1、防雷原则

①通信机房防直击雷装置设计时，根据雷电监测资料应按照首次雷击电流考虑外部保护措施，应将绝大部分雷电流在室外直接引入地下泄放。②采用过电压保护器阻塞沿电源线或数据线、信号线引入的过电压波或限制线路上的电涌幅值。③电涌保护器通流容量的选取应参考近年的雷电监测资料。④作好机房内的静电保护和等电位联结措施。

线路防护

通信机房防直击雷装置设计时，根据雷电监测资料，应按照首次雷击电流考虑外置设备，应在直击雷保护范围内，电源线、数据线、高频信号线采用共地接地措施，进出线路安装符合规范要求的专用电涌保护器，所有线路应采用屏蔽线并两端接地或穿金属管布置。藩 3、防雷接地系统

通信机房接地网应联成网状并采用联合接地系统工频接地电阻。机房内应铺设环形接地母线，所有设备外壳、电缆走线架等金属构件就近与之相连。将“一点多址”微波馈线金属外皮的上端、中间及下端分别就近与铁塔相连，在机房入口处与接地母线相连，各微波塔接地电阻测试符合规范要求。

结束语

铁路通信系统是保障铁路运输安全，实现铁路现代化和信息化的重要基础设施。防雷是一个十分复杂的系统技术问题,多个环节共同发挥作用，才能起到整体的防雷功效，只要存在一处簿弱环节,雷击损坏设备的情况就随时会发生。因此一定要提高防雷技术措施，除了文中提到的安装防雷保安器、采取屏蔽措施，还可以采取以下措施：

改善室外通信站、保护电源系统、保护计算机系统、铁路通信设备金属部件与接地系统的完好连接、机械室安装法拉第笼式接地系统等。

参考文献

[1] 铁路信号设计规范(TB10007-2006)

[2] 铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件(TB T3074-2003)

[3] 铁路信号施工规范(TB-10206-99)

[4] 铁路电子设备用防雷保安器(TB/T2311-2002)

[5] 林瑜筠.铁路信号基础[M].北京:中国铁道出版社,2007.

[6] 张擎.电气集中工程设计指导[M].北京:中国铁道出版社,2007.