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（中铁二十五局四公司,广西 柳州 545007）
摘 要：高铁以及动车的出现使得人们的出行更加方便,可是一个个沉痛的教训告诉我们,铁路系统的可靠性事关人民群众的生命安全,是不容有失的.文章着重探讨先进的铁路信号设备在雷雨中如何有效防范电磁干扰、如何防止电磁脉冲破坏电子设备,并将论述具体的防雷电干扰实施方案以及如何进行有效的维护和管理.
关键词：高铁；铁路系统；信号设备；防雷电
中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）10-0061-03
铁路信号设备是列车安全和提高运输效率的重要保障,我国铁路事业的发展带动了铁路信号设备的发展.由于精密仪器的弱电工作环境会被强电磁脉冲干扰,因此,铁路信号设备防雷技术的研究将有利于提高列车运行安全和运输效率.
1. 雷电的危害性及防雷的必要性
雷电对铁路信号设备的危害可分为两类,即直击雷危害和感应雷危害.所谓直击雷危害,就是在雷电活动期间,雷电对铁路附近的建筑设施、信号系统设备、线号传输线路以及铁轨等进行直接雷击,使这些设备和建筑等被破坏,进而影响铁路信号设备的正常运转.而感应雷危害,则是指雷云之间或是雷云对地进行放电时,会在附近的铁路信号设备、信号传输线路等之间产生静电干扰或是电磁感应现象,对线号传输线路或是铁路信号设备产生危害,使它们不能正常工作.常见的感应雷可分为静电感应雷和电磁感应雷两大类,它们原理不同,但都会影响铁路信号系统的正常工作.一般情况下,直击雷对铁路信号设备造成的危害要比感应雷更为严重,但由于直击雷发生的概率要比感应雷小得多,而且具有较大随机性,难以预测,所以防雷工作一般是针对感应雷进行的.
对雷电防护装置的管理工作,要是不能认真进行,势必会使雷电造成的危害进一步扩大.铁道部将列出由于雷电设施维护不足和管理混乱而发生事故的管理单位名单,并追究相关责任人,并且将逐步完善防雷责任制系统与相应的雷电事故发生时的应急预案,细化防雷电设备维护责任,通过逐级负责,最大幅度地减小雷电事故发生的可能性,降低雷电干扰对铁路运输生产造成的不利影响.
2. 雷电类型分析与防雷措施
想要有效避免雷电干扰对铁路电子设备所造成的不良影响,要了解雷电入侵电子设备运行的途径与雷电的类型,针对不同种类的雷电危害采用不同种类的防护措施.
2.1 雷电分析
依照雷电瞬间产生的高压放电破坏电子设备的方式不同,可以将干扰电子设备的雷电分为直击雷和感应雷两种类别.
2.1.1 直击雷.如果电子线路或者电子设备被雷电直接击中,雷电将强电压直接作用在设备表面,大电流瞬间直接进入设备,这种情况称之为直击雷.不难想象,直击雷拥有极高的电压和极强的电流,由于直接命中,因此破坏力极大,但是这种情况出现的概率极低.
2.1.2 感应雷.在带正电的积雨云与带负电的积雨云接触的途中,底层的雷云会与大地感应形成静电场.这种静电场和其他在电子设备附近的大型物体与雷云形成的感应电场,在雷击时刻通过其他物品,如信号传输电路或者其他导电物品,经过传输进入信号设备造成过电压或过电流的雷电,称为感应雷.雷云对地或者其他传导物品放电的电流与电压决定了感应雷的电压幅值与电流幅值.同时,感应雷还受到雷击点与雷云对地放电位置相关.比如感应雷出现地点土壤电阻率、传导距离、感应高度、信号设备接地电路配置的电阻大小等等随机因素相关.因此,感应雷需要考虑的因素很多,想要准确计算感应雷的影响非常困难.
2.1.3 横纵向电压概念.纵向电压是设备和线路对地面电位差,在每条导线上的反射电压.横向电压是指两条导线和电子设备的电位差.两种电压都是有害电压,严重影响人身安全和信号设备的正常运行.纵向电压会造成将设备绝缘外皮击穿起火的严重影响.而横向电压则击穿并短路附近的线路或者电子器件.
2.2 雷电干扰电子设备运行的途径
2.2.1 雷电干扰通常会侵入交流电源.强电流通过高压电缆传导到达高压变压器,如果缺乏避雷设施的防护或者避雷设备因为缺乏而失效,强电流同样会入侵低压部分的信号设备线路.
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2.2.2 由于轨道电路的传输线就是钢轨本身,并且钢轨在周围环境平坦的野外,很容易因为较突出和距离跨度大被雷电击中.
2.2.3 室内信号设备同样可以通过外部电缆被雷电入侵,因此室内设备同样要做好防雷工作和防雷设备的维护.
2.3 信号设备防雷
2.3.1 信号电源防雷：一般来讲应该单独配置防雷保安器（SPD）,同时应该有阻断续流的性能,其中做并联应用的防雷器应该随插随用,实现在线插拔.防雷保安器的所有相关指标与技术标准等都必须达到国家相关检测标准,只有产品拥有强制检验认证证书才可以被使用.所选用的防雷保安器必须按照横纵向防护进行设置,分级和分设备的进行防护.一定要在出现故障的时候马上断开电路,不能影响设备的正常工作,并且在其他异常情况都应该主动断开与设备的连接,防止设备的过流.
2.3.2 室内外信号设备防雷：室外防雷保安器应应安装在外线引入处,只用冲击通流容量大于20kA才能被选为合格的.交流电源防雷保安器其限制电压通常小于700V,如果线路经过中雷以上区域,其限制电压应该小于1000V,并接入贯通地线等可靠接地体.室内大于50～100m的数据传输线路都应该在设备接口端设置防雷保安器,如果大于100m,则应该在线路两端同时设有防雷保安器,同时信号机械室要进行法拉第笼综合接地系统,以有效防范可能出现的雷电影响.
2.4 防雷系统的日常维护
应该建立完善的防雷系统责任制,确定相关责任人,建立健全相关雷电灾害预警方案及相关备选方案,认真记录好雷电灾害事故记录.应该检查安装防雷装置重要部分的情况,如SPD系统的视频监控保护和计算机机房保护部分.具体检查包括接闪器是否安装完好、连接处是否牢固、接地引线是否被腐蚀以及接地部分附近地面有无不正常情况出现.
全面的防雷系统包括防直击雷、侧击雷、感应雷、静电导除与设备接地.只有建筑物具备所有上诉防雷能力时候,才能算做防雷系统合格的建筑,其所有设备都应符合国家规定标准.
3. 高铁系统信号设备如何防雷
3.1 合理配备接闪装置
我们日常生活中常常提到的避雷针与避雷带就是一种接闪装置,接闪装置还包括避雷网与避雷线.接闪装置的作用就是能在闪电放电的范围内按照认为指定的传导线路通过防雷系统中的安全通道,将瞬间巨大的电流释放到大地中,从而闪电不能任意选择释放电流的通道,避免随机的放电通道损毁设备.
3.2 均压
接闪装置在传导雷电的瞬间,传导下线与传导上线将产生极高的电位差,这种电位差可能会对防雷系统周围尚处在对地零电位的系统产生闪络效应,使其电位差不同程度的提高,有可能损坏电路设备的正常运行,严重时可能对人员构成伤害.最简单的避免此类事故的方法就是采取均压环,通过连接对地电位的各个导体直到接地装置,来达到减少闪络危险的目的.比如室内的所有金属设备和电气类部件与接闪装置距离小于规定的安全范围内时,就必须考虑采用粗导线等电位连接到接闪系统中.当雷电瞬间释放强电流的同时,室内的所有设备均在同一电位,这就是“等电位岛”的概念.通过统一室内所有部件电位,来达到消除部件之间产生不良电位差现象的目的.除此之外等电位岛还可以达到防止瞬间升高的地面电位造成的逆电位差.
如果想彻底消除雷电导致的巨大电位差,就一定要按照等电位岛概念对部件进行等电位串联.比如关键的电源及信号电路、重要的机柜等良性导体都需要采用过压保护装置进行等电位改造.除此之外,设备内部之间结合面部位依然要实行等电位处理.所有的串联线路都一定要与母线连接.
3.3 屏蔽
雷电屏蔽系统可以凭借金属网罩或者其他导体形成的网状结构,将被保护对象隔离在静电屏蔽区域空间.通过内外电场等效叠加,达到有效屏蔽不良电场的目的,同时将雷电带来的电场截断.当然,所有静电屏蔽系统的网状结构外壳必须良好接地.目前来讲,最经济有效防范雷电的方法就是静电屏蔽系统,其系统可以保障电子设备正常运转,同时不需要高成本.
3.4 接地
良好的接地可以让防雷系统中瞬间产生的高电流流入地表,从而避免雷电集中对被保护物体的破坏作用,良好的接地可以有效的释放闪电能量,缓解上下线电位差,避免逆电位差反击的产生.在IEC标准和ITU相关标准中都明确规定,尽量避免单独接地.其中美国IEEStd1100-1992标准表明：不应该单独地建立任何一种电子或其他设备与大地的连接点.防雷系统最基础的部份就是防雷接地系统,验收规范中最基本的要求便是接地系统是否规范.再优良的防雷系统,如果缺乏完善而良好的接地都不能充分发挥出其系统应有的作用.同时,应该避免用钢轨替代地线.
3.5 分流保护
采用分流保护器,从外界来的电力电源线与数据线等导体线路和防雷接地系统之间并联分流保护器（即避雷器）.当雷电在线路上产生的过电压通过各种导体进入电子设备的同时,避雷器的电阻会瞬间同时降低,形成短路效果.此时雷电电流由于避雷器的短路效果将飞流入地面.分流后的仍然会有少部分进入被保护对象,分流后的电流仍会产生不良效果,影响设备的正常运行.不过,可以通过进行多级分流的形式,进行有效分流,保护设备的正常运行.通常多级分流装置不少于论文范文分流防护.
3.6 躲避
躲避的概念很简单,就是在一开始铁路系统选址的过程中,就要事先避开雷电事故多发区和任何易遭到雷击的地点.从而从源头上避免了工程后期增加布置防雷系统预算.当遇到雷雨天气时候,应该有意识的关闭掉不必要的电子设备,拔掉电源插头.
综上所述,铁路信号防雷电系统框图如图1所示：
4. 结语
绝大多数现代铁路信号设备已经电子化,复杂的电子装置能否在雷雨之中保持可靠的稳定性,是现代铁路设备科技人员急需研究的技术难题.再先进的单一避雷系统也无法做到绝对的避雷,这就需要我们合理地选择避雷系统,分级避雷,用多重防护系统结合使用的方法来尽可能多地降低雷击或雷电干扰的风险.在保障安全运行上多花些研究成本和设备购置成本,会降低未来重大事故出现的可能性,从而隐性地降低了风险成本.
参考文献
[1] 徐海霞．铁路信号防雷技术[J]．安全技术与管理,2011,（2）：47-50．
[2] 胡玉烈．铁路信号设备的防雷[J]．自然与科学,2012,（7）：37-44．
[3] 邓发正．铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护[J]．铁路通信信号,2009,（10）：167-173．
（责任编辑：吴 涛）
总结：本论文主要论述了雷电防雷论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
雷电及防雷装置引用文献:
[1] 新建建筑物防雷装置检测论文
[2] 防雷检测技术方案论文
[3] 建筑防雷检测论文
