淺議鐵路通信設(shè)備的雷擊危害及措施

鐵路工作已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，通信技術(shù)尤為重要。文章根據(jù)雷電形成以及特征，分析了雷電對(duì)鐵路通信設(shè)備的危害以及原因，并提出相應(yīng)的防雷措施，確保鐵路運(yùn)輸安全運(yùn)行。

鐵路；通信設(shè)備；雷電；防雷

1 前言

鐵路運(yùn)輸是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的大動(dòng)脈，承擔(dān)著巨大的客運(yùn)和貨運(yùn)工作，而通信技術(shù)是增強(qiáng)鐵路行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和迎接21世紀(jì)挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)和前提。通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鐵路信息的采集、傳輸、處理和共享，并通過(guò)高效利用與鐵路運(yùn)輸相關(guān)的資源，較低的成本達(dá)到運(yùn)輸安全、提高運(yùn)輸效率、改善經(jīng)營(yíng)管理和提高服務(wù)質(zhì)量等目標(biāo)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鐵路企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入信息現(xiàn)代化時(shí)代，無(wú)線通信系統(tǒng)的自動(dòng)化裝備越來(lái)越先進(jìn)，設(shè)備電路的精密集成度也日益提高。雷電及雷電電磁脈沖很容易損壞相應(yīng)的電子、電氣設(shè)備，并且無(wú)線通信設(shè)備相應(yīng)的一些設(shè)備時(shí)常裸露在室外，增加了雷擊的危害。在鐵路迅速發(fā)展的當(dāng)前，需要更好、更嚴(yán)格的做好通信設(shè)施的防雷工作，從細(xì)節(jié)抓起、從源頭治理、全方位著手，保障鐵路運(yùn)輸安全穩(wěn)定的進(jìn)行。

2 雷電形成及對(duì)通信設(shè)備損害形式

2.1 雷電的形成

雷電是夏季經(jīng)常出現(xiàn)的一種天氣現(xiàn)象，雷電以其巨大的破壞力給人類社會(huì)帶來(lái)了慘重的災(zāi)難，尤其是近幾年來(lái)，雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的危害日趨嚴(yán)重。雷電是指一帶電的云層與另一帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對(duì)大地之間迅猛的放電。一般在高濕悶熱的天氣里，地面的氣溫變化不均，使帶有大量水蒸氣的空氣強(qiáng)烈上升，其水珠會(huì)快速分裂成水滴，并帶上電荷。云層中帶正負(fù)電荷的水滴在重力和氣流的等作用下，上下移動(dòng)相互摩擦，致使正、負(fù)電荷不斷地產(chǎn)生，同時(shí)也在不斷地復(fù)合，使云層的電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，極化加劇。當(dāng)雷云中的電荷聚積一定程度時(shí)形成極強(qiáng)的電場(chǎng)，就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。

雷電主要有3種形式：一種是帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，雷電直接擊在建筑物或構(gòu)筑物上，也是建筑物遭受雷擊最常見(jiàn)的類型，叫做直擊雷；其二是帶電云層由于靜電感應(yīng)作用下，使地面某一范圍帶上了異種電荷，或者在放電過(guò)程中，強(qiáng)大的脈沖電流對(duì)周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)形成高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，叫做感應(yīng)雷。一般情況下當(dāng)發(fā)生了直擊雷以后，形成感應(yīng)雷電壓的機(jī)率很高，對(duì)建筑物內(nèi)的低壓電子設(shè)備威脅巨大；三是球雷：是指一個(gè)由高速旋轉(zhuǎn)的電子封閉的等離子球體，內(nèi)部電磁處于平衡狀態(tài)，對(duì)外不呈電性，當(dāng)遇到一些障礙物與其劇烈反應(yīng)、碰撞或能量補(bǔ)充過(guò)多時(shí)，其內(nèi)部平衡就遭受破壞，造成放電反應(yīng)。

2.2 雷電對(duì)鐵路通信設(shè)備的損害

鐵路信號(hào)設(shè)備是確保列車在鐵軌上安全可靠運(yùn)行的行車組織設(shè)備，其技術(shù)性、安全性、可靠性和監(jiān)控性要求很高。要求多種鐵路設(shè)備，接地系統(tǒng)繁多，并且數(shù)量龐大，工作條件惡劣復(fù)雜，因此它受雷電入侵的通道與方式也很多，經(jīng)常導(dǎo)致鐵路信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)備遭到不同程度的破壞、受損等。目前，雷電對(duì)鐵路無(wú)線通信設(shè)備的損害途徑有3種：一是通過(guò)220 V交流電源供電線路入侵，在雷電時(shí)，由于電線被雷擊，入侵供電設(shè)備；二是通過(guò)由計(jì)算機(jī)通信線路入侵；三是由于地電位反擊電壓通過(guò)接地體入侵。

在雷電入侵過(guò)程中，雷電直擊裝有信號(hào)設(shè)備的建筑物、附近的構(gòu)筑物或地面突出物時(shí)，雷電電磁脈沖將在信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生過(guò)電壓和過(guò)電流，對(duì)通信設(shè)備造成損害；感應(yīng)雷主要是在戶外傳輸?shù)男盘?hào)線路、設(shè)備間連接線上產(chǎn)生電磁感應(yīng)并入侵信號(hào)設(shè)備，使鐵路通信設(shè)備遭到損害；雷電沖擊波是指在變壓器未裝避雷器或避雷器失效時(shí)，擊穿變壓器初級(jí)、次級(jí)繞組間絕緣體，使信號(hào)電源設(shè)備產(chǎn)生過(guò)電壓和過(guò)電流，從而破信號(hào)設(shè)備。

3 鐵路無(wú)線通信設(shè)備的防雷措施

當(dāng)今我國(guó)鐵路高速發(fā)展，而鐵路信號(hào)設(shè)備時(shí)常受到大自然雷電的危脅和破壞，需要綜合考慮雷擊的原因作出相應(yīng)的措施。

3.1 充分利用各種防雷設(shè)備

目前防雷設(shè)備主要有避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷器等。

（1）避雷針。其是一種常見(jiàn)的避雷工具，主要用于保護(hù)面積較小的建筑物或工程設(shè)施。能夠有效地預(yù)防直擊雷，避雷針一般用鍍鋅圓鋼或鋼管制成，其頂端做成圓錐形，并根據(jù)針長(zhǎng)不同設(shè)計(jì)不同圓鋼直徑。

（2）避雷線。避雷線也叫架空地線，是懸掛在被保護(hù)物體上方的接地導(dǎo)線，其作用和避雷針一樣, 將雷電引向自己并通過(guò)接地系統(tǒng)導(dǎo)入大地，達(dá)到保護(hù)電氣設(shè)備的目的。

（3）避雷網(wǎng)、避雷帶。與避雷線防雷裝置相似，主要用于建筑物防雷保護(hù)。避雷網(wǎng)、避雷帶材料可采用鍍鋅圓鋼或扁鋼。圓鋼直徑不小于8 mm2，扁鋼截面積不小于48 mm2，厚度不小于4 mm。

（4）避雷器。主要有管型避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器3種［2］，目前使用最廣泛的是氧化鋅避雷器，氧化鋅避雷器具有優(yōu)異的非線性伏安特性，殘壓隨沖擊電流波動(dòng)時(shí)間的變化特性平穩(wěn)，陡波響應(yīng)特性好，沒(méi)有間隙擊穿特性和滅弧問(wèn)題，其電阻片單位體積吸收能量大，還可以并聯(lián)使用。

3.2 改善鐵路通信設(shè)備的室外環(huán)境

規(guī)范基站建設(shè)，規(guī)范等電位連接，并保證與信號(hào)系統(tǒng)的鏈接具有一個(gè)良好的接地系統(tǒng)，目的是使雷電流通過(guò)低阻抗接地系統(tǒng)向大地泄放，從而保護(hù)建筑物、人員和設(shè)備的安全做好屏蔽，使得信號(hào)系統(tǒng)處于雷電電磁脈沖屏蔽中，現(xiàn)行鐵路信號(hào)電纜一般長(zhǎng)達(dá)幾十公里，因此各電纜之間必須做好屏蔽連接，而且要適當(dāng)多處接地，從而到達(dá)防雷的目的。

3.3 室內(nèi)設(shè)備防雷措施

首先，是電源系統(tǒng)的保護(hù)，電源線路是雷電侵害主要通道之一，因此在電源線路入口、室內(nèi)核心電子機(jī)柜的單元電源入口安裝過(guò)電壓保護(hù)裝置，抑制電源浪涌電壓，防止浪涌電壓竄入微電子設(shè)備而造成損壞，并對(duì)低壓線路進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。其次，對(duì)信號(hào)設(shè)備以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的保護(hù)，信號(hào)樓內(nèi)要形成一屏蔽網(wǎng)，也就是室內(nèi)連接要均衡，即完善均壓環(huán)，故除信號(hào)樓房建的天面要按規(guī)定做好均壓環(huán)外，信號(hào)方面也要在機(jī)械室、計(jì)算機(jī)房、電源屏室、控制室通過(guò)銅條在墻角環(huán)相連接做好均壓，以保護(hù)信號(hào)設(shè)備等電位連接，并與符合要求的地線可靠連接。在機(jī)械室安裝法拉第籠，主要作用是機(jī)械室附近遭受雷擊后，屏蔽雷電產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)干擾，最大限度地減少雷電對(duì)室內(nèi)信號(hào)設(shè)備的影響，保護(hù)鐵路室內(nèi)信號(hào)設(shè)備的安全、可靠運(yùn)用。

4 結(jié)論

防雷接地對(duì)鐵路通信信號(hào)設(shè)備來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的話題，防雷工作的好壞直接關(guān)系到信號(hào)設(shè)備和人身的安全以及整個(gè)運(yùn)輸部的安全運(yùn)輸生產(chǎn)，因此必須高度重視：首先，應(yīng)該嚴(yán)格遵守各項(xiàng)安裝設(shè)計(jì)規(guī)范，形成良好的工作環(huán)境；其次，合理利用各種避雷工具，做到切實(shí)有效；最后，完善鐵路信號(hào)防雷系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，將防雷工作形成有機(jī)整體。在建立防雷體系中，應(yīng)從外部到內(nèi)部、從天面到地線、從強(qiáng)電到弱電等統(tǒng)籌綜合考慮，確保鐵路通信正常工作。

1 劉永亮、閆志恒. 淺談鐵路站段信息化建設(shè)的防雷電保護(hù)技術(shù)［J］.鐵道勞動(dòng)安全衛(wèi)生與環(huán)保，2005（2）：74～76

2 胡玉烈.鐵路信號(hào)設(shè)備的防雷［J］.重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（12）：165～168

3 陳愛(ài)全.鐵路信號(hào)設(shè)備的雷電防護(hù)［J］.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（2）：73～74

4 杜利東.如何降低雷害對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備影響的探討［J］.佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（4）：532～534

張 凱
（北京鐵路局北京電務(wù)段，北京 100069）

Discusses the Railroad Communication Facility’s Thunder Stroke Harm and the Measure

Zhang Kai

The railroad work already entered the informationization time, communication especially important. The article forms as well as the characteristic according to the thunder and lightning, analyzed the thunder and lightning to the railroad communication facility’s harm as well as the reason, and proposed that the corresponding anti－radar measure, guaranteed the railway transportation safety movement.

railroad; communication facility; thunder and lightning; anti－radar

U225.2

A

1000－8136（2011）06－0022－02