淺談信號(hào)電源防雷設(shè)計(jì)

牛舵

摘 要：隨著鐵路的高速發(fā)展，大規(guī)模的微電子產(chǎn)品在信號(hào)設(shè)備中廣泛使用，使得信號(hào)設(shè)備對(duì)防雷的要求也越來越高，信號(hào)電源是信號(hào)設(shè)備能正常使用的保證，信號(hào)電源防雷的設(shè)計(jì)則顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：信號(hào)電源；防雷設(shè)計(jì)；技術(shù)

車站信號(hào)設(shè)備綜合防雷系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)設(shè)備所處的防雷區(qū)LPZ（Lightning Protection Zones-需要規(guī)定和控制雷擊、電磁環(huán)境的區(qū)域）和位置以及抗過電壓、過電流的能力，采取多種防雷措施，分區(qū)、分級(jí)設(shè)置防雷單元，使信號(hào)設(shè)備對(duì)雷電有系統(tǒng)防護(hù)能力。

車站信號(hào)設(shè)備遭受雷電的影響是多方面的，不可能通過簡單的一、二種措施就能完全消除雷擊過電壓和感應(yīng)過電壓的影響，必須針對(duì)雷害入侵途徑，對(duì)各類可能產(chǎn)生雷擊的因素進(jìn)行排除，采用綜合防治-接閃、均壓、屏蔽、接地、分流等措施才能將雷害減少到最低限度。在進(jìn)行防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不但要考慮防直接雷擊，還要防雷電電磁脈沖、雷電電磁感應(yīng)和地電位反擊，因此，必須采用外部防雷和內(nèi)部防雷等措施進(jìn)行綜合防護(hù)，才能達(dá)到預(yù)期的效果。信號(hào)電源防雷設(shè)計(jì)屬于信號(hào)室內(nèi)設(shè)備防雷的范疇。

信號(hào)電源是信號(hào)的心臟，對(duì)信號(hào)電源做好防雷設(shè)計(jì)則顯得尤為重要，從系通安全、可靠運(yùn)行的因素考慮，鐵路信號(hào)電源應(yīng)采用三級(jí)防雷措施：第一級(jí)（I級(jí)）信號(hào)電源引入處（電力配電盤、信號(hào)機(jī)械室外），第二級(jí)（II級(jí)）電源屏電源引入側(cè)（信號(hào)機(jī)械室電源開關(guān)箱內(nèi)），第三級(jí)（III級(jí)）設(shè)在微電子設(shè)備處。

1 第一級(jí)防雷設(shè)在戶外交流電源饋線引入出

采用通流容量為40kA的雙路三相（或單項(xiàng)）電源全保護(hù)模式電源防雷箱，目的是將沿電源線路侵入的大部分雷電阻止在信號(hào)建筑物之外。這一級(jí)通常由電力專業(yè)實(shí)施。該防雷箱采用L（相線）-L、L-PE（保護(hù)接地）和N（中性線）-PE全模防護(hù)模式，并具有故障聲光報(bào)警、雷電計(jì)數(shù)和狀態(tài)顯示功能。主要防護(hù)指標(biāo)為沖擊通流量不小于40kVA，限制電壓小于或等于1500V，泄露電流為0，響應(yīng)時(shí)間為100ns，防雷箱內(nèi)所采用的防雷單元具有阻斷續(xù)流并能實(shí)現(xiàn)熱插拔。自帶熱脫扣裝置，當(dāng)處于劣化或損壞狀態(tài)時(shí)，可立即自動(dòng)脫離電路并給出劣化指標(biāo)且不會(huì)影響電源設(shè)備正常工作，符合故障導(dǎo)向安全原則。第一級(jí)（I級(jí)）信號(hào)電源防雷由電力專業(yè)設(shè)計(jì)、施工。

為將沿電源線路侵入的雷電流直接泄放入地，在防雷箱下方設(shè)置專用的接地匯集線，并采用截面積不小于25mm2有絕緣外護(hù)套的多芯銅導(dǎo)線與環(huán)形接地裝置單點(diǎn)冗余連接。

防雷箱安裝時(shí)可采用直接并聯(lián)式或凱文式安裝方式。如采用直接并聯(lián)式安裝方式，則相線連接在總配電箱主開關(guān)之后，電源相線和中性線截面積宜采用16mm2，連接長度要求小于0.5m，地線直接接在下方專用接地匯集線上，地線截面積采用25mm2，連線長度小于1m。

對(duì)于穩(wěn)定工作電流小于100A的場所可采用凱文式安裝方法，即電源相線和中性線先引到防雷箱內(nèi)上方的接線端子上，再從連接端子引出接到電源屏，電源相線和中性線線徑要求與進(jìn)線一致，連接長度不做要求。地線直接接在先放專用接地匯集線上，地線截面積采用25mm2，連接長度要求小于1m.左圖為信號(hào)電源第一級(jí)防雷保護(hù)示意圖。

2 第二級(jí)電源防雷設(shè)在信號(hào)電源屏電源引入之前

進(jìn)一步分流殘余雷電流并將雷擊殘壓控制在電源屏可以承受的范圍之內(nèi)。第二級(jí)電源防雷箱技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)同上述第一級(jí)一致，沖擊通流容量不小于20kA，限制電壓小于或等于1000V，但要注意第二級(jí)的防雷箱所用的空氣開關(guān)要與第一級(jí)電力空氣開關(guān)相配。

3 第三級(jí)電源防雷設(shè)在微電子設(shè)備及UPS電源前方

采用L（相線）-N、L-PE（保護(hù)地線）和N（中性線）-PE全模防護(hù)模式，防雷單元主要主要防護(hù)指標(biāo)為：沖擊電流容量為大于或等于10kA，限制電壓小于或等于500V，泄露電流為0，響應(yīng)時(shí)間為100ns。當(dāng)處于劣化或損壞狀態(tài)時(shí)，應(yīng)能立即自動(dòng)脫離電路并給出劣化指標(biāo)，且不會(huì)影響電源設(shè)備正常工作，符合故障導(dǎo)向安全原則。該級(jí)建議由微電子設(shè)備供貨商提供。

4 防雷單元安裝時(shí)可采用直接并聯(lián)或凱文連接方式

防雷單元連接線長度要求小于1m，當(dāng)小于0.5m時(shí)，科采用直接并聯(lián)方式，當(dāng)在0.5～1m時(shí)，應(yīng)采用凱文連接方式。地線線徑采用10mm2。

5 室內(nèi)信號(hào)電源防雷單元（SPD）應(yīng)按表選取沖擊容量和限制電壓

信號(hào)電源的SPD采用壓敏電阻串放電管縱橫向防雷設(shè)置。當(dāng)電網(wǎng)由于雷擊而出現(xiàn)瞬時(shí)脈沖電壓時(shí)， SPD應(yīng)在最短的時(shí)間內(nèi)（納秒級(jí)）能將被保護(hù)電路連入等電位系統(tǒng)中，使設(shè)備的各端口等電位，同時(shí)將電路上因雷擊和其他原因而產(chǎn)生的大量脈沖能量短路泄放到大地，降低設(shè)備各接口端的電位差，從而保護(hù)電路上的設(shè)備。雷擊過又恢復(fù)為高阻狀態(tài)而不影響用戶設(shè)備的供電。

圖2 SPD工作原理示意圖

對(duì)于單相穩(wěn)定電流小于100A的機(jī)房，電源線與防雷箱的連接線長度不得大于0.5m，受條件限制連接線長度大于0.5m時(shí)，應(yīng)采用凱文接線法連接。防雷箱接地線必須與電源保護(hù)地線連接，信號(hào)電源防雷保護(hù)地線應(yīng)接入獨(dú)立的電源基地匯集線，電源接地匯集線直接與水平接地裝置連接。I級(jí)與II級(jí)配線長度不應(yīng)小于5m，如果小于5m，采用補(bǔ)充至5m長電源線的方式達(dá)到退耦的作用。II級(jí)與III級(jí)配線長度不應(yīng)小于5m。連接線應(yīng)采用截面積不小于10 mm？的多股絕緣軟線。

參考文獻(xiàn)

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