淺析鐵路信號設備的雷電防護

任宏偉

【摘要】 隨著鐵路信號設備向數字化、網絡化、智能化和綜合化方向發展，大規模集成電路和低耐壓器件在信號設備中大量使用，雷電所帶來的危害越來越大，對雷電的防護已成為保證鐵路安全運輸的重要問題。綜合雷電防護方法是在全面考慮雷電損壞信號設備的各種可能途徑的基礎上，綜合采用外部防護、屏蔽、等電位連接、接地、合理布線、使用浪涌保護器等多種方法解決這個問題的有效措施。

【關鍵詞】 雷電綜合防護 鐵路信號設備 防雷

列車是在兩條鋼軌上飛速行駛的，并鋪設在復雜的地質自然環境中，而信號設備則與鋼軌相連，鋼軌是由鋼鐵鑄造的，是電和磁的良導體，所以在雷雨天氣時，帶電的低云層就可在鋼軌中產生感應電動勢或直接對鋼軌放電，影響甚至擊毀信號設備。

通常云團的帶電量是很大的，能對地形成幾十萬伏的超高電壓。當這種云團在氣流的推動下，掠過接近地面時，就可在附近的金屬體中產生感應電動勢，形成感應電流。倘若云團接觸到高于地面的物體時，就可能對地放電，形成直擊雷，放電電流能達到幾十萬安培，這種能量是超級巨大的，毀壞性也是很嚴重的。

但在自然界中，大部分的帶電云團離地面是很高的，不能對地直接放電，而且僅在帶電云團間放電，這也就形成對信號設備產生次級雷害——感應雷災害。由于鋼軌是金屬導體，長而易于導電；信號設備的傳輸導線也都是金屬線，所以感應雷產生的電動勢極易在鄰近的鋼軌和信號設備中產生并傳導電磁感應脈沖電流。由于現代鐵路信號系統設備采用了大量微電子設備，微電子設備耐過電壓和過電流的能力很低，雷電感應引起的電磁感應脈沖很容易造成雷害。

雷電造成的危害主要有兩種：

（1）直擊雷

帶電的云層對大地上的某一點直接放電，稱為直擊雷。它的破壞力是很大的，若不能將其迅速瀉放入大地，將導致放電通道內的物體、建筑物、設施、人畜遭受嚴重的破壞，以及火災和電子電氣系統摧毀。

在克服直擊雷的危害中，信號機械室的建筑物采用法拉第籠進行電磁屏蔽。（法拉第籠由屋頂避雷網、避雷帶、引下線和接地系統構成。）

信號設備設安全地線、屏蔽地線和防雷地線，這些地線均由共用接地系統的地網引出；室內信號設備的接地裝置構成網狀；接地導線上不設開關、熔斷器或斷路器。室外信號設備的金屬箱、盒殼體必須接地，屏蔽電纜的金屬屏蔽層也接地。這樣就可以有效、及時地把雷電迅速的釋放到大地中，保護信號設備少受損害。

（2）感應雷

感應雷則是在云層與云層之間發生放電釋放電荷，不直接對地放電，在電源和數據傳輸線路及金屬管道金屬支架上產生感應過電壓。過電壓以電氣浪涌的方式危及電子設備，包括破壞印刷電路印制線、元件和絕緣過早老化壽命縮短、破壞數據庫或使軟件誤操作，使一些控制元件失控。

根據雷電感應電動勢在信號設備形成的機理，我們采用了很多方式方法，例如：信號電源輸入端設有電源防雷箱；控制臺、繼電器架、分線盤、機房設置接地匯集線。接地匯集線采用大于30 mm×3mm紫銅排，并相互連接成條形、環形或網格形，環形設置時不構成閉合回路。

鐵路車站設置的信號機外電線路包括進站信號機、預告信號機、出站信號機、通過信號機、進路信號機外電線路，每線應加裝防雷保安器，作為縱向防護。

軌道電路的室內防雷，在軌道電路室內送、受電端的分線盤對應端子上分別安裝防雷保安設備進行橫、縱向防護。軌道電路的室外防雷，在軌道電路室外送、受電端變壓器軌道側也分別在安裝了防雷保安設備，對軌道電路進行橫、縱向防護。在電碼化電路區段，在發送通道分線盤對應端子上，每個發送通道也分別安裝防雷保安設備，對電碼化設備進行橫、縱向防護。通過對設備的橫向、縱向防雷措施，對雷電感應電流及時進行疏導，使之盡快中和、釋放或引入大地，并充分利用法拉第籠進行隔離，從而有效地防止了雷電感應脈沖電壓的危害。

近幾年來，隨著信號設備技術的發展，逐步實現由繼電聯鎖向微機聯鎖的自動化控制轉換，對雷電干擾提出了更高的要求，為更有效地防止雷電干擾，不僅對信號機械室所在建筑物進行了天網、地網的防護，又特別對微機聯鎖設備的專用機房進行了又一次法拉第籠式屏蔽，更有效地解決了雷電感應電動勢對微電子設備的干擾。

但鐵路信號的雷電防護是一個復雜、永久的課題，如何做到有效的防護，還需進一步的研究、探討和實踐。

參 考 文 獻

[1] 李景春. 淺談鐵路信號防雷施工[J]. 鐵道通信信號. 2007（10）

[2] 陳愛全. 鐵路信號設備的雷電防護[J]. 河北能源職業技術學院學報. 2009（02）

[3] 解志軍. 淺談信號產品雷電防護[J]. 鐵路通信信號工程技術. 2006（06）