鐵路通信設備防雷系統工程實施技術研究

王 建 圣

(大西鐵路客運專線有限責任公司，山西 太原 030027)

鐵路通信設備防雷系統工程實施技術研究

王 建 圣

(大西鐵路客運專線有限責任公司，山西 太原 030027)

通過研究雷電防護的基本概念，對鐵路通信設備防雷工作的重要性、基本工作原理進行了說明，結合大同至西安鐵路客運專線實施經驗，對鐵路客運專線通信設備防雷系統工程的實施進行了總結、研究，為其他普速鐵路和客運專線通信設備防雷系統工程的實施提供了參考。

屏蔽網，電磁兼容，接地匯集線，浪涌保護器

隨著鐵路建設的快速發展，在工程建設項目中大量運用集成電路、計算機、服務器等設施，由于這些設備的耐過壓能力不高，雷擊所產生的熱效應、靜電感應和電磁感應會對電子設備造成靜電干擾或損傷。為了確保通信技術裝備的可靠性，確保鐵路行車安全，對通信設施采取雷電綜合防護措施可以將雷電對電子設備造成的災害降低到最低限度，減少被保護的通信系統設備遭受雷擊損害的風險，因此越來越凸現防雷設施對通信設備保護的重要性。

1 雷電防護概述

雷電發生時，地面的水蒸汽隨空氣上升，遇冷空氣形成積云，云層中的水滴受氣流摩擦，產生帶有不同電荷的云，當這些電荷積累到一定的閥值，就會發生劇烈的放電現象，這就是雷電現象。根據雷電侵入建筑物或建筑物內部的電子設備的方式，雷電的種類可分為直擊雷、雷電電磁脈沖感應、雷電波侵入及球雷四種。

雷云對地放電，能夠對地面上的建筑物和設施帶來嚴重危害。從危害方式來分，雷擊的破壞作用表現為雷電的一次效應和二次效應的作用。一次效應是雷電集中目標后直接破壞目標；二次效應是雷電電磁脈沖將設備損壞，即雷電間接破壞設備。直接破壞作用表現為雷電引起的熱效應、機械效應和沖擊波等；間接破壞表現為雷電產生的靜電感應、電磁感應和暫態過電壓。

雷擊產生的大電流對于采用電子元器件為主的通信設施來說是災難性的，會引起通信故障，甚至會造成嚴重的通信網絡中斷，從而危及到列車運行安全，給鐵路的運營維護和日常管理帶來極大的不便。

2 通信設備防雷的基本原理

隨著國際防雷技術的不斷提高，近年來鐵路通信防雷系統得到了長足發展，把通信防雷和建筑物防雷有機結合起來的防雷綜合防護體系已基本形成，《鐵路通信設備雷電綜合防護實施指導意見》也于2011年正式發布。其雷電防護的基本原理包括：改善設備房屋電磁兼容環境條件；分級設置防雷單元；采用良好的接地措施等。

2.1 改善電磁兼容環境

為了降低雷電電磁干擾，通信綜合防雷系統應用了法拉第籠的電磁屏蔽原理，為通信設備構筑了三層電磁屏蔽網：第一層由防直擊雷的屋頂避雷網、避雷帶、引下線和地網構成；第二層由通信機房墻面、天花板、地面的屏蔽網組成；第三層由設備的金屬機柜構成。三層屏蔽網有效改善了通信設備電磁兼容的環境條件，為設備接地提供了便利條件。

2.2 分級設置防雷單元

鐵路通信設備防雷根據設備所處的防雷區、設備抗過電壓、過電流能力，采取多種防雷措施，分級設置防雷單元，提高通信設備對雷電的系統防護能力。通信機房的交流電源應設置兩級或以上的浪涌保護器。

2.3 采用良好接地措施

綜合防雷系統盡量利用建筑物基礎，并配置比原來獨立接地體規模更大的環形接地體，形成一個對雷電流泄放通暢，地電位抬升有限的地網，條件具備時接入鐵路綜合接地系統，這些措施大大提高了通信雷電防護的接地效果。

3 鐵路通信設施防雷綜合防護的工程實施

鐵路通信設施綜合防雷系統是一個有機的系統工程，對直擊雷、瞬態過電壓防護以及電磁兼容環境改善的設計，應堅持“以防為主，安全第一”的原則，凡是雷電侵入通信設施的通道和途徑，都必須采取預防措施，將雷擊產生的高電壓、大電流堵截或泄放在通信設施之外，不允許雷擊產生的電磁脈沖進入通信設施，同時采取有效的分級防護措施，將泄漏部分的電流疏導入大地，同時充分結合建筑物的土建實施，達到科學、合理、經濟的效果。

3.1 設置避雷帶、避雷網、引下線

避雷帶、避雷網屬于被動防雷裝置，當雷電擊中建筑物時，雷云會首先對避雷帶、避雷網進行放電，從而保護建筑物本身不直接被雷擊，同時又降低了雷電電磁脈沖感應產生的概率，與引下線、共用接地裝置共同構成了建筑物的大空間屏蔽網。

避雷帶應盡量設置成閉合狀態，并保持與大地良好的電氣連接。材質采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼，圓鋼直徑不小于8 mm，為了能盡量對那些不易受到雷擊的部位也提供一定的保護，避雷帶一般高出墻體150 mm。

避雷網實際上相當于縱橫交錯的避雷帶疊加在一起，主要用于平頂建筑物的雷電防護。采用暗裝方式，可利用屋頂里的建筑鋼筋來構成避雷網，節省投資又美觀，但是在防護直擊雷時作為接閃器用，在承受雷擊后，屋面表層會被擊出小洞，破壞防水和保溫層，建議盡量采用明裝方式。

引下線作用是將避雷網、避雷帶接收的雷電流引入接地網，走線方式盡可能走直線路徑，在必須拐彎的情況下，彎曲角度應大于90°，避免采用銳角或直角向下走線。

3.2 接地實施

接地體是通信機房防雷設施中的重要環節，無論是對直擊雷的防護，還是對感應雷的防護，最終都要由機房接地裝置將電流傳導到大地中去。

在通信機房設置工作、保護、電源防雷接地匯集線。工作、保護接地匯集線可合設。工作保護接地匯集線用于連接室內直流電源設備的正極、設備機柜外殼、防靜電地板支架、室內電纜橋架等。電源防雷接地匯集線用于連接外電源引入的浪涌保護器的接地線和防雷電源箱的箱體。各接地匯集線應與環形接地體連接。

通信機房混凝土框架內設置基礎地面鋼筋網，基礎鋼筋網中的所有鋼筋必須焊接，鋼筋網的網格采用直徑不小于12 mm的圓鋼焊接成不大于5 m×5 m的網格。

3.3 機房電磁屏蔽

機房電磁屏蔽是充分利用房屋結構中的屏蔽體來阻擋和消耗電磁能量的傳輸，目的是防止外來的電磁能量進入某一區域，避免敏感的電子設備受到干擾；限制內部敷設的電磁能量泄露出去，避免電磁波對周圍其他設備產生干擾。

通信機房可利用墻體內加鋼筋網作為屏蔽層，或在墻體、頂面鋪金屬板。墻面屏蔽層采用直徑8 mm的圓鋼，焊接成尺寸不大于600 mm×600 mm的網格，金屬板厚度不小于0.6 mm，屏蔽網、金屬板應與樓板內的結構鋼筋網保持電氣連通。機房的外墻門采用金屬門，窗戶和室內隔斷的玻璃采用金屬網覆蓋，金屬門及金屬網、屏蔽籠之間采用截面面積不小于16 mm2的軟銅線相互鉚接或栓接，確保電氣連接。

3.4 等電位連接

為了防止通信設備遭受雷電暫態高壓電位的反擊，室內通信設備、金屬構件、各類引入室內的電纜外屏蔽層都必須與共用接地系統連接。

通信機房內的等電位連接盡量采用星型連接。工作、保護、電源防雷接地匯集線與機房的環形接地體采用單點冗余連接，各接地線間避免成環。室內設備、走線架等必須與墻體絕緣，其工作地線必須以最短距離就近與接地匯集線連接。走線架避免環形布置。室內水管、暖氣管等金屬物體必須與建筑物鋼筋或環形地線做等電位連接。

3.5 通信機房內設備防雷及電磁兼容

從實際雷害事故的調查情況看，雷電直接擊中室內設備的可能性不大，危害通信系統安全、可靠運行的主要因素是雷擊電磁感應，所以要針對雷電侵入的途徑、方式，采取合理有效的措施，將雷害損失降到最低水平。為了防止雷電暫態過電壓對通信系統的侵害，必須在電源線和信號線等雷電侵入波的侵襲途徑上設置防雷單元，以便對沿線路襲來的暫態過電壓進行有效的抑制——鉗位保護，從而保護與線路端連接的通信設施。

通信機房的設備用電應采用兩級或三級的防雷措施。第一級設在機房交流電源的引入處，應采用電源防雷箱，并具有聲光報警、雷電計數和狀態顯示功能，具備接入通信電源及機房環境監控系統的條件。第二級防雷保護器設在通信電源的交流輸入側，所用空氣開關應與第一級電力空氣開關相配。必要時在精密用電設備的電源前設置浪涌保護器。各級保護器之間應保持必要的退耦距離。

通信線纜浪涌保護器根據實際線纜敷設情況選取。室內敷設長度超過50 m的數據線和室外布線，在滿足信息安全可靠傳輸的前提下，浪涌保護器選型要考慮合適的沖擊通流容量、限制電壓、信號衰耗等因素。

4 結語

現今的通信設備功能越來越強大，同時內部結構也更加的復雜化和精密化，一旦防雷接地環節出現問題，都有可能導致整個通信網絡的癱瘓，甚至危及行車和人身安全。在施工圖設計時，房屋建筑、線路、通信、信號、接觸網等綜合接地系統各個相關的專業要密切配合，保證綜合接地系統的完整性；施工時各個相關的施工單位在做好自身施工的同時，要做好接口施工的配合，確保綜合接地系統各專業接口間無縫銜接，從而做好通信設備的防雷工作，防止由于雷擊帶來的損失。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵路通信設備雷電綜合防護實施指導意見[Z].2011.

[2] 鐵道部工程設計鑒定中心.鐵路綜合接地和信號設備防雷系統工程設計指南[M].北京：中國鐵道出版社,2009.

Research on implementation technique of lightening-defense system project of railway communicates equipment

Wang Jiansheng

(Datong-Xi’anRailwayPassengerTransportSpecialLineCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

According to the research on the basic concept of the lightening-defense, the paper indicates the importance and basic principle for the railway communication equipment lightening-defense, and sums up the implementation of the communication equipment lightening-defense of railway passenger special lines by combining with the experience in Datong-Xi’an Passenger Special Line, so as to provide some reference for implementing the communication equipment lightening-defense project in common railways and passenger special line.

shielding net, electromagnetic compatibility, main earth conductor, surge protector

2015-02-27

王建圣(1978- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0147-02

U284

A