淺談無線電通訊設備的防雷措施

歐陽帆 中國鐵路廣州局集團有限公司衡陽工務段

近年來隨著我國鐵路不斷發展，相關人員對鐵路通訊質量重視程度日益提升，其中鐵路無線電通訊設施防雷工作為工作重點，但此項工作中仍存在部分不足，此部分不足多源于技術水平不足、相應配套設施不夠完善等。此外，隨著科學技術的發展，智能化電子設備于鐵路通訊中應用也越發廣泛，為鐵路通訊創造便利的同時于雷電天氣下也構成更多危險。

1.鐵路無線電通訊設備防雷標準

鐵路信號于鐵路信息維護、鐵路實時狀態更新及列車運行等方面均具有重要作用，因此，做好鐵路信號接收設備、信號發射設備及其他相關設備的防雷措施尤為重要。鐵路信號系統防雷設施進入信號系統后，不可對原設備工作性能造成干擾，防雷設備于遇到雷電沖擊后，應充分保證鐵路無線電通訊設備可正常運行，并不會對列車正常運行構成威脅。防雷設施的放電特征同被防護設備與絕緣耐壓水平方面應始終保持一致，且防雷設備的“V-S”曲線于合理范圍內不得高于被防護設施的“V-S”曲線。應用分層級防雷設備時，相關操作人員應對設備防護能力進行逐級驗證，第一級防雷設施驗證時，通常可采取大容量、快速設備，并確保中級防雷設施的連貫性、可靠性，達到逐級防護效果。

2.鐵路信號雷害類型分析

2.1 電磁沖擊

雷電所產生的電磁脈沖對地面造成沖擊或對接收信號、發射信號的地面設備造成直接沖擊，此種雷電一般被稱之為感應雷，因云層間相互放電或云地間互相放電產生，電磁脈沖通常會導致信號裝置、信號回路產生過壓或過流現象。雷電感應為一種較為常見的雷電現象，雷電感應產生的原因主要為雷電產生電流于遇到導體后所形成強烈的電壓、電流，鐵路信號設備通常于1000米內便會受到雷電沖擊，通常由電源端處、天線端處、信號設備鋼鐵構架、鐵路信號線處導入內部結構，從而對鐵路信號整體系統造成影響。經雷電感應所波及設備除受到破壞性沖擊外，也會造成鐵路信號設備產生放電現象，對鐵路安全構成更多威脅。

2.2 直接沖擊

雷電產生后，因電荷大量集聚，進而產生雷暴現象，于雷暴現象涉及范圍內可直接侵入鐵路信號線纜、鐵路鋼軌、地面鋼鐵構架等。此種較為強大的電流會使大地同雷電擊中地點間產生高壓并于此瞬間釋放巨大熱量。此種狀況會對鐵路相關設施造成毀滅性沖擊，但此種現象產生概率較低，且此種現象涉及范圍通常較小。此外，電磁脈沖所產生造成的暫態過電壓，通常借助耦合、感應或傳導等形式侵入至鐵路信號系統內，暫態過電壓可沿電源線路、信號等于鐵路信號設備間傳輸，此傳輸過程中可產生感應電流并形成磁感應浪涌或靜電浪涌兩種形式。靜電浪涌主要借助帶有正電荷鋼鐵設施同帶有負電荷雷云二者間進行感應并釋放電流，對鐵路信號設備造成破壞。而磁感應浪涌為閃電于空間內產生同時間具備相關性磁場，對鐵路通信線路造成破壞。

2.3 機械沖擊

當雷擊作用在兩相互平行導體時，會產生較為巨大的安培力，導線、物體會于安培力作用下被折斷、劈開或因拉伸而導致變形。結合相關公式開展推導，對部分具備折彎性質的金屬構件如導線、金屬框架等，于金屬彎折處應盡量保持彎折角度于合理范圍內處于最大角度，最好應為鈍角，此種狀態下方可將雷電對設施所造成的傷害降至較低，反之則易造成金屬構件折斷。雷電沖擊鐵路信號相關裝置時，因強大的沖擊力會于瞬間產生巨大熱能，水汽于預熱后逐步膨脹，產生較大的機械沖擊力，對周圍通訊設備產生直接影響，導致部件破裂，進而導致鐵路信號難以發射。

3.無線電通訊設備防雷措施

3.1 完善接閃裝置

依據防雷原理不同，防雷方式可分為疏導法、隔離法、等位法及消散法。其中，隔離法即使用絕緣材料將建筑物予以隔離，使建筑物同帶電云層二者間無法進行直接接觸，從而使建筑物免遭雷擊；等位法即為將可能遭受雷擊的保護對象置于同一電位下，從而避免建筑物遭受雷擊。完善接閃裝置為鐵路無線電通訊設備防雷過程中尤為重要的構成部分，完善接閃裝置主要為配置避雷針，鋪設避雷帶，引入避雷線，接入避雷網等措施。接閃裝置重要作用為閃電伴隨放電情況下，無法使閃電任意選擇放電路徑，而在人為作用下依據人們事先設置完成的防雷設施線路進行放電。此種狀態下，雷電所釋放能量大部分均被導入地下，使雷電釋放熱量路徑避開鐵路通訊設施，使鐵路通訊設施免受雷電威脅。

3.2 均衡電壓

接閃裝置于接閃雷電過程中，會使得引下線于瞬間產生高電位。此種狀態下，易對防雷設施造成周圍大部分低電位導體產生旁側閃路。此種情況下，會造成相關鐵路無線電通訊設備構成危害。針對此問題解決方法便為采取均壓方法，即均衡電壓，將低電位導體進行連接，直至接地位置。此外，為充分滿足防雷工作的實際需求，通信機房內相關設備于安裝、固定結束后應與桌面、地面、墻壁、屋頂等進行絕緣操作，并且還需完善機回繞接地保護工作，設備外殼、機架間也應做好絕緣工作，機架應于總接地線路上開展絕緣工作。同時，走線架可于機房接地線路上進行接地工作。另外，所有接入通訊機房內的外接線纜均需進行接地防雷處理，嚴格禁止尚未經過接地防雷處理的外接線纜進行鐵路通訊機房。除此之外，全部的外線金屬外護套、線纜均需于配線架上予以防雷接地處理。此外，配線架、交換機也應予以聯合接地處理，配線架、交換機可使用同一組接地體進行接地，但此過程中應注意配線架接地長度不宜過長，避免纏繞現象產生。

3.3 構筑地網

地網為建筑物四周環形接地裝置及各接地體互相連接組成。其中，環形接地裝置由垂直接地體、水平接地體兩部分構成，并環繞建筑物外側墻壁閉合形成環狀。環形接地裝置若受條件限制時可鋪設為“L”形、“U”形，機械室并非獨立建筑，當建筑物兩側有其他建筑物時，可于信號樓周圍設置為“一”字形接地設置，但此裝置也應盡量圍繞建筑物周圍進行設置，便于此接地裝置同地網及地網相關線路進行連接。垂直接地體可使用銅包鋼、熱鍍鋅鋼材（角鋼、圓鋼、扁鋼、鋼管）、石墨電極、銅材及其他相關新型材料等，于電力牽引區域可采用石墨接地體，以實現較好防雷效果。

3.4 匹配防雷器參數

防雷器通流量應于分區分級配置過程中應實現匹配，若產生不匹配現象，雷電流入侵時，后一級斷路器比前一級斷路器先脫落掉下，導致鐵路通訊系統斷電。相關人員可依據以下原則予以設置：室外0區應大于機械實1區，機械實1區應大于機械實2區。以電源防雷設施為例，信號樓于引入前應大于40KA，電源屏室前應大于20KA，微機房電源柜前應大于10KA。為保持參數一致，電源斷路器同防雷箱內電源防護斷路器應選取同一廠家產品。

結束語：綜上所述，鐵路無線電通信設施雷電防護為一項長期且系統性較強的工程。隨著越來越多的新型電子通訊設備應用于鐵路通訊中，無疑對鐵路通訊防雷質量提出更高要求。因此，相關技術人員應不斷完善接閃裝置，并借助均衡電壓的方式，將雷電所造成的沖擊進行均衡分散。同時，相關技術人員也可通過健全地網、匹配防雷器參數等方式，實現最佳防雷效果。