關(guān)于對(duì)5T設(shè)備雷擊的分析及防雷措施

閆海強(qiáng)

摘 要：本文通過對(duì)雷擊產(chǎn)生方式、5T設(shè)備雷擊案例進(jìn)行分析總結(jié)，并提出對(duì)探測(cè)站綜合防雷設(shè)計(jì)的要求，以減少雷電造成的5T設(shè)備故障。

關(guān)鍵詞：5T設(shè)備；雷擊；電涌保護(hù)箱；綜合防雷

中圖分類號(hào)： TM86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）13-193-2

0 引言

地對(duì)車安全監(jiān)控系統(tǒng)（5T系統(tǒng)）采用智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備對(duì)客貨車輛運(yùn)行安全的動(dòng)態(tài)檢測(cè)、聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)控、信息共享，對(duì)保障鐵路行車安全發(fā)揮了很大作用。由于5T設(shè)備采用了大量的微電子技術(shù)，很容易受到雷電侵襲，造成設(shè)備損壞，本文就如何預(yù)防雷擊問題進(jìn)行探討與分析。

1 雷擊的危害

通常所謂的雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對(duì)大地之間迅猛的放電。這種迅猛的放電過程產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電并伴隨巨大的聲音。然而，云層對(duì)5T探測(cè)站的放電會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞5T設(shè)備硬件，造成5T設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此對(duì)5T設(shè)備進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)是非常必要的。雷電對(duì)5T設(shè)備的危害主要通過以下四個(gè)方面：

1.1 直擊雷

帶電的云層對(duì)大地上的某一點(diǎn)發(fā)生猛烈的放電現(xiàn)象，稱為直擊雷。閃電擊中5T探測(cè)站，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，與雷電通道直接接觸的金屬因高溫會(huì)熔化，在雷電通道上遇到電路板件或電纜時(shí)會(huì)將其直接燒毀，造成5T設(shè)備的癱瘓。

1.2 雷電波侵入

雷電不直接放電在建筑和設(shè)備本身，而是通過連接探測(cè)站內(nèi)5T設(shè)備的電纜放電。室外的雷電波通過電路中的零線、保護(hù)接地線和綜合布線中的接地線，以脈沖波的形式侵入室內(nèi)，并沿導(dǎo)線傳播，直至侵入到室內(nèi)的各種控制板件及電子配件，造成5T設(shè)備的損壞。

1.3 感應(yīng)過電壓

雷擊放電于具有避雷設(shè)施的建筑物時(shí)，雷電波沿著建筑物頂部接閃器（避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或避雷針）、引下線瀉放到大地的過程中，會(huì)在引下線周圍形成強(qiáng)大的瞬變磁場(chǎng)，輕則造成5T探測(cè)設(shè)備受到干擾，探測(cè)數(shù)據(jù)丟失，產(chǎn)生誤動(dòng)作或暫時(shí)癱瘓；嚴(yán)重時(shí)可引起各種電路板擊穿，使整個(gè)5T系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。

1.4 地電位反擊

如果雷電直接擊中5T探測(cè)站的避雷裝置，接地網(wǎng)的地電位會(huì)在數(shù)秒之內(nèi)被抬高數(shù)萬或數(shù)十萬伏。高度破壞性的雷電流將從5T設(shè)備的接地部分，流向供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)系統(tǒng)，從而反擊破壞或損害5T設(shè)備。同時(shí)，在未實(shí)行等電位連接的導(dǎo)線回路中，可能誘發(fā)高電位而產(chǎn)生火花放電的危險(xiǎn)。

2 5T設(shè)備雷擊案例

2.1 兩路切換開關(guān)燒毀

由于電源線路有雷擊能量入侵，并在配電箱內(nèi)部進(jìn)行了放電，導(dǎo)致電源雙路切換裝置過壓（或過流），造成配電箱內(nèi)電源雙路切換裝置被燒毀。

2.2 軌邊硬件損壞

雷擊發(fā)生在下莊下行TADS探測(cè)站和鋼軌附近，鋼軌上感應(yīng)出雷電流，形成高電位，從而在鋼軌與TADS探測(cè)站內(nèi)的設(shè)備之間產(chǎn)生電位差，隨著電位差的升高，雷擊能量積累到一定程度就會(huì)尋找“泄流通道”進(jìn)行放電，因此當(dāng)鋼軌上感應(yīng)的雷電流在“泄流通道”進(jìn)行泄流時(shí)，就會(huì)造成軌邊剪力傳感器、磁鋼、AEI主機(jī)等損壞。

2.3 室內(nèi)板件雷擊故障

雷擊發(fā)生在西張莊上行2號(hào)磁鋼附近或直接擊中上行2號(hào)磁鋼，使磁鋼遭受毀滅性破壞，雷電流繼而沿磁鋼線路進(jìn)入磁鋼板，最后將磁鋼板擊穿。

2.4 電源線燒毀

茶塢下行機(jī)房周邊遭受直接雷擊，造成機(jī)房周圍地電位瞬間抬高，從地線引入雷電流到機(jī)房?jī)?nèi)，造成電源線燒毀及UPS死機(jī)，由于機(jī)柜地和防雷地為等電位連接，多串口卡通過串口與無線發(fā)射機(jī)相連，導(dǎo)致多串口板損壞。

3 綜合防雷的設(shè)計(jì)

防雷設(shè)計(jì)是一個(gè)很復(fù)雜的問題，不可能依靠一、二種先進(jìn)的防雷設(shè)備和防雷措施就能完全消除雷電對(duì)5T設(shè)備造成的影響，必須針對(duì)雷害的入侵過程進(jìn)行綜合分析，將各種可能出現(xiàn)的危害進(jìn)行綜合防護(hù)，才能最大限度減少雷電對(duì)5T設(shè)備造成的危害。

5T設(shè)備防雷大體可以分為外部防雷保護(hù)和內(nèi)部防雷保護(hù)，外部防雷系統(tǒng)主要是為了保護(hù)5T探測(cè)站不受直接雷擊引起火災(zāi)，而內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電波侵入、雷擊感應(yīng)過電壓以及地電位反擊電壓侵入造成的5T系統(tǒng)癱瘓。

3.1 探測(cè)站防雷設(shè)計(jì)

①探測(cè)站應(yīng)利用周邊的高大建筑物、電力架空線、電氣化線攔截雷擊。探測(cè)站應(yīng)使用避雷帶（網(wǎng)）作為直擊雷防護(hù)的接閃器。當(dāng)建筑物為金屬屋面且金屬厚度大于0.5mm，可使用金屬屋面作為接閃器，但應(yīng)做好接地。

②避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸不應(yīng)大于3m×3m。當(dāng)探測(cè)站的屋頂面積不大于9m2時(shí)，可沿屋頂周邊敷設(shè)一圈避雷帶。避雷帶和避雷網(wǎng)的架設(shè)高度應(yīng)高于屋面0.15m以上，支撐柱間距不應(yīng)大于1m。

③引下線應(yīng)沿探測(cè)站外墻均勻垂直敷設(shè)，引下線間距不宜大于6m，安裝應(yīng)平直，并與其它電氣線路距離大于1m。引下線的固定卡釘布置應(yīng)均勻牢固，間距不宜大于2m。

④避雷帶（網(wǎng)）和引下線須采用圓鋼。圓鋼須采用熱鍍鋅材料，熱鍍鋅鍍層厚度在20～60μm范圍內(nèi)。圓鋼直徑為10mm。在腐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)所，應(yīng)采取加大截面或其它防腐措施。

⑤引下線上端與避雷帶（網(wǎng)）焊接連通，焊接處嚴(yán)禁出現(xiàn)急彎（彎角不應(yīng)小于120°），下端與地網(wǎng)焊接。

3.2 等電位連接

①探測(cè)站內(nèi)應(yīng)安裝等電位聯(lián)結(jié)箱。等電位聯(lián)結(jié)箱使用截面不小于48mm2的連接線連至共用接地系統(tǒng)。

②探測(cè)站內(nèi)所有管道、線槽、門窗等金屬物體均應(yīng)與等電位連接箱進(jìn)行電氣連接。連接線的最小截面不應(yīng)小于25mm2。

③進(jìn)入探測(cè)站的線纜屏蔽層和金屬管應(yīng)連至等電位聯(lián)結(jié)箱。屏蔽層僅在進(jìn)入探測(cè)站內(nèi)一端接地。

3.3 地網(wǎng)設(shè)計(jì)

①探測(cè)站應(yīng)設(shè)置接地網(wǎng)作為共用接地系統(tǒng)。

②接地網(wǎng)的接地電阻值應(yīng)不大于4Ω；在土壤電阻率大于500Ω·m時(shí)，接地電阻值應(yīng)不大于10Ω。

③接地網(wǎng)宜采用圍繞探測(cè)站四周做環(huán)形地網(wǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)條件不允許時(shí)，可采用U型或一字型。

④接地網(wǎng)應(yīng)設(shè)置至少兩個(gè)接地標(biāo)志樁，標(biāo)明地網(wǎng)走向；

⑤埋于土壤中的人工垂直接地體應(yīng)采用穩(wěn)定可靠、耐腐蝕的離子接地極和銅包鋼（鑄銅工藝）接地極，水平接地體應(yīng)采用銅包鋼絞線。

探測(cè)站接地線應(yīng)與水平接地體的截面相同。

⑥接地體宜垂直埋設(shè)，之間的間距應(yīng)大于接地體長(zhǎng)度的2倍。當(dāng)垂直埋設(shè)有困難時(shí)，可水平埋設(shè)，間距應(yīng)大于2m。埋深為上端距地面不小于0.7m；在寒冷地區(qū)接地體應(yīng)埋在凍土層以下。接地體之間的連接應(yīng)采用熱熔焊焊接工藝。

⑦在探測(cè)站地網(wǎng)20m范圍內(nèi)如有其它設(shè)備地網(wǎng)，探測(cè)站地網(wǎng)應(yīng)與其進(jìn)行等電位連接。

3.4 信號(hào)電涌保護(hù)箱

①探測(cè)站應(yīng)配備與其5T設(shè)備相配套的信號(hào)電涌保護(hù)箱，對(duì)進(jìn)入探測(cè)站的磁鋼數(shù)據(jù)傳輸線、通訊傳輸線進(jìn)行電涌防護(hù)。

②信號(hào)電涌保護(hù)箱內(nèi)的信號(hào)電涌保護(hù)器采用可插拔模塊，接線端子接線的連接方式，通道間相互獨(dú)立且互不干擾，標(biāo)稱放電電流（8/20s）In不小于10kA，最大放電電流（8/20s）Imax不小于20kA。

3.5 電源電涌保護(hù)箱

①電源電涌保護(hù)箱應(yīng)采用B級(jí)、C級(jí)兩級(jí)聯(lián)合電涌保護(hù)，B級(jí)、C級(jí)間采用協(xié)調(diào)電感進(jìn)行能量協(xié)調(diào)配合。

②額定電壓220V，額定電流50A；標(biāo)稱放電電流（8/20μs）：In≥70kA；最大放電電流（8/20μs）：Imax≥140kA；電壓保護(hù)水平：Up≤1.5kV。

③電源電涌保護(hù)箱的接地線應(yīng)在最短距離連接于等電位聯(lián)結(jié)箱上，連線長(zhǎng)度不宜大于0.5m。

4 結(jié)論

防雷是建筑物必不可少的一個(gè)措施，5T探測(cè)站內(nèi)的設(shè)備大部分為電子器件很容易受到雷擊的危害，從而給鐵路安全生產(chǎn)帶來隱患。因此現(xiàn)在的5T探測(cè)設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)要求已大大不同于以往，雷電電磁脈沖對(duì)5T探測(cè)站及其內(nèi)部設(shè)備的損害已大大超過以往直擊雷對(duì)探測(cè)站的損害。

所以，5T探測(cè)站的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)該全面考慮雷擊危害的各種因素，應(yīng)采用綜合防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由外部防直擊雷，內(nèi)部防雷電電磁脈沖，用外部防雷和內(nèi)部防雷的各種措施保護(hù)5T設(shè)備的安全。經(jīng)過對(duì)5T探測(cè)站進(jìn)行綜合防雷改造，現(xiàn)在，5T設(shè)備遭受雷擊的頻次已大幅降低，保證了車輛安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李雪佩，宏育同.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范

[M].智能建筑出版社，2004，6.

[2] 鐵運(yùn)[2008]257號(hào)，《車輛軸溫智能探測(cè)系統(tǒng)（THDS）設(shè)備檢修維護(hù)管理規(guī)程》[M].中國(guó)鐵道出版社，2009，1.