鐵路信號設(shè)備的防雷方案分析

王堅

中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司天津電務(wù)段 天津 300140

鐵路具有承載量大的特點(diǎn)，是跨地區(qū)出行的重要方式。鐵路信號設(shè)備對線路的正常運(yùn)營具有重要影響，日常使用中容易受雷電的襲擊而發(fā)生故障，輕則阻礙鐵路網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，重則危害到人員的安全。對此，有必要準(zhǔn)確認(rèn)識雷電極端環(huán)境下對鐵路信號設(shè)備所造成的危害情況，根據(jù)實際情況提出防雷整治技術(shù)。

1 鐵路信號設(shè)備組成

現(xiàn)代鐵路信號設(shè)備主要分為信號機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)和軌道電路三個部分。信號機(jī)通過某一固定的信號形式向人們傳遞信息，鐵路的建設(shè)和運(yùn)營過程會穿梭眾多不同的城市或區(qū)域，有很多街道交叉點(diǎn)，鐵路運(yùn)營需要建立對應(yīng)不同區(qū)域的防護(hù)區(qū)，信號設(shè)備的使用能有效強(qiáng)化對每個區(qū)域的管理，充分發(fā)揮防護(hù)區(qū)的防護(hù)作用，進(jìn)而減少事故的發(fā)生。轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)備的位置通常都在道岔處，在運(yùn)營過程中會根據(jù)實際情況進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到定位處或者相反位置，目的在于準(zhǔn)確地反映當(dāng)下道岔所處的實際位置，這樣才方便有關(guān)技術(shù)人員在出現(xiàn)道岔故障時快速找準(zhǔn)故障點(diǎn)展開維修工作?，F(xiàn)代鐵路信號設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)備之一就是軌道電路，其能隨時檢測到列車運(yùn)行狀態(tài)正常與否以及某個時間段內(nèi)列車所在的位置，所有通過檢測收集而來的信息都將傳送到信號機(jī)，再通過對應(yīng)的信號設(shè)備分類將信息傳達(dá)給鐵路工作人員，讓工作人員參考這些信息對火車的正常運(yùn)行進(jìn)行控制。

2 雷電分析

2.1 直擊雷

直擊雷的意思較為簡單，一般雷電直接擊中信號設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生過電壓、過電流的都稱之為直擊雷。直擊雷的危害較大，基本上在一瞬間就完成了對設(shè)備的損害，因為電壓和電流過高導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部無法承載，造成了破壞性極大的損傷，甚至還有可能導(dǎo)致爆炸情況的發(fā)生，但是目前信號設(shè)備內(nèi)部都設(shè)定了對應(yīng)開關(guān)，可以在短時間內(nèi)完成斷電，對周圍的影響還是較小的。

2.2 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷與直擊雷不同，感應(yīng)雷的損害過程主要是通過靜電場實現(xiàn)的，在天氣即將要打雷的時候會在天空中形成雷云，雷云本身具有強(qiáng)大的電場，在這種靜電場內(nèi)，即使雷電沒有擊中信號設(shè)備，但是依然可以通過電線、磁場、大地以及任何導(dǎo)電物體傳輸進(jìn)入信號設(shè)備，這種電流就是感應(yīng)雷。但是感應(yīng)雷的實現(xiàn)條件比較困難，對于傳輸介質(zhì)的電阻要求以及高度、長度等因素都有關(guān)系，影響范圍也較大，如果相關(guān)工作人員在調(diào)查是那種介質(zhì)傳輸導(dǎo)致信號設(shè)備受到損害時，這個工程量也是非常大的。

3 鐵路信號設(shè)備防雷措施的探討

3.1 配置接閃裝置

建筑領(lǐng)域為實現(xiàn)防雷目的通常在樓頂配備避雷針，鐵路建設(shè)中也采用了類似的方式，以避雷網(wǎng)與避雷線為基礎(chǔ)構(gòu)成穩(wěn)定的接閃裝置，可形成安全通道，在接收到巨大電流時可在較短時間內(nèi)將其釋放至大地，嚴(yán)格約束了閃電的釋放通道，實現(xiàn)對鐵路信號設(shè)備的防護(hù)。

3.2 采取均壓措施

產(chǎn)生雷電后，接閃裝置在接收的時刻將發(fā)生明顯的狀態(tài)變化，即傳導(dǎo)上線和傳導(dǎo)下線兩部分的電位相差異常懸殊，波及到對地零電位的系統(tǒng)，導(dǎo)致其出現(xiàn)閃絡(luò)效應(yīng)，使該處也出現(xiàn)明顯電位差，不利于電路設(shè)備的穩(wěn)定使用，甚至?xí){到周邊人員的安全。對此，均壓環(huán)是較為合適的解決途徑，將其與對地電位的導(dǎo)體對接后再進(jìn)一步連接至接地裝置，以削弱閃絡(luò)現(xiàn)象。此方法對室內(nèi)的金屬設(shè)備而言具有適用性，若與接閃裝置間距不合理（未滿足規(guī)定的安全距離要求），此時可在粗導(dǎo)線等電位的作用下實現(xiàn)與接閃系統(tǒng)的連接。在遇到雷電時室內(nèi)各設(shè)備的狀態(tài)保持一致（相同電位），由此構(gòu)成了等電位島。在協(xié)調(diào)好室內(nèi)各部件的電位后，則消除了彼此間電位差的問題。并且等電位島有助于控制逆電位差。若要從根本上消除電位差，必須充分貫徹等電位島的理念，確定各部件的實際狀況后再對其采取等電位串聯(lián)措施。例如，對于電源、關(guān)鍵的機(jī)柜等可為之配置過壓保護(hù)裝置，以達(dá)到等電位改造的效果。設(shè)備間形成的結(jié)合面也是重點(diǎn)考慮對象，對其采取等電位處理措施。形成各串聯(lián)線路后需將其與母線連接。

3.3 屏蔽

雷電屏蔽系統(tǒng)的重要組成在于金屬網(wǎng)罩，有效隔離被保護(hù)對象，使其可以完全處于靜電屏蔽區(qū)域空間內(nèi)。此條件下借助內(nèi)外電場等效疊加的方式即可屏蔽不良電場。在設(shè)置金屬網(wǎng)罩時必須對其采取接地處理措施。從防雷電的成本角度來看，靜電屏蔽系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益最為顯著，有助于保證電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.4 接地

正確的接地方式至關(guān)重要，防雷系統(tǒng)形成的高電流可以被有效導(dǎo)入地表，增強(qiáng)了信號設(shè)備釋放閃電能量的能力，有助于協(xié)調(diào)好上下線電位，在使其達(dá)到均衡狀態(tài)的同時避免逆電位差反擊。根據(jù)IEC和ITU的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得知，接地的方式有所講究，盡可能避免單獨(dú)接地的情況。而根據(jù)美國相關(guān)規(guī)范不可單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn)，即設(shè)備與大地所形成的各連接點(diǎn)應(yīng)具備某種關(guān)聯(lián)。需重點(diǎn)分析接地方式的可行性，否則將對防雷系統(tǒng)整體的運(yùn)行造成不良影響，且不宜采用鋼軌替代地線。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，信號設(shè)備的保護(hù)工作也將會越來越得到重視，信號設(shè)備在保障鐵路安全和財產(chǎn)安全方面具有重要作用。目前我國的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，需要著重注意的就是雷電對信號設(shè)備的影響，因此一定要加強(qiáng)防雷工作的實施，保證鐵路事業(yè)可以不受雷電的影響，為鐵路事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。