铁路信号设备的雷电综合防护体系探析李明

铁路信号设备的雷电综合防护体系探析李明

李明

天津交控科技有限公司天津市301799

摘要：在铁路信号设备的运行过程中，雷电系统对设备的影响方式为感应雷影响和直击雷影响两种方式，系统中涉及的设备包括线缆、塔架、机房中设备等多方面内容。在雷电综合防护系统的建设中，建设内容包括机房防雷电系统、线缆防雷电系统、塔架防雷电系统以及接地系统，只有确保这些内容能够按照相关要求进行施工，整个防雷电系统才能够正常稳定运行。

关键词：铁路信号设备；雷电综合防护体系；应用

1雷电对铁路信号设备的危害分析

1.1电磁感应

雷电发生时，尤其是雷电在放电过程中或者在雷云中时，会形成一个强磁场系统，使得户外的信号线和电力线在磁场环境中而出现感应电流，感应电流会通过导线进入线缆系统中，最终到达设备终端，影响设备的正常使用。

1.2电磁脉冲影响

当铁路信号设备或其周围建筑物受到雷击时，雷电的攻击会使得在被击中的区域出现较强的电磁脉冲，并沿击中位置向外辐射，此时铁路信号设备会受到电磁脉冲的影响而产生过电流或者过电压，造成设备正常运行受到干扰，严重时甚至会导致电子信号系统的全面瘫痪。

1.3冲击波

若防雷设备没有能够及时在雷电发生时发挥保护的作用，将会造成雷电入侵信号设备内部，雷电本身具有的高波幅值影响变压器的次级绕组和初级绕组的载荷急剧升高，而发生击穿现象，此时，雷电将会进一步入侵交流低压电源，其产生的冲击波干扰低压侧铁路信号设备，造成设备故障。当入侵变压器的电压幅度较低时，雷电冲击波会经过绕组间的分布电容耦合而入侵信号设备电源系统，导致设备损坏。

2铁路信号设备类型

要建成雷电的综合防护体系，需要对铁路系统的信号设备类型进行全面分析，确定综合防护体系的建设方式。铁路信号设备的主要类型如下：①通信线缆。通信线缆为整个系统的运行和工作基础，通信线缆一方面能够通过发出电信号的方式对信号灯的运行情况进行控制，在高速铁路中，能够实现各个车站信息和列车信息的传输，通信线缆为户外建设线缆。②控制机房。控制机房的作用为根据信号的传输方式和发展模式向列车以及相关设备发送运行信号，实现对整个铁路系统的有序控制。控制机房中的设备包括电力系统、计算机系统、通信系统等，同时机房中的通信线缆还需要能够与户外线缆进行有效连接，雷电对外部线缆造成的影响也会传递到机房系统中。③线缆塔架。线缆塔架为信号设备中的重要构成部分，当建成的塔架无防雷电设施时，由于设备通常为整个线路中的最高点，导致该设备遭受雷电的影响效果很大。

3铁路信号设备的雷电综合防护体系建设

在铁路信号设备的雷电综合防护体系建设过程中，需要从雷电对系统的影响方式、信号系统的设备类型两个角度开展防护体系的建设工作，本文提出的建设方式如下：

3.1机房防雷电系统

机房是整个信号系统的控制中枢，除了需要防止在雷电作用下该系统造成直接破坏，还需要保证整个系统中的信号传输稳定性，所以在机房的防雷电系统建设中，可以通过以下措施达成目的：①建筑施工防护。感应雷产生的电磁波会对机房中的线缆造成很大影响，所以在建筑的施工过程中需要考虑建筑本身对电磁波的屏蔽效果，在具体的施工方案设计中，一方面可以在建筑主体中构建钢筋网，钢筋网的建设方式为将钢筋形状进行调整，对彼此接触的钢筋进行焊接，考虑到屏蔽效果和施工成本，钢筋网中的孔径可以维持到20~30cm，实现对电磁波的有效屏蔽。②围护系统防护。机房的围护系统也是电磁波穿越的重要区域，为了能够提高建筑本身对电磁波的屏蔽效果，围护系统内部可安装钢丝网，并且将钢丝网接地，达到电磁屏蔽效果。③避雷系统建设。避雷系统主要为避雷针，避雷针需要位于整个建筑的最高点，并将避雷针进行接地，要提升防护效果，避雷针之间的距离需要被合理设计，通常间距为2m，另外接地线缆在建设过程中，接地线缆与主通信线缆间距至少为4m，防止接地线缆的运行状态对通信线缆造成过大影响。

3.2塔架防雷电系统

在信号系统的运行中，必然需要建设大量塔架，但是这些塔架容易遭受雷电破坏，所以需要建成防雷电系统。对于通信塔架来说，一个最为重要的方式为建成避雷系统，当前开发出的一种重要方式为在塔架上安装避雷器，同时将避雷器进行接地，避雷器在安装过程中需要按照防雷等级的需要对安装方式进行选择，当前常用的安装方式如图1所示。

图1避雷器安装方案

在具体的安装工作中，首先要注意绝缘子串的安装强度，保证其在外界环境的作用下，能够发挥绝缘子应有的绝缘作用，防止对信号系统的电力设备造成影响。其次保证各类设备能够正常运行，在此基础上才可将其应用到避雷系统的实际建设中。最后为完成避雷器的正确安装工作，将其固定于相关构件中。

3.3线缆防雷电系统

在信号设备的运行过程中，线缆类型有两种，一种为供电线缆，另一种为通信线缆。对于供电线缆来说，信号系统中这类线缆在室内中的数量更多，在防雷系统的设计中，针对直击雷来说，避雷系统的方式为在系统中增设断路器，在遭受雷击时能够防止产生的过高电压对控制中枢造成破坏。对于通信线缆来说，一些区段中会应用弱电进行设备操控，针对这类系统来说，防雷电系统的建设方式有两种，一种为对线缆材料进行选择，当前已经生产出了具备电磁屏蔽能力的线缆，这种线缆中含有铜丝网络，达到电磁屏蔽的目的，在这类线缆的应用中，要对铜丝网络进行接地。另一种方式为在线缆外部设置铜管，在铜管的应用过程中，除了需要将铜管接地，还需要重视铜管的应用范围，这种方式防护方式适用于短区间内的通信线缆，通常应用于与终端设备进行连接的通信线路。

3.4防雷电接地系统

在整个雷电综合防护系统的建设中，各类避雷设施都需要进行接地，让防雷系统能够正常发挥应有作用。为了能够达到更好的接地效果，需要将接地线与接地网进行连接，在接地网的作用下进行电流分散，提高电流的传导效率。以某型号避雷针的接地网为例，这种接地网的立体图如图2所示。

图2某型号避雷针接地网立体图

在接地网的生产过程中，需要根据相关区域的地质情况对接地网的耐腐蚀情况进行分析，从而让接地网在相关工作时段内都能够发挥应有的作用。另外在接地网的施工过程中，还需要重视对引下线的保护效果，对于引下线来说，与地面的接触区域最容易发生锈蚀现象，为解决这一问题，可在该区域中应用沥青进行对线缆进行处理，提高整个引下线的耐腐蚀情况。并且在接地网的施工过程中，需要保证引下线与接地网之间能够进行高质量焊接，防止在接地网的运行过程中产生焊点脱落问题，导致接地网无法发挥应有作用。

结束语

在铁路信号设备的运行过程中，需要借助控制中枢、通信线路、终端设备等多种设备对列车的运行状态进行引导，并且很多铁路信号设备为露天工作状态，这类设备在运行过程中更容易受到雷电的影响。在当前和今后的雷电防护系统建设中，需要探究雷电对信号系统的作用方式，在此基础上对防护体系进行合理建设。

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