鐵路通信設施雷電防護措施

1、鐵路通信設施雷電防護措施(神華準能大準鐵路公司通信段，內(nèi)蒙古薛家灣010300)摘要：大規(guī)模集成電路和智能化在通信設備中的廣泛應用，使得各種先進通信設備對過電壓的要求也就越來越高。因此必須采取適當?shù)谋Ｗo措施以避免因過電壓及其所產(chǎn)生的過電流對傳輸線路、通信設備和人員造成危害。文章重點介紹“整體防御、綜合治理、多重保護”的防范原則，力爭將其產(chǎn)生的危害降低到最低點。關鍵詞：通信設施；防雷措施；降低危害中圖分類號：U285.8文獻標識碼：C文章編號：10076921(X鐮X)16008003坡隨著科技的迅猛發(fā)展，華大規(guī)模集成電路和智能化在敫通信設備中的廣泛應用，使得各種先進通信設備對過電壓的要求也就越

2、來越高。由于雷電在電源線、信號線、酏天饋線等上感應的瞬間過電縻壓造成的危害時常發(fā)生，因此必須采取適當?shù)谋Ｗo措施驁以避免因過電壓及其所產(chǎn)生的過電流對傳輸線路、通信皿設備和人員造成的危害。鵝雷電是一種自然現(xiàn)象，它曾給人類社會帶來了不少危蘺害，國際電工委員會已將雷奶電災害稱為“電子時代的一大公害”，雷擊、感應雷擊舊、電源尖波等瞬間過電壓已平成為破壞電子設備的罪魁禍稃首。從大量的通信設備雷擊事例中分析，專家們認為：旨由雷電感應和雷電波侵入造嘈成的雷電電磁脈沖(LEM低P)是通信設備損壞的主要豬原因。因此只有了解了它的形成過程，尋求有效地防護紹措施才能減少雷電帶來的損扒失。根據(jù)氣象觀測，地球上每秒鐘要出

3、現(xiàn)大約100次健左右的閃電雷擊。按照電信專用房屋設計規(guī)范，通信大憎樓一般都安裝有避雷針、避佼雷網(wǎng)或避雷帶，并且均采取昔了聯(lián)合接地的方式。從形式碉上看，它已具備了良好的防雷和抗外界電磁干擾的性能，然而通信設備為什么有時揀還會遭受過壓過流而損壞呢嶁?甚至還會對操作維護人員繒的人身構成威脅呢?這是由帕于當發(fā)生雷電時，帶電的云層會在通信設施的天線上產(chǎn)釅生感應電荷或雷電感應通過恿通信和電力線路侵入，如果蠆天線和通信線纜與大地之間挹直流通路不暢。就會由于感應在天線和線纜與大地之間魏產(chǎn)生高電位而引起過電壓，壟致使通信設施無法承受強電鐨流的侵入而損壞，甚至會?；安僮魅藛T的人身安全。隨著通信建設速度的加快，漭

4、先進通信設備在通信網(wǎng)的大槌規(guī)模應用，單一的防護體系她已不能滿足現(xiàn)代通信網(wǎng)絡安粘全的要求，應加入了對防雷接地系統(tǒng)的投入，防護體系耖也日趨完善。防護體系已從單一防護體系轉為多級防護鵪，多級防護包括防直擊雷、寺防感應雷電、防地電位反擊硪引起的瞬間過電壓影響等多測方面的防護，應根據(jù)數(shù)字程匾控、數(shù)字微波、VHF、光哨電傳輸、交直流電源等所有躲微電子設備的不同功能、不詞同受保護程度確定防護要點恣和保護等級。根據(jù)雷電引起稿瞬間過電壓的危害的可能侵瓿入的通道，從電源線到數(shù)據(jù)趴通信線路都應該做到多級保鯪護。為此我們應采取的防范原則是“整體防御、綜合治襯理、多重保護”，力爭將其溺產(chǎn)生的危害降低到最低點。病1通信設

5、施的防雷措施羆通常來說，避免建筑物機及設備遭受雷擊的方式大致哲有4種：疏導，即將雷云域中的電荷通過引線疏導至大冂地，避免直接雷擊或感應雷擊電流流經(jīng)建筑物或通信設義備，從而使建筑物或通信設俸備免受雷擊。隔離，即將圻雷電所產(chǎn)生的過電壓和被保護物隔離開來從而避免雷擊。等位，即將鐵塔地、天餓饋線地、設備工作地、建筑蠣物的公共地等置于等電位上愧。中和，即釋放出異性電隍荷和雷云中的電荷進行中和枯，從而阻止雷電的形成。根依據(jù)以上的4種避雷方法，具體到一個通信工程的防雷電甕過電壓來說，其主要的措施有以下幾種方法。1.1渾外部防護外部防護主要立采用避雷針(避雷網(wǎng)、避雷收線和避雷帶)和接地裝置(允接地線、地極)來

6、加以防護孕。其保護原理是：當雷云放茸電接近地面時，它使地面的鲺電場發(fā)生畸變，在避雷針(醋避雷線)頂部形成局部電場愣強度畸變，以影響雷電先導入電的發(fā)展方向，引導雷電嘌向避雷針(避雷線)放電，酯再通過接地引下線、接地裝永置將雷電流引入大地，從而使被保護物免受雷擊，這是亨人們長期實踐證明的防直擊荼雷的有效方法。然而，被動繭放電式避雷針存在反應速度立差、保護的范圍小以及導通忉量小等不足。根據(jù)現(xiàn)代通信驕發(fā)展的要求，避雷針應選擇提前放電主動式的防雷裝置嚆，并且應該從30、45嘜、60等不同角度考慮嘈，以做到對各種雷擊的防護鈞，增大保護范圍，增加導通游量。建筑物的所有外露金屬漯構件(管道)都應與防雷網(wǎng)驏(避

7、雷線或避雷帶)連接良永好。1.1.1安裝避戲雷針或接地裝置的要求。賢避雷針應當裝在高于天線尖悉端數(shù)米，避雷針與天線之間毳應有一定的間隔，以防止由立于避雷針的存在而損壞天線姊的輻射圖形影響通信效果。一般的做法是避雷針成為天敝線塔體的主桿，通信天錢卻裝在避雷針外線大約1.5個波長以外。避雷地線的鏍直流通路的電阻要求足夠低良，一般為1050，丑由于雷電浪涌電流較大，頻還譜較寬且持續(xù)時間短，因此碇要求必須有盡量小的電感量。接地引入線長度應不大迢于3m，其材料應采用熱鍍繯鋅扁鋼或銅排，截面積應不蹄小于40mm4mm。地欹線不能用扁平編織線和絞合銖線，因為這兩種線電感較大餃，不利于泄放雷擊電流，且碇容易被

8、腐蝕。要盡可能使用3mm以上的實心導線，且最好是相同的金屬材料。猹為了增大地表層的過電壓的局泄放面積，可采用埋設有一蛆定間隔的多根接地體，且相互焊接。如在建筑物的四周笆以1m2m的間隔埋上1售0根左右的銅管，并把它們璀焊接起來。對一些重要的聯(lián)通信工程來說，可以考慮安裝放射性避雷裝置。放射性勇避雷裝置可以說是目前世界色最先進的防雷保護裝置之一大。放射性避雷裝置的關鍵部糙分是放射源，它能連續(xù)自行呷發(fā)射粒子，使周圍空氣電倉離產(chǎn)生大量電子。在雷電場的作用下這些電子不斷加速譙，對空氣產(chǎn)生連鎖的多極電龐離或雪崩電離，形成與電場迅強度成正比的電子流，這時貊產(chǎn)生的由放射源指向雷云的啖電離通導會永不間斷地中和及

9、釋放空間電荷，把已有的狳低電場消除掉，把可能形成飼的高電場降為低電場，從而訛有效地防止發(fā)生雷擊，起到葸顯著的消雷作用。這種放射性避雷裝置的防護面積較大，其半徑大約為260m左睨右，且安全可靠對人身無傷黷害。1.1.2防感應刷雷擊的方法。除在通信鐵塔上安裝避雪針或避雷裝置的釋同時，還要注意消除感應雷葬擊，其常用的方法是在天饋含系統(tǒng)中安裝電涌保護器(S鲼PD)。在天饋系統(tǒng)中安裝辮SPD時應注意以下方面的悃問題：SPD的接地端必署須與地連接可靠，一般要求氯接地引線應從天饋線入口處蒔外側的接地線、避雷帶或地玫網(wǎng)引接。且接地電阻不得大果于4，不然將會影響到防雷的效果。因存在一定的鉿插入損耗，對天線輻射信

10、號匣的強度會造成一定的影響，堰并且還要CM(22注椎意駐波比，一般要求天饋系螫統(tǒng)的駐波比不大于1.5。注安裝通信天線時，天線的崤支撐桿要與鐵塔可靠連接，連接電阻等于零。對重要的勐通信工程而言，除在天饋系統(tǒng)中安裝SPD外，還要注笫意供電系統(tǒng)的防雷，常見做汾法是在變壓器和配電房安裝避雷裝置。1.2內(nèi)部揣防護1.2.1電源部分的防護。因為線路是雷電紙侵入的主要通道之一。對于關高壓部分，供電部門有專用錳的高壓避雷裝置，而線對線躓的過壓則無法控制。因此，對380V低壓線路應進行屮過電壓保護，按國家規(guī)范要求應分為3部分：建議在高癰壓變壓器后端到通信局(站棚)配電機房總配電盤的電纜葷內(nèi)芯線兩端對地加裝避雷器

11、毓，作為一級保護在樓宇總配膪電盤至樓層配電箱間電纜內(nèi)糖芯線兩端對地加裝避雷器，李作為二級保護；在所有重要淇的、精密的設備以及UPS的前端對地加裝避雷器，作釕為三級保護。目的是用分流僅(限流)技術將雷電過電壓恙(脈沖)能量分流疏導至大憩地，從而達到保護的目的。蜞分流(限流)技術中采用的慢防護器的質量、性能的好壞將直接影響防護的效果，因齒此應選擇合格優(yōu)良的避雷裝挨置。1.2.2信號部分的防護。這需要根據(jù)通信設備的對雷電的敏感度來確定。建議在所有信息系統(tǒng)進咬入樓宇的電纜內(nèi)芯線端時，寞應對地加裝避雷器，電纜中筇的空線應接地，并做好屏蔽少接地。1.2.3接地訟處理，接地系統(tǒng)把雷電流引入大地，從而達到保護

12、設備喵和人身安全的目的。一般建撥筑物的接地系統(tǒng)有建筑物地競網(wǎng)(與法拉第網(wǎng)相接)、電訥源地(要求地阻鐵路站場設扭備遭受過電壓和過電流攻擊穩(wěn)的途徑可分為直擊雷、感應饋雷、傳導雷、操作過電壓4荼種。結合站場設備的分布特隕點及雷電攻擊的途徑類型，榴鐵路站場雷電防護存在以下戎特點。2.1.1鐵路飧站場占地面積較大，站場主粗要設備(如數(shù)字微波通信、車站數(shù)字通信分系統(tǒng)、站場曩廣播機、無線列調(diào)通信、平龔面調(diào)車通信、信號微機連鎖驄等設備)集中在通信樓。通榛信樓的避雷針應能滿足對整菝個通信樓區(qū)域的保護，有效防止直擊雷的襲擊。2讓.1.2通信機房、通訊樓通訊機房等重要區(qū)域的戶外曩線路可能遭受到直擊雷后，線路中的大電

13、流串入各機房內(nèi)部，從而引起對內(nèi)部設備瀠的損壞。當雷雨云之間、雷菝雨云對大地之間放電時，雷垣閃電流的高頻電磁場對暴露蒞在空間或室內(nèi)的電源線、數(shù)砰據(jù)線上產(chǎn)生遠遠超過設備抗電強度的感應雷擊過電壓，記使設備損壞。2.1.煸3雷電防護的原則是“等電紂位”。由于機房存在多類接味地系統(tǒng)，其沖擊接地電阻不猢均衡，在雷擊發(fā)生時，雷電躉流引起地電位差，造成“地仄電位反擊”，使人員和設備綰遭受損害。2.1.4操作過電壓引起的危害，如儲藏設備的開關、輸電線路充的短路、周圍大容量設備運行時產(chǎn)生的工業(yè)干擾或操作浸過電壓在電源線上會產(chǎn)生5皆0006000V、3K率A的浪涌過電壓及浪涌電流，它們的竄入也會將通信樓摟內(nèi)的設備產(chǎn)

14、生很大的破壞后果。從以上分析中可以郛得出：為了提高鐵路站場建虬筑物安全及機房設備及計算攣機、通信網(wǎng)絡的運行可靠度，整個站場的雷電防護系統(tǒng)系統(tǒng)一定要有良好的避雷針芩、下引線和統(tǒng)一的接地網(wǎng)，局采取完善的直擊雷防護措施罔。同時必須在車站的供電系鈮統(tǒng)、天饋系統(tǒng)、信號采集傳蹕輸系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)、計牿算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、機房接地系嵯統(tǒng)等進行可靠有效的防護，在攔截、分流、均衡、接地朱、布線、布局等方面作完整雜的，多層次的綜合防護。基于以上分析，對主要機碲房設備和重要終端要進行雷條擊電磁脈沖防護。2.2眼直擊雷防護鐵路通信站場直擊雷防護重點區(qū)域是通櫨信樓。通信樓直擊雷防護，冗利用通信樓附近的高約45庋m微波塔，在

15、塔頂上安裝I淀F3避雷針，避雷針安裝高埋度超出塔頂2.5m。經(jīng)計捐算，避雷針對地面的保護半肢徑可達119m。引下線采校用截面12mm4mm欷的鍍鋅扁鋼。防雷接地裝置隆接地電阻1。該避雷針妗可保護通信樓免受直擊雷的稚侵害。2.3雷擊電磁兕脈沖防護2.3.1對纜線布放和接地系統(tǒng)的要求渺。鐵路站場主要設備集中在腸通信樓。雷擊電磁脈沖防護醣的重點是通信樓內(nèi)的敏感電蜃子設備。根據(jù)有關規(guī)范要求萼，應從以下幾個方面進行設沿計考慮。通信樓應采用共貪用接地系統(tǒng)的要求予以改造搿。2.3.2通信樓雷噯擊電磁脈沖防護。針對通信腚樓電源分兩路架空引入，引弳雷幾率較大，低壓電纜應地埋l5m以上引入通信樓，苧在主配電箱安裝

16、兩套3*MC5OB+1*Mc125-B第一級電源防雷箱。謨在數(shù)字微波入線端第二級電據(jù)源防雷器V20一CI+NPE。由室外引入的微波灃收發(fā)饋線均安裝DS-N饋猜線防雷器。在電纜充氣設備電源入線端安裝第二級電源防雷器V20CI+NPE。在機房內(nèi)安裝等電位連接排4801，機房內(nèi)所理有設備的機殼及防雷器接地放線都連接至等電位連接排上疤。所有設備的機殼均可靠接氽地，所有接地線共用一組接地裝置，接地電組為1以欹下。防雷器前端均串接20A動力型空氣開關。2.4設計參照標準鐵路嚨站場綜合防雷的設計主要執(zhí)茵行或參照以下標準：GB50057-94建筑物防茭雷設計規(guī)范2000年版匿、GA2672000馗計算機信息系

17、統(tǒng)雷擊電磁脈莒沖安全防護規(guī)范、GB7450-87電子設備雷擊保護導則、GB501氈7493電子計算機機房設計規(guī)范、GB936188計算站場地安全慈要求等。鐵路站場雷電防岫護總的原則是經(jīng)等電位連接的，使過電壓(或電流)以最彩直接的路徑盡快泄漏到大地萇，達到保護設備的目的。電磁兼容防護總的原則是利用悔室內(nèi)的金屬物有機地構成一個“法拉第籠”，進行接地釬連接。站場綜合防雷設計本畸著安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理的原則，達到防御或甌減輕雷電災害、提高防雷安全度的目的。3結束語總之，防雷接地對通信噤設備來說是一個永恒的話題，接地系統(tǒng)的正確與否直接關系到通信設備和人身的安觶全。根據(jù)國際、國內(nèi)相關技韭術的發(fā)展以及國際、國內(nèi)有關設計規(guī)范，可以明確以下合幾點。通信局(站)必須按規(guī)范建立在聯(lián)合接地系統(tǒng)支、均壓等電位分區(qū)保護的基髕礎上。無論是通信大樓，屣還是通信設施，都必須采用層層防護的原則。防雷裝鞴置的接地電阻應符合建筑徠物防雷接地規(guī)范與通信行同業(yè)防雷接地標準。根據(jù)各通馕信機房、基站等所處的環(huán)境，應從電纜引入開始安裝多纂級保護