鐵路信號基礎(chǔ)（第四版） 課件 -第五章 防雷和接地裝置

鐵路信號基礎(chǔ)第五章

第一章信號繼電器

第二章信號裝置

第三章軌道電路

第四章道岔轉(zhuǎn)換和鎖閉裝置

第五章防雷和接地裝置

第六章鐵路信號系統(tǒng)概述

目錄第五章防雷和接地裝置第五章防雷和接地裝置一、雷害及防雷1．雷害雷電有直接雷和感應(yīng)雷兩種。直接雷是直接侵入設(shè)備或與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的傳輸線上的雷電，其雷電壓可高達幾十萬伏，但襲擊信號設(shè)備的概率很小。感應(yīng)雷是由于電磁感應(yīng)作用，在電氣設(shè)備上感應(yīng)出的雷電壓，在設(shè)備中流過感應(yīng)電流。感應(yīng)雷又分為縱向感應(yīng)雷和橫向感應(yīng)雷?？v向感應(yīng)雷是感應(yīng)到設(shè)備兩側(cè)(如鋼軌)上的極性相同，大小相等的感應(yīng)電壓，如圖5—1(a)所示。橫向感應(yīng)雷是感應(yīng)到信號設(shè)備兩側(cè)的極性不同的感應(yīng)電壓，如圖5—l(b)所示。圖5—1感應(yīng)雷示意圖感應(yīng)雷的發(fā)生機率高，襲擊信號的次數(shù)相當頻繁。因為信號設(shè)備點多面廣，設(shè)備本身屬于低壓電氣設(shè)備或電子設(shè)備，絕緣耐壓程度較低，易受雷害破壞。信號設(shè)備主要是對感應(yīng)雷進行防護。第一節(jié)信號設(shè)備防雷

2．雷電侵入信號設(shè)備的主要途徑

(1)由交流電源侵入

圖5—2電容的耦合作用

(2)由軌道電路侵入

(3)由電纜侵入3．縱向電壓和橫向電壓電線路一旦遭受雷電過電壓的侵襲，則該電壓波由侵襲地點沿線路向兩端傳播，形向縱向電壓和橫向電壓。第一節(jié)信號設(shè)備防雷縱向電壓指導線或設(shè)備對地的電壓，每條導線上的折射電壓或反射電壓均為縱向電壓。橫向電壓指兩導線間的電位差。由于每條導線感應(yīng)過電壓的不平衡、線路阻抗的不一致、防雷元件沖擊點火電壓的離散性、被保護設(shè)備阻抗及接地電阻的影響，都造成橫向電壓。

4．信號設(shè)備的防雷

(1)信號設(shè)備雷電防護的原則按照分區(qū)、分級、分設(shè)備防護原則，采用縱向、橫向或縱橫向防護方式。②采取屏蔽、等電位連接、良好的接地以及合理布線等措施，改善信號設(shè)備電磁兼容環(huán)境。③信號設(shè)備、器材須具有符合規(guī)定的耐受過電壓、過電流的能力，滿足電磁脈沖抗擾度的要求。④防雷元器件應(yīng)與被防護設(shè)備匹配設(shè)置，保證雷電感應(yīng)電磁脈沖過電壓限制到被防護設(shè)備的沖擊耐壓水平以下。第一節(jié)信號設(shè)備防雷⑤防雷裝置的設(shè)置、動作和故障狀態(tài)，不得改變被保護系統(tǒng)的電氣性能，不得影響被保護設(shè)備的正常工作，并應(yīng)滿足故障導向安全的原則。

(2)信號設(shè)備防雷的要求①浪誦保護器的連接線應(yīng)盡可能短，防雷電路的配線與其他配線應(yīng)分開，不允許其他設(shè)備借用并聯(lián)型防雷設(shè)備的端子。②防雷元器件的安裝應(yīng)牢固，標志清晰，并便于檢查。③避雷帶、避雷網(wǎng)、引下線、避雷針無腐蝕及機械損傷，銹蝕部位不得超過截面的1/3。

④進出信號機械室的信號傳輸線路不得與電力線路靠近和并排敷設(shè)。5．機房電磁環(huán)境防護

(1)法拉第籠法拉第籠由屋頂避雷網(wǎng)、避雷帶和引下線、機房屏蔽和接地系統(tǒng)構(gòu)成。第一節(jié)信號設(shè)備防雷(2)安裝電子設(shè)備的機房的法拉第籠屏蔽安裝電子設(shè)備的機房宜采用更完善的室內(nèi)法拉第籠屏蔽，應(yīng)符合有關(guān)標準。

二、信號設(shè)備綜合防雷1．避雷針的設(shè)置雷害嚴重的車站(場)或電子設(shè)備集中的區(qū)域，可在距電子設(shè)備和機房15～30m的地點安裝一支或多支獨立避雷針。避雷針不應(yīng)設(shè)置在信號設(shè)備建筑物屋頂。2．引入信號機械室的電力線的防雷引入信號機械室的電力線應(yīng)采用多級雷電防護，單獨設(shè)置電源防雷箱。3．室外引入信號機械室的信號線纜、通信等其他線纜的防雷第一節(jié)信號設(shè)備防雷室外引入信號機械室的信號線纜、通信等其他線纜應(yīng)設(shè)置浪涌保護器。浪涌保護器應(yīng)集中設(shè)置在室內(nèi)防雷柜或分線盤(柜)上。4．進出信號機械室的信號電纜的屏蔽進出信號機械室的信號電纜應(yīng)進行屏蔽連接，并與機械室環(huán)形接地裝置連接。5．進出機械室的其他金屬設(shè)施應(yīng)與建筑物環(huán)形接地裝置連接，并在建筑物界面做等電位連接。6．進入雷電綜合防護的機房，嚴禁同時直接接觸墻體(含屏蔽層、金屬門窗、水暖管線等)與信號設(shè)備。需要接觸信號設(shè)備時，必須采取穿絕緣鞋或在地面鋪墊絕緣膠墊等措施。三、防雷元器件

1．金屬陶瓷放電管

(1)金屬陶瓷二極放電管第一節(jié)信號設(shè)備防雷金屬陶瓷二極放電管(以下簡稱二極放電管)是一種充氣管。以R—250TA為例，其結(jié)構(gòu)如圖5—4所示，由管帽、陶瓷管、熱屏、瓷座、釷鎢絲、電極等組成。電極由純鐵制成，上面繞有鎢絲，以提高電極的耐熱性和導熱性。陶瓷管內(nèi)襯有一鐵質(zhì)圓管，叫熱屏，用來將電極間產(chǎn)生的電弧熱量均勻地散發(fā)出去。陶瓷管內(nèi)充以一定壓力的氖氣。

圖5—4金屬陶瓷二極放電管放電管具有在正常情況下不導電，出現(xiàn)過電壓時電極間很快被擊穿，過電壓消失后立即恢復(fù)的特性。利用放電管的這一特性，將其安裝在線路與大地之間，在線路上出現(xiàn)過電壓時，放電管被擊穿，大部分雷電流對地泄放，降低了線路地位，設(shè)備得到了保護。

(2)金屬陶瓷三極放電管金屬陶瓷三極放電管(簡稱三極放電管)有兩個線路電極和一個接地電極。在三極放電管中，如果有一個電極放電，在管予中就產(chǎn)生井充滿了離子和電子，從而誘發(fā)其他電極也放電，大大減小了各電極間的放電時間差，最大限度地抑制了兩線間沖擊電壓的產(chǎn)生，提高了防護效果。圖5—8金屬陶瓷三極放電管結(jié)構(gòu)第一節(jié)信號設(shè)備防雷圖5—9三極放電管構(gòu)成的防雷電路三極放電管除對稱性能好外，還具有沖擊放電電壓低、通流容量大、遮光性能好、極間電容小、絕緣電阻高等優(yōu)點。

(4)續(xù)流及其切斷放電管通過大電流沖擊后，管內(nèi)氖氣得到充分游離而進入弧光放電狀態(tài)，在線路電壓和電流能滿足弧光放電條件的情況下，如果放電介質(zhì)得不封恢復(fù)，線路電流一直流過放電管，該電流稱為續(xù)流。如不能及時切斷續(xù)流，不僅會燒壞放電管，而且將影響設(shè)備的正常工作。所以在使用中要充分考慮這一問題，如果線路電阻不能可靠切斷續(xù)流時，應(yīng)串聯(lián)電阻或壓敏電阻器。2．氧化鋅壓敏電阻器

(1)氧化鋅壓敏電阻器氧化鋅壓敏電阻器(以下簡稱壓敏電阻器)是以氧化鋅為主，添加氧化鉍、氧化鈷、氧化錳和氧化銻等金屬氧化物經(jīng)過充分混合后造粒成型，再經(jīng)燒結(jié)而成的，其微觀結(jié)構(gòu)如圖5—10所示。在正常工作電壓下，壓敏電阻器呈高阻，只有微安級漏泄電流流過。侵入過電壓時，壓敏電阻變?yōu)榈妥瑁^電壓被抑制，設(shè)備就得到了保護。第一節(jié)信號設(shè)備防雷(2)金屬陶瓷三極放電管

金屬陶瓷三極放電管(簡稱三極放電管)有兩個線路電極和一個接地電極。在三極放電管中，如果有一個電極放電，在管予中就產(chǎn)生井充滿了離子和電子，從而誘發(fā)其他電極也放電，大大減小了各電極間的放電時間差，最大限度地抑制了兩線間沖擊電壓的產(chǎn)生，提高了防護效果。三極放電管除對稱性能好外，還具有沖擊放電電壓低、通流容量大、遮光性能好、極間電容小、絕緣電阻高等優(yōu)點。第一節(jié)信號設(shè)備防雷(4)續(xù)流及其切斷放電管通過大電流沖擊后，管內(nèi)氖氣得到充分游離而進入弧光放電狀態(tài)，在線路電壓和電流能滿足弧光放電條件的情況下，如果放電介質(zhì)得不封恢復(fù)，線路電流一直流過放電管，該電流稱為續(xù)流。如不能及時切斷續(xù)流，不僅會燒壞放電管，而且將影響設(shè)備的正常工作。所以在使用中要充分考慮這一問題，如果線路電阻不能可靠切斷續(xù)流時，應(yīng)串聯(lián)電阻或壓敏電阻器。第一節(jié)信號設(shè)備防雷2．氧化鋅壓敏電阻器(1)氧化鋅壓敏電阻器氧化鋅壓敏電阻器(以下簡稱壓敏電阻器)是以氧化鋅為主，添加氧化鉍、氧化鈷、氧化錳和氧化銻等金屬氧化物經(jīng)過充分混合后造粒成型，再經(jīng)燒結(jié)而成的，其微觀結(jié)構(gòu)如圖5—10所示。在正常工作電壓下，壓敏電阻器呈高阻，只有微安級漏泄電流流過。侵入過電壓時，壓敏電阻變?yōu)榈妥?，過電壓被抑制，設(shè)備就得到了保護。第一節(jié)信號設(shè)備防雷(2)劣化指示氧化鋅壓敏電阻器劣化指示氧化鋅壓敏電阻器(簡稱劣化指示壓敏電阻器)除具有壓敏電阻器的性能外，它的通流容量更大(最大可達40kA)，并具有熱熔斷器、大電流熔斷器和報警裝置，使其在失效時能自動脫離使用線路，給出明顯指示，進行報警告示。而且采用標準化模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，在使用過程中免予測試，使用安裝維護更為方便。劣化指示壓敏電阻在正常工作電壓下，始終處于高阻狀態(tài)，其各項特性參數(shù)均未劣化，熱熔斷器及大電流熔斷器均不會脫扣，機械裝置不動作，保護模塊窗口顯示綠色，表示工作在正常狀態(tài)，如圖5—12(a)所示。第一節(jié)信號設(shè)備防雷近來有采用碳化硅壓敏電阻的，該壓敏電阻不存在漏電和擊穿不恢復(fù)的問題。3．瞬變電壓抑制器瞬變電壓抑制器是一種齊納二極管，與普通穩(wěn)壓管相比，瞬態(tài)功率更大，響應(yīng)速度特別快（為ns級），漏電流低無損壞極限，體積小。但通流容量小，耐浪涌沖擊能力較放電管和壓敏電阻差，只能作為雷電細保護，適宜于電子設(shè)備的防雷。第一節(jié)信號設(shè)備防雷4．防雷變壓器防雷變壓器在設(shè)計、取材和工藝上均采用特殊結(jié)構(gòu)，最重要的是靜電屏蔽接地，即在初、次級間串入面積足夠大的金屬板作屏蔽體。這使C12大大降低。電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)當C12

很小時，TK必然很小。U2=TKU1，這樣，由初級侵入的縱向雷電過電壓，只有極少部分耦合到次級。第一節(jié)信號設(shè)備防雷四、信號設(shè)備浪涌保護器1．浪涌保護器的結(jié)構(gòu)

防雷保安器采用密封結(jié)構(gòu)，由防雷元器件組成，如軌道電路所用FL-GD-l型浪涌保護器由壓敏電阻和金屬陶瓷二極放電管串聯(lián)而成功?？梢灶l繁動作，壽命長。第一節(jié)信號設(shè)備防雷2．對信號設(shè)備浪涌保護器的要求

（1）信號設(shè)備浪涌保護器必須取得CRCC（中國鐵路產(chǎn)品認證中心）認證后方可上道使用。

（2）有劣化指示和報警功能的浪涌保護器，當劣化指示由正常色轉(zhuǎn)為失效色或報警后應(yīng)及時更換。接觸不良、漏電流過大、發(fā)熱、絕緣不良的不得繼續(xù)使用。

（3）當浪涌保護器處于劣化或損壞狀態(tài)時，須立即自動脫離電路且不得影響設(shè)備正常工作。

（4）浪涌保護器并聯(lián)使用時，在任何情況下不得成為短路狀態(tài)；串聯(lián)使用時，在任何情況下不得成為開路狀態(tài)。第一節(jié)信號設(shè)備防雷（5）浪涌保護器對地有連接的，除了放電狀態(tài)，其他時間不得構(gòu)成導通狀態(tài)；否則必須輔以接地檢測報警裝置。（6）用于電源電路的浪涌保護器，應(yīng)單獨設(shè)置，應(yīng)具有阻斷續(xù)流的性能，工作電壓在110V以上的應(yīng)有劣化指示。（7）室外的電子設(shè)備應(yīng)在纜線終端人口處設(shè)置浪涌，保護器或防雷型變壓器。（8）室內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸線浪涌保護器的設(shè)置應(yīng)根據(jù)雷害嚴重程度確定。第一節(jié)信號設(shè)備防雷2．電源浪涌保護器(1)信號電源防雷箱電源防雷應(yīng)采用信號電源防雷箱方式，電源防雷箱一般固定在室內(nèi)低壓配電箱旁；信號防雷箱設(shè)置地點應(yīng)符合防火要求。

信號電源防雷箱一般由浪涌保護器、空氣開關(guān)、雷電計數(shù)器、等電位接地端子、防雷地線引接線等組成。例如FDX-380(Q)電源防雷箱的電路原理圖如圖5—15所示。第一節(jié)信號設(shè)備防雷第一節(jié)信號設(shè)備防雷(2)電源浪涌保護器用于電源電路的浪涌保護器，應(yīng)單獨設(shè)置；必須具有阻斷續(xù)流的性能；工作電壓在110V以上的，應(yīng)有劣化指示。3．信號傳輸線浪涌保護器

(1)室內(nèi)信號傳輸線浪涌保護器室內(nèi)信號傳輸線長度大于50～100m時，可在一端設(shè)備接口處設(shè)置浪涌保護器；大于100m時，宜在兩端設(shè)備接口處設(shè)置防雷保安器。按照分區(qū)、分級的原則，信號傳輸線的浪涌保護器應(yīng)集中設(shè)置在分線盤處。

第一節(jié)信號設(shè)備防雷(2)室外信號傳輸線浪涌保護器室外信號傳輸線宜在兩端設(shè)置浪涌保護器。安裝于室外的電子設(shè)備宜在電纜線入口處設(shè)置浪涌保護器或防雷變壓器。與室外傳輸線相連的各種信號變壓器應(yīng)采用防雷型變壓器。浪涌保護器可安裝在室外變壓器箱內(nèi)。第一節(jié)信號設(shè)備防雷一、地線信號設(shè)備應(yīng)設(shè)防雷地線、安全地線和屏蔽地線。信號設(shè)備的防雷裝置應(yīng)設(shè)防雷地線。信號機械室內(nèi)的組合柜、計算機聯(lián)鎖機柜、閉塞設(shè)備機柜、電源屏、控制臺，以及電氣化區(qū)段的信號機梯子等應(yīng)設(shè)安全地線，電氣化區(qū)段的電纜金屬護套應(yīng)設(shè)屏蔽地線。安裝防靜電地板的機房應(yīng)設(shè)防靜電地線，微電子設(shè)備需要時可設(shè)置邏輯地線。上述地線均由共用接地系統(tǒng)的地網(wǎng)引出。室內(nèi)信號設(shè)備的接地裝置應(yīng)構(gòu)成網(wǎng)狀（地網(wǎng)）。接地導線上嚴禁設(shè)置開關(guān)、熔斷器或斷路器。二、地網(wǎng)地網(wǎng)應(yīng)由建筑物四周的環(huán)形接地裝置、建筑物基礎(chǔ)鋼筋構(gòu)成的接地體相互連接構(gòu)成。第二節(jié)信號設(shè)備接地裝置1.基礎(chǔ)接地網(wǎng)新建建筑物混凝土基礎(chǔ)的鋼筋必須焊接成基礎(chǔ)接地網(wǎng)，網(wǎng)格寬度不大于3m；既有建筑物為鋼筋混凝土基礎(chǔ)的，可利用混凝土基礎(chǔ)鋼筋作為基礎(chǔ)接地網(wǎng)。2.環(huán)形接地裝置環(huán)形接地裝置由水平接地體和垂直接地體組成，應(yīng)環(huán)繞建筑物外墻閉合成環(huán)，受條件限制時可不完全環(huán)周敷設(shè)，但應(yīng)盡可能沿建筑物周圍設(shè)置，以便與地網(wǎng)連接的各種引線就近連接。3.接地體

(1)水平接地體水平接地體距建筑物外墻間距不小于1m，埋深不小于0.7m。（2）垂直接地體第二節(jié)信號設(shè)備接地裝置在避雷帶引下線處應(yīng)設(shè)垂直接地體，垂直接地體必須與水平接地體可靠焊接。接地電阻不滿足要求時，可增設(shè)垂直接地體，其間距不宜小于其長度的2倍并均勻布置。4.降低接地電阻的措施要求接地電阻不得大于1Ω。當接地電阻難以達到要求時，可采取深埋接地體、設(shè)置外延接地體、換土、在接地體周圍添加經(jīng)環(huán)保部門認可的降阻劑或其它新技術(shù)、新材料等措施。三、貫通地線貫通地線的作用電氣化區(qū)段、繁忙干線、鐵路樞紐、編組站、強雷區(qū)和埋設(shè)地線困難地區(qū)及微電子設(shè)備集中的區(qū)段，應(yīng)設(shè)置貫通地線。設(shè)置貫通地線的區(qū)段，鐵路沿線及站內(nèi)的各種室外信號設(shè)備的各種地線均應(yīng)就近與貫通地線連接。貫通地線任一點的接地電阻不得大于1Ω，以便各種信號設(shè)備的各種地線可靠接地。第二節(jié)信號設(shè)備接地裝置貫通地線的材料貫通地線應(yīng)采用截面積不小于銅當量35mm2、耐腐蝕并符合環(huán)保要求的材料。貫通地線的設(shè)置貫通地線與信號電纜同溝埋設(shè)于電纜（槽）下方土壤中，距電纜（槽）底少于300mm。隧道、橋梁應(yīng)兩側(cè)敷設(shè)貫通地線；與橋梁墩臺接地裝置的接地連接線應(yīng)設(shè)置成無維修方式。上下行線路分線時，應(yīng)分別敷設(shè)貫通地線。貫通地線在信號機房建筑物一側(cè)，采用50mm2裸銅線與環(huán)形接地裝置連接，信號樓兩端各連接兩次。

三、接地匯集線接地匯集線的設(shè)置控制臺室、繼電器室、防雷分線室(或分線盤)、計算機室和電源室(電源引入處)應(yīng)設(shè)置接地匯集線。第二節(jié)信號設(shè)備接地裝置電源室電源防雷箱處、防雷分線室(或分線盤)處的接地匯集線應(yīng)單獨設(shè)置，與環(huán)形接地裝置單點冗余連接。信號機房面積較大時，可設(shè)置與環(huán)形接地裝置單點冗余連接的總接地匯集線。信號機房分布在幾個樓層時，各樓層可分別設(shè)置總接地匯集線。2．接地匯集線的材質(zhì)和連接四、ZPW-2000自動閉塞的接地ZPW-2000自動閉塞的接地設(shè)置ZPW-2000自動閉塞的室外箱盒及信號機等所有相關(guān)的金屬設(shè)備外殼的安全地線、防雷地線及屏蔽地線應(yīng)用25mm2銅纜與貫通地線可靠連接。也可將各地線用7mm2銅纜環(huán)接后接到