浅析铁路信号设备的雷电防护

ezicososoz

【摘要】 随着铁路信号设备向数字化、网络化、智能化和综合化方向发展，大规模集成电路和低耐压器件在信号设备中大量使用，雷电所带来的危害越来越大，对雷电的防护已成为保证铁路安全运输的重要问题。综合雷电防护方法是在全面考虑雷电损坏信号设备的各种可能途径的基础上，综合采用外部防护、屏蔽、等电位连接、接地、合理布线、使用浪涌保护器等多种方法解决这个问题的有效措施。
【关键词】 雷电综合防护 铁路信号设备 防雷
列车是在两条钢轨上飞速行驶的，并铺设在复杂的地质自然环境中，而信号设备则与钢轨相连，钢轨是由钢铁铸造的，是电和磁的良导体，所以在雷雨天气时，带电的低云层就可在钢轨中产生感应电动势或直接对钢轨放电，影响甚至击毁信号设备。
通常云团的带电量是很大的，能对地形成几十万伏的超高电压。当这种云团在气流的推动下，掠过接近地面时，就可在附近的金属体中产生感应电动势，形成感应电流。倘若云团接触到高于地面的物体时，就可能对地放电，形成直击雷，放电电流能达到几十万安培，这种能量是超级巨大的，毁坏性也是很严重的。
但在自然界中，大部分的带电云团离地面是很高的，不能对地直接放电，而且仅在带电云团间放电，这也就形成对信号设备产生次级雷害——感应雷灾害。由于钢轨是金属导体，长而易于导电；信号设备的传输导线也都是金属线，所以感应雷产生的电动势极易在邻近的钢轨和信号设备中产生并传导电磁感应脉冲电流。由于现代铁路信号系统设备采用了大量微电子设备，微电子设备耐过电压和过电流的能力很低，雷电感应引起的电磁感应脉冲很容易造成雷害。
雷电造成的危害主要有两种：
（1）直击雷
带电的云层对大地上的某一点直接放电，称为直击雷。它的破坏力是很大的，若不能将其迅速泻放入大地，将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏，以及火灾和电子电气系统摧毁。
在克服直击雷的危害中，信号机械室的建筑物采用法拉第笼进行电磁屏蔽。（法拉第笼由屋顶避雷网、避雷带、引下线和接地系统构成。）
信号设备设安全地线、屏蔽地线和防雷地线，这些地线均由共用接地系统的地网引出；室内信号设备的接地装置构成网状；接地导线上不设开关、熔断器或断路器。室外信号设备的金属箱、盒壳体必须接地，屏蔽电缆的金属屏蔽层也接地。这样就可以有效、及时地把雷电迅速的释放到大地中，保护信号设备少受损害。
（2）感应雷
感应雷则是在云层与云层之间发生放电释放电荷，不直接对地放电，在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上产生感应过电压。过电压以电气浪涌的方式危及电子设备，包括破坏印刷电路印制线、元件和绝缘过早老化寿命缩短、破坏数据库或使软件误操作，使一些控制元件失控。
根据雷电感应电动势在信号设备形成的机理，我们采用了很多方式方法，例如：信号电源输入端设有电源防雷箱；控制台、继电器架、分线盘、机房设置接地汇集线。接地汇集线采用大于30 mm×3mm紫铜排，并相互连接成条形、环形或网格形，环形设置时不构成闭合回路。
铁路车站设置的信号机外电线路包括进站信号机、预告信号机、出站信号机、通过信号机、进路信号机外电线路，每线应加装防雷保安器，作为纵向防护。
轨道电路的室内防雷，在轨道电路室内送、受电端的分线盘对应端子上分别安装防雷保安设备进行横、纵向防护。轨道电路的室外防雷，在轨道电路室外送、受电端变压器轨道侧也分别在安装了防雷保安设备，对轨道电路进行横、纵向防护。在电码化电路区段，在发送通道分线盘对应端子上，每个发送通道也分别安装防雷保安设备，对电码化设备进行横、纵向防护。通过对设备的横向、纵向防雷措施，对雷电感应电流及时进行疏导，使之尽快中和、释放或引入大地，并充分利用法拉第笼进行隔离，从而有效地防止了雷电感应脉冲电压的危害。
近几年来，随着信号设备技术的发展，逐步实现由继电联锁向微机联锁的自动化控制转换，对雷电干扰提出了更高的要求，为更有效地防止雷电干扰，不仅对信号机械室所在建筑物进行了天网、地网的防护，又特别对微机联锁设备的专用机房进行了又一次法拉第笼式屏蔽，更有效地解决了雷电感应电动势对微电子设备的干扰。
但铁路信号的雷电防护是一个复杂、永久的课题，如何做到有效的防护，还需进一步的研究、探讨和实践。
参 考 文 献
[1] 李景春. 浅谈铁路信号防雷施工[J]. 铁道通信信号. 2007（10）
[2] 陈爱全. 铁路信号设备的雷电防护[J]. 河北能源职业技术学院学报. 2009（02）
[3] 解志军. 浅谈信号产品雷电防护[J]. 铁路通信信号工程技术. 2006（06）