淺談信號電源防雷設計

牛舵

摘 要：隨著鐵路的高速發展，大規模的微電子產品在信號設備中廣泛使用，使得信號設備對防雷的要求也越來越高，信號電源是信號設備能正常使用的保證，信號電源防雷的設計則顯得尤為重要。

關鍵詞：信號電源；防雷設計；技術

車站信號設備綜合防雷系統根據信號設備所處的防雷區LPZ（Lightning Protection Zones-需要規定和控制雷擊、電磁環境的區域）和位置以及抗過電壓、過電流的能力，采取多種防雷措施，分區、分級設置防雷單元，使信號設備對雷電有系統防護能力。

車站信號設備遭受雷電的影響是多方面的，不可能通過簡單的一、二種措施就能完全消除雷擊過電壓和感應過電壓的影響，必須針對雷害入侵途徑，對各類可能產生雷擊的因素進行排除，采用綜合防治-接閃、均壓、屏蔽、接地、分流等措施才能將雷害減少到最低限度。在進行防雷系統設計時，不但要考慮防直接雷擊，還要防雷電電磁脈沖、雷電電磁感應和地電位反擊，因此，必須采用外部防雷和內部防雷等措施進行綜合防護，才能達到預期的效果。信號電源防雷設計屬于信號室內設備防雷的范疇。

信號電源是信號的心臟，對信號電源做好防雷設計則顯得尤為重要，從系通安全、可靠運行的因素考慮，鐵路信號電源應采用三級防雷措施：第一級（I級）信號電源引入處（電力配電盤、信號機械室外），第二級（II級）電源屏電源引入側（信號機械室電源開關箱內），第三級（III級）設在微電子設備處。

1 第一級防雷設在戶外交流電源饋線引入出

采用通流容量為40kA的雙路三相（或單項）電源全保護模式電源防雷箱，目的是將沿電源線路侵入的大部分雷電阻止在信號建筑物之外。這一級通常由電力專業實施。該防雷箱采用L（相線）-L、L-PE（保護接地）和N（中性線）-PE全模防護模式，并具有故障聲光報警、雷電計數和狀態顯示功能。主要防護指標為沖擊通流量不小于40kVA，限制電壓小于或等于1500V，泄露電流為0，響應時間為100ns，防雷箱內所采用的防雷單元具有阻斷續流并能實現熱插拔。自帶熱脫扣裝置，當處于劣化或損壞狀態時，可立即自動脫離電路并給出劣化指標且不會影響電源設備正常工作，符合故障導向安全原則。第一級（I級）信號電源防雷由電力專業設計、施工。

為將沿電源線路侵入的雷電流直接泄放入地，在防雷箱下方設置專用的接地匯集線，并采用截面積不小于25mm2有絕緣外護套的多芯銅導線與環形接地裝置單點冗余連接。

防雷箱安裝時可采用直接并聯式或凱文式安裝方式。如采用直接并聯式安裝方式，則相線連接在總配電箱主開關之后，電源相線和中性線截面積宜采用16mm2，連接長度要求小于0.5m，地線直接接在下方專用接地匯集線上，地線截面積采用25mm2，連線長度小于1m。

對于穩定工作電流小于100A的場所可采用凱文式安裝方法，即電源相線和中性線先引到防雷箱內上方的接線端子上，再從連接端子引出接到電源屏，電源相線和中性線線徑要求與進線一致，連接長度不做要求。地線直接接在先放專用接地匯集線上，地線截面積采用25mm2，連接長度要求小于1m.左圖為信號電源第一級防雷保護示意圖。

2 第二級電源防雷設在信號電源屏電源引入之前

進一步分流殘余雷電流并將雷擊殘壓控制在電源屏可以承受的范圍之內。第二級電源防雷箱技術標準同上述第一級一致，沖擊通流容量不小于20kA，限制電壓小于或等于1000V，但要注意第二級的防雷箱所用的空氣開關要與第一級電力空氣開關相配。

3 第三級電源防雷設在微電子設備及UPS電源前方

采用L（相線）-N、L-PE（保護地線）和N（中性線）-PE全模防護模式，防雷單元主要主要防護指標為：沖擊電流容量為大于或等于10kA，限制電壓小于或等于500V，泄露電流為0，響應時間為100ns。當處于劣化或損壞狀態時，應能立即自動脫離電路并給出劣化指標，且不會影響電源設備正常工作，符合故障導向安全原則。該級建議由微電子設備供貨商提供。

4 防雷單元安裝時可采用直接并聯或凱文連接方式

防雷單元連接線長度要求小于1m，當小于0.5m時，科采用直接并聯方式，當在0.5～1m時，應采用凱文連接方式。地線線徑采用10mm2。

5 室內信號電源防雷單元（SPD）應按表選取沖擊容量和限制電壓

信號電源的SPD采用壓敏電阻串放電管縱橫向防雷設置。當電網由于雷擊而出現瞬時脈沖電壓時， SPD應在最短的時間內（納秒級）能將被保護電路連入等電位系統中，使設備的各端口等電位，同時將電路上因雷擊和其他原因而產生的大量脈沖能量短路泄放到大地，降低設備各接口端的電位差，從而保護電路上的設備。雷擊過又恢復為高阻狀態而不影響用戶設備的供電。

圖2 SPD工作原理示意圖

對于單相穩定電流小于100A的機房，電源線與防雷箱的連接線長度不得大于0.5m，受條件限制連接線長度大于0.5m時，應采用凱文接線法連接。防雷箱接地線必須與電源保護地線連接，信號電源防雷保護地線應接入獨立的電源基地匯集線，電源接地匯集線直接與水平接地裝置連接。I級與II級配線長度不應小于5m，如果小于5m，采用補充至5m長電源線的方式達到退耦的作用。II級與III級配線長度不應小于5m。連接線應采用截面積不小于10 mm？的多股絕緣軟線。

參考文獻

[1]鐵路信號設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2006.

[2]鐵路信號設備雷電電磁脈沖防護技術條件[S].北京：中國鐵道出版社，2003.