5T探測站雷擊途徑及解決辦法探討

黃一驊 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司車輛處

1 前言

隨著5T系統(tǒng)防雷及防雷電電磁場入侵的逐步完善，5T探測站雷擊概率已大幅降低，但少數(shù)探測站仍有雷擊事故發(fā)生，本文通過對雷擊途徑的分析，查找探測站防雷薄弱環(huán)節(jié)，以期達(dá)到完善探測站雷電防護(hù)的目的。

2 防雷現(xiàn)狀

2.1 雷電特點(diǎn)及防護(hù)方法

雷電是一種大氣物理現(xiàn)象，它與實(shí)驗(yàn)室研究的物理現(xiàn)象不同，不可能通過各種人為控制的方法找出確切無誤的規(guī)律，只能用概率的觀點(diǎn)去考慮。

雷電或更確切地說是伴隨雷電產(chǎn)生的雷電電磁脈沖，會對電氣、電子設(shè)備造成嚴(yán)重的威脅，雷電電磁脈沖是最嚴(yán)重的自然電磁干擾源。閃電放電脈沖的陡度大、峰值電流大、電場強(qiáng)、頻譜寬（從0 Hz～100 MHz）,因此無論是天線、架空電網(wǎng)、外露的電線、電纜、埋地電纜或裸露金屬體等都會感應(yīng)到強(qiáng)大的感應(yīng)過電壓、過電流。若它們被引入電器、電子設(shè)備將會產(chǎn)生破壞性的后果，這種由感應(yīng)方式而非直接方式的雷擊稱作感應(yīng)雷，出于感應(yīng)雷發(fā)生的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直接雷，因此，防雷電感應(yīng)是防雷研究的重中之重。

由于雷電電磁脈沖無孔不入地從空間各個方向侵襲各種現(xiàn)代科技設(shè)備，因此現(xiàn)代防雷技術(shù)提出了分區(qū)防護(hù)概念，即按照雷擊敏感的強(qiáng)度不同，把建筑物內(nèi)、外環(huán)境分成幾個區(qū)域。

2.2 防雷系統(tǒng)的防護(hù)劃分

防雷系統(tǒng)通過天網(wǎng)、引下線、接地系統(tǒng)組成完善的外部防雷，結(jié)合探測站電源，信號線路防護(hù)，實(shí)現(xiàn)5T探測站的基本防護(hù)。

分區(qū)防護(hù)情況如圖1所示：

圖1 防雷分區(qū)分布圖

由外到內(nèi)，防雷分區(qū)（LPZs）被定義如下：

LPZ OA區(qū)

在5T探測站外部，不受外部保護(hù)裝置保護(hù)的區(qū)域?？赡茉馐苤睋衾?，對雷電磁脈沖沒有任何屏蔽防護(hù)。

LPZ OB區(qū)

在5T探測站外部受外部保護(hù)裝置保護(hù)的區(qū)域。對雷電磁脈沖沒有任何屏蔽防護(hù)。

LPZ 1區(qū)

5T探測站內(nèi)部區(qū)域。存在小部分雷電能量進(jìn)入的可能性。

通過以上分區(qū)定義及示意圖，5T探測站電源線路、通訊線路、軌邊設(shè)備、室外環(huán)溫箱、攝像頭、高音喇叭等設(shè)備都處于OA、OB區(qū)內(nèi)，在此區(qū)域的均可能受到雷擊電磁場的干擾，從而在金屬線路中產(chǎn)生感應(yīng)雷擊電涌，破壞5T探測站內(nèi)的設(shè)備。

3 雷擊途徑分析

通過對圖1的拆分，對探測站設(shè)備各線路逐一進(jìn)行分析，我們得到了圖2。

圖2 探測站設(shè)備分布圖

從圖2可以看出，5T系統(tǒng)處于OA區(qū)、OB區(qū)內(nèi)的設(shè)備均在雷擊電磁場威脅的范圍內(nèi)，現(xiàn)對各設(shè)備雷擊途徑進(jìn)行逐一分析。

3.1 電源線路直接引入雷電電涌

5T探測站供電采用貫通、自閉雙路供電輸入，貫通電、自閉電線路處于OA區(qū)，且供電線路多為沿線架空，往往是雷電涌入侵的主要途徑。當(dāng)雷電涌沿供電線路進(jìn)入5T探測站后，首先會進(jìn)入電源防雷箱，電源防雷箱內(nèi)防雷模塊對侵入的雷電流對地進(jìn)行泄放，保護(hù)后續(xù)的UPS設(shè)備。當(dāng)電源防雷模塊發(fā)生老化的時候雷電涌會沿著電源線路直接侵入UPS，UPS對于雷電涌極為敏感，當(dāng)雷電涌侵入UPS后，其前端整流電路會迅速損壞，從而導(dǎo)致5T探測站失電。

因此，配電部分的電涌保護(hù)應(yīng)安裝具有兩級配合電涌保護(hù)功能的電源電涌保護(hù)箱，以可靠的保護(hù)用電設(shè)備。此外雷電流的高頻特性易導(dǎo)致電纜上產(chǎn)生較大的寄生電感，為了降低這段導(dǎo)線的阻抗和壓降，就要求電源電涌保護(hù)箱的接地線應(yīng)保證在最短距離連接于等電位聯(lián)結(jié)箱。探測站的低壓配電設(shè)備抗擾度應(yīng)通過國家電磁兼容測試中的抗擾度測試，保證其在規(guī)定的電磁環(huán)境中安全穩(wěn)定工作。

3.2 通訊引入及磁鋼信號雷電電涌

當(dāng)前，5T探測站通訊主要分為兩種：音頻傳輸及光纖傳輸。

光纖傳輸采用光介質(zhì)傳輸信號，雷擊電磁場無法對其產(chǎn)生影響，故光纖傳輸一般很難將雷電涌引入設(shè)備，這里需要特別注意的是光纖線路內(nèi)金屬加強(qiáng)芯是能夠感應(yīng)雷擊電磁場并傳導(dǎo)雷電涌的介質(zhì)。音頻傳輸采用雙絞線（或多芯線纜）進(jìn)行傳輸，該線路由于處于OA區(qū)內(nèi)，理論上可能受到直擊雷的侵?jǐn)_，但現(xiàn)在該線路大多采用埋地處理，故該線路在多數(shù)情況下較易受到雷擊電磁場的侵?jǐn)_，從而在線路中產(chǎn)生感應(yīng)雷電涌。5T磁鋼線路處于室外OA區(qū)內(nèi)，易受到直擊雷的破壞，當(dāng)磁鋼接閃此時將導(dǎo)致磁鋼、磁鋼線路、磁鋼防雷模塊全部損壞。然而，國內(nèi)現(xiàn)在較多探測站處于電氣化區(qū)段，磁鋼線路上方的電氣化線路起到接閃器的作用，磁鋼處于OB區(qū),不易遭受直擊雷破壞，而易受到雷擊電磁場影響，從而在磁鋼線路中產(chǎn)生雷擊感應(yīng)電涌。雷電感應(yīng)電涌直接從磁鋼線路侵入室內(nèi)，經(jīng)過磁鋼防雷模塊，當(dāng)磁鋼防雷模塊正常工作時，將有效減少和降低此電涌的破壞，從而保護(hù)后續(xù)設(shè)備的正常工作。

因此，探測站的計(jì)算機(jī)通訊線或磁鋼線是由室外引入室內(nèi)時，由于室外沒有任何屏蔽容易感應(yīng)上雷電流，所以進(jìn)入探測站內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸線應(yīng)安裝專用SPD；安裝的SPD為了保證工作的可靠性及持續(xù)性，其主要技術(shù)參數(shù)，如放電電流值（Iimp或 In）、電壓保護(hù)水平（Up）、最大持續(xù)運(yùn)行電壓（Uc）和影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕夹g(shù)參數(shù)應(yīng)符合相應(yīng)的國家和鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。探測站的計(jì)算機(jī)設(shè)備的接口抗擾度應(yīng)通過國家電磁兼容測試中的抗擾度測試，保證其在規(guī)定的電磁環(huán)境中安全穩(wěn)定工作。

3.3 軌邊探測設(shè)備引入雷電電涌

軌邊探測設(shè)備往往安裝于沿線軌邊設(shè)備箱體內(nèi)，此時箱體的保護(hù)，這些設(shè)備一般不容易遭受直擊雷的破壞，但由于這些設(shè)備處于OB區(qū)內(nèi)，很容易遭受雷擊電磁場的影響，從而在線路中產(chǎn)生感應(yīng)雷電涌。由于軌邊探測設(shè)備往往信號較精密，設(shè)備采用的防護(hù)均由5T設(shè)備廠家采取一定的措施，故該線路應(yīng)定期檢查其絕緣及屏蔽，以保證雷擊電磁感應(yīng)電涌能夠得到一定的抑制。為了防止鋼軌遭受雷擊后抬高地電位對站房內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生地電位反擊，鋼軌邊的金屬設(shè)備接線盒外殼應(yīng)與等電位聯(lián)結(jié)箱進(jìn)行等電位連接。

4 結(jié)論

本文通過對雷電涌入侵對5T探測站設(shè)備的途徑做出研究和探論。對于已安裝防雷保護(hù)模塊的線路提出了按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行定期檢查的建議。對暫無法安裝防雷模塊的線路提出抑制及降低雷電涌侵入的方法，旨在減少雷電涌對探測站設(shè)備造成影響，以保證5T設(shè)備更加安全可靠的運(yùn)行。