地鐵電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)設(shè)計策略探析

朱志超

南京熊貓信息產(chǎn)業(yè)有限公司 江蘇 南京 210000

在科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)不斷的發(fā)展進(jìn)步中，我國的地鐵已經(jīng)成為很多人日常出行的交通工具，且已經(jīng)廣泛的應(yīng)用電子信息系統(tǒng)[1]。而由于電子信息系統(tǒng)本身的特性，雷電對于電子信息系統(tǒng)的危害是極大的，一旦地鐵的電子信息系統(tǒng)遭到雷電的破壞，就很有可能造成地鐵交通的癱瘓，不僅會影響地鐵的正常運行，也會給依靠地鐵出行的人們帶來極大的不便[2]。因此，為了保障地鐵正常的運行，為人們的日常生活和出行提供便利，相關(guān)的工作人員需要重視對于地鐵電子系統(tǒng)雷電防護(hù)的工作，從而使得有效避免受到雷電的破壞。

一、加強地鐵電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)工作的必要性

近年來，電氣和電子技術(shù)成為了現(xiàn)代文明發(fā)展的基礎(chǔ)，它不僅促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，同時也加速了社會繁榮的進(jìn)程，為人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便捷。而電子信息系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用，也讓我國的地鐵事業(yè)邁上了一個新的臺階，人們的出行越來越依賴地鐵[3]。如果電子信息系統(tǒng)遭到雷電的干擾和破壞，地鐵將無法正常運行。目前，地鐵中應(yīng)用的電子信息系統(tǒng)，頻率越來越高，速度越來越快，且隨著地鐵發(fā)展的需求，變得越來越微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。而雷電的干擾對這些電子信息系統(tǒng)的影響越來越突出，由于雷電造成電子信息系統(tǒng)失效及破壞的數(shù)據(jù)也是越來越高。而且隨著城市建筑物建設(shè)的越來越高，導(dǎo)致收發(fā)雷電的幾率也比起以前增加了不少，一個雷電的影響可能會波及幾公里之內(nèi)的電子設(shè)備，也就使得電子信息系統(tǒng)受到影響，失效或者損壞的幾率增加了許多。而當(dāng)電子信息系統(tǒng)受到損傷后，除了本身破壞及后續(xù)維修這種直接的損失，造成的間接損失更是難以估計[4]。因此，隨著信息時代的到來，隨著電子信息系統(tǒng)應(yīng)用到地鐵中，使得雷電防護(hù)成為保護(hù)地鐵電子信息系統(tǒng)的當(dāng)務(wù)之急。

二、雷電對于地鐵電子信息系統(tǒng)的影響

電子信息系統(tǒng)受到雷電影響，導(dǎo)致?lián)p壞或者失效，主要原因往往是因為雷電感應(yīng)造成的電壓。相對來說，電子信息系統(tǒng)遭到雷電感應(yīng)，導(dǎo)致?lián)p壞或者失效的幾率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比直接受到雷電沖擊還要高的多，因為雷電感應(yīng)除了會由直接降下的雷電產(chǎn)生，遠(yuǎn)處放點的電磁脈沖感應(yīng)也包括在內(nèi)，而且，直接降下的雷電，能夠產(chǎn)生的雷電感應(yīng)會很遠(yuǎn)，一般可以達(dá)到數(shù)百米[5]。雷電感應(yīng)會形成靜電和電磁，通過戶外的一些電力或者信號線路等，向著四面八方進(jìn)行輻射，并且會沿著這些線路進(jìn)行傳播，從而通過室外的一些常用線路，進(jìn)入到電子設(shè)備中，導(dǎo)致在線路中間或者在終端的電子設(shè)備，受到雷電感應(yīng)的影響，電壓升高，從而導(dǎo)致電子設(shè)備的損壞，使得電子信息系統(tǒng)無法正常運行。

在地鐵的電子信息系統(tǒng)中，電子信息系統(tǒng)要進(jìn)行信號的采集，信號的加工和處理，以及信號的傳輸和儲存等，由很多個環(huán)節(jié)組成一套完整的電子信息系統(tǒng)，這也就使得電子信息系統(tǒng)存在很多的接口，而這些接口正是靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)導(dǎo)致的感應(yīng)過電壓進(jìn)入電子信息系統(tǒng)的主要通道。也正是由于地鐵的電子信息系統(tǒng)存在多個環(huán)節(jié)和多個接口，線路又比較長，這也給雷電的破壞創(chuàng)造了一定的條件，使得感應(yīng)過電壓很容易沿著這些通道侵入電子設(shè)備，造成電子設(shè)備的損壞，導(dǎo)致電子信息系統(tǒng)的失效。

此外，當(dāng)雷電直接降下時，會產(chǎn)生非常強大的雷電流，這些雷電流會通過一些地下的線路或者一些與地面相接的線路進(jìn)入到大地中，并在這些線路附近，產(chǎn)生向四周放射的電壓，此時電壓不斷升高，會通過地下的各種線路傳授至附近的電子設(shè)備中，使得電子設(shè)備受到電壓的影響而失效或者破壞。相比于前面的兩種情況，這種通過地下線路進(jìn)入電子設(shè)備導(dǎo)致電子信息系統(tǒng)的損壞，經(jīng)常被人們忽略，因此也就導(dǎo)致了對這種情況不夠重視。

三、地鐵電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)設(shè)計策略

第一，攔截。針對于電子信息技術(shù)的防雷措施，第一道防線就是攔截直接降下的雷電，也就是直擊雷。而攔截直擊雷，最節(jié)約成本且極其有效的方法就是避雷針，也有一些地方會應(yīng)用到避雷帶，避雷網(wǎng)，或者避雷線等。但是，避雷針會把強大的雷電引入大地，且同時會在附近產(chǎn)生非常強大的電磁場，使得附近的電子設(shè)備受到電壓的影響，造成雷擊的二次傷害，也會對于周邊的電子設(shè)備造成損壞[6]。因此，電子信息系統(tǒng)所在的位置，防止直擊雷，應(yīng)當(dāng)多采用一些避雷帶和避雷網(wǎng)，減少避雷針的使用，在一些無法采用避雷帶或者避雷網(wǎng)的位置，不得不使用避雷針，應(yīng)當(dāng)盡量使用短針，從而有效防護(hù)避雷針導(dǎo)雷造成的電磁場對電子信息系統(tǒng)的沖擊和破壞。

第二，屏蔽。在電子信息系統(tǒng)的防護(hù)措施中，屏蔽是防止任何一種形式電磁干擾的基本手段之一，目前屏蔽一般分為靜電屏蔽、磁場屏蔽、電磁場屏蔽、信號傳輸電纜的封閉等。進(jìn)行屏蔽措施的目的，一個是使得某一個區(qū)域內(nèi)的電磁能量無法向外傳播，還有一種是限制或者降低外界電磁能量向被保護(hù)的空間進(jìn)行傳播。對于電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)，主要是第二種，在電子信息系統(tǒng)的周邊做電磁屏蔽，使用屏蔽來阻止或者減少電磁能量的傳播，在雷電落下的瞬間，屏蔽可以把電磁阻止下來，或者降低到一個比較低的點，使得電子信息系統(tǒng)免于受到電磁能量的影響，從而產(chǎn)生破壞。

第三，均壓。均壓也稱為等電位連接。簡單來說，就是把所有的導(dǎo)體結(jié)合起來，相互做好的導(dǎo)電性連接，并接通接地系統(tǒng)。這個方式的主要作用是為雷電造成的電流提供低阻力的連續(xù)性的通道，使得雷電電流迅速的導(dǎo)入到大地之中進(jìn)行釋放，其次是可以使得系統(tǒng)在極短的時間里，迅速的在被保護(hù)系統(tǒng)所在的區(qū)域內(nèi)，通過所有導(dǎo)電部件建立等位區(qū)域，從而使得需要保護(hù)的系統(tǒng)坐在區(qū)域內(nèi)部，所有的導(dǎo)體之間沒有非常大的電位差，可以有效保護(hù)電子設(shè)備的正常運行，以及可以保護(hù)人們的生命安全。

第四，分流。分流的方式，是在雷電產(chǎn)生能量后，引入電子信息系統(tǒng)之前，盡可能的把這些多余的能量引入大地。由于雷電直擊產(chǎn)生的能量非常大，如果只采用了單一的措施或者防線，是無法防止雷電造成雷電感應(yīng)的破壞的，需要采取多種防護(hù)措施，層層保護(hù)，使得侵入的電壓始終在安全的，電子設(shè)備可以承受的范圍之內(nèi)。

第五，接地。接地是分流直擊雷電和電磁能量的有效手段，同時，也是電位均衡補償?shù)南到y(tǒng)基礎(chǔ)。通過接地的方法，可以使得雷電產(chǎn)生的雷電感應(yīng)，向大地進(jìn)行釋放，保護(hù)建筑物、人員以及電子設(shè)備的安全，從而使得電子設(shè)備可以正常的運行，保護(hù)電子信息系統(tǒng)不受到雷電的干擾。對于一個完整的電子信息系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)設(shè)置專門用于疏導(dǎo)雷電流的引下線。如果只有一根引下線，來引導(dǎo)全部的雷電流，那么當(dāng)避雷針在疏導(dǎo)雷電時，雖然引下線本身的電阻力極其小，但是對于比較強大的雷電流來說，也會在引下線的兩端產(chǎn)生很大的電位。同時，作為疏導(dǎo)雷電的引下線，應(yīng)當(dāng)盡量少的產(chǎn)生彎曲情況，如果受到外界情況影響，不得不彎曲時，也應(yīng)當(dāng)盡量避免彎曲角度過大，以免受到雷電直擊增加電阻。此外，在設(shè)置引下線的時候，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置，數(shù)量和間距都需要根據(jù)電子信息系統(tǒng)的實際情況進(jìn)行調(diào)整。

此外，地鐵的電子信息系統(tǒng)相對來說線路更長、環(huán)節(jié)更多，因此，進(jìn)行地鐵電子信息系統(tǒng)的防雷電工作是一個系統(tǒng)的工程，任何一個單一的措施起到的防護(hù)作用都是不全面的，正確而有效的做法，首先是需要對防雷保護(hù)的電子信息系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的檢查和分析，根據(jù)電子信息系統(tǒng)的實際情況制定相應(yīng)的技術(shù)方案，并依照國家及相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行規(guī)范化、科學(xué)化的工程設(shè)計。在這個過程中，應(yīng)當(dāng)從整體到局部，從內(nèi)部防雷到外部防雷等方面綜合考慮，進(jìn)行電子信息系統(tǒng)的防雷設(shè)計，在施工過程中，也應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工操作。可以把幾個防雷電的措施結(jié)合起來，綜合應(yīng)用。除了要進(jìn)行有效的攔截和良好的屏蔽，也需要做到均衡連接，合理接地，并對于容易受到電磁能量影響的所有通道，除了合理布線和嚴(yán)密的屏蔽外，還需要加入避雷裝置，堵截雷電過電壓的通道。

結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，電子信息系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用也是大勢所趨。對于地鐵的電子信息系統(tǒng)進(jìn)行雷電防護(hù)，是保證地鐵正常運行的基本舉措，應(yīng)該受到更多的重視。而且由于地鐵的電子信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電子設(shè)備眾多，因此，對于地鐵的電子信息系統(tǒng)進(jìn)行雷電防護(hù)是一項復(fù)雜的工程，必須根據(jù)實際情況，進(jìn)行全面合理的設(shè)計，才能達(dá)到雷電防護(hù)的效果，從而減少電子信息系統(tǒng)受到雷電影響的幾率，確保電子信息系統(tǒng)有序運行，更好的為人們的出行帶來便利。