铁路通信设备的雷击危害及防护措施

张新军

【摘要】 铁路的安全运输是保障人们日常安全出行的重要保障。铁路通信设备作为铁路运行的必要组成部分，其设备的安全性直接关系铁路通信畅通与行车安全。本文基于当前铁路通信设备的雷击危害以及其产生原因，对铁路通信设备的防雷措施进行探讨，以确保铁路安全运行。

【关键词】 铁路通信设备 雷击危害 防护措施

随着铁路交通运输业的迅速发展，铁路已成为人们日常出行的重要工具。然而，近年来因雷击损坏铁路通信设备的事故越来越多，极大的影响了铁路的通信传输与铁路的运行安全、给人们的出行带来了重要安全隐患。随着越来越大规模的智能化铁路通信设备的应用，其电压要求越来越高，为了有效防止雷电产生的电磁脉带来的对通信设备的过电压及过电流危害，需要切实做好对通信设备的防雷工作，从细节着手，确保铁路通信设备的安全运行。

一、雷电的形成及及其对铁路通信设备的危害

1.1 雷电的形成及其放电过程

雷电是一种自然天气现象，主要指一种带电的云层与另一种带异种电荷的云层发生碰撞产生放电，或者一种带电的云层对大地之间的迅猛放电。这通常是在高湿闷热的气候中，地面气温不均而造成带有大量水蒸气的空气强烈上升，其水珠分裂成水滴，而带上了电荷，进而云层中带有电荷的水滴与其发生摩擦，集聚了电荷而产生了急速的放电现象。

雷电放电是从云开始而向下发展的过程，当云层中积存的电荷密度足够大，其电场强度能达到将空气击穿的强度（2500～3000kV/m）时，此刻就会产生强烈的碰撞游离，而形成导电的通路。然而，空气又属于不良导体，因为雷电的向下发展是断断续续的，每经过50us就会停歇一次，平均速度约在100～200km/s之间。当主放电完毕后，余辉放电就会将余电荷沿着导电通道流向大地，慢慢结束整个脉冲放电过程。

1.2 雷击对铁路通信设备的危害

（1）雷电放电过程中，其直击配有信号设备的建筑物、构筑物及地面突出物时，雷电产生的电磁脉冲会在通信系统内产生过电压与过电流的问题，进而对通信设备造成危害，影响设备正常运行。

（2）当发生雷击时，在户外传输信号电缆线、埋地电缆线以及通信设备间连接线上会产生电磁感应，而使得感应雷侵入信号设备，导致连接在线路或终端的电子设备遭到损害。

（3）当铁路通信设备中未安装避雷器或比避雷器失效时，雷电冲击波会乘机击穿变压器初级与次级绕组间的绝缘体，导致雷电压直接侵入信号回路，造成信号电源设备过电压与过电流问题的产生，严重危害了低压侧的信号设备的运行。

（4）随着计算机连锁设备等微电子设备的广泛应用，雷电浪涌作为一种极为严重的雷击危害形式不断发生。最普遍的危害现象是当雷击发生时，电源与通信线路中感应的电流浪涌而引起电子设备故障，造成通信传输受阻。

二、铁路通信设备的雷电防护特点分析

从以上关于雷电形成及及其对铁路通信设备危害的论述中，可以大致了解到铁路站场通信设备遭受到的过电压及过电流的攻击主要是通过直击雷、感应雷、传导雷及操作过电压等途径而达到的，因此，对于铁路痛苦更新设备的雷电防护需针对雷电的攻击途径特点而实施切合实际的防护，具体来讲，其防护特点如下：

1、在铁路站场中，主要包含数字微波通信系统、无线列调通信系统、信号微机连锁设备等，因而整个铁路站场的占地面积较大。在通信楼安装避雷针时，应保证其满足对整个通信楼区域的直击雷防护。

2、对于通信机房等重要区域的户外电缆，其在遭受到直击雷危害后，线路中的大电流会对机房内的通信设备造成损坏，因此，在建立下引线和统一接地网时，要充分考虑雷电高频电磁场的对设备产生过电压损害，科学的实施防护措施。

3、由于铁路通信机房内包含多类接地系统，冲击接地电阻不均衡。当发生雷击时，雷电流导致地电位差，进而造成了“地电位反击”现象，极大的危害通信设备和工作人员安全，因此，在其雷电防护措施实施的过程中，一定要遵循”等电位“的防护原则。

三、铁路通信设备的雷击防护具体措施

3.1 充分利用各种雷击预防设备

一方面，积极利用避雷针与避雷线。作为一种常见的避雷工具，避雷针应该广泛的应用于面积较小的建筑物，其利用镀锌圆钢制成，且圆钢直径根据针长的不同而加以设计，顶端呈现圆锥形，具有很大的优势，能有效预防直击雷的危害发生。而避雷线作为一种架空地线，悬挂在被保护物体上方，并与地线相接，达到与避雷针相同股的防电效果。其主要是通过将雷电引向自身，并通过接地系统将其导人大地，达到防雷的效果。

另一方面，科学利用避雷器。避雷器是主要分为管型避雷器、氧化锌避雷器及阀型避雷器等，其中以氧化锌避雷器为应用最广泛且效果最佳的避雷器。此避雷器的非线性福安特性比较好，且波动感及变化特性较为平稳，很少出现间隙击穿和灭弧的问题。此避雷器还具有电阻片容量大的特点，能与其他设备并联使用。

3.2 科学实施感应雷击的防护措施

在实施对铁路通信设备的外部防护过程中，除了以上安装避雷针或避雷器等装置的方式外，还应该针对感应雷击实施科学的防护措施。一般而言，通过在天馈系统中安装电涌保护器（SPD），能很好的消除感应雷击伤害，当然，在安装SPD时，应该重点考虑如下方面的问题：首先，SPD在进行接地安装过程中，其接地端应与地可靠连接，通常需要将接地引线从天馈线入口外外侧的接电线、避雷带等引接，并且接地电阻不得大于4Ω；其次，由于天馈系统在安装的过程中存在一定的捅入损耗，对天线辐射信号强度会造成一定影响。因此，要求天馈系统驻波比不大于1.5；最后，在安装天馈系统的通信天线时，应保证天线的支撑杆与铁塔的连接电阻为零。在重要的通信工程中，安装SPD的同时，还应重视对供电系统防雷装置的安装，如在变压器、配电房中安装避雷装置等。总之，通过合理的安装SPD装置，能确保感应雷击的防护效果。

3.3 室内电子设备的防护

对于铁路通信设备的雷击防护工作，在做好其外部雷击防护的同时也应对室内电子设备加以防护，进而在内外结合的雷击防护措施中，达到有效预防雷击外危害、促进通信传输通常的目的。为此，铁路通信要从如下方面加强室内电子没备防护：第一，电源设备防护。雷电通常是经过电源线路通道对电源设备造成侵害，因而在电源设备电源线入口安置电压保护装置是极为必要的，能防治电源浪涌的流入，造成对微电子设备的损坏，同时还应该对低压线路进行过压保护；第二，信号设备及计算机设备防护。一般要在信号楼内连接一层电压屏蔽网，确保室内连接均衡，在信号方面，应该在计算机房、电源屏室、控制室内做好均压防护工作，通常需要以铜条在墙角环绕相接的方式进行。值得重视是，以上环节必须保证信号设备的等电位连接；第三，法拉第笼防护。在机械室内安装法拉第笼，其产生的屏蔽干扰能有效缓解室内雷击对电子设备的危害程度，使室内通信设备得到最大程度的保护，确保铁路通信信号的可靠传输。

四、结语

总之，铁路通信设备的雷击防护是当前铁路通信事业的重要工作，其对于保证铁路信号设备的安全运行具有重要的意义。因此，新时期铁路通信部门应该从内外加强雷击防护措施的实施，科学有效地应用避雷工具与手段，提高铁路信息系统的运行质量，促进铁路事业发展。