关于对5T设备雷击的分析及防雷措施

闫海强

摘 要：本文通过对雷击产生方式、5T设备雷击案例进行分析总结，并提出对探测站综合防雷设计的要求，以减少雷电造成的5T设备故障。

关键词：5T设备；雷击；电涌保护箱；综合防雷

中图分类号： TM86 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-193-2

0 引言

地对车安全监控系统（5T系统）采用智能化、网络化、信息化技术，实现地面设备对客货车辆运行安全的动态检测、联网运行、远程监控、信息共享，对保障铁路行车安全发挥了很大作用。由于5T设备采用了大量的微电子技术，很容易受到雷电侵袭，造成设备损坏，本文就如何预防雷击问题进行探讨与分析。

1 雷击的危害

通常所谓的雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。然而，云层对5T探测站的放电会严重损坏5T设备硬件，造成5T设备无法正常运转，因此对5T设备进行防雷设计是非常必要的。雷电对5T设备的危害主要通过以下四个方面：

1.1 直击雷

带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。闪电击中5T探测站，产生瞬时高温，与雷电通道直接接触的金属因高温会熔化，在雷电通道上遇到电路板件或电缆时会将其直接烧毁，造成5T设备的瘫痪。

1.2 雷电波侵入

雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是通过连接探测站内5T设备的电缆放电。室外的雷电波通过电路中的零线、保护接地线和综合布线中的接地线，以脉冲波的形式侵入室内，并沿导线传播，直至侵入到室内的各种控制板件及电子配件，造成5T设备的损坏。

1.3 感应过电压

雷击放电于具有避雷设施的建筑物时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泻放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成5T探测设备受到干扰，探测数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起各种电路板击穿，使整个5T系统处于瘫痪状态。

1.4 地电位反击

如果雷电直接击中5T探测站的避雷装置，接地网的地电位会在数秒之内被抬高数万或数十万伏。高度破坏性的雷电流将从5T设备的接地部分，流向供电系统或各种网络信号系统，从而反击破坏或损害5T设备。同时，在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。

2 5T设备雷击案例

2.1 两路切换开关烧毁

由于电源线路有雷击能量入侵，并在配电箱内部进行了放电，导致电源双路切换装置过压（或过流），造成配电箱内电源双路切换装置被烧毁。

2.2 轨边硬件损坏

雷击发生在下庄下行TADS探测站和钢轨附近，钢轨上感应出雷电流，形成高电位，从而在钢轨与TADS探测站内的设备之间产生电位差，随着电位差的升高，雷击能量积累到一定程度就会寻找“泄流通道”进行放电，因此当钢轨上感应的雷电流在“泄流通道”进行泄流时，就会造成轨边剪力传感器、磁钢、AEI主机等损坏。

2.3 室内板件雷击故障

雷击发生在西张庄上行2号磁钢附近或直接击中上行2号磁钢，使磁钢遭受毁灭性破坏，雷电流继而沿磁钢线路进入磁钢板，最后将磁钢板击穿。

2.4 电源线烧毁

茶坞下行机房周边遭受直接雷击，造成机房周围地电位瞬间抬高，从地线引入雷电流到机房内，造成电源线烧毁及UPS死机，由于机柜地和防雷地为等电位连接，多串口卡通过串口与无线发射机相连，导致多串口板损坏。

3 综合防雷的设计

防雷设计是一个很复杂的问题，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷电对5T设备造成的影响，必须针对雷害的入侵过程进行综合分析，将各种可能出现的危害进行综合防护，才能最大限度减少雷电对5T设备造成的危害。

5T设备防雷大体可以分为外部防雷保护和内部防雷保护，外部防雷系统主要是为了保护5T探测站不受直接雷击引起火灾，而内部防雷系统则是防止雷电波侵入、雷击感应过电压以及地电位反击电压侵入造成的5T系统瘫痪。

3.1 探测站防雷设计

①探测站应利用周边的高大建筑物、电力架空线、电气化线拦截雷击。探测站应使用避雷带（网）作为直击雷防护的接闪器。当建筑物为金属屋面且金属厚度大于0.5mm，可使用金属屋面作为接闪器，但应做好接地。

②避雷网网格尺寸不应大于3m×3m。当探测站的屋顶面积不大于9m2时，可沿屋顶周边敷设一圈避雷带。避雷带和避雷网的架设高度应高于屋面0.15m以上，支撑柱间距不应大于1m。

③引下线应沿探测站外墙均匀垂直敷设，引下线间距不宜大于6m，安装应平直，并与其它电气线路距离大于1m。引下线的固定卡钉布置应均匀牢固，间距不宜大于2m。

④避雷带（网）和引下线须采用圆钢。圆钢须采用热镀锌材料，热镀锌镀层厚度在20～60μm范围内。圆钢直径为10mm。在腐蚀性较强的场所，应采取加大截面或其它防腐措施。

⑤引下线上端与避雷带（网）焊接连通，焊接处严禁出现急弯（弯角不应小于120°），下端与地网焊接。

3.2 等电位连接

①探测站内应安装等电位联结箱。等电位联结箱使用截面不小于48mm2的连接线连至共用接地系统。

②探测站内所有管道、线槽、门窗等金属物体均应与等电位连接箱进行电气连接。连接线的最小截面不应小于25mm2。

③进入探测站的线缆屏蔽层和金属管应连至等电位联结箱。屏蔽层仅在进入探测站内一端接地。

3.3 地网设计

①探测站应设置接地网作为共用接地系统。

②接地网的接地电阻值应不大于4Ω；在土壤电阻率大于500Ω·m时，接地电阻值应不大于10Ω。

③接地网宜采用围绕探测站四周做环形地网，在现场条件不允许时，可采用U型或一字型。

④接地网应设置至少两个接地标志桩，标明地网走向；

⑤埋于土壤中的人工垂直接地体应采用稳定可靠、耐腐蚀的离子接地极和铜包钢（铸铜工艺）接地极，水平接地体应采用铜包钢绞线。

探测站接地线应与水平接地体的截面相同。

⑥接地体宜垂直埋设，之间的间距应大于接地体长度的2倍。当垂直埋设有困难时，可水平埋设，间距应大于2m。埋深为上端距地面不小于0.7m；在寒冷地区接地体应埋在冻土层以下。接地体之间的连接应采用热熔焊焊接工艺。

⑦在探测站地网20m范围内如有其它设备地网，探测站地网应与其进行等电位连接。

3.4 信号电涌保护箱

①探测站应配备与其5T设备相配套的信号电涌保护箱，对进入探测站的磁钢数据传输线、通讯传输线进行电涌防护。

②信号电涌保护箱内的信号电涌保护器采用可插拔模块，接线端子接线的连接方式，通道间相互独立且互不干扰，标称放电电流（8/20s）In不小于10kA，最大放电电流（8/20s）Imax不小于20kA。

3.5 电源电涌保护箱

①电源电涌保护箱应采用B级、C级两级联合电涌保护，B级、C级间采用协调电感进行能量协调配合。

②额定电压220V，额定电流50A；标称放电电流（8/20μs）：In≥70kA；最大放电电流（8/20μs）：Imax≥140kA；电压保护水平：Up≤1.5kV。

③电源电涌保护箱的接地线应在最短距离连接于等电位联结箱上，连线长度不宜大于0.5m。

4 结论

防雷是建筑物必不可少的一个措施，5T探测站内的设备大部分为电子器件很容易受到雷击的危害，从而给铁路安全生产带来隐患。因此现在的5T探测设备的防雷设计要求已大大不同于以往，雷电电磁脉冲对5T探测站及其内部设备的损害已大大超过以往直击雷对探测站的损害。

所以，5T探测站的防雷设计应该全面考虑雷击危害的各种因素，应采用综合防雷系统设计，由外部防直击雷，内部防雷电电磁脉冲，用外部防雷和内部防雷的各种措施保护5T设备的安全。经过对5T探测站进行综合防雷改造，现在，5T设备遭受雷击的频次已大幅降低，保证了车辆安全稳定运行。

参 考 文 献

[1] 李雪佩，宏育同.建筑物电子信息系统防雷技术规范

[M].智能建筑出版社，2004，6.

[2] 铁运[2008]257号，《车辆轴温智能探测系统（THDS）设备检修维护管理规程》[M].中国铁道出版社，2009，1.