淺談無(wú)線電通訊設(shè)備的防雷措施

歐陽(yáng)帆 中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司衡陽(yáng)工務(wù)段

近年來(lái)隨著我國(guó)鐵路不斷發(fā)展，相關(guān)人員對(duì)鐵路通訊質(zhì)量重視程度日益提升，其中鐵路無(wú)線電通訊設(shè)施防雷工作為工作重點(diǎn)，但此項(xiàng)工作中仍存在部分不足，此部分不足多源于技術(shù)水平不足、相應(yīng)配套設(shè)施不夠完善等。此外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化電子設(shè)備于鐵路通訊中應(yīng)用也越發(fā)廣泛，為鐵路通訊創(chuàng)造便利的同時(shí)于雷電天氣下也構(gòu)成更多危險(xiǎn)。

1.鐵路無(wú)線電通訊設(shè)備防雷標(biāo)準(zhǔn)

鐵路信號(hào)于鐵路信息維護(hù)、鐵路實(shí)時(shí)狀態(tài)更新及列車運(yùn)行等方面均具有重要作用，因此，做好鐵路信號(hào)接收設(shè)備、信號(hào)發(fā)射設(shè)備及其他相關(guān)設(shè)備的防雷措施尤為重要。鐵路信號(hào)系統(tǒng)防雷設(shè)施進(jìn)入信號(hào)系統(tǒng)后，不可對(duì)原設(shè)備工作性能造成干擾，防雷設(shè)備于遇到雷電沖擊后，應(yīng)充分保證鐵路無(wú)線電通訊設(shè)備可正常運(yùn)行，并不會(huì)對(duì)列車正常運(yùn)行構(gòu)成威脅。防雷設(shè)施的放電特征同被防護(hù)設(shè)備與絕緣耐壓水平方面應(yīng)始終保持一致，且防雷設(shè)備的“V-S”曲線于合理范圍內(nèi)不得高于被防護(hù)設(shè)施的“V-S”曲線。應(yīng)用分層級(jí)防雷設(shè)備時(shí)，相關(guān)操作人員應(yīng)對(duì)設(shè)備防護(hù)能力進(jìn)行逐級(jí)驗(yàn)證，第一級(jí)防雷設(shè)施驗(yàn)證時(shí)，通?？刹扇〈笕萘俊⒖焖僭O(shè)備，并確保中級(jí)防雷設(shè)施的連貫性、可靠性，達(dá)到逐級(jí)防護(hù)效果。

2.鐵路信號(hào)雷害類型分析

2.1 電磁沖擊

雷電所產(chǎn)生的電磁脈沖對(duì)地面造成沖擊或?qū)邮招盘?hào)、發(fā)射信號(hào)的地面設(shè)備造成直接沖擊，此種雷電一般被稱之為感應(yīng)雷，因云層間相互放電或云地間互相放電產(chǎn)生，電磁脈沖通常會(huì)導(dǎo)致信號(hào)裝置、信號(hào)回路產(chǎn)生過(guò)壓或過(guò)流現(xiàn)象。雷電感應(yīng)為一種較為常見(jiàn)的雷電現(xiàn)象，雷電感應(yīng)產(chǎn)生的原因主要為雷電產(chǎn)生電流于遇到導(dǎo)體后所形成強(qiáng)烈的電壓、電流，鐵路信號(hào)設(shè)備通常于1000米內(nèi)便會(huì)受到雷電沖擊，通常由電源端處、天線端處、信號(hào)設(shè)備鋼鐵構(gòu)架、鐵路信號(hào)線處導(dǎo)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而對(duì)鐵路信號(hào)整體系統(tǒng)造成影響。經(jīng)雷電感應(yīng)所波及設(shè)備除受到破壞性沖擊外，也會(huì)造成鐵路信號(hào)設(shè)備產(chǎn)生放電現(xiàn)象，對(duì)鐵路安全構(gòu)成更多威脅。

2.2 直接沖擊

雷電產(chǎn)生后，因電荷大量集聚，進(jìn)而產(chǎn)生雷暴現(xiàn)象，于雷暴現(xiàn)象涉及范圍內(nèi)可直接侵入鐵路信號(hào)線纜、鐵路鋼軌、地面鋼鐵構(gòu)架等。此種較為強(qiáng)大的電流會(huì)使大地同雷電擊中地點(diǎn)間產(chǎn)生高壓并于此瞬間釋放巨大熱量。此種狀況會(huì)對(duì)鐵路相關(guān)設(shè)施造成毀滅性沖擊，但此種現(xiàn)象產(chǎn)生概率較低，且此種現(xiàn)象涉及范圍通常較小。此外，電磁脈沖所產(chǎn)生造成的暫態(tài)過(guò)電壓，通常借助耦合、感應(yīng)或傳導(dǎo)等形式侵入至鐵路信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)，暫態(tài)過(guò)電壓可沿電源線路、信號(hào)等于鐵路信號(hào)設(shè)備間傳輸，此傳輸過(guò)程中可產(chǎn)生感應(yīng)電流并形成磁感應(yīng)浪涌或靜電浪涌?jī)煞N形式。靜電浪涌主要借助帶有正電荷鋼鐵設(shè)施同帶有負(fù)電荷雷云二者間進(jìn)行感應(yīng)并釋放電流，對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備造成破壞。而磁感應(yīng)浪涌為閃電于空間內(nèi)產(chǎn)生同時(shí)間具備相關(guān)性磁場(chǎng)，對(duì)鐵路通信線路造成破壞。

2.3 機(jī)械沖擊

當(dāng)雷擊作用在兩相互平行導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較為巨大的安培力，導(dǎo)線、物體會(huì)于安培力作用下被折斷、劈開或因拉伸而導(dǎo)致變形。結(jié)合相關(guān)公式開展推導(dǎo)，對(duì)部分具備折彎性質(zhì)的金屬構(gòu)件如導(dǎo)線、金屬框架等，于金屬?gòu)澱厶帒?yīng)盡量保持彎折角度于合理范圍內(nèi)處于最大角度，最好應(yīng)為鈍角，此種狀態(tài)下方可將雷電對(duì)設(shè)施所造成的傷害降至較低，反之則易造成金屬構(gòu)件折斷。雷電沖擊鐵路信號(hào)相關(guān)裝置時(shí)，因強(qiáng)大的沖擊力會(huì)于瞬間產(chǎn)生巨大熱能，水汽于預(yù)熱后逐步膨脹，產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊力，對(duì)周圍通訊設(shè)備產(chǎn)生直接影響，導(dǎo)致部件破裂，進(jìn)而導(dǎo)致鐵路信號(hào)難以發(fā)射。

3.無(wú)線電通訊設(shè)備防雷措施

3.1 完善接閃裝置

依據(jù)防雷原理不同，防雷方式可分為疏導(dǎo)法、隔離法、等位法及消散法。其中，隔離法即使用絕緣材料將建筑物予以隔離，使建筑物同帶電云層二者間無(wú)法進(jìn)行直接接觸，從而使建筑物免遭雷擊；等位法即為將可能遭受雷擊的保護(hù)對(duì)象置于同一電位下，從而避免建筑物遭受雷擊。完善接閃裝置為鐵路無(wú)線電通訊設(shè)備防雷過(guò)程中尤為重要的構(gòu)成部分，完善接閃裝置主要為配置避雷針，鋪設(shè)避雷帶，引入避雷線，接入避雷網(wǎng)等措施。接閃裝置重要作用為閃電伴隨放電情況下，無(wú)法使閃電任意選擇放電路徑，而在人為作用下依據(jù)人們事先設(shè)置完成的防雷設(shè)施線路進(jìn)行放電。此種狀態(tài)下，雷電所釋放能量大部分均被導(dǎo)入地下，使雷電釋放熱量路徑避開鐵路通訊設(shè)施，使鐵路通訊設(shè)施免受雷電威脅。

3.2 均衡電壓

接閃裝置于接閃雷電過(guò)程中，會(huì)使得引下線于瞬間產(chǎn)生高電位。此種狀態(tài)下，易對(duì)防雷設(shè)施造成周圍大部分低電位導(dǎo)體產(chǎn)生旁側(cè)閃路。此種情況下，會(huì)造成相關(guān)鐵路無(wú)線電通訊設(shè)備構(gòu)成危害。針對(duì)此問(wèn)題解決方法便為采取均壓方法，即均衡電壓，將低電位導(dǎo)體進(jìn)行連接，直至接地位置。此外，為充分滿足防雷工作的實(shí)際需求，通信機(jī)房?jī)?nèi)相關(guān)設(shè)備于安裝、固定結(jié)束后應(yīng)與桌面、地面、墻壁、屋頂?shù)冗M(jìn)行絕緣操作，并且還需完善機(jī)回繞接地保護(hù)工作，設(shè)備外殼、機(jī)架間也應(yīng)做好絕緣工作，機(jī)架應(yīng)于總接地線路上開展絕緣工作。同時(shí)，走線架可于機(jī)房接地線路上進(jìn)行接地工作。另外，所有接入通訊機(jī)房?jī)?nèi)的外接線纜均需進(jìn)行接地防雷處理，嚴(yán)格禁止尚未經(jīng)過(guò)接地防雷處理的外接線纜進(jìn)行鐵路通訊機(jī)房。除此之外，全部的外線金屬外護(hù)套、線纜均需于配線架上予以防雷接地處理。此外，配線架、交換機(jī)也應(yīng)予以聯(lián)合接地處理，配線架、交換機(jī)可使用同一組接地體進(jìn)行接地，但此過(guò)程中應(yīng)注意配線架接地長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，避免纏繞現(xiàn)象產(chǎn)生。

3.3 構(gòu)筑地網(wǎng)

地網(wǎng)為建筑物四周環(huán)形接地裝置及各接地體互相連接組成。其中，環(huán)形接地裝置由垂直接地體、水平接地體兩部分構(gòu)成，并環(huán)繞建筑物外側(cè)墻壁閉合形成環(huán)狀。環(huán)形接地裝置若受條件限制時(shí)可鋪設(shè)為“L”形、“U”形，機(jī)械室并非獨(dú)立建筑，當(dāng)建筑物兩側(cè)有其他建筑物時(shí)，可于信號(hào)樓周圍設(shè)置為“一”字形接地設(shè)置，但此裝置也應(yīng)盡量圍繞建筑物周圍進(jìn)行設(shè)置，便于此接地裝置同地網(wǎng)及地網(wǎng)相關(guān)線路進(jìn)行連接。垂直接地體可使用銅包鋼、熱鍍鋅鋼材（角鋼、圓鋼、扁鋼、鋼管）、石墨電極、銅材及其他相關(guān)新型材料等，于電力牽引區(qū)域可采用石墨接地體，以實(shí)現(xiàn)較好防雷效果。

3.4 匹配防雷器參數(shù)

防雷器通流量應(yīng)于分區(qū)分級(jí)配置過(guò)程中應(yīng)實(shí)現(xiàn)匹配，若產(chǎn)生不匹配現(xiàn)象，雷電流入侵時(shí)，后一級(jí)斷路器比前一級(jí)斷路器先脫落掉下，導(dǎo)致鐵路通訊系統(tǒng)斷電。相關(guān)人員可依據(jù)以下原則予以設(shè)置：室外0區(qū)應(yīng)大于機(jī)械實(shí)1區(qū)，機(jī)械實(shí)1區(qū)應(yīng)大于機(jī)械實(shí)2區(qū)。以電源防雷設(shè)施為例，信號(hào)樓于引入前應(yīng)大于40KA，電源屏室前應(yīng)大于20KA，微機(jī)房電源柜前應(yīng)大于10KA。為保持參數(shù)一致，電源斷路器同防雷箱內(nèi)電源防護(hù)斷路器應(yīng)選取同一廠家產(chǎn)品。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，鐵路無(wú)線電通信設(shè)施雷電防護(hù)為一項(xiàng)長(zhǎng)期且系統(tǒng)性較強(qiáng)的工程。隨著越來(lái)越多的新型電子通訊設(shè)備應(yīng)用于鐵路通訊中，無(wú)疑對(duì)鐵路通訊防雷質(zhì)量提出更高要求。因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)不斷完善接閃裝置，并借助均衡電壓的方式，將雷電所造成的沖擊進(jìn)行均衡分散。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員也可通過(guò)健全地網(wǎng)、匹配防雷器參數(shù)等方式，實(shí)現(xiàn)最佳防雷效果。