广州某铁路站场系统防雷方案

 

雷电灾害被国际电工委员会（IEC）认为是“电子化时代的一大公害”，它每年带给全球十亿美元以上的损失。以广东省为例，1995年“雷电灾害”225起，1996年猛增到1197起，1997年则为1465起。如《1996年广东省雷电灾害实例汇编》的通知，仅收入《汇编》的1197宗雷击灾害实例中，就有雷击造成人员伤亡108人，死亡58人，火灾爆炸16宗，建筑物受损59宗，弱电（电子设备）损坏438宗，供电系统灾害617宗之多。这些统计到的灾害造成直接经济损失1.374亿元，综合经济损失达5亿元，近年有不断上升的趋势。随着现代化的进展，铁路站内设备越来越先进。雷击发生时，雷击放电诱发雷击电磁脉冲过电压和过电流，经站场电源系统、通信信号传输通道、接地系统及建筑物直击雷防护系统，通过传导、感应的方式损坏站内通信信号设备及网络通信设备，造成损失巨大，直接威胁铁路正常的安全运输生产。

一、对铁路站场雷电防护的分析

铁路站场设备遭受过电压和过电流攻击的途径可分为直击雷、感应雷、传导雷、操作过电压四种。结合站场设备的分布特点及雷电攻击的途径类型，铁路站场雷电防护存在以下特点。

1.           铁路站场占地面积较大，站场主要设备(如数字微波通信、车站数字通信分系统、站场广播机、无线列调通信、平面调车通信、信号微机联锁等设备)集中在信号楼、通信楼。信号楼、通信楼的避雷针应能满足对整个信号楼、通信楼区域的保护，有效防止直击雷的袭击。

2.           2.铁路道轨是接受直击雷和传导雷感应雷的良好导体。与道轨连接的相关铁路信号设备，如信号机、轨道电路箱、道岔电动转辙机等，将受到雷击的严重威胁。

3.           信号楼微机联锁及通信机房、通讯楼通讯机房等重要区域的户外线路可能遭受到直击雷后，线路中的大电流串入各机房内部，从而引起对内部设备的损坏。当雷雨云之间、雷雨云对大地之间放电时，雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间或室内的电源线、信号线、数据线上产生远远超过设备抗电强度的感应雷击过电压，使设备损坏。

4.           雷电防护的原则是“等电位”。由于机房存在多类接地系统，其冲击接地电阻不均衡，在雷击发生时，雷电流引起地电位差，造成“地电位反击”，使人员和设备遭受损害。

5.           操作过电压引起的危害，如储藏设备的开关、输电线路的短路、周围大容量设备运行时产生的工业干扰或操作过电压在电源线上会产生5000~6000V、3KA的浪涌过电压及浪涌电流，它们的窜入也会将信号楼、通信楼内的设备产生很大的破坏后果。

从以上分析中可以得出：为了提高铁路站场建筑物安全及机房设备及计算机、通信网络的运行可靠度，整个站场的雷电防护系统一定要有良好的避雷针、下引线和统一的接地网，采取完善的直击雷防护措施。同时必须在车站的供电系统、天馈系统、信号采集传输系统、程控交换系统、计算机网络系统、机房接地系统等进行可靠有效的防护，在拦截、分流、均衡、接地、布线、布局等方面作完整的，多层次的综合防护。

基于以上分析，广州江高某铁路防雷选用了针带结合作为直击雷防护避雷针，选用世界一流的德国DEHN系列和AOTEM系列电源及数据信号防雷器件，对主要机房设备和重要终端进行雷击电磁脉冲防护。

二、设计参照标准

铁路站场综合防雷的设计主要执行或参照以下标准：GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》2000年版、50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》、GA267-2000《计算机信息系统雷击电磁脉冲安全防护规范》、 GB7450—87《电子设备雷击保护导则》、GB50174-93《电子计算机机房设计规范》、 GB9361—88《计算站场地安全要求》等。铁路站场雷电防护总的原则是经等电位连接，使过电压(或电流)以最直接的路径尽快泄漏到大地，达到保护设备的目的。电磁兼容防护总的原则是利用室内的金属物有机地构成一个“法拉第笼”，进行接地连接。站场综合防雷设计本着安全可靠、技术先进、经济合理的原则，达到防御或减轻雷电灾害、提高防雷安全度的目的。

三、直击雷防护

(一)避雷针

到现在为止，防避直击雷都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，把雷电流接收下来，然后通过良好的接地装置迅速而安全把它送回大地。所有的避雷装置都只是把雷击的几率和强度大大地降低，百分之百可靠的避雷装置即使能做出来，造价也是十分昂贵的。

常用的接闪装置，如避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等，它们都是用金属做成，安装在建筑物的最高点，如屋脊或屋角等最易受雷击的地方。避雷网是用金属线造成的网，架在建筑物顶部空间，然后用截面积足够大的金属物让它与大地连接。

当高空出现雷云的时候，大地上由于静电感应作用，必然带上与雷云相反的电荷，然而接闪设备（避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等）都处于地面上建筑物的最高处，与雷云的距离最近，而且与大地有良好的电气连接，所以它与大地有相同的电位、以致接闪设备附近空间电场强度相对比较大，比较容易吸引雷电先驱，使主放电集中到它上面，因而在它附近尤其是比它低的物体受雷击的几率就大大减少。而接闪器被雷击的几率却大大提高，所以就接闪器本身而言，它不但不能避免雷击，相反是招来更多的雷击，它以自身多受雷击而使周围免受雷击。

(二)直击雷防护方案

铁路站场直击雷防护重点区域是通信楼、信号楼和户外岔群咽喉区设备。

1.      通信楼直击雷防护。在安装避雷针，避雷针安装高度按滚球法则计算。针带结合原则，引下线采用Φ12mm的热镀锌扁钢。防雷接地装置接地电阻小于1欧。避雷针可保护通信楼、部分铁轨和场区部分咽喉区的部分信号机等铁路设备，免受直击雷的侵害。

2.      户外岔群咽喉区直击雷防护。铁路站场岔群咽喉区的特点是设备分布较为集中，在岔群咽喉区附近各建立独立防雷铁塔，防雷接地装置接地电阻小于10欧。对咽喉区内大部分的轨道电路箱、道叉电动转辙机及信号机等设施进行了直击雷的保护，免受直击雷的侵害。

四、雷击电磁脉冲防护

(一)    防雷器

选用世界一流的德国DEHN系列电源防雷器件和AOTEM系列信号防雷器件，对铁路站场主要机房设备和重要终端进行雷击电磁脉冲防护。

(二)    雷击电磁脉冲防护方案

1.  对缆线布放和接地系统的要求

铁路站场主要设备集中在信号楼、通信楼。雷击电磁脉冲防护的重点是信号楼和通信楼内的敏感电子设备。在进行电源和信号线防雷器配置时，根据有关规范要求，应从以下几个方面进行设计考虑。

(1)   电力电缆应埋地引入建筑物，电缆埋地部分不应小于15米(GA267-2000第 7、第8条)。室外卫星馈线和其它各种通信、信号电缆应采用具有双层金属防护层的电缆，其外层金属防护层在顶部及进入机房入口处的外侧应就近接地。当采用单层屏蔽电缆或无屏蔽线缆时，应穿金属管或金属线槽引入建筑物内，金属管(或线槽)的两端就近接地，金属管 (或线槽)的连接处应有效跨接(GB50057-94第6.3.1条)。

 因此，出入信号楼、通信楼的电力电缆(线)、通信缆线、信号电缆应采用金属护套电缆或敷设在金属管内，缆线金属护套或金属管应在顶部及进入机房入口处的外侧就近分别接地；进入信号楼、通信楼低压电力电缆宜全程埋地引入，其电缆埋地长度不应小于 15m；微波铁塔上架设的同轴电缆应穿在金属管内，金属管应分别在上下端接地；进入机房的电缆桥架应屏蔽接地。

(2)   信号楼、通信楼应采用共用接地系统(GB50057-2010)第6.3.3条)。因此，一栋楼内的电子设备应共用一组接地装置，应按均压、等电位的原理，将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入。通信楼的接地装置应按照YD5068—98(移动通信基站防雷与接地设计规范)的要求予以改造。

2.  信号楼雷击电磁脉冲防护

    信号楼主要包括微机联锁设备、无线列调及平面调车车站电台、计算机服务器、站场广播机及车站数字通信分系统等设备。

针对信号楼电源线分两路架空引入，供电方式为TT制式。

     在总配电箱安装两套 AT PORT /4P-B100第一级电源防雷箱，在交直流配电屏电源入线端加两套AT  T385/4P-C40 电源防雷器及在车站综合柜入线端安装一套AT T275/2P-C40电源防雷器为第二级电源防雷器。需要注意的是第一级与第二级防雷器之间的线路应保持10m以上的距离。无线列调及平面调车车站设备，在天馈线进入调度机房入口与设备联接处安装GATE-N馈线防雷器，注意设备机壳及防雷器地线良好接地。一级防雷器前端均串接63A动力型空气开关，二级防雷器前端均串接32A动力型空气开关。

     户外信号机、道岔、轨道电路与室内相连的信号线，是重要的引雷路径，需根据每一根信号线上电压的不同相应安装防雷器，分别选择AT T385/P-C40系列防雷器进行防护：对于交流和直流220伏信号线采用AT T275/4P-C40电源防雷器进行防护；对于交直流10~24V信号线采用AT 24V进行防护；防雷器前端均串接32A动力型空气开关。

    由于信号设备的保护地与工作地严格分开，雷击发生时，两个地线系统可能出现瞬间电压差，造成电子设备及人身的损坏和伤害。为了达到有效的防雷保护，在两个地之间安装等电位连接器TFS。其特点是：正常工作状态下，两地相互无干扰；雷击状态下，AT TFS迅速导通，两地电压均衡，消除反击电压；响应时间小，纳秒级导通；安装方便，直接连接于两接地汇流排之间。

3.  通信楼雷击电磁脉冲防护

     针对通信楼电源分两路架空引入，引雷几率较大，低压电缆应地埋15m以上引入通信楼，在主配电箱安装两套AT  PORT/4P-B100第一级电源防雷箱。在数字微波入线端第二级电源防雷器AT T275/2P-C40。由室外引入的微波收发馈线均安装GATE-N馈线防雷器。在电缆充气设备电源入线端安装第二级电源防雷器AT T275/2P-C40。在机房内安装等电位连接排 ATK008，机房内所有设备的机壳及防雷器接地线都连接至等电位连接排上。所有设备的机壳均可靠接地，所有接地线共用一组接地装置。接地电阻为1欧姆以下。防雷器前端均串接32A动力型空气开关。

         4、监控系统防雷

     监控系统由分布在室内外各处的监控摄象机通过视频信号、控制信号传输至中心控制主机进行集中监控。为了防止雷电产生的感应过电压和过电流，在所有监控设备的电源线入口、信号线连接的设备两端均安装相应的避雷器。值得一提的是监控系统中的前端摄象机分为室外安装型和室内安装型，室内型摄象机信号传输线缆和电源供给线缆均通过“地埋”方式布线，或受雷击的机率少，遭受雷击的机会较少，如果在工程资金有限的情况下，室内部分摄象机可以不考虑防雷保护。

中心监控室：

1、   第一级防雷：由于监控室处于室内，电源线路受太大雷击的机会较少，对于新建筑物，监控室内第一级电源防雷可省（若安装：AT PORT/4P-B100单相电源避雷箱）；

2、   第二级防雷：中心监控室电源配电箱处加装第二级At T275/2P-C40单相电源避雷箱，保护全室内设备。

3、   第三级防雷：在主机、监视器、视频切换器等电源插座处安装第三级AT A6420NS电源防雷插座，实现滤波精细保护设备，同时防止瞬间电压波动功能。

4、   视频信号线路防雷：在视频线上安装AT BNC-VIDEO/A视频信号避雷器；

5、   控制线信号线路防雷：在控制线上安装AT KZ控制线信号避雷器；

室内外摄像枪防护：

1、   在220V电源线路上安装AT B140-D10单相电源避雷器（在24V电源线路上安装的AT 24V单相电源防雷器）；

2、   在视频线上安装AT BNC-VIDEO/A视频信号避雷器；

3、   在控制线上安装AT KZ控制线信号避雷器；

4、   或在以上1、2、3用ATV-3三合一电源/控制/视频防雷器代替。

五、接地系统

接地体选型

根据不同地理环境，接地体有多种形状可选，根据实际经验宜采用AT自动降阻接地模块，安装形状为环形。

接地体要求

接地电阻要求：R≤1Ω。

接地体结构

接地体由于是独立的接地装置，所以适合以A型简易结构建造。

接地体：沿大楼四周闭合环结构，接地材料埋于地下与引下线入地焊接相连接，雷击电流由此发散到大地。通常用400CM×500CM×60CM自动降阻接地模块AT和AT 优化深打接地棒Φ20mm×4500mm（4.5米长)组成垂直接地体界面，再用40mm×4mm热镀锌扁钢连接引下线和垂直接地体，组成水平接地体界面，以满足国家防雷规范接地电阻R≤1Ω的要求。

六、售后服务条款

1、 标准地线装置电阻三年内保证小于1欧姆。

2、 由本公司实施的防雷工程验收合格后，我公司将定期于每年雷雨季节来临之前免费上门检测一次，以确保贵单位的防雷系统处于正常工作状态。

3、 客户要求现场技术支持时，需声明正当理由和需支持的详细内容，我公司将尽快指派技术支持人员提供协助。广州市内现场技术支持反应时间不超八小时，如因特殊情况不能如期赶赴现场支持，我公司将与客户声明原因并协商具体解决方案。

4、 本公司长期免费为客户提供技术咨询服务，免费传授防雷系统日常维护知识及检测技术措施。

5、 本条款由广州市奥天科技发展有限公司负责解释，如有异议，请与我公司协商。