5T探测站雷击途径及解决办法探讨

黄一骅 中国铁路上海局集团有限公司车辆处

1 前言

随着5T系统防雷及防雷电电磁场入侵的逐步完善，5T探测站雷击概率已大幅降低，但少数探测站仍有雷击事故发生，本文通过对雷击途径的分析，查找探测站防雷薄弱环节，以期达到完善探测站雷电防护的目的。

2 防雷现状

2.1 雷电特点及防护方法

雷电是一种大气物理现象，它与实验室研究的物理现象不同，不可能通过各种人为控制的方法找出确切无误的规律，只能用概率的观点去考虑。

雷电或更确切地说是伴随雷电产生的雷电电磁脉冲，会对电气、电子设备造成严重的威胁，雷电电磁脉冲是最严重的自然电磁干扰源。闪电放电脉冲的陡度大、峰值电流大、电场强、频谱宽（从0 Hz～100 MHz）,因此无论是天线、架空电网、外露的电线、电缆、埋地电缆或裸露金属体等都会感应到强大的感应过电压、过电流。若它们被引入电器、电子设备将会产生破坏性的后果，这种由感应方式而非直接方式的雷击称作感应雷，出于感应雷发生的概率远远高于直接雷，因此，防雷电感应是防雷研究的重中之重。

由于雷电电磁脉冲无孔不入地从空间各个方向侵袭各种现代科技设备，因此现代防雷技术提出了分区防护概念，即按照雷击敏感的强度不同，把建筑物内、外环境分成几个区域。

2.2 防雷系统的防护划分

防雷系统通过天网、引下线、接地系统组成完善的外部防雷，结合探测站电源，信号线路防护，实现5T探测站的基本防护。

分区防护情况如图1所示：

图1 防雷分区分布图

由外到内，防雷分区（LPZs）被定义如下：

LPZ OA区

在5T探测站外部，不受外部保护装置保护的区域。可能遭受直击雷，对雷电磁脉冲没有任何屏蔽防护。

LPZ OB区

在5T探测站外部受外部保护装置保护的区域。对雷电磁脉冲没有任何屏蔽防护。

LPZ 1区

5T探测站内部区域。存在小部分雷电能量进入的可能性。

通过以上分区定义及示意图，5T探测站电源线路、通讯线路、轨边设备、室外环温箱、摄像头、高音喇叭等设备都处于OA、OB区内，在此区域的均可能受到雷击电磁场的干扰，从而在金属线路中产生感应雷击电涌，破坏5T探测站内的设备。

3 雷击途径分析

通过对图1的拆分，对探测站设备各线路逐一进行分析，我们得到了图2。

图2 探测站设备分布图

从图2可以看出，5T系统处于OA区、OB区内的设备均在雷击电磁场威胁的范围内，现对各设备雷击途径进行逐一分析。

3.1 电源线路直接引入雷电电涌

5T探测站供电采用贯通、自闭双路供电输入，贯通电、自闭电线路处于OA区，且供电线路多为沿线架空，往往是雷电涌入侵的主要途径。当雷电涌沿供电线路进入5T探测站后，首先会进入电源防雷箱，电源防雷箱内防雷模块对侵入的雷电流对地进行泄放，保护后续的UPS设备。当电源防雷模块发生老化的时候雷电涌会沿着电源线路直接侵入UPS，UPS对于雷电涌极为敏感，当雷电涌侵入UPS后，其前端整流电路会迅速损坏，从而导致5T探测站失电。

因此，配电部分的电涌保护应安装具有两级配合电涌保护功能的电源电涌保护箱，以可靠的保护用电设备。此外雷电流的高频特性易导致电缆上产生较大的寄生电感，为了降低这段导线的阻抗和压降，就要求电源电涌保护箱的接地线应保证在最短距离连接于等电位联结箱。探测站的低压配电设备抗扰度应通过国家电磁兼容测试中的抗扰度测试，保证其在规定的电磁环境中安全稳定工作。

3.2 通讯引入及磁钢信号雷电电涌

当前，5T探测站通讯主要分为两种：音频传输及光纤传输。

光纤传输采用光介质传输信号，雷击电磁场无法对其产生影响，故光纤传输一般很难将雷电涌引入设备，这里需要特别注意的是光纤线路内金属加强芯是能够感应雷击电磁场并传导雷电涌的介质。音频传输采用双绞线（或多芯线缆）进行传输，该线路由于处于OA区内，理论上可能受到直击雷的侵扰，但现在该线路大多采用埋地处理，故该线路在多数情况下较易受到雷击电磁场的侵扰，从而在线路中产生感应雷电涌。5T磁钢线路处于室外OA区内，易受到直击雷的破坏，当磁钢接闪此时将导致磁钢、磁钢线路、磁钢防雷模块全部损坏。然而，国内现在较多探测站处于电气化区段，磁钢线路上方的电气化线路起到接闪器的作用，磁钢处于OB区,不易遭受直击雷破坏，而易受到雷击电磁场影响，从而在磁钢线路中产生雷击感应电涌。雷电感应电涌直接从磁钢线路侵入室内，经过磁钢防雷模块，当磁钢防雷模块正常工作时，将有效减少和降低此电涌的破坏，从而保护后续设备的正常工作。

因此，探测站的计算机通讯线或磁钢线是由室外引入室内时，由于室外没有任何屏蔽容易感应上雷电流，所以进入探测站内的数据传输线应安装专用SPD；安装的SPD为了保证工作的可靠性及持续性，其主要技术参数，如放电电流值（Iimp或 In）、电压保护水平（Up）、最大持续运行电压（Uc）和影响数据传输的主要技术参数应符合相应的国家和铁道行业标准要求。探测站的计算机设备的接口抗扰度应通过国家电磁兼容测试中的抗扰度测试，保证其在规定的电磁环境中安全稳定工作。

3.3 轨边探测设备引入雷电电涌

轨边探测设备往往安装于沿线轨边设备箱体内，此时箱体的保护，这些设备一般不容易遭受直击雷的破坏，但由于这些设备处于OB区内，很容易遭受雷击电磁场的影响，从而在线路中产生感应雷电涌。由于轨边探测设备往往信号较精密，设备采用的防护均由5T设备厂家采取一定的措施，故该线路应定期检查其绝缘及屏蔽，以保证雷击电磁感应电涌能够得到一定的抑制。为了防止钢轨遭受雷击后抬高地电位对站房内的设备产生地电位反击，钢轨边的金属设备接线盒外壳应与等电位联结箱进行等电位连接。

4 结论

本文通过对雷电涌入侵对5T探测站设备的途径做出研究和探论。对于已安装防雷保护模块的线路提出了按照相关规定进行定期检查的建议。对暂无法安装防雷模块的线路提出抑制及降低雷电涌侵入的方法，旨在减少雷电涌对探测站设备造成影响，以保证5T设备更加安全可靠的运行。