王 建 圣

(大西铁路客运专线有限责任公司，山西 太原 030027)

铁路通信设备防雷系统工程实施技术研究

王 建 圣

(大西铁路客运专线有限责任公司，山西 太原 030027)

通过研究雷电防护的基本概念，对铁路通信设备防雷工作的重要性、基本工作原理进行了说明，结合大同至西安铁路客运专线实施经验，对铁路客运专线通信设备防雷系统工程的实施进行了总结、研究，为其他普速铁路和客运专线通信设备防雷系统工程的实施提供了参考。

屏蔽网，电磁兼容，接地汇集线，浪涌保护器

随着铁路建设的快速发展，在工程建设项目中大量运用集成电路、计算机、服务器等设施，由于这些设备的耐过压能力不高，雷击所产生的热效应、静电感应和电磁感应会对电子设备造成静电干扰或损伤。为了确保通信技术装备的可靠性，确保铁路行车安全，对通信设施采取雷电综合防护措施可以将雷电对电子设备造成的灾害降低到最低限度，减少被保护的通信系统设备遭受雷击损害的风险，因此越来越凸现防雷设施对通信设备保护的重要性。

1 雷电防护概述

雷电发生时，地面的水蒸汽随空气上升，遇冷空气形成积云，云层中的水滴受气流摩擦，产生带有不同电荷的云，当这些电荷积累到一定的阀值，就会发生剧烈的放电现象，这就是雷电现象。根据雷电侵入建筑物或建筑物内部的电子设备的方式，雷电的种类可分为直击雷、雷电电磁脉冲感应、雷电波侵入及球雷四种。

雷云对地放电，能够对地面上的建筑物和设施带来严重危害。从危害方式来分，雷击的破坏作用表现为雷电的一次效应和二次效应的作用。一次效应是雷电集中目标后直接破坏目标；二次效应是雷电电磁脉冲将设备损坏，即雷电间接破坏设备。直接破坏作用表现为雷电引起的热效应、机械效应和冲击波等；间接破坏表现为雷电产生的静电感应、电磁感应和暂态过电压。

雷击产生的大电流对于采用电子元器件为主的通信设施来说是灾难性的，会引起通信故障，甚至会造成严重的通信网络中断，从而危及到列车运行安全，给铁路的运营维护和日常管理带来极大的不便。

2 通信设备防雷的基本原理

随着国际防雷技术的不断提高，近年来铁路通信防雷系统得到了长足发展，把通信防雷和建筑物防雷有机结合起来的防雷综合防护体系已基本形成，《铁路通信设备雷电综合防护实施指导意见》也于2011年正式发布。其雷电防护的基本原理包括：改善设备房屋电磁兼容环境条件；分级设置防雷单元；采用良好的接地措施等。

2.1 改善电磁兼容环境

为了降低雷电电磁干扰，通信综合防雷系统应用了法拉第笼的电磁屏蔽原理，为通信设备构筑了三层电磁屏蔽网：第一层由防直击雷的屋顶避雷网、避雷带、引下线和地网构成；第二层由通信机房墙面、天花板、地面的屏蔽网组成；第三层由设备的金属机柜构成。三层屏蔽网有效改善了通信设备电磁兼容的环境条件，为设备接地提供了便利条件。

2.2 分级设置防雷单元

铁路通信设备防雷根据设备所处的防雷区、设备抗过电压、过电流能力，采取多种防雷措施，分级设置防雷单元，提高通信设备对雷电的系统防护能力。通信机房的交流电源应设置两级或以上的浪涌保护器。

2.3 采用良好接地措施

综合防雷系统尽量利用建筑物基础，并配置比原来独立接地体规模更大的环形接地体，形成一个对雷电流泄放通畅，地电位抬升有限的地网，条件具备时接入铁路综合接地系统，这些措施大大提高了通信雷电防护的接地效果。

3 铁路通信设施防雷综合防护的工程实施

铁路通信设施综合防雷系统是一个有机的系统工程，对直击雷、瞬态过电压防护以及电磁兼容环境改善的设计，应坚持“以防为主，安全第一”的原则，凡是雷电侵入通信设施的通道和途径，都必须采取预防措施，将雷击产生的高电压、大电流堵截或泄放在通信设施之外，不允许雷击产生的电磁脉冲进入通信设施，同时采取有效的分级防护措施，将泄漏部分的电流疏导入大地，同时充分结合建筑物的土建实施，达到科学、合理、经济的效果。

3.1 设置避雷带、避雷网、引下线

避雷带、避雷网属于被动防雷装置，当雷电击中建筑物时，雷云会首先对避雷带、避雷网进行放电，从而保护建筑物本身不直接被雷击，同时又降低了雷电电磁脉冲感应产生的概率，与引下线、共用接地装置共同构成了建筑物的大空间屏蔽网。

避雷带应尽量设置成闭合状态，并保持与大地良好的电气连接。材质采用热镀锌圆钢或扁钢，圆钢直径不小于8 mm，为了能尽量对那些不易受到雷击的部位也提供一定的保护，避雷带一般高出墙体150 mm。

避雷网实际上相当于纵横交错的避雷带叠加在一起，主要用于平顶建筑物的雷电防护。采用暗装方式，可利用屋顶里的建筑钢筋来构成避雷网，节省投资又美观，但是在防护直击雷时作为接闪器用，在承受雷击后，屋面表层会被击出小洞，破坏防水和保温层，建议尽量采用明装方式。

引下线作用是将避雷网、避雷带接收的雷电流引入接地网，走线方式尽可能走直线路径，在必须拐弯的情况下，弯曲角度应大于90°，避免采用锐角或直角向下走线。

3.2 接地实施

接地体是通信机房防雷设施中的重要环节，无论是对直击雷的防护，还是对感应雷的防护，最终都要由机房接地装置将电流传导到大地中去。

在通信机房设置工作、保护、电源防雷接地汇集线。工作、保护接地汇集线可合设。工作保护接地汇集线用于连接室内直流电源设备的正极、设备机柜外壳、防静电地板支架、室内电缆桥架等。电源防雷接地汇集线用于连接外电源引入的浪涌保护器的接地线和防雷电源箱的箱体。各接地汇集线应与环形接地体连接。

通信机房混凝土框架内设置基础地面钢筋网，基础钢筋网中的所有钢筋必须焊接，钢筋网的网格采用直径不小于12 mm的圆钢焊接成不大于5 m×5 m的网格。

3.3 机房电磁屏蔽

机房电磁屏蔽是充分利用房屋结构中的屏蔽体来阻挡和消耗电磁能量的传输，目的是防止外来的电磁能量进入某一区域，避免敏感的电子设备受到干扰；限制内部敷设的电磁能量泄露出去，避免电磁波对周围其他设备产生干扰。

通信机房可利用墙体内加钢筋网作为屏蔽层，或在墙体、顶面铺金属板。墙面屏蔽层采用直径8 mm的圆钢，焊接成尺寸不大于600 mm×600 mm的网格，金属板厚度不小于0.6 mm，屏蔽网、金属板应与楼板内的结构钢筋网保持电气连通。机房的外墙门采用金属门，窗户和室内隔断的玻璃采用金属网覆盖，金属门及金属网、屏蔽笼之间采用截面面积不小于16 mm2的软铜线相互铆接或栓接，确保电气连接。

3.4 等电位连接

为了防止通信设备遭受雷电暂态高压电位的反击，室内通信设备、金属构件、各类引入室内的电缆外屏蔽层都必须与共用接地系统连接。

通信机房内的等电位连接尽量采用星型连接。工作、保护、电源防雷接地汇集线与机房的环形接地体采用单点冗余连接，各接地线间避免成环。室内设备、走线架等必须与墙体绝缘，其工作地线必须以最短距离就近与接地汇集线连接。走线架避免环形布置。室内水管、暖气管等金属物体必须与建筑物钢筋或环形地线做等电位连接。

3.5 通信机房内设备防雷及电磁兼容

从实际雷害事故的调查情况看，雷电直接击中室内设备的可能性不大，危害通信系统安全、可靠运行的主要因素是雷击电磁感应，所以要针对雷电侵入的途径、方式，采取合理有效的措施，将雷害损失降到最低水平。为了防止雷电暂态过电压对通信系统的侵害，必须在电源线和信号线等雷电侵入波的侵袭途径上设置防雷单元，以便对沿线路袭来的暂态过电压进行有效的抑制——钳位保护，从而保护与线路端连接的通信设施。

通信机房的设备用电应采用两级或三级的防雷措施。第一级设在机房交流电源的引入处，应采用电源防雷箱，并具有声光报警、雷电计数和状态显示功能，具备接入通信电源及机房环境监控系统的条件。第二级防雷保护器设在通信电源的交流输入侧，所用空气开关应与第一级电力空气开关相配。必要时在精密用电设备的电源前设置浪涌保护器。各级保护器之间应保持必要的退耦距离。

通信线缆浪涌保护器根据实际线缆敷设情况选取。室内敷设长度超过50 m的数据线和室外布线，在满足信息安全可靠传输的前提下，浪涌保护器选型要考虑合适的冲击通流容量、限制电压、信号衰耗等因素。

4 结语

现今的通信设备功能越来越强大，同时内部结构也更加的复杂化和精密化，一旦防雷接地环节出现问题，都有可能导致整个通信网络的瘫痪，甚至危及行车和人身安全。在施工图设计时，房屋建筑、线路、通信、信号、接触网等综合接地系统各个相关的专业要密切配合，保证综合接地系统的完整性；施工时各个相关的施工单位在做好自身施工的同时，要做好接口施工的配合，确保综合接地系统各专业接口间无缝衔接，从而做好通信设备的防雷工作，防止由于雷击带来的损失。

[1] 中华人民共和国铁道部.铁路通信设备雷电综合防护实施指导意见[Z].2011.

[2] 铁道部工程设计鉴定中心.铁路综合接地和信号设备防雷系统工程设计指南[M].北京：中国铁道出版社,2009.

Research on implementation technique of lightening-defense system project of railway communicates equipment

Wang Jiansheng

(Datong-Xi’anRailwayPassengerTransportSpecialLineCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

According to the research on the basic concept of the lightening-defense, the paper indicates the importance and basic principle for the railway communication equipment lightening-defense, and sums up the implementation of the communication equipment lightening-defense of railway passenger special lines by combining with the experience in Datong-Xi’an Passenger Special Line, so as to provide some reference for implementing the communication equipment lightening-defense project in common railways and passenger special line.

shielding net, electromagnetic compatibility, main earth conductor, surge protector

2015-02-27

王建圣(1978- )，男，工程师

1009-6825(2015)13-0147-02

U284

A