铁路站场信号楼的雷电防护措施研究

铁路站场信号楼的雷电防护措施研究

张海瑞

(西山煤电(集团)有限责任公司铁路公司山西省太原市030000)

摘要：文章分析了铁路站场信号楼对于防雷保护区的划分，并提出DBSE技术在信号楼雷电防护中的应用，为其他建筑的防雷保护提供参考。

关键词：铁路站场信号楼；雷电防护；DBSE

1引言

铁路是我国主要的交通运输方式之一，主要是依靠列车运行达成运输目标。而在列车运行过程中，会产生大量的电子通信信息，产生这些信息的设备主要集中在铁路站信号楼内。因为设备的电子化，集成化和自动化，对于暂态过电压和过电流的耐受力较差，对于雷电十分敏感，因此在受到雷击时很容易被损坏，导致设备失效，影响列车运行。因此铁路企业需要重视铁路站场信号楼的雷电防护措施，提高防雷水平，保证信号楼内设备安全运行，进而保证列车稳定运行。

2防雷保护区的划分

铁路站场信号楼遭受雷击主要是因为信号楼的地理环境条件，是雷击的高发点。而可能遭受的雷击有直击雷和感应雷两种，前者是雷电直接击中信号楼楼体，瞬间产生巨大的电流，继而带来的热效应、电效应和机械效应等会导致楼体在极短时间内被损坏，也可能带来人员伤亡。后者是直击雷击中信号楼周围的土地或接地体时，出现地电位反击，在电子设备上出现过电压而受损；或者是雷暴放电时产生的脉冲冲击波，因为峰值过大，且变化快，会在信号或电源传输时产生过电压，沿线路进入设备内部后会对设备造成损坏。

在信号楼的雷电防护中，最先要考虑的就是防雷保护区（LPZ）的划分。这主要是因为雷电在不同空间内产生的电磁场强度不一致，而且传播时能量会递减，所以产生的对电气设备的干扰和影响程度不同。因此在进行雷电防护时，需要考虑清楚不同电气设备的实际情况和防雷能力，又要考虑防雷的经济性，也就是按照信号楼电磁场的强弱将其划分为不同的区域，即LPZ。LPZOB-LPZO1解决该区间雷电问题称B级防雷，LPZO1-LPZO2解决该区间雷电问题为C级防雷。防雷区LPZ划分情况如下：

LPZOA区：本区内的各物体都可能遭到直接雷击，因此各物体都可能导走全部雷电流，区内的电磁场没有衰减。本区属于雷击的未设防区。

LPZOB区：理论上说本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区内电磁场没有衰减。本区属于直击雷防护区。

LPZ1区：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流，比LPZOB区进一步减小，本区内的电磁场也可能衰减，这取决于屏蔽措施。本区属于第一防护区。

LPZ2-LPZn区：在电缆从一个防雷区通到另一个防雷区处，必须在每一交界处进行等电位连接。本区是在这种方式下构成的，使雷电流不能导入此空间，也不能从此空间穿过。本区属于后续防雷区，需要进一步减小雷击电磁脉冲，以保护敏感设备的后续防护区。

3DBSE技术在铁路站场信号楼的雷电防护中的应用

DBSE是铁路站场信号楼因为考虑到雷电的随机性、瞬时性，形成的整体的雷电防护综合工程。DBSE技术具体包括分流、均压、屏蔽和接地四部分，具有全面系统的防雷效果。

3.1分流

为了减轻DBSE技术的分担压力，雷电在进入信号系统之前，需要尽可能流入大地，减少流入信号系统的雷击电流。而为了防止雷击对信号楼的直击损害，在信号楼楼顶安装接闪器，利用其高于信号楼梯的突出部分将雷电流引向自身，自行承担直击雷。而为了将雷电流快速引入大地，需要借助引下线及接地装置与接闪器共同组成外部防雷装置，在这个装置的基础上，将绝大多数的雷电流导入大地中，减少落入信号系统中的雷电流，这样可以保护信号楼内各个电器设备的安全。现在来说，常用的接闪器有接闪杆、接闪带、接闪网等装置。

因为信号楼内根据电磁场的强弱划分了明确的雷电防护区，在雷电流穿过不同防护区的交界处时，为了避免雷暴静电感应或者电磁脉冲引发的过电压和过电流，需要在电源传输线路上安装电涌保护器。电涌保护器是用来降低雷击产生的瞬时过电压到设备所能承受的水平，或者将过大的雷电流导入大地的电子设备，这样可以保护电器设备免收雷击。需要注意的是，为了保护终端用电设备，电源系统在LPZ0区进入1、2区时要采取多级电涌保护器保护，这样借助不同防雷设备的配合，在最短时间内将雷电能量逐级释放并导入大地，从而将雷击电压降低到设备可以承受的水平，达到防雷保护的目的。

3.2均压

均压就是等电位连接，是将信号楼内分开的能导电的设备或物体借助金属导体电气连起来，使信号楼成为一个良好的等电位体。这样可以使信号楼内的所有设备使用一个接地系统，将所有不同功能的地线连接成联合接地网，实现共地等电位。在这个阶段，最关键的设备时均压环，其与防雷接地装置相连，是一种环形水平金属带，可以将信号楼内电气设备的屏蔽地、工作地等连接到均压环上（注意就近原则），包括显示屏、电源屏、继电器组合柜等都连接起来。

3.3屏蔽

这个主要是将需要保护的电气信号设备利用多样化的金属导体包裹起来，形成法拉第笼。法拉第笼包括外笼和内笼，外笼是由信号楼外墙体的立柱主筋形成的空间屏蔽笼，包围住整个信号楼，防止信号楼顶部和侧面遭受雷击，全屏蔽雷电流。内笼是对信号楼内的通信弱电系统增加电磁屏蔽间，从而罩住范围内的设备，屏蔽电磁辐射的干扰，除了雷电电磁波，也可以屏蔽辐射电磁波，比如GSM-R等，这样也可以改善室内的电磁环境。

3.4接地

就是借助特殊装置将雷电流接入大地，不允许雷电能量滞留在信号楼上产生破坏作用。接地是整个防雷保护的基础，也是DBSE技术的关键。接地体电阻阻值越小，电流导入大地的速度越快，被雷击物处于高电位的时间越短，也就越安全。接地是依靠各类接地体实现的，一般来说，现代化的信号楼，可以直接用钢筋网或其他地下金属结构构成接地体；如果没有钢筋基础，就需要人工设置一个闭合环形的接地体。另外为了适应雷击产生的电压，接地体的形状和尺寸也有不同的要求。

4结语

保持铁路站场信号楼在雷击下安全的意义非常重大，因此要建立有效的防雷保护体系，将防雷措施提升到综合防护和整体防护的高度，多设备和多层级配合，将雷击电流危害降到最低没从而保证信息系统设备，进而保证列车安全运行。

参考文献：

[1]宋宵薇,张玲,吕艺.DBSE技术在铁路站场信号楼雷电防护上的应用[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2015,14(4):13-16.

[1]宋宵薇,张玲,吕艺.铁路站场信号楼的雷电防护[J].中国铁路,2015,(12):44-46.