鐵道機車檢測裝備防雷的設計

前言：本站為你精心整理了鐵道機車檢測裝備防雷的設計范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

本文作者：鄭捷曾1唐斌1肖賢偉2周毛德2作者單位：1.深圳科安達電子科技股份有限公司2.南昌鐵路局技術監督所

超偏載檢測裝置的綜合雷電防護

1綜合雷電防護概述

綜合雷電防護既包含直擊雷的防護，也包括感應雷、傳導雷及各種操作過電壓、靜電的防護，只有實施綜合的、系統的雷電防護，才能獲得理想的保護效果。電子設備的雷電防護應采取綜合防護的方法，主要包括3個方面。（1）改善電磁兼容環境條件，包含屏蔽、等電位設置以及合理布線。（2）分區分級設置防雷保安器。（3）良好的接地措施。在超偏載檢測裝置的綜合雷電防護實踐中，根據現場建筑物的地理、氣象條件，結合機房內外的電磁環境及設備應用情況，采取科學、合理、經濟、有效的綜合防護措施，取得了很好的保護效果。

2超偏載檢測裝置的直擊雷防護及屏蔽措施

(1)直擊雷防護措施

直擊雷的防護由外部防雷系統承擔，在超偏載檢測裝置機房建筑物的房頂設置避雷帶和避雷網作為接閃器，在機房建筑物的四周均勻設置4根引下線與綜合環型地網相連，同時綜合環型地網與建筑物的主鋼筋相連，這樣構成完整的外部法拉第籠，起到直擊雷的防護和電磁屏蔽作用。

(2)設置綜合環型地網

良好的接地是綜合雷電防護的基礎，感應雷、傳導雷及各種操作過電壓、過電流、靜電最終都要通過地網泄放。在機房建筑物的四周設置環型地網，該地網由水平接地體和垂直接地體組成。水平接地體采用40mm×4mm熱鍍鋅扁鋼，距建筑物外墻間距不小于1m，埋深不小于0.7m；垂直接地體采用耐腐蝕性強的石墨電極，接地電阻要求不大于1Ω。考慮超偏載檢測裝置機房設立在路基上，而路基的土壤電阻率普遍較高，接地電阻難以達到要求，可采取增設垂直接地體及外延接地體的措施，以增加泄流面積及降低接地電阻。設置外延接地體時，水平接地體的有效長度計算如下：le=2姨ρ。上式中，le為接地體的有效長度，m；ρ為敷設接地體處的土壤電阻率，Ω•m。環形地網必須與建筑物四角的主鋼筋焊接，根據超偏載檢測裝置機房建筑物現場條件，也可將環形地網設置成U型，以便與地網連接的各種引線就近連接。現場如有貫通地線，環形地網須與貫通地線相連接。

(3)設置局部貫通地線

超偏載系統和車次號設備均由安裝在室內及室外的設備構成，室外設備如傳感器、磁缸、接線箱等安裝在軌道或軌道旁并通過電纜與室內設備相連。由于室外受條件限制只能設置簡易地網，按相關標準要求室外信號設備接地電阻值可在10～20Ω之間，而機房建筑物的環型地網接地電阻值為小于1Ω，這樣室外設備感應的大部分過電壓和過電流就會通過電纜傳導至室內，從而極易損壞相關設備。為了解決上述問題，采用設置局部貫通地線的方法，將室內外地網用貫通地線連接，使室內外設備的接地電阻相同，地電位相等，形成整個系統區域內共地。這將大幅減少通過電纜傳導至室內設備的過電壓和過電流，提高系統設備抗干擾能力，減少雷擊故障。從近年在試點站實施的情況看，此方法取得了很好的防護效果。

3機房室內法拉第籠屏蔽

由于超偏載檢測裝置機房內集中了大量微電子設備，為改善機房內電磁環境，增強對各種電磁干擾的抵御能力，須對超偏載檢測裝置機房進行更完善的室內法拉第籠屏蔽。具體方法如下。（1）在超偏載檢測裝置機房內除地板外的5個面設置屏蔽層，屏蔽層選用厚度為0.6mm的鐵板作為電磁屏蔽材料，鐵板間用2mm2的軟銅線可靠連接，確保屏蔽層連成一個整體；整個屏蔽層用25mm2的軟銅線與地網可靠連接。（2）機房的門、窗采用截面積不小于3mm2、網孔80mm×80mm的鋁合金網做屏蔽，并用16mm2的軟銅線與地網及屏蔽層可靠連接。（3）機房地面采用防靜電地板做屏蔽，靜電地板的金屬骨架最少每隔2m使用16mm2的軟銅線與四周屏蔽層可靠連接。

4機房室內接地匯集線及等電位連接

等電位連接是保證設備和人身安全的重要防護措施。在超偏載檢測裝置機房應設置防雷接地匯集線、安全接地匯集線、屏蔽接地匯集線。各接地匯集線單獨設置，材料采用不小于30mm×3mm的紫銅排，長度滿足所有設備能以最短距離就近接地；對各接地匯集線，分別采用截面積不小于25mm2帶絕緣外護套的多芯銅導線與環形接地裝置連接。由于高頻電流的趨膚效應，電纜的屏蔽層傳導大部分的雷電流，為了泄放從電纜屏蔽層傳導進入機房的雷電流，對進入機房的所有電纜的屏蔽層在入室處斷開，并分別進行接地處理，這將大幅減少從各電纜傳導的雷電流對設備的沖擊。

5超偏載檢測裝置電源的雷電防護

由對雷電脈沖頻譜分析可知，雷電90%以上的能量都集中在100kHz以下，極易從工頻電源系統中耦合進入。據統計60%～70%的雷擊事故發生在電源部分。IEC1312《計算機信息系統防雷保安器》規定，對雷電的防護分4個梯度，交流從6～1.5kV，直流從500～120V，根據設備的耐壓及重要程度，來確定電源避雷器的級數和各級的限制電壓，既防雷電過電流，又防雷電過電壓。對超偏載系統，機房電源防護是重點，應采用源引入處安裝防雷箱，作為電源第Ⅰ級防護，防雷箱通流容量不小于40kA，限制電壓小于2000V；在設備UPS的輸入端安裝電源防雷器，作為電源第Ⅱ級防護，其通流容量不小于20kA，限制電壓小于1500V；對工控機、采集設備、通信設備等采用具有濾波功能的電源防雷插座供電，作為電源第Ⅲ級防護。通過3級防護，將從電源線傳導的過電壓和過電流逐級對地泄放，使設備得到有效保護。

6超偏載檢測裝置數據通道的雷電防護

(1)室外傳感器的防護

超偏載傳感器包括壓力傳感器和剪力傳感器。傳感器作為超偏載檢測裝置的核心部件，由于安裝在室外，因此應采用具有多級防護電路的防雷保安器進行重點防護。由于傳感器輸出的信號直接關系到計量精度，在選用防雷保安器時，須考慮插入損耗、對地絕緣阻抗等指標滿足實際要求。在室外稱臺旁邊的接線盒內，對傳感器的電源線和信號線分別安裝串聯型防雷保安器。實際應用中，選用BVBKF-24DC直流電源防雷保安器及BVBSFLM-H信號防雷保安器,其內含多級保護電路，具有電壓保護要求低、對信號衰減小、模塊可熱插拔、安裝和維護方便的特點。

(2)室內數據采集設備的防護

傳感器的連接電纜從室外接線盒引入到機房，與數據采集設備接口連接。為防止從電纜傳導的過電壓侵入室內設備，采用新型的BVB信號防雷箱對進入數據采集設備接口的電源線和信號線進行防護。現場安裝時，室外電纜直接進入BVB信號防雷箱，經過防雷保安器防護后連接到數據采集設備接口，將電纜屏蔽層切斷后與綜合地網連接。這些措施將室內外電纜進行隔離，大幅提高了防護效果。

(3)車次號射頻接口的防護

機房內的車次號設備（數據讀出器）通過同軸電纜與室外的磁鋼連接。由于電纜從室外引入，穿越了防雷區，因此，必須在引入處安裝防雷保安器。對于同軸電纜接口，采用BVBHX-3N50天饋線防雷保安器，用于數據讀出器射頻接口的保護。

(4)通信設備接口的防護

機房內的通信設備主要有交換機、調制解調器，由室外引入的電話線及網線必須進行防護。對于調制解調器，采用BVBFLM-WJ-RJ45/11電話線信號防雷保安器進行防護；對于交換機，采用BVBFLM-WJ-RJ45網絡線路防雷保安器進行防護。

7施工與工藝要求

綜合雷電防護措施的施工與工藝，對整體防護效果有直接關系。在防雷施工過程中，應嚴格按照設計要求及工藝要求施工，加強過程監督和檢查，確保工程質量。下面是需要特別注意的工藝要求。（1）施工中，要求所有泄放雷電流的導線必須阻燃且走最直接的路徑，應減少長度和方向變化，且這些導線的曲線半徑不小于200mm。（2）對所有防雷保安器的接地線必須與接地匯集線就近可靠連接，接地線必須用短而直的黃綠軟塑料多股銅導線，截面積不小于1.5mm2。（3）并聯型防雷保安器與被保護設備端子的連接線截面積不小于1.5mm2，長度不得大于0.5m，受條件限制時，可適當延長，但嚴禁超過1.5m；或采用凱文接法。（4）采用栓接連接時，必須使用雙螺帽。（5）引接線、接地匯集線間的連接線等在穿越墻體、樓板時應加裝保護并保證與墻體絕緣。（6）各種防雷保安器均應設置用途及去向標牌。

超偏載檢測裝置綜合雷電防護措施的運用情況

1現場應用情況

南昌鐵路局從2009年開始選擇了12個雷電多發地段的超偏載檢測裝置機房作為試點，按照上述方案進行了綜合防雷改造。根據現場各站的具體情況，采取防護直擊雷、感應雷，改善電磁環境等措施，同時對電源、數據通道分區分級設置防雷保安器，構成了超偏載檢測裝置區域內較為完善的綜合防雷系統。

2應用效果

對綜合防雷改造的各站點進行跟蹤、統計和對比表明，經過綜合防雷改造站點的設備受雷擊損壞的現象大幅減少。隨著電磁環境的改善，設備工作更加穩定、可靠，極大地減少了設備的維護工作量及維護成本，提高了設備的利用效率。

結語

超偏載檢測裝置的雷電防護問題正在不斷受到重視。對于新建的超偏載系統，建議從設計到建設過程中將綜合防雷系統作為重要設施一起建設；對于既有超偏載系統，建議進行綜合防雷整治。試點站實施的情況表明，只要根據設備的特點和現場應用環境情況，因地制宜地采取綜合的、系統的雷電防護措施，都能起到很好的效果，為超偏載系統的安全、穩定運行提供可靠保障。