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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(dá)電子科技股份有限公司2.南昌鐵路局技術(shù)監(jiān)督所

超偏載檢測裝置的綜合雷電防護(hù)

1綜合雷電防護(hù)概述

綜合雷電防護(hù)既包含直擊雷的防護(hù)，也包括感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷及各種操作過電壓、靜電的防護(hù)，只有實施綜合的、系統(tǒng)的雷電防護(hù)，才能獲得理想的保護(hù)效果。電子設(shè)備的雷電防護(hù)應(yīng)采取綜合防護(hù)的方法，主要包括3個方面。（1）改善電磁兼容環(huán)境條件，包含屏蔽、等電位設(shè)置以及合理布線。（2）分區(qū)分級設(shè)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(hù)實踐中，根據(jù)現(xiàn)場建筑物的地理、氣象條件，結(jié)合機(jī)房內(nèi)外的電磁環(huán)境及設(shè)備應(yīng)用情況，采取科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、有效的綜合防護(hù)措施，取得了很好的保護(hù)效果。

2超偏載檢測裝置的直擊雷防護(hù)及屏蔽措施

(1)直擊雷防護(hù)措施

直擊雷的防護(hù)由外部防雷系統(tǒng)承擔(dān)，在超偏載檢測裝置機(jī)房建筑物的房頂設(shè)置避雷帶和避雷網(wǎng)作為接閃器，在機(jī)房建筑物的四周均勻設(shè)置4根引下線與綜合環(huán)型地網(wǎng)相連，同時綜合環(huán)型地網(wǎng)與建筑物的主鋼筋相連，這樣構(gòu)成完整的外部法拉第籠，起到直擊雷的防護(hù)和電磁屏蔽作用。

(2)設(shè)置綜合環(huán)型地網(wǎng)

良好的接地是綜合雷電防護(hù)的基礎(chǔ)，感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷及各種操作過電壓、過電流、靜電最終都要通過地網(wǎng)泄放。在機(jī)房建筑物的四周設(shè)置環(huán)型地網(wǎng)，該地網(wǎng)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(qiáng)的石墨電極，接地電阻要求不大于1Ω?？紤]超偏載檢測裝置機(jī)房設(shè)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(dá)到要求，可采取增設(shè)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(shè)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(shè)接地體處的土壤電阻率，Ω•m。環(huán)形地網(wǎng)必須與建筑物四角的主鋼筋焊接，根據(jù)超偏載檢測裝置機(jī)房建筑物現(xiàn)場條件，也可將環(huán)形地網(wǎng)設(shè)置成U型，以便與地網(wǎng)連接的各種引線就近連接?，F(xiàn)場如有貫通地線，環(huán)形地網(wǎng)須與貫通地線相連接。

(3)設(shè)置局部貫通地線

超偏載系統(tǒng)和車次號設(shè)備均由安裝在室內(nèi)及室外的設(shè)備構(gòu)成，室外設(shè)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(nèi)設(shè)備相連。由于室外受條件限制只能設(shè)置簡易地網(wǎng)，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求室外信號設(shè)備接地電阻值可在10～20Ω之間，而機(jī)房建筑物的環(huán)型地網(wǎng)接地電阻值為小于1Ω，這樣室外設(shè)備感應(yīng)的大部分過電壓和過電流就會通過電纜傳導(dǎo)至室內(nèi)，從而極易損壞相關(guān)設(shè)備。為了解決上述問題，采用設(shè)置局部貫通地線的方法，將室內(nèi)外地網(wǎng)用貫通地線連接，使室內(nèi)外設(shè)備的接地電阻相同，地電位相等，形成整個系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)共地。這將大幅減少通過電纜傳導(dǎo)至室內(nèi)設(shè)備的過電壓和過電流，提高系統(tǒng)設(shè)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(hù)效果。

3機(jī)房室內(nèi)法拉第籠屏蔽

由于超偏載檢測裝置機(jī)房內(nèi)集中了大量微電子設(shè)備，為改善機(jī)房內(nèi)電磁環(huán)境，增強(qiáng)對各種電磁干擾的抵御能力，須對超偏載檢測裝置機(jī)房進(jìn)行更完善的室內(nèi)法拉第籠屏蔽。具體方法如下。（1）在超偏載檢測裝置機(jī)房內(nèi)除地板外的5個面設(shè)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(wǎng)可靠連接。（2）機(jī)房的門、窗采用截面積不小于3mm2、網(wǎng)孔80mm×80mm的鋁合金網(wǎng)做屏蔽，并用16mm2的軟銅線與地網(wǎng)及屏蔽層可靠連接。（3）機(jī)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(jī)房室內(nèi)接地匯集線及等電位連接

等電位連接是保證設(shè)備和人身安全的重要防護(hù)措施。在超偏載檢測裝置機(jī)房應(yīng)設(shè)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(shè)置，材料采用不小于30mm×3mm的紫銅排，長度滿足所有設(shè)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(hù)套的多芯銅導(dǎo)線與環(huán)形接地裝置連接。由于高頻電流的趨膚效應(yīng)，電纜的屏蔽層傳導(dǎo)大部分的雷電流，為了泄放從電纜屏蔽層傳導(dǎo)進(jìn)入機(jī)房的雷電流，對進(jìn)入機(jī)房的所有電纜的屏蔽層在入室處斷開，并分別進(jìn)行接地處理，這將大幅減少從各電纜傳導(dǎo)的雷電流對設(shè)備的沖擊。

5超偏載檢測裝置電源的雷電防護(hù)

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(tǒng)中耦合進(jìn)入。據(jù)統(tǒng)計60%～70%的雷擊事故發(fā)生在電源部分。IEC1312《計算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器》規(guī)定，對雷電的防護(hù)分4個梯度，交流從6～1.5kV，直流從500～120V，根據(jù)設(shè)備的耐壓及重要程度，來確定電源避雷器的級數(shù)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(tǒng)，機(jī)房電源防護(hù)是重點，應(yīng)采用源引入處安裝防雷箱，作為電源第Ⅰ級防護(hù)，防雷箱通流容量不小于40kA，限制電壓小于2000V；在設(shè)備UPS的輸入端安裝電源防雷器，作為電源第Ⅱ級防護(hù)，其通流容量不小于20kA，限制電壓小于1500V；對工控機(jī)、采集設(shè)備、通信設(shè)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(hù)。通過3級防護(hù)，將從電源線傳導(dǎo)的過電壓和過電流逐級對地泄放，使設(shè)備得到有效保護(hù)。

6超偏載檢測裝置數(shù)據(jù)通道的雷電防護(hù)

(1)室外傳感器的防護(hù)

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(yīng)采用具有多級防護(hù)電路的防雷保安器進(jìn)行重點防護(hù)。由于傳感器輸出的信號直接關(guān)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(biāo)滿足實際要求。在室外稱臺旁邊的接線盒內(nèi)，對傳感器的電源線和信號線分別安裝串聯(lián)型防雷保安器。實際應(yīng)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(nèi)含多級保護(hù)電路，具有電壓保護(hù)要求低、對信號衰減小、模塊可熱插拔、安裝和維護(hù)方便的特點。

(2)室內(nèi)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的防護(hù)

傳感器的連接電纜從室外接線盒引入到機(jī)房，與數(shù)據(jù)采集設(shè)備接口連接。為防止從電纜傳導(dǎo)的過電壓侵入室內(nèi)設(shè)備，采用新型的BVB信號防雷箱對進(jìn)入數(shù)據(jù)采集設(shè)備接口的電源線和信號線進(jìn)行防護(hù)?，F(xiàn)場安裝時，室外電纜直接進(jìn)入BVB信號防雷箱，經(jīng)過防雷保安器防護(hù)后連接到數(shù)據(jù)采集設(shè)備接口，將電纜屏蔽層切斷后與綜合地網(wǎng)連接。這些措施將室內(nèi)外電纜進(jìn)行隔離，大幅提高了防護(hù)效果。

(3)車次號射頻接口的防護(hù)

機(jī)房內(nèi)的車次號設(shè)備（數(shù)據(jù)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(qū)，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(shù)據(jù)讀出器射頻接口的保護(hù)。

(4)通信設(shè)備接口的防護(hù)

機(jī)房內(nèi)的通信設(shè)備主要有交換機(jī)、調(diào)制解調(diào)器，由室外引入的電話線及網(wǎng)線必須進(jìn)行防護(hù)。對于調(diào)制解調(diào)器，采用BVBFLM-WJ-RJ45/11電話線信號防雷保安器進(jìn)行防護(hù)；對于交換機(jī)，采用BVBFLM-WJ-RJ45網(wǎng)絡(luò)線路防雷保安器進(jìn)行防護(hù)。

7施工與工藝要求

綜合雷電防護(hù)措施的施工與工藝，對整體防護(hù)效果有直接關(guān)系。在防雷施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求及工藝要求施工，加強(qiáng)過程監(jiān)督和檢查，確保工程質(zhì)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(dǎo)線必須阻燃且走最直接的路徑，應(yīng)減少長度和方向變化，且這些導(dǎo)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(dǎo)線，截面積不小于1.5mm2。（3）并聯(lián)型防雷保安器與被保護(hù)設(shè)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(dāng)延長，但嚴(yán)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(yīng)加裝保護(hù)并保證與墻體絕緣。（6）各種防雷保安器均應(yīng)設(shè)置用途及去向標(biāo)牌。

超偏載檢測裝置綜合雷電防護(hù)措施的運用情況

1現(xiàn)場應(yīng)用情況

南昌鐵路局從2009年開始選擇了12個雷電多發(fā)地段的超偏載檢測裝置機(jī)房作為試點，按照上述方案進(jìn)行了綜合防雷改造。根據(jù)現(xiàn)場各站的具體情況，采取防護(hù)直擊雷、感應(yīng)雷，改善電磁環(huán)境等措施，同時對電源、數(shù)據(jù)通道分區(qū)分級設(shè)置防雷保安器，構(gòu)成了超偏載檢測裝置區(qū)域內(nèi)較為完善的綜合防雷系統(tǒng)。

2應(yīng)用效果

對綜合防雷改造的各站點進(jìn)行跟蹤、統(tǒng)計和對比表明，經(jīng)過綜合防雷改造站點的設(shè)備受雷擊損壞的現(xiàn)象大幅減少。隨著電磁環(huán)境的改善，設(shè)備工作更加穩(wěn)定、可靠，極大地減少了設(shè)備的維護(hù)工作量及維護(hù)成本，提高了設(shè)備的利用效率。

結(jié)語

超偏載檢測裝置的雷電防護(hù)問題正在不斷受到重視。對于新建的超偏載系統(tǒng)，建議從設(shè)計到建設(shè)過程中將綜合防雷系統(tǒng)作為重要設(shè)施一起建設(shè)；對于既有超偏載系統(tǒng)，建議進(jìn)行綜合防雷整治。試點站實施的情況表明，只要根據(jù)設(shè)備的特點和現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境情況，因地制宜地采取綜合的、系統(tǒng)的雷電防護(hù)措施，都能起到很好的效果，為超偏載系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供可靠保障。