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雷击对铁路信号系统的影响研究

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：曹晓龙

[导读] 摘要：铁路系统是当前我国交通网中重要的组成部分，其为我国经济的发展、工程建设都做出了很多的贡献。

        中国铁路呼和浩特局集团有限公司呼和浩特电务段内蒙古自治区呼和浩特市 010010
        摘要：铁路系统是当前我国交通网中重要的组成部分，其为我国经济的发展、工程建设都做出了很多的贡献。铁路信号系统是我国铁路网络的核心内容，负责对铁路因素中各种信号的监控。铁路因为经过的地理区域、气象、气候条件的差别很大，情况较为复杂，由于在这段线路中没有避雷线，很容易受到雷击的影响。为了提高铁路信号系统防雷措施和技术，逼问研究分析雷击对铁路信号系统的影响，分析防雷击的各种措施，从防雷的技术着手，对提高铁路信号设备的可靠性，有着重要的意义。
        关键词：雷电，影响类型，防护措施
        一、雷电的形成及其放电
        雷电是一种自然天气现象，主要指一种带电的云层与另一种带异种电荷的云层发生碰撞产生放电，或者一种带电的云层对大地之间的迅猛放电。这通常是在高湿闷热的气候中，地面气温不均而造成带有大量水蒸气的空气强烈上升，其水珠分裂成水滴，而带上了电荷，进而云层中带有电荷的水滴与其发生摩擦，集聚了电荷而产生了急速的放电现象。而雷电放电是从云开始而向下发展的过程，当云层中积存的电荷密度足够大，其电场强度能达到将空气击穿的强度（2500 ～ 3000kV/m）时，此刻就会产生强烈的碰撞游离，而形成导电的通路。然而，空气又属于不良导体，因为雷电的向下发展是断断续续的，每经过 50μs 就会停歇一次，平均速度约在 100 ～ 200km/s 之间。当主放电完毕后，余辉放电就会将余电荷沿着导电通道流向大地，慢慢结束整个脉冲放电过程。
        二、铁路信号系统防雷的必要性
        随着科学技术的不断发展，在铁路正常运行中对铁路信号的要求也越来越高，这就致使为了保证铁路能够正常工作而不得不加设相关铁路设备的状况的出现。就目前我国铁路发展状况来看，其相关设备的数量是非常多的，并且这些设备大多分布在室外和轨道相连，因此在设备运行过程中受到外界因素损害的可能性是非常大的，尤其是雷电对其的损害。雷电对其进行损害的方式是多种多样的，相关设备一旦被雷电人侵，那么必然会引起铁路信号系统的混乱甚至于瘫痪，这将直接影响铁路的正常运行，如果对损害处处理的不及时，还可能引发铁路安全事故，对人们的生命财产造成威胁。一般情况下，铁路的信号设备越多越先进，其受到雷电损害的可能性就越大，为了把雷电对信号设备的损害降到最低，相关部门必须对信号设备进行防雷处理。
        三、雷电对铁路影响的类型
        3.1、电磁脉冲
        当雷电直击装置有信号设备的建筑物、装有信号装备的场所附近的建筑物以及地面高耸物，那么雷电电磁脉冲则会在信号体系内产生过电流以及过电压。
        3.2、冲击波
        这是侵入到信号设备供电的电源系统，侵入高压线传至高压变压器之内，如果该变压器没有防雷装备或者防雷装备失效，同时雷电的波幅的数值又偏大，那么变压器初级、次级绕组间绝缘就被击穿。如此的话数百千伏的雷电压就会直接入侵到交流低压电源，同时这将会及其严重的破坏低压侧的信号设备。如果冲击波电压幅度不高，不足用动作高压避雷器，或者不足用击穿变压器绝缘侵入回路，那么雷电冲击波还会通过绕组间分布电容耦合的形式，侵入信号低压回路，这就使得信号电源设备产生过电压以及过电流。
        3.3、轨道电路
        信号设备的轨道电路侵入，轨道电路使用钢轨作为传输线，它一般比地面高出很多。因为地理环境的限制，有的铁道旁有是高大的物体，比如大山、树林，大桥，都很容易遭到雷击。
        3.4、雷电浪涌
        它是这些年来因为微电子设备比方说计算机的联锁设备，这类的连续的应用进而引起人们极大关注的一种雷击危害的方式，同时它的防护方式也在不断的更新。

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通常最为普遍的电子设备危害并不是因为直接雷击而引起的，而是因为雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌而引起的。
        3.5 直接雷击
        基本上在雷电活动区域内，那么则就会直接通过建筑物的构架、信号传输的线路以及钢轨对地放电而发生的电击现象，就是我们通常所说的直接雷击。一般来说，直击雷害发生的次数是很少的，微电子设备对于直雷击的防护能力也偏低，同时防护设备的成本又非常昂贵，所以一旦发生也无法完全防护，造成不可想象的损失。
        3.6 雷电对铁路信号的损害
        作为可以安全可靠地指挥列车在铁轨上运行的铁路信号设备而言，它对技术、安全、可靠以及监控性要求也很高。这就必然会使得铁路设备种类较多，数量巨大，工作自然条件恶劣，一般来说室外设备和轨道相连的距离可有到几十公里之远，所以它遭到雷电入侵的道路和方式也较多，这就常常使得铁路信号系统的设备遭到破坏以及受损，严重的还会导致瘫痪以及使铁路运输行车中断，优势还会导致火灾、爆炸等重大安全事故的频繁发生。因此从某种层面上讲，如果铁路信号系统的设备越发达、科学技术越先进，那么雷击对铁路的
        四、铁路信号雷电防护的应对措施
        1、充分利用各种防雷设备。
        （1）避雷针：它可以很好地预防直击雷。对于面积不是很大的工程设施和建筑物有很好的保护作用，而且它是很平常的避雷工具。（2）避雷线：避雷线是一种悬挂在被保护物体上方的和避雷针一样为了保护电器设备将雷电引向自己并通过接地系统导入大地的也叫架空底线的接地导线。（3）避雷网、避雷带：主要是为了防雷保护建筑物的一种欲避雷线方雷装置相似的东西。（4）避雷器：有三种主要的避雷器，分别是：管型、阀型和使用最广泛的氧化锌避雷器。
        2、改善铁路通信设备的室外环境。
        为了使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放时让信号系统处于雷电电磁波屏蔽中，以此来保护人员、设备和建筑物的安全，所以要规范等电位连接和基站建设，因为现行的铁路信号电缆一般都可以达到几十公里长，所以在所有的电缆之间都要做好屏蔽连接，为了达到防雷的作用，还要求适当的多处接地。
        3、加强室内设备防雷措施。
        （1）电源系统的保护：为了对低压线路进行过压保护、防止浪涌电压窜入为电子设备造成损坏、抑制电源浪涌电压，所以要在室内核心电子机柜的单元电源入口和电源线路入口安装电压保护装置；（2）信号设备以及计算机系统的保护：为了保护信号设备等电位和符合要求的地线的可靠连接，所以信号楼内的室内不仅要形成连接均匀、完善均压环的一层蔽网，还有信号方面也要在计算机房、控制室、机械室、电源平室通过铜条在墙角环相连接的地方做好均压。在机械室附近遭受雷击后，为了最大可能的减少雷电对室内信号设备的影响、屏蔽雷电产生的强电场干扰，故而在机械室安装法拉第笼。
        结语
        现代科技的飞速发展，带来了铁路系统信息化程度逐步在提升，人们获取信息的时间加快了，在铁路系统，已经有了先进的铁路信号传输系统。而研究雷击对铁路信号系统的影响，对于整个铁路信号系统的安全运行有着重大的意义。
        参考文献：
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        [2]张洪.雷击对铁路信号系统的影响分析[J].电子制作，2013，08：145.
        [3]董跃林.试析雷击对铁路信号系统的影响[J].中国新通信，2014，11：8.
        [4]张再利.探讨供电系统对铁路信号系统的干扰[J].科技致富向导，2015，02：71.