廣州某鐵路站場(chǎng)系統(tǒng)防雷方案
雷電災(zāi)害被國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）認(rèn)為是“電子化時(shí)代的一大公害”，它每年帶給全球十億美元以上的損失。以廣東省為例，1995年“雷電災(zāi)害”225起，1996年猛增到1197起，1997年則為1465起。如《1996年廣東省雷電災(zāi)害實(shí)例匯編》的通知，僅收入《匯編》的1197宗雷擊災(zāi)害實(shí)例中，就有雷擊造成人員傷亡108人，死亡58人，火災(zāi)爆炸16宗，建筑物受損59宗，弱電（電子設(shè)備）損壞438宗，供電系統(tǒng)災(zāi)害617宗之多。這些統(tǒng)計(jì)到的災(zāi)害造成直接經(jīng)濟(jì)損失1.374億元，綜合經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5億元，近年有不斷上升的趨勢(shì)。隨著現(xiàn)代化的進(jìn)展，鐵路站內(nèi)設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)。雷擊發(fā)生時(shí)，雷擊放電誘發(fā)雷擊電磁脈沖過(guò)電壓和過(guò)電流，經(jīng)站場(chǎng)電源系統(tǒng)、通信信號(hào)傳輸通道、接地系統(tǒng)及建筑物直擊雷防護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)傳導(dǎo)、感應(yīng)的方式損壞站內(nèi)通信信號(hào)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，造成損失巨大，直接威脅鐵路正常的安全運(yùn)輸生產(chǎn)。
一、對(duì)鐵路站場(chǎng)雷電防護(hù)的分析
鐵路站場(chǎng)設(shè)備遭受過(guò)電壓和過(guò)電流攻擊的途徑可分為直擊雷、感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷、操作過(guò)電壓四種。結(jié)合站場(chǎng)設(shè)備的分布特點(diǎn)及雷電攻擊的途徑類型，鐵路站場(chǎng)雷電防護(hù)存在以下特點(diǎn)。
1. 鐵路站場(chǎng)占地面積較大，站場(chǎng)主要設(shè)備(如數(shù)字微波通信、車站數(shù)字通信分系統(tǒng)、站場(chǎng)廣播機(jī)、無(wú)線列調(diào)通信、平面調(diào)車通信、信號(hào)微機(jī)聯(lián)鎖等設(shè)備)集中在信號(hào)樓、通信樓。信號(hào)樓、通信樓的避雷針應(yīng)能滿足對(duì)整個(gè)信號(hào)樓、通信樓區(qū)域的保護(hù)，有效防止直擊雷的襲擊。
2. 2.鐵路道軌是接受直擊雷和傳導(dǎo)雷感應(yīng)雷的良好導(dǎo)體。與道軌連接的相關(guān)鐵路信號(hào)設(shè)備，如信號(hào)機(jī)、軌道電路箱、道岔電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)等，將受到雷擊的嚴(yán)重威脅。
3. 信號(hào)樓微機(jī)聯(lián)鎖及通信機(jī)房、通訊樓通訊機(jī)房等重要區(qū)域的戶外線路可能遭受到直擊雷后，線路中的大電流串入各機(jī)房?jī)?nèi)部，從而引起對(duì)內(nèi)部設(shè)備的損壞。當(dāng)雷雨云之間、雷雨云對(duì)大地之間放電時(shí)，雷閃電流的高頻電磁場(chǎng)對(duì)暴露在空間或室內(nèi)的電源線、信號(hào)線、數(shù)據(jù)線上產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)備抗電強(qiáng)度的感應(yīng)雷擊過(guò)電壓，使設(shè)備損壞。
4. 雷電防護(hù)的原則是“等電位”。由于機(jī)房存在多類接地系統(tǒng)，其沖擊接地電阻不均衡，在雷擊發(fā)生時(shí)，雷電流引起地電位差，造成“地電位反擊”，使人員和設(shè)備遭受損害。
5. 操作過(guò)電壓引起的危害，如儲(chǔ)藏設(shè)備的開關(guān)、輸電線路的短路、周圍大容量設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的工業(yè)干擾或操作過(guò)電壓在電源線上會(huì)產(chǎn)生5000~6000V、3KA的浪涌過(guò)電壓及浪涌電流，它們的竄入也會(huì)將信號(hào)樓、通信樓內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生很大的破壞后果。
從以上分析中可以得出：為了提高鐵路站場(chǎng)建筑物安全及機(jī)房設(shè)備及計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行可靠度，整個(gè)站場(chǎng)的雷電防護(hù)系統(tǒng)一定要有良好的避雷針、下引線和統(tǒng)一的接地網(wǎng)，采取完善的直擊雷防護(hù)措施。同時(shí)必須在車站的供電系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)、信號(hào)采集傳輸系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、機(jī)房接地系統(tǒng)等進(jìn)行可靠有效的防護(hù)，在攔截、分流、均衡、接地、布線、布局等方面作完整的，多層次的綜合防護(hù)。
基于以上分析，廣州江高某鐵路防雷選用了針帶結(jié)合作為直擊雷防護(hù)避雷針，選用世界一流的德國(guó)DEHN系列和AOTEM系列電源及數(shù)據(jù)信號(hào)防雷器件，對(duì)主要機(jī)房設(shè)備和重要終端進(jìn)行雷擊電磁脈沖防護(hù)。
二、設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)
鐵路站場(chǎng)綜合防雷的設(shè)計(jì)主要執(zhí)行或參照以下標(biāo)準(zhǔn)：GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》2000年版、50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》、GA267-2000《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖安全防護(hù)規(guī)范》、 GB7450—87《電子設(shè)備雷擊保護(hù)導(dǎo)則》、GB50174-93《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》、 GB9361—88《計(jì)算站場(chǎng)地安全要求》等。鐵路站場(chǎng)雷電防護(hù)總的原則是經(jīng)等電位連接，使過(guò)電壓(或電流)以最直接的路徑盡快泄漏到大地，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。電磁兼容防護(hù)總的原則是利用室內(nèi)的金屬物有機(jī)地構(gòu)成一個(gè)“法拉第籠”，進(jìn)行接地連接。站場(chǎng)綜合防雷設(shè)計(jì)本著安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則，達(dá)到防御或減輕雷電災(zāi)害、提高防雷安全度的目的。
三、直擊雷防護(hù)
(一)避雷針
到現(xiàn)在為止，防避直擊雷都是采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)作為接閃器，把雷電流接收下來(lái)，然后通過(guò)良好的接地裝置迅速而安全把它送回大地。所有的避雷裝置都只是把雷擊的幾率和強(qiáng)度大大地降低，百分之百可靠的避雷裝置即使能做出來(lái)，造價(jià)也是十分昂貴的。
常用的接閃裝置，如避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)等，它們都是用金屬做成，安裝在建筑物的最高點(diǎn)，如屋脊或屋角等最易受雷擊的地方。避雷網(wǎng)是用金屬線造成的網(wǎng)，架在建筑物頂部空間，然后用截面積足夠大的金屬物讓它與大地連接。
當(dāng)高空出現(xiàn)雷云的時(shí)候，大地上由于靜電感應(yīng)作用，必然帶上與雷云相反的電荷，然而接閃設(shè)備（避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)等）都處于地面上建筑物的最高處，與雷云的距離最近，而且與大地有良好的電氣連接，所以它與大地有相同的電位、以致接閃設(shè)備附近空間電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)比較大，比較容易吸引雷電先驅(qū)，使主放電集中到它上面，因而在它附近尤其是比它低的物體受雷擊的幾率就大大減少。而接閃器被雷擊的幾率卻大大提高，所以就接閃器本身而言，它不但不能避免雷擊，相反是招來(lái)更多的雷擊，它以自身多受雷擊而使周圍免受雷擊。
(二)直擊雷防護(hù)方案
鐵路站場(chǎng)直擊雷防護(hù)重點(diǎn)區(qū)域是通信樓、信號(hào)樓和戶外岔群咽喉區(qū)設(shè)備。
1. 通信樓直擊雷防護(hù)。在安裝避雷針，避雷針安裝高度按滾球法則計(jì)算。針帶結(jié)合原則，引下線采用Φ12mm的熱鍍鋅扁鋼。防雷接地裝置接地電阻小于1歐。避雷針可保護(hù)通信樓、部分鐵軌和場(chǎng)區(qū)部分咽喉區(qū)的部分信號(hào)機(jī)等鐵路設(shè)備，免受直擊雷的侵害。
2. 戶外岔群咽喉區(qū)直擊雷防護(hù)。鐵路站場(chǎng)岔群咽喉區(qū)的特點(diǎn)是設(shè)備分布較為集中，在岔群咽喉區(qū)附近各建立獨(dú)立防雷鐵塔，防雷接地裝置接地電阻小于10歐。對(duì)咽喉區(qū)內(nèi)大部分的軌道電路箱、道叉電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)及信號(hào)機(jī)等設(shè)施進(jìn)行了直擊雷的保護(hù)，免受直擊雷的侵害。
四、雷擊電磁脈沖防護(hù)
(一) 防雷器
選用世界一流的德國(guó)DEHN系列電源防雷器件和AOTEM系列信號(hào)防雷器件，對(duì)鐵路站場(chǎng)主要機(jī)房設(shè)備和重要終端進(jìn)行雷擊電磁脈沖防護(hù)。
(二) 雷擊電磁脈沖防護(hù)方案
1. 對(duì)纜線布放和接地系統(tǒng)的要求
鐵路站場(chǎng)主要設(shè)備集中在信號(hào)樓、通信樓。雷擊電磁脈沖防護(hù)的重點(diǎn)是信號(hào)樓和通信樓內(nèi)的敏感電子設(shè)備。在進(jìn)行電源和信號(hào)線防雷器配置時(shí)，根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)考慮。
(1) 電力電纜應(yīng)埋地引入建筑物，電纜埋地部分不應(yīng)小于15米(GA267-2000第 7、第8條)。室外衛(wèi)星饋線和其它各種通信、信號(hào)電纜應(yīng)采用具有雙層金屬防護(hù)層的電纜，其外層金屬防護(hù)層在頂部及進(jìn)入機(jī)房入口處的外側(cè)應(yīng)就近接地。當(dāng)采用單層屏蔽電纜或無(wú)屏蔽線纜時(shí)，應(yīng)穿金屬管或金屬線槽引入建筑物內(nèi)，金屬管(或線槽)的兩端就近接地，金屬管 (或線槽)的連接處應(yīng)有效跨接(GB50057-94第6.3.1條)。
因此，出入信號(hào)樓、通信樓的電力電纜(線)、通信纜線、信號(hào)電纜應(yīng)采用金屬護(hù)套電纜或敷設(shè)在金屬管內(nèi)，纜線金屬護(hù)套或金屬管應(yīng)在頂部及進(jìn)入機(jī)房入口處的外側(cè)就近分別接地；進(jìn)入信號(hào)樓、通信樓低壓電力電纜宜全程埋地引入，其電纜埋地長(zhǎng)度不應(yīng)小于 15m；微波鐵塔上架設(shè)的同軸電纜應(yīng)穿在金屬管內(nèi)，金屬管應(yīng)分別在上下端接地；進(jìn)入機(jī)房的電纜橋架應(yīng)屏蔽接地。
(2) 信號(hào)樓、通信樓應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)(GB50057-2010)第6.3.3條)。因此，一棟樓內(nèi)的電子設(shè)備應(yīng)共用一組接地裝置，應(yīng)按均壓、等電位的原理，將工作地、保護(hù)地和防雷地組成一個(gè)聯(lián)合接地網(wǎng)。站內(nèi)各類接地線應(yīng)從接地匯集線或接地網(wǎng)上分別引入。通信樓的接地裝置應(yīng)按照YD5068—98(移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范)的要求予以改造。
2. 信號(hào)樓雷擊電磁脈沖防護(hù)
信號(hào)樓主要包括微機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備、無(wú)線列調(diào)及平面調(diào)車車站電臺(tái)、計(jì)算機(jī)服務(wù)器、站場(chǎng)廣播機(jī)及車站數(shù)字通信分系統(tǒng)等設(shè)備。
針對(duì)信號(hào)樓電源線分兩路架空引入，供電方式為TT制式。
在總配電箱安裝兩套 AT PORT /4P-B100第一級(jí)電源防雷箱，在交直流配電屏電源入線端加兩套AT T385/4P-C40 電源防雷器及在車站綜合柜入線端安裝一套AT T275/2P-C40電源防雷器為第二級(jí)電源防雷器。需要注意的是第一級(jí)與第二級(jí)防雷器之間的線路應(yīng)保持10m以上的距離。無(wú)線列調(diào)及平面調(diào)車車站設(shè)備，在天饋線進(jìn)入調(diào)度機(jī)房入口與設(shè)備聯(lián)接處安裝GATE-N饋線防雷器，注意設(shè)備機(jī)殼及防雷器地線良好接地。一級(jí)防雷器前端均串接63A動(dòng)力型空氣開關(guān)，二級(jí)防雷器前端均串接32A動(dòng)力型空氣開關(guān)。
戶外信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路與室內(nèi)相連的信號(hào)線，是重要的引雷路徑，需根據(jù)每一根信號(hào)線上電壓的不同相應(yīng)安裝防雷器，分別選擇AT T385/P-C40系列防雷器進(jìn)行防護(hù)：對(duì)于交流和直流220伏信號(hào)線采用AT T275/4P-C40電源防雷器進(jìn)行防護(hù)；對(duì)于交直流10~24V信號(hào)線采用AT 24V進(jìn)行防護(hù)；防雷器前端均串接32A動(dòng)力型空氣開關(guān)。
由于信號(hào)設(shè)備的保護(hù)地與工作地嚴(yán)格分開，雷擊發(fā)生時(shí)，兩個(gè)地線系統(tǒng)可能出現(xiàn)瞬間電壓差，造成電子設(shè)備及人身的損壞和傷害。為了達(dá)到有效的防雷保護(hù)，在兩個(gè)地之間安裝等電位連接器TFS。其特點(diǎn)是：正常工作狀態(tài)下，兩地相互無(wú)干擾；雷擊狀態(tài)下，AT TFS迅速導(dǎo)通，兩地電壓均衡，消除反擊電壓；響應(yīng)時(shí)間小，納秒級(jí)導(dǎo)通；安裝方便，直接連接于兩接地匯流排之間。
3. 通信樓雷擊電磁脈沖防護(hù)
針對(duì)通信樓電源分兩路架空引入，引雷幾率較大，低壓電纜應(yīng)地埋15m以上引入通信樓，在主配電箱安裝兩套AT PORT/4P-B100第一級(jí)電源防雷箱。在數(shù)字微波入線端第二級(jí)電源防雷器AT T275/2P-C40。由室外引入的微波收發(fā)饋線均安裝GATE-N饋線防雷器。在電纜充氣設(shè)備電源入線端安裝第二級(jí)電源防雷器AT T275/2P-C40。在機(jī)房?jī)?nèi)安裝等電位連接排 ATK008，機(jī)房?jī)?nèi)所有設(shè)備的機(jī)殼及防雷器接地線都連接至等電位連接排上。所有設(shè)備的機(jī)殼均可靠接地，所有接地線共用一組接地裝置。接地電阻為1歐姆以下。防雷器前端均串接32A動(dòng)力型空氣開關(guān)。
4、監(jiān)控系統(tǒng)防雷
監(jiān)控系統(tǒng)由分布在室內(nèi)外各處的監(jiān)控?cái)z象機(jī)通過(guò)視頻信號(hào)、控制信號(hào)傳輸至中心控制主機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控。為了防止雷電產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓和過(guò)電流，在所有監(jiān)控設(shè)備的電源線入口、信號(hào)線連接的設(shè)備兩端均安裝相應(yīng)的避雷器。值得一提的是監(jiān)控系統(tǒng)中的前端攝象機(jī)分為室外安裝型和室內(nèi)安裝型，室內(nèi)型攝象機(jī)信號(hào)傳輸線纜和電源供給線纜均通過(guò)“地埋”方式布線，或受雷擊的機(jī)率少，遭受雷擊的機(jī)會(huì)較少，如果在工程資金有限的情況下，室內(nèi)部分?jǐn)z象機(jī)可以不考慮防雷保護(hù)。
中心監(jiān)控室：
1、 第一級(jí)防雷：由于監(jiān)控室處于室內(nèi)，電源線路受太大雷擊的機(jī)會(huì)較少，對(duì)于新建筑物，監(jiān)控室內(nèi)第一級(jí)電源防雷可省（若安裝：AT PORT/4P-B100單相電源避雷箱）；
2、 第二級(jí)防雷：中心監(jiān)控室電源配電箱處加裝第二級(jí)At T275/2P-C40單相電源避雷箱，保護(hù)全室內(nèi)設(shè)備。
3、 第三級(jí)防雷：在主機(jī)、監(jiān)視器、視頻切換器等電源插座處安裝第三級(jí)AT A6420NS電源防雷插座，實(shí)現(xiàn)濾波精細(xì)保護(hù)設(shè)備，同時(shí)防止瞬間電壓波動(dòng)功能。
4、 視頻信號(hào)線路防雷：在視頻線上安裝AT BNC-VIDEO/A視頻信號(hào)避雷器；
5、 控制線信號(hào)線路防雷：在控制線上安裝AT KZ控制線信號(hào)避雷器；
室內(nèi)外攝像槍防護(hù)：
1、 在220V電源線路上安裝AT B140-D10單相電源避雷器（在24V電源線路上安裝的AT 24V單相電源防雷器）；
2、 在視頻線上安裝AT BNC-VIDEO/A視頻信號(hào)避雷器；
3、 在控制線上安裝AT KZ控制線信號(hào)避雷器；
4、 或在以上1、2、3用ATV-3三合一電源/控制/視頻防雷器代替。
五、接地系統(tǒng)
接地體選型
根據(jù)不同地理環(huán)境，接地體有多種形狀可選，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)宜采用AT自動(dòng)降阻接地模塊，安裝形狀為環(huán)形。
接地體要求
接地電阻要求：R≤1Ω。
接地體結(jié)構(gòu)
接地體由于是獨(dú)立的接地裝置，所以適合以A型簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)建造。
接地體：沿大樓四周閉合環(huán)結(jié)構(gòu)，接地材料埋于地下與引下線入地焊接相連接，雷擊電流由此發(fā)散到大地。通常用400CM×500CM×60CM自動(dòng)降阻接地模塊AT和AT 優(yōu)化深打接地棒Φ20mm×4500mm（4.5米長(zhǎng))組成垂直接地體界面，再用40mm×4mm熱鍍鋅扁鋼連接引下線和垂直接地體，組成水平接地體界面，以滿足國(guó)家防雷規(guī)范接地電阻R≤1Ω的要求。
六、售后服務(wù)條款
1、 標(biāo)準(zhǔn)地線裝置電阻三年內(nèi)保證小于1歐姆。
2、 由本公司實(shí)施的防雷工程驗(yàn)收合格后，我公司將定期于每年雷雨季節(jié)來(lái)臨之前免費(fèi)上門檢測(cè)一次，以確保貴單位的防雷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。
3、 客戶要求現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持時(shí)，需聲明正當(dāng)理由和需支持的詳細(xì)內(nèi)容，我公司將盡快指派技術(shù)支持人員提供協(xié)助。廣州市內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持反應(yīng)時(shí)間不超八小時(shí)，如因特殊情況不能如期趕赴現(xiàn)場(chǎng)支持，我公司將與客戶聲明原因并協(xié)商具體解決方案。
4、 本公司長(zhǎng)期免費(fèi)為客戶提供技術(shù)咨詢服務(wù)，免費(fèi)傳授防雷系統(tǒng)日常維護(hù)知識(shí)及檢測(cè)技術(shù)措施。
5、 本條款由廣州市奧天科技發(fā)展有限公司負(fù)責(zé)解釋，如有異議，請(qǐng)與我公司協(xié)商。
鐵路防雷系統(tǒng)防雷方案