廣州某鐵路站場系統防雷方案
雷電災害被國際電工委員會（IEC）認為是“電子化時代的一大公害”，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年廣東省雷電災害實例匯編》的通知，僅收入《匯編》的1197宗雷擊災害實例中，就有雷擊造成人員傷亡108人，死亡58人，火災爆炸16宗，建筑物受損59宗，弱電（電子設備）損壞438宗，供電系統災害617宗之多。這些統計到的災害造成直接經濟損失1.374億元，綜合經濟損失達5億元，近年有不斷上升的趨勢。隨著現代化的進展，鐵路站內設備越來越先進。雷擊發生時，雷擊放電誘發雷擊電磁脈沖過電壓和過電流，經站場電源系統、通信信號傳輸通道、接地系統及建筑物直擊雷防護系統，通過傳導、感應的方式損壞站內通信信號設備及網絡通信設備，造成損失巨大，直接威脅鐵路正常的安全運輸生產。
一、對鐵路站場雷電防護的分析
鐵路站場設備遭受過電壓和過電流攻擊的途徑可分為直擊雷、感應雷、傳導雷、操作過電壓四種。結合站場設備的分布特點及雷電攻擊的途徑類型，鐵路站場雷電防護存在以下特點。
1. 鐵路站場占地面積較大，站場主要設備(如數字微波通信、車站數字通信分系統、站場廣播機、無線列調通信、平面調車通信、信號微機聯鎖等設備)集中在信號樓、通信樓。信號樓、通信樓的避雷針應能滿足對整個信號樓、通信樓區域的保護，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雷感應雷的良好導體。與道軌連接的相關鐵路信號設備，如信號機、軌道電路箱、道岔電動轉轍機等，將受到雷擊的嚴重威脅。
3. 信號樓微機聯鎖及通信機房、通訊樓通訊機房等重要區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房內部，從而引起對內部設備的損壞。當雷雨云之間、雷雨云對大地之間放電時，雷閃電流的高頻電磁場對暴露在空間或室內的電源線、信號線、數據線上產生遠遠超過設備抗電強度的感應雷擊過電壓，使設備損壞。
4. 雷電防護的原則是“等電位”。由于機房存在多類接地系統，其沖擊接地電阻不均衡，在雷擊發生時，雷電流引起地電位差，造成“地電位反擊”，使人員和設備遭受損害。
5. 操作過電壓引起的危害，如儲藏設備的開關、輸電線路的短路、周圍大容量設備運行時產生的工業干擾或操作過電壓在電源線上會產生5000~6000V、3KA的浪涌過電壓及浪涌電流，它們的竄入也會將信號樓、通信樓內的設備產生很大的破壞后果。
從以上分析中可以得出：為了提高鐵路站場建筑物安全及機房設備及計算機、通信網絡的運行可靠度，整個站場的雷電防護系統一定要有良好的避雷針、下引線和統一的接地網，采取完善的直擊雷防護措施。同時必須在車站的供電系統、天饋系統、信號采集傳輸系統、程控交換系統、計算機網絡系統、機房接地系統等進行可靠有效的防護，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。
基于以上分析，廣州江高某鐵路防雷選用了針帶結合作為直擊雷防護避雷針，選用世界一流的德國DEHN系列和AOTEM系列電源及數據信號防雷器件，對主要機房設備和重要終端進行雷擊電磁脈沖防護。
二、設計參照標準
鐵路站場綜合防雷的設計主要執行或參照以下標準：GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》2000年版、50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》、GA267-2000《計算機信息系統雷擊電磁脈沖安全防護規范》、 GB7450—87《電子設備雷擊保護導則》、GB50174-93《電子計算機機房設計規范》、 GB9361—88《計算站場地安全要求》等。鐵路站場雷電防護總的原則是經等電位連接，使過電壓(或電流)以最直接的路徑盡快泄漏到大地，達到保護設備的目的。電磁兼容防護總的原則是利用室內的金屬物有機地構成一個“法拉第籠”，進行接地連接。站場綜合防雷設計本著安全可靠、技術先進、經濟合理的原則，達到防御或減輕雷電災害、提高防雷安全度的目的。
三、直擊雷防護
(一)避雷針
到現在為止，防避直擊雷都是采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網作為接閃器，把雷電流接收下來，然后通過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度大大地降低，百分之百可靠的避雷裝置即使能做出來，造價也是十分昂貴的。
常用的接閃裝置，如避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網等，它們都是用金屬做成，安裝在建筑物的最高點，如屋脊或屋角等最易受雷擊的地方。避雷網是用金屬線造成的網，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。
當高空出現雷云的時候，大地上由于靜電感應作用，必然帶上與雷云相反的電荷，然而接閃設備（避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網等）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、以致接閃設備附近空間電場強度相對比較大，比較容易吸引雷電先驅，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)直擊雷防護方案
鐵路站場直擊雷防護重點區域是通信樓、信號樓和戶外岔群咽喉區設備。
1. 通信樓直擊雷防護。在安裝避雷針，避雷針安裝高度按滾球法則計算。針帶結合原則，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。避雷針可保護通信樓、部分鐵軌和場區部分咽喉區的部分信號機等鐵路設備，免受直擊雷的侵害。
2. 戶外岔群咽喉區直擊雷防護。鐵路站場岔群咽喉區的特點是設備分布較為集中，在岔群咽喉區附近各建立獨立防雷鐵塔，防雷接地裝置接地電阻小于10歐。對咽喉區內大部分的軌道電路箱、道叉電動轉轍機及信號機等設施進行了直擊雷的保護，免受直擊雷的侵害。
四、雷擊電磁脈沖防護
(一) 防雷器
選用世界一流的德國DEHN系列電源防雷器件和AOTEM系列信號防雷器件，對鐵路站場主要機房設備和重要終端進行雷擊電磁脈沖防護。
(二) 雷擊電磁脈沖防護方案
1. 對纜線布放和接地系統的要求
鐵路站場主要設備集中在信號樓、通信樓。雷擊電磁脈沖防護的重點是信號樓和通信樓內的敏感電子設備。在進行電源和信號線防雷器配置時，根據有關規范要求，應從以下幾個方面進行設計考慮。
(1) 電力電纜應埋地引入建筑物，電纜埋地部分不應小于15米(GA267-2000第 7、第8條)。室外衛星饋線和其它各種通信、信號電纜應采用具有雙層金屬防護層的電纜，其外層金屬防護層在頂部及進入機房入口處的外側應就近接地。當采用單層屏蔽電纜或無屏蔽線纜時，應穿金屬管或金屬線槽引入建筑物內，金屬管(或線槽)的兩端就近接地，金屬管 (或線槽)的連接處應有效跨接(GB50057-94第6.3.1條)。
因此，出入信號樓、通信樓的電力電纜(線)、通信纜線、信號電纜應采用金屬護套電纜或敷設在金屬管內，纜線金屬護套或金屬管應在頂部及進入機房入口處的外側就近分別接地；進入信號樓、通信樓低壓電力電纜宜全程埋地引入，其電纜埋地長度不應小于 15m；微波鐵塔上架設的同軸電纜應穿在金屬管內，金屬管應分別在上下端接地；進入機房的電纜橋架應屏蔽接地。
(2) 信號樓、通信樓應采用共用接地系統(GB50057-2010)第6.3.3條)。因此，一棟樓內的電子設備應共用一組接地裝置，應按均壓、等電位的原理，將工作地、保護地和防雷地組成一個聯合接地網。站內各類接地線應從接地匯集線或接地網上分別引入。通信樓的接地裝置應按照YD5068—98(移動通信基站防雷與接地設計規范)的要求予以改造。
2. 信號樓雷擊電磁脈沖防護
信號樓主要包括微機聯鎖設備、無線列調及平面調車車站電臺、計算機服務器、站場廣播機及車站數字通信分系統等設備。
針對信號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電源防雷器。需要注意的是第一級與第二級防雷器之間的線路應保持10m以上的距離。無線列調及平面調車車站設備，在天饋線進入調度機房入口與設備聯接處安裝GATE-N饋線防雷器，注意設備機殼及防雷器地線良好接地。一級防雷器前端均串接63A動力型空氣開關，二級防雷器前端均串接32A動力型空氣開關。
戶外信號機、道岔、軌道電路與室內相連的信號線，是重要的引雷路徑，需根據每一根信號線上電壓的不同相應安裝防雷器，分別選擇AT T385/P-C40系列防雷器進行防護：對于交流和直流220伏信號線采用AT T275/4P-C40電源防雷器進行防護；對于交直流10~24V信號線采用AT 24V進行防護；防雷器前端均串接32A動力型空氣開關。
由于信號設備的保護地與工作地嚴格分開，雷擊發生時，兩個地線系統可能出現瞬間電壓差，造成電子設備及人身的損壞和傷害。為了達到有效的防雷保護，在兩個地之間安裝等電位連接器TFS。其特點是：正常工作狀態下，兩地相互無干擾；雷擊狀態下，AT TFS迅速導通，兩地電壓均衡，消除反擊電壓；響應時間小，納秒級導通；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
針對通信樓電源分兩路架空引入，引雷幾率較大，低壓電纜應地埋15m以上引入通信樓，在主配電箱安裝兩套AT PORT/4P-B100第一級電源防雷箱。在數字微波入線端第二級電源防雷器AT T275/2P-C40。由室外引入的微波收發饋線均安裝GATE-N饋線防雷器。在電纜充氣設備電源入線端安裝第二級電源防雷器AT T275/2P-C40。在機房內安裝等電位連接排 ATK008，機房內所有設備的機殼及防雷器接地線都連接至等電位連接排上。所有設備的機殼均可靠接地，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動力型空氣開關。
4、監控系統防雷
監控系統由分布在室內外各處的監控攝象機通過視頻信號、控制信號傳輸至中心控制主機進行集中監控。為了防止雷電產生的感應過電壓和過電流，在所有監控設備的電源線入口、信號線連接的設備兩端均安裝相應的避雷器。值得一提的是監控系統中的前端攝象機分為室外安裝型和室內安裝型，室內型攝象機信號傳輸線纜和電源供給線纜均通過“地埋”方式布線，或受雷擊的機率少，遭受雷擊的機會較少，如果在工程資金有限的情況下，室內部分攝象機可以不考慮防雷保護。
中心監控室：
1、 第一級防雷：由于監控室處于室內，電源線路受太大雷擊的機會較少，對于新建筑物，監控室內第一級電源防雷可省（若安裝：AT PORT/4P-B100單相電源避雷箱）；
2、 第二級防雷：中心監控室電源配電箱處加裝第二級At T275/2P-C40單相電源避雷箱，保護全室內設備。
3、 第三級防雷：在主機、監視器、視頻切換器等電源插座處安裝第三級AT A6420NS電源防雷插座，實現濾波精細保護設備，同時防止瞬間電壓波動功能。
4、 視頻信號線路防雷：在視頻線上安裝AT BNC-VIDEO/A視頻信號避雷器；
5、 控制線信號線路防雷：在控制線上安裝AT KZ控制線信號避雷器；
室內外攝像槍防護：
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視頻信號避雷器；
3、 在控制線上安裝AT KZ控制線信號避雷器；
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
接地體選型
根據不同地理環境，接地體有多種形狀可選，根據實際經驗宜采用AT自動降阻接地模塊，安裝形狀為環形。
接地體要求
接地電阻要求：R≤1Ω。
接地體結構
接地體由于是獨立的接地裝置，所以適合以A型簡易結構建造。
接地體：沿大樓四周閉合環結構，接地材料埋于地下與引下線入地焊接相連接，雷擊電流由此發散到大地。通常用400CM×500CM×60CM自動降阻接地模塊AT和AT 優化深打接地棒Φ20mm×4500mm（4.5米長)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，以滿足國家防雷規范接地電阻R≤1Ω的要求。
六、售后服務條款
1、 標準地線裝置電阻三年內保證小于1歐姆。
2、 由本公司實施的防雷工程驗收合格后，我公司將定期于每年雷雨季節來臨之前免費上門檢測一次，以確保貴單位的防雷系統處于正常工作狀態。
3、 客戶要求現場技術支持時，需聲明正當理由和需支持的詳細內容，我公司將盡快指派技術支持人員提供協助。廣州市內現場技術支持反應時間不超八小時，如因特殊情況不能如期趕赴現場支持，我公司將與客戶聲明原因并協商具體解決方案。
4、 本公司長期免費為客戶提供技術咨詢服務，免費傳授防雷系統日常維護知識及檢測技術措施。
5、 本條款由廣州市奧天科技發展有限公司負責解釋，如有異議，請與我公司協商。
鐵路防雷系統防雷方案