摘要:雷击发生时,雷击放电诱发雷击电磁脉冲过电压和过电流,经站场电源系统、通信信号传输通道、接地系统及建筑物直击雷防护系统,通过传导、感应的方式损坏站内通信信号设备及网络通信设备,造成损失巨大,直接威胁铁路正常的安全运输生产。
关键词:铁路通信;雷电;防护设计
1 铁路站场雷电防护的分析
铁路站场设备遭受过电压和过电流攻击的途径可分为直击雷、感应雷、操作过电压三种。结合站场设备的分布特点及雷电攻击的途径类型,铁路站场雷电防护存在以下特点。
1.1 铁路站场占地面积较大,站场主要设备(如数字微波通信、车站数字通信分系统、站场广播机、无线列调通信、平面调车通信、信号微机联锁等设备)集中在信号楼、通信楼。信号楼、通信楼的避雷针应能满足对整个信号楼、通信楼区域的保护,有效防止直击雷的袭击。
1.2 铁路道轨是接受直击雷和传导雷感应雷的良好导体。与道轨连接的相关铁路信号设备,如信号机、轨道电路箱、道岔电动转辙机等,将受到雷击的严重威胁。
1.3 信号楼微机联锁及通信机房、通讯楼通讯机房等重要区域的户外线路可能遭受到直击雷后,线路中的大电流串入各机房内部,从而引起对内部设备的损坏。当雷雨云之间、雷雨云对大地之间放电时,雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间或室内的电源线、信号线、数据线上产生远远超过设备抗电强度的感应雷击过电压,使设备损坏。
1.4 雷电防护的原则是"等电位"。由于机房存在多类接地系统,其冲击接地电阻不均衡,在雷击发生时,雷电流引起地电位差,造成“地电位反击”,使人员和设备遭受损害。
1.5 操作过电压引起的危害,如储藏设备的开关、输电线路的短路、周围大容量设备运行时产生的工业干扰或操作过电压在电源线上会产生5000~6000V、3KA的浪涌过电压及浪涌电流,它们的窜入也会将信号楼、通信楼内的设备产生很大的破坏后果。
从以上分析中可以得出:为了提高铁路站场建筑物安全及机房设备及计算机、通信网络的运行可靠度,整个站场的雷电防护系统一定要有良好的避雷针、引下线和统一的接地网,采取完善的直击雷防护措施。同时必须在车站的供电系统、天馈系统、信号采集传输系统、程控交换系统、计算机网络系统、机房接地系统等进行可靠有效的多级综合防护。
2 信号系统雷电防护设计
2.1 天馈系统防雷
标准规定 :根据GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第5.4.3条的要求,天馈线路的防雷与接地应符合下列规定:(1)架空天线必须置于直击雷防护区(LPZ0B)内。(2)天馈线路浪涌保护器的选择,应根据被保护设备的工作频率、平均输出功率、连接器形式及特性阻抗等参数,选用插入损耗及电压驻波比小适配的天馈线路浪涌保护器。(3)天馈线路浪涌保护器,宜安装在收/发通信设备的射频出、入端口处。(4)具有多副天线的天馈传输系统,每副天线应安装适配的天馈浪涌保护器。当天馈传输系统采用波导管传输时,波导管的金属外壁应与天线架、波导管支撑架及天线反射器作电气连通。并宜在中频信号输入端口处安装适配的中频信号线路浪涌保护器,接地端应就近接地。
设计依据 :根据GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
实施方法: 在距离天线3.5米的距离安装足够高的避雷针对天线进行直击雷保护。避雷针的金属杆应与天线金属支架焊接。
根据被保护设备的工作频率、平均输出功率、连接器形式及特性阻抗等参数,在数字微波通信、站场广播机、无线列调通信等系统的天馈线路,选用符合参数要求的DGA AG系列天馈电涌保护器,安装于收/发通信设备的射频出、入端口处。对采用波导管传输的天馈系统,波导管的金属外壁应与天线架、波导管支撑架及天线反射器作电气连通。并在中频信号输入端口处安装适配的中频信号线路浪涌保护器,其接地端应就近接地。
2.2 计算机网络系统防护
设计依据 :根据GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
实施方法 :在以太网络服务器通讯线路由器前及网控器的PSTN外线接入网网线上各安装一套 DPA M CAT6 RJ45S 48计算机网络通信线电涌保护器,用于服务器网络通信线路的防雷保护。
在网络交换机通讯系统进线端分别安装一套DPA M CAT6 RJ45S 48计算机网络通信线电涌保护器,用于各设备网卡及通信线路的防雷保护。对电话接入的帧中继线路采用一套DPA M CLE RJ45B 48电话通信线电涌保护器,用于帧中继通信线路的防雷保护。网络间传输使用的光纤无须进行防护,但是光缆的金属加强筋需要做接地。
2.3 电话通信系统的防护
设计依据:根据GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
实施方法 :在有线话音通信系统,与程控交换机连接的线路有电话外线上各安装一套DPA M CLE RJ45B 48电话通信线电涌保护器,用于电话通信线路的防雷保护。
在重要会议室内外线、重要管理人办公室内外线、重要实验机构办公室内外线及区域值班室内线电话通讯线上各安装一套DPA M CLE RJ45B 48电话通信线电涌保护器,用于电话通信线路的防雷保护。
2.4 站场通信系统的防护
设计依据 :根据GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:防雷设计;GB 50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:SPD 的选择;第5.3条:信号线用SPD;第5.5条:计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
实施方法 :在无线通信系统,与站场电台主机连接的天线进线处安装一套DGA AG馈线电涌保护器,其SPD的参数要与该系统的主机参数匹配,用于站场电台的防雷保护。
在站场无线通信室的电源供电部分做到三级保护,在通信柜里串联安装 DR M 2P 255,其残压在1250V下(8/20uS);精细保护通信设备。