上海局车站信号设备综合防雷工程技术方案(069)

【上海铁路局车站信号设备综合防雷工程技术方案】上海铁路局车站信号设备综合防雷工程技术方案上海铁大电信设备有限公司2006-9目录一总则1概述2综合防雷设计引用标准及规范3综合防雷系统设计指导思想二雷电的形成机理及防护的基本概念1雷电的形成及危害2雷电电磁脉冲侵入信号设备的主要途径3雷电分区防护的概念4综合雷电防护的基本技术三综合防雷系统防护措施1综合防雷系统概述2综合防护措施四防雷工程技术方案1改善信号楼机房所处电磁环境2分区分级防雷保安器的设置3合理布线的技术要求五防雷工程技术要求1铁路信号设备用防雷元件的基本要求2应用SPD的技术要求3安装SPD的技术要求4引用导线规格要求六防雷系统的维护和管理1防雷系统的维护2防雷系统的管理一总则1概述随着铁路设备的更新换代，铁路信号微电子设备得以广泛应用，在积极推动信号技术装备现代化进程的同时，随着电务系统电子设备的普及，雷电对电务设备的影响亦越来越大，直接影响到行车安全和效率。计算机联锁系统是微电子技术在车站联锁系统的应用，雷电侵袭设备的后果严重，一旦发生设备雷击损坏的情况，不但造成较大的经济损失，威胁信号楼机房设备和维护人员的人身安全，而且还对铁路系统调车编组的正常运转造成较大的影响，因此原有基于继电联锁的雷电防护已不适应新设备应用的需要，这就对防雷设计提出了更高的要求，因此针对雷电防护的专项工程必须全面考虑雷电侵害的影响，进行系统的、立体的综合防护。全路电务跨越式发展工作会议明确指出，传统的防雷系统设计标准低，元件质量差，要求全面加强信号系统防雷，增强信号系统的雷电防护能力。为统一铁路信号设备电磁兼容性及雷电电磁脉冲的防护标准，提高信号设备抵抗电磁干扰能力，防止或降低雷电的危害，保证信号设备安全工作，铁道部2006年4月制定了铁运（2006）26号《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》。我们公司多年来一直从事系统防雷的研究，目前已经形成一套完善的防护系统，公司具有专业防雷乙级设计、施工资质，拥有多支经验丰富的防雷工程施工队伍。我们公司还是目前唯一一家通过“铁路信号微电子设备防雷系统”部级技术鉴定的单位。2综合防雷设计引用标准及规范2.1铁运（2006）26号《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》为统一铁路信号设备电磁兼容性及雷电电磁脉冲的防护标准，提高信号设备抵抗电磁干扰能力，防止或降低雷电的危害，保证信号设备安全工作，铁道部2006年制定本实施指导意见。2.2TB/T3074—2003《铁路信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件》本标准规定了铁路信号设备对雷电电磁脉冲诱发的过电压和过电流安全防护的基本原则和防护技术要求。不考虑雷电直接击中信号设备的防护。本标准适用于铁路信号设备本身对雷电电磁脉冲诱发的过电压和过电流的防护，不适用于铁路信号设备所处场地建筑物对直击雷的防护。2.3TB/T2311—2002《铁路电子设备用防雷保安器》本标准规定了铁路电子设备用防雷保安器的定义、分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存。本标准适用于含有电子及微电子器件的铁道通信设备、信号设备、计算机信息系统设备为防止雷电电磁脉冲感应过电压损害的防雷保安器的制造、维修和检验。2.4GB50057—94（2004版）《建筑物防雷设计规范》为使建筑物（含构筑物）防雷设计因地制宜地采取防雷措施，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和财产损失，做到安全可靠、技术先进、经济合理，制定本规范。本规范适用于新建建筑物的防雷设计。建筑物防雷设计除应执行本规范的规定外，还应符合国家现行有关标准和规范的规定。2.5GB50343—2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》本规范主要对微电子信息系统综合防雷工程的设计、施工、验收、维护与管理作出规定和要求。2.6GB50174—93《电子计算机机房设计规范》为使电子计算机机房设计确保电子计算机系统稳定可靠运行，保障机房工作人员有良好的工作环境，做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量，制定本规范。本规范适用于陆地上新建、改建和扩建的主机房建筑面积大于或等于140M2的电子计算机机房设计。2.7铁运[2000]14号《中国铁道部技术标准—信号维护规则》本标准为信号设备维护技术标准的基本规章，是维护及评定质量的依据。本标准适用于标准轨距营业铁路的信号设备，主要为《铁路技术管理规程》第三章中规定的内容。2.8IEC61312—1《雷电电磁脉冲的防护》第一部分：一般原则本标准为建筑物内或建筑物顶部信息系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护提供信息。2.9IEC61312—2《雷电电磁脉冲的防护》第一部分：建筑物在受到直接雷击和邻近雷击情况下内部的电磁场本标准提供在直接雷击和邻近雷击情况下，对装有信息系统（如电子系统）的建筑物评估其抗LEMP屏蔽措施的效率的方法。3综合防雷系统设计指导思想3.1整体防护，综合防护概念；3.2分区防护、分级、分设备防护；3.3技术先进，安全可靠，符合故障导向安全原则；3.4系统维护少，维修成本低；3.5系统结构简单，现场设备少，方便施工。二雷电的形成机理及防护的基本概念1雷电的形成及危害1.1自然界强大的脉冲放电过程，雷电除直击雷造成的危害外，伴随雷电流发生过程，会在一维通道四周的三维空间引发强烈瞬变的雷电电磁脉冲（LEMP）。1.2无论是闪电在空间的先导通道或回击通道中闪电产生的迅变电磁场，还是闪电进入地上建筑物的避雷针系统以后所产生瞬变的电磁场，都会在空间一定范围产生电磁作用，在三维空间范围里对一切电子设备发生作用。1.3随着计算机和计算机网络系统等微电子设备的发展，对磁场的敏感程度又有提高，给人们造成的影响是雷暴日没有增加但雷害却呈上升趋势。2雷电电磁脉冲侵入信号设备的主要途径2.1直击雷：雷电直击信号设备附近的构筑物、地面突出物或大地时，LEMP在信号系统中产生过电压和过电流。2.2感应雷：雷电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可使各金属部件之间产生火花。2.3雷电波侵入：由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线、线路传导侵入信号系统内的过电压和过电流。2.4地电位反击：雷击时，雷电流进入接地装置引起地电位升高，由于各接地体间电位不等，在信号系统接地导体和其它导体间产生的反击。雷电电磁脉冲侵入信号设备的主要途径室外传输线路遭受雷击闪电带来的电磁脉冲辐射地电位反击被保护设备3雷电分区防护的概念分区防护是指以IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》为标准，将雷电保护区域划分为几个保护区，不同防护区域根据电磁兼容要求，确定防雷保安器安装位置，根据不同的设备，选择不同规格不同等级的防雷保安器，保证使各个区域分界处的雷电冲击能量依次递减，最终保证设备所受到的冲击低于其承受水平，达到雷电防护的目的，雷电防护区可按如下划分：3.1LPZ0A（直击雷非防护区）：本区内的各类物体完全暴露在外部防雷装置的保护范围之外，都可能遭到直接雷击，本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减，属完全暴露的不设防区。3.2LPZ0B（直击雷防护区）：本区内的各类物体处在外部防雷装置保护范围之内，应不可能遭到大于所选滚球半径雷电流直接雷击，但本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减，属充分暴露的直击雷防护区。3.3LPZ1（第一屏蔽防护区）：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各类导体的电流比LPZ0B区进一步减小，且由于建筑物的屏蔽措施，本区内的电磁场强度也已得到了初步的衰减，一般为加设了外部屏蔽的信号楼内。3.4LPZ2（第二屏蔽防护区）：为进一步减小所导引的电流或电磁场而增设的后续防护区，如设屏蔽的微机机房，屏蔽可把闪电引起的脉冲电磁场从空间入侵的通道阻隔起来。4综合雷电防护的基本技术4.1传导（Conducting）传导是外部防护、防范直接雷击的主要措施。接闪器（避雷针、避雷带和避雷网）将闪电的巨大能量引导到大地下消耗掉，不使它对被保护的对象产生破坏作用。但是引导闪电入地的导线上要通过巨大雷电电流，会产生感应电磁场，也可能损坏设备。传导技术必须与其他防雷措施综合使用，才能使被保护的设备处于安全状态。4.2分流（Dividing）即暂态等电位连接，对于远处落雷产生的雷电电磁脉冲在电力线、电话线、信号线或者这类电缆的金属外套等上感应的沿导线入侵的电压波，用防雷保安器分流入地。针对不同的站（场）和信号电路结构，需要考虑选用不同的优质防雷保安器（SPD）。4.3接地（Grounding）接地是将雷电流的能量泄放入地，要求接地电阻小，是防雷工作的重点、难点。在信号楼的建设中，一定要有一个良好的接地系统，因所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地，从而保护设备和人身安全。如果接地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防干扰的屏蔽问题、防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。一般信号楼的接地系统有：防雷地、安全地、屏蔽地、逻辑地等，有的还要求另设专用独立地，然而，各地必须独立时，如果相互之间距离达不到规范要求的话，则容易出现地电位反击事故。因此，系统防雷采用的共用接地系统，如实际情况不允许直接连接的，可通过电位均衡器实现等到电位连接。4.4屏蔽（Shielding）用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来，把闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道阻隔起来。4.5等电位连接（Bonding）将各种金属物用金属导体连接，以保证等电位,消除电位差。等电位连接是防雷措施中极为关键的一项，可以消除因地电位骤然升高而产生的“反击”。等电位连接是内部防雷措施的一部分，是用连接导线或过电压（电涌）保护器，将处在需要防雷空间内的防雷装置和建筑物的金属构架、金属装置、外来导线、电气装置、电信装置等连接起来，形成一个等电位连接网络，以实现均压等电位，其目的在于减少雷电流所引起的电位差。三综合防雷系统防护措施1综合防雷系统概述综合防雷系统是指建筑物采用外部和内部防雷措施构成的防雷系统，根据铁运（2006）26号文件《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》，铁路信号设备雷电防护应采取综合防护的方法，主要为三个方面：改善电磁兼容环境条件，包含屏蔽、等电位设置以及合理布线；分区分级设置防雷保安器；良好接地措施。面向EMC的雷电电磁脉冲防护改善电气、电子设备所处场地电磁环境建筑物的外部防护建筑物的内部防护接闪系统（避雷网、带，必要时避雷针）电气、电子设备入口设置浪涌保护器（防雷保安器）建筑物结构金属网（混凝土内的钢筋网或其他金属格栅）既为外部防护接闪器引下线，又是建筑物屏蔽层等电位连接，包括进入建筑物金属设施（管道等）接地汇集线地网系统雷电电磁脉冲安全防护框图2综合防护措施2.1外部防雷措施：主要用于防直击雷，并改善信号设备所处场地及机房电磁环境条件，包括以下防护项目：信号楼顶接闪器（避雷网、带）设置信号楼外部引下线设置信号楼外部综合接地网2.2内部防雷措施：主要用于减小和防止雷电流在需防护空间内所产生的电磁感应，包括以下防护项目：微机机房屏蔽设置接地汇集线及室内外等电位连接分区分级设置防雷保安器合理布线2.3共用接地系统：外部防雷措施和内部防雷采用共用接地系统，形成整个防雷系统的等电位。四防雷工程技术方案1改善信号楼机房所处电磁环境外部防护措施是根据“法拉第”均压原理，将信号设备机房建筑物设计成一个屏蔽笼式结构，保证楼层内各点电位分布均匀，为电子设备提供耐电冲击和抗电磁干扰的运行环境，并提供一个综合接地网。法拉第笼由屋顶避雷网、避雷带和引下线、微机机房屏蔽和综合接地系统构成。（1）信号楼直击雷防护和机房屏蔽设置1.1信号楼顶避雷网、带的设置信号设备机房建筑物考虑防直击雷，其接闪装置采用避雷网、避雷带。信号楼顶采用明装避雷网，采用40mm×4mm热镀锌扁钢在楼顶上平铺成3m×3m方形网格构成，网格交叉处焊接，避雷网每隔3m与避雷带焊接连通。热镀锌钢材的镀层厚度为20～60μm。避雷带采用40mm×4mm热镀锌扁钢沿屋顶周边设置一圈，距墙体