浅谈信号电源防雷设计

牛舵

摘 要：随着铁路的高速发展，大规模的微电子产品在信号设备中广泛使用，使得信号设备对防雷的要求也越来越高，信号电源是信号设备能正常使用的保证，信号电源防雷的设计则显得尤为重要。

关键词：信号电源；防雷设计；技术

车站信号设备综合防雷系统根据信号设备所处的防雷区LPZ（Lightning Protection Zones-需要规定和控制雷击、电磁环境的区域）和位置以及抗过电压、过电流的能力，采取多种防雷措施，分区、分级设置防雷单元，使信号设备对雷电有系统防护能力。

车站信号设备遭受雷电的影响是多方面的，不可能通过简单的一、二种措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途徑，对各类可能产生雷击的因素进行排除，采用综合防治-接闪、均压、屏蔽、接地、分流等措施才能将雷害减少到最低限度。在进行防雷系统设计时，不但要考虑防直接雷击，还要防雷电电磁脉冲、雷电电磁感应和地电位反击，因此，必须采用外部防雷和内部防雷等措施进行综合防护，才能达到预期的效果。信号电源防雷设计属于信号室内设备防雷的范畴。

信号电源是信号的心脏，对信号电源做好防雷设计则显得尤为重要，从系通安全、可靠运行的因素考虑，铁路信号电源应采用三级防雷措施：第一级（I级）信号电源引入处（电力配电盘、信号机械室外），第二级（II级）电源屏电源引入侧（信号机械室电源开关箱内），第三级（III级）设在微电子设备处。

1 第一级防雷设在户外交流电源馈线引入出

采用通流容量为40kA的双路三相（或单项）电源全保护模式电源防雷箱，目的是将沿电源线路侵入的大部分雷电阻止在信号建筑物之外。这一级通常由电力专业实施。该防雷箱采用L（相线）-L、L-PE（保护接地）和N（中性线）-PE全模防护模式，并具有故障声光报警、雷电计数和状态显示功能。主要防护指标为冲击通流量不小于40kVA，限制电压小于或等于1500V，泄露电流为0，响应时间为100ns，防雷箱内所采用的防雷单元具有阻断续流并能实现热插拔。自带热脱扣装置，当处于劣化或损坏状态时，可立即自动脱离电路并给出劣化指标且不会影响电源设备正常工作，符合故障导向安全原则。第一级（I级）信号电源防雷由电力专业设计、施工。

为将沿电源线路侵入的雷电流直接泄放入地，在防雷箱下方设置专用的接地汇集线，并采用截面积不小于25mm2有绝缘外护套的多芯铜导线与环形接地装置单点冗余连接。

防雷箱安装时可采用直接并联式或凯文式安装方式。如采用直接并联式安装方式，则相线连接在总配电箱主开关之后，电源相线和中性线截面积宜采用16mm2，连接长度要求小于0.5m，地线直接接在下方专用接地汇集线上，地线截面积采用25mm2，连线长度小于1m。

对于稳定工作电流小于100A的场所可采用凯文式安装方法，即电源相线和中性线先引到防雷箱内上方的接线端子上，再从连接端子引出接到电源屏，电源相线和中性线线径要求与进线一致，连接长度不做要求。地线直接接在先放专用接地汇集线上，地线截面积采用25mm2，连接长度要求小于1m.左图为信号电源第一级防雷保护示意图。

2 第二级电源防雷设在信号电源屏电源引入之前

进一步分流残余雷电流并将雷击残压控制在电源屏可以承受的范围之内。第二级电源防雷箱技术标准同上述第一级一致，冲击通流容量不小于20kA，限制电压小于或等于1000V，但要注意第二级的防雷箱所用的空气开关要与第一级电力空气开关相配。

3 第三级电源防雷设在微电子设备及UPS电源前方

采用L（相线）-N、L-PE（保护地线）和N（中性线）-PE全模防护模式，防雷单元主要主要防护指标为：冲击电流容量为大于或等于10kA，限制电压小于或等于500V，泄露电流为0，响应时间为100ns。当处于劣化或损坏状态时，应能立即自动脱离电路并给出劣化指标，且不会影响电源设备正常工作，符合故障导向安全原则。该级建议由微电子设备供货商提供。

4 防雷单元安装时可采用直接并联或凯文连接方式

防雷单元连接线长度要求小于1m，当小于0.5m时，科采用直接并联方式，当在0.5～1m时，应采用凯文连接方式。地线线径采用10mm2。

5 室内信号电源防雷单元（SPD）应按表选取冲击容量和限制电压

信号电源的SPD采用压敏电阻串放电管纵横向防雷设置。当电网由于雷击而出现瞬时脉冲电压时， SPD应在最短的时间内（纳秒级）能将被保护电路连入等电位系统中，使设备的各端口等电位，同时将电路上因雷击和其他原因而产生的大量脉冲能量短路泄放到大地，降低设备各接口端的电位差，从而保护电路上的设备。雷击过又恢复为高阻状态而不影响用户设备的供电。

图2 SPD工作原理示意图

对于单相稳定电流小于100A的机房，电源线与防雷箱的连接线长度不得大于0.5m，受条件限制连接线长度大于0.5m时，应采用凯文接线法连接。防雷箱接地线必须与电源保护地线连接，信号电源防雷保护地线应接入独立的电源基地汇集线，电源接地汇集线直接与水平接地装置连接。I级与II级配线长度不应小于5m，如果小于5m，采用补充至5m长电源线的方式达到退耦的作用。II级与III级配线长度不应小于5m。连接线应采用截面积不小于10 mm？的多股绝缘软线。

参考文献

[1]铁路信号设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006.

[2]铁路信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件[S].北京：中国铁道出版社，2003.