雷电电磁脉冲干扰对铁路信号系统的影响分析

赵红芳

固安信通信号技术股份有限公司 河北 固安 065500

正文：

1 概述

铁路信号设备是铁路系统运行中至关重要的一种设备，其直接关系着铁路车辆的行车安全及行车速度。当前，随着我国铁路建设行业的快速发展，铁路信号设备也得到了很大程度的发展，以电子以及电子技术为基础的铁路信号设备得到了广泛的应用。因为电子设备是处于弱点工作环境的，所以，在实际运行的时候，很容易受到电磁脉冲的干扰，甚至会导致击穿损坏问题的发生。在雷击发生时，雷击所产生的电流会通过电源系统、信号传输通道直接进入到通信信号设备中，不仅会导致大量的经济损失，还会给铁路信号系统的正常运行带来极大的影响，严重威胁铁路的安全运输。所以，应采用先进的防雷技术来对铁路信号设备进行防护，防止其在运行过程中受到雷击破坏。

2 直击雷

直接击中线路设备或者终端设备的雷电就是直击雷，这种雷电的电压比较高，会给设备带来非常严重的破坏，不过直击雷的频度并不高。

地闪直击雷的产生过程是：当雷云很低周围又没有异性电荷雷云时，就在地面的凸表面(野外的任何物，如人、建筑物等)上感应异性电荷，当此间的电场强度达到一定值时，就会击穿空气对上下级点放电，雷电流经此点泄放入大地，如果没有适当的避雷措施，铁路系统的架空接触网等很可能是直击雷的目标，这时电压可高达5000kV，雷电流可高达数十千安。

3 感应雷

感应雷是在雷云形成过程中产生的，感应雷的电压是与雷云产生时对地电流有关的，雷云对地放电电流高则感应雷的电压高，雷云对地放电电流低，那么感应雷的电压也比较低。同时，其电压的高低还会受到雷击点与线路的位置、雷击点的周边环境等因素的影响，所以，感应雷的电压动态性比较强，很难对其电压进行准确的判断。

4 雷击过电压侵入信号设备途径

不同的信号设备其工作环境以及控制条件也是各不相同的，因此，信号设备遭受雷击的途径也是存在着很大差异的，为了保证信号设备能够正常运行，防止其受到雷电的袭击，必须要对雷电袭击途径进行充分的掌握，并根据各种雷击途径，来采取相应的防雷措施。信号设备的雷击途径主要包括以下几种：

（1）由信号交流电源系统侵入

当雷电袭击自动闭塞高压电源架空线路的时候，高压线会产生对地过电压，这一电压的出现，会给绝缘设备以及变压器设备带来非常严重的威胁。同时，雷电的冲击波还会给信号线路产生一定会的影响，从而影响信号设备的正常运行。

（2）由架空条件线、控制线系统侵入

由架空条件线、控制线系统侵入自动闭塞、半自动闭塞、调度集中以及信号遥控与监督等设备的信号条件线、控制线，通常情况下，非电化区段都会采用架空线，且都是架设在自动闭塞高压信号线路上的，由于其常年暴露在外，所以很容易遭受雷电的袭击。

（3）由轨道电路系统侵入

铁路轨道电路通常都是采用钢轨来作为传输线，并通过钢轨来传输信息，钢轨一般都是安装在道床上，路肩比较宽，且覆盖有很厚的石渣，所以钢轨的高度高出地面很多，在雷雨天气下，很容易遭到雷电的袭击，同时，还有的钢轨直接设置在水平面上方的桥梁上，更是加大了雷电袭击概率。

虽然轨道电路都是安装在钢筋混凝土轨枕上的，不过，由于轨道电路的长度比较长，且在运行过程中会出现一定程度的电容泄漏，所以，当轨道遭受雷电袭击时，很难将雷电从轨道中泄放出来，雷电冲击波会在轨道中传送很长的一段距离，这对于低电压运行的轨道来说，具有着非常大的威胁，而轨道作为信息传输渠道，其所遭受的电击也会给整个铁路信号系统带来严重的影响。

（4）雷电电磁场

上述几条雷电袭击途径都是传导性的，而雷电所引起的电磁场是不需要传输介质的，可以直接在空间中传播，雷电电磁场的产生也会给信号设备产生一定会的影响，会使电气设备中的PCB板线路以及元件产生一定的感应电压，可能损坏设备，实验数据表明，设备（包括靠近设备的元器件）处在2.4GS的电磁场中时会对设备造成永久性损坏，设备（包括靠近设备的元器件）处在0.07GS的电磁场中时设备会产生误动作。

因此，雷击时处在引下线（明设在引下线或建筑物立柱内的钢筋）近的设备是不安全的。总之，雷电电磁场的危害最终还是使设备及线路感应形成的过电压危害到设备的安全运行。

5 结语

当雷击产生时，大量的雷击电流会通过引下线直接泄入到大地中，并在接地周边产生一定的放射性电位分布，如果附近有电子设备或者其他设备的话，电流将会被引入到设备中，从而改变设备原有的电压，给设备带来极大的损坏。为了避免雷击给设备带来严重的损坏，应采取等电位连接措施，从而防止雷击引发电位差。首先需要对电源线、信号线、金属管道以及接地线进行等电位连接，其次需要对内层保护区界面进行等电位连接，并保证等电位连接棒之间的相互连接，最后需要将所有的等电位连接棒与主等电位连接棒连接。此外，可以采用金属部件以及钢筋笼，来构成不规则的法拉第笼，从而消除雷电引起的毁坏性的电位差,实现信号设备的有效保护。