铁路信号设备的防雷与接地研究

许锦江

（中国铁路北京局集团有限公司天津电务段，天津 300143）

目前，在电子信息技术不断发展的过程中，铁路信号设备也日趋信息化与现代化。铁路信号设备在实际应用过程中容易受到雷电等自然条件的影响，容易发生信号故障，影响铁路的安全运行。因此，加强对铁路信号设备的维护与管理，强化防雷与接地的研究，不断完善防雷与接地系统，使得铁路信号设备使用的可靠性与稳定性更强，使得铁路的运行更加高效与安全，为人们的日常出行提供更加便利且安全的条件，对于社会经济的发展起到积极的促进作用。

1 铁路信号设备防雷概述

1.1 铁路信号设备的概念及内涵

铁路信号设备主要指的是以仪表、灯具、标志物或者音响等设备，其向铁路行车人员传送铁路车辆的相关指标、运行状态和条件等。铁路信号设备的作用主要对铁路行车或者调车作业提供安全的条件。早期的铁路信号相对较为简陋，而当前的铁路信号则以电子设备为主，通过调度集中控制、集中联锁、自动闭塞等设备的配备，能够更好地提升铁路信号设备应用的可靠性与安全性。

铁路信号设备作为铁路有序、安全运行的重要环节，如果其出现故障，就容易造成非常大的伤害，严重时会对人们的生命、财产、安全带来威胁。而影响铁路信号设备性能的自然因素主要就是雷电，强化铁路信号设备的防雷与接地，能够保障铁路信号的稳定性，提升铁路的行车安全。图1 为铁路信号设备。

图1 铁路信号设备

1.2 常见的雷害类型分析

常见的雷害类型有直接雷与感应雷之分，了解与掌握两种雷害类型及其内容，能够对铁路信号设备防雷与接地研究提供必要的参考与依据。表1 为雷害的类型。

表1

1.3 雷电侵入信号设备的途径分析

雷电侵入信号设备的途径大体分为3 种：第一种是交流电源；第二种是轨道电路；第三种是电缆。这3 种途径会导致雷电的侵入，也都会对信号设备产生不同程度的影响。表2 为雷电侵入信号设备的途径分析。

表2

1.4 信号设备防雷要求分析

雷电活动的地区，有电子设备、交流电源外线、遥信遥控设备、轨道检查装置等与外线连接的信号设备都必须要安装防雷设备，且由于雷电活动的区域不同，其安装的防雷设备以及防雷措施也不尽相同。在防护信号设备时，被防护设备与防雷设备之间要保证绝缘匹配，保证雷电感应电压约束和保持在被保护的信号设备的冲击耐压水平之下。通常情况下，防雷装置不能对铁路信号设备的正常运行产生影响。当受到雷电干扰时，其信号设备也不应该发出错误信号、做出错误动作。如果应用多级防护时，每一级防护的元件都要得到合理、科学的配置与安排。与此同时，防雷元件用于外部防护时，要在线路的终端安装防雷元件，且安装时要保证可靠、牢固、安全，便于集中安装和检测。除此之外，在铁路信号设备的外部防雷体系中，防雷保护不仅是外部保护，也有内部保护，外部保护主要是保护建筑物，防止雷电击中引起人身安全和火灾事故，内部防护则是防止雷击感应以及雷电侵入对内部设备产生损害，这是外部防雷系统无法给予的保护。因此，在铁路信号设备防雷保护，运用防雷接地技术来对信号设备的内外部予以防护，最大化地提升防雷与接地防护效果。

2 分析铁路信号设备防雷与接地的重要意义

铁路是人们重要的交通出行方式，也是我国交通运行的重要内容与组成部分。铁路行车的安全直接关系着人们出行的安全，因此，全面优化和保障铁路的行车安全非常重要。在铁路行车时，如遇到雷电等恶劣天气时，铁路信号设备的防雷接地系统受到雷击，其会产生雷电放电、电磁脉冲以及雷电过压，当雷电过压、电磁脉冲等通过金属管道或者电缆时就容易产生电磁，而这种电磁会对各类弱点设备产生较为严重的干扰，使得整个铁路运行系统受到影响。一般情况下，防雷接地系统受到雷电电击，产生一定数量的冲击电压和局部放电的情况，这会对设备的绝缘产生影响。与此同时，雷电流会通过避雷针引下线入地时，会有暂态电磁场产生，其会导致铁路信号设备产生暂态电压，会对设备的运行产生影响。面对雷击对铁路信号设备产生的影响和损害，加强对铁路信号设备的防雷与接地研究，帮助铁路信号设备有效的发挥信号指示作用，为铁路的安全运行奠定基础。

不仅如此，加强对铁路信号设备防雷与接地研究，优化铁路防雷接地系统，强化对铁路运行电磁环境的改善、优化外部防护措施、合理配置避雷针等，能够保障铁路信号设备作用与价值的发挥，对铁路行车与调度的安全提供更加坚实的保障。

3 铁路信号设备防雷与接地的方略探究

由于铁路信号设备容易受到雷电等自然环境的影响，如果防雷与接地系统不进行优化，势必会对铁路信号设备的有效运行与作用发挥产生影响。因此，重视并优化防雷与接地策略与方法的优化，从多方面和角度来改善防雷接地系统，增强信号设备防御雷电击的效果，防止信号设备受到雷电击，对设备的信号、性能产生不良影响。下面对铁路信号设备防雷与接地的实际优化策略与方法展开具体的探讨和研究。

3.1 重视电磁环境的改善与优化

由于铁路信号设备在实际应用过程中对于电磁环境的要求相对较高，特别是铁路运行系统中的弱电设备，其灵敏度非常高，一些微小的电流都会对弱电设备产生影响。同时，雷电的电磁波磁场很大，为了能够提升防雷体系的稳定性，优化弱电设备的感应非常必要。为了防止弱电电磁感应不受到雷电的干扰和影响，从防雷设备自身的工作原理来分析，其内部原理比较简单，但是其在运行和工作中的情况是多变且复杂的，需要对信号的接收情况以及地形情况进行全盘考虑，最大化地规避防雷设备受到雷电击的影响。在优化与改善电磁环境时，为了能够顺利地将雷电引至地下，提升对防雷设备的电磁波接收能力，且工作人员优化调度工作，能够有效提升铁路信号设备的防雷接地效果。为了保障各类弱电设备不受干扰，可以采用多种方式来进行规避。

（1）运用较多的分支接地引下线来减小引下线通过的电流，使得电流的磁场影响降低，保障铁路信号设备的信号免受电磁干扰；（2）重视电源与电源、信号与信号之间的屏蔽，通过改善材质、增加距离的方式来改善平布方式，使得信号间、电源间的干扰程度降低，并通过适当增加电源线、设备信号线的间距来减少电磁波的影响；同时，也可以运用双层屏蔽的材料来进行电磁屏蔽，以此来达到很好的屏蔽效果；（3）将控制室进出的所有电缆均换成屏蔽电缆，且与屏蔽层共用一个接地网，进而有效地减少电磁对铁路信号设备的影响。

3.2 重视防雷设备线路的合理布局与外部的科学防护

为了能够保障铁路信号设备的正常运行，防雷设备的安装与防护非常重要。防雷设备主要通过防雷技术及现代电学技术综合应用，以此来防止雷电击中的设备。防雷设备在连接电缆的过程中会通过传导的形式将电磁转移，使得信号设备免受干扰。可见防雷设备的线路是重要媒介和转移电磁的载体。由于电缆自身并不能够承受较高的电磁冲击，防雷设备可以通过变压器将雷电的电压予以转换，而在转换雷电电压时，需要对线路进行科学布局与合理敷设。防雷设备的线缆需要定期的检修，在敷设线缆时也要进行科学分配，使其灵敏度得到最大化地保障，使得电磁波能够通过防雷设备完全传导到地下。与此同时，在配备防雷设备时，信号接收器是必须安装和配备的，其能够推动电磁波接收有效性的提升，对于一些山区等雷电易发区，使用信号接收器要注意安全，保护好防雷设备，进而实现对铁路信号设备的防护。

此外，由于雷电会严重干扰铁路信号设备，如果电流进入防雷设备后没有进行有效且及时的处理，一方面会对防雷设备产生损坏，另一方面，也会对铁路信号设备产生威胁，因此，在防雷设备的外部做好防护工作也是非常必要的。防雷与接地的工作人员在安装防雷设施时，要科学选择区域和建筑物，防止雷电干扰，这样能够更好地规避雷电干扰问题，使其抗雷电能力得到大大提升。

3.3 重视防雷接地技术的科学选择与应用

在铁路信号设备的防雷与接地上，国际上常用的技术有很多，结合铁路实际运行情况来进行防雷接地技术的科学选择，对于提升设备的防雷效果非常有利。由于当代的铁路信号设备愈发数字化与信息化，很多铁路信号设备的功率地线、信号地线、模拟地线、数字地线以及机柜内的设备数量较多。因此，在应用防雷接地技术时，要注重信号数字设备防雷接地规范性的提升，采用合理科学的方法和措施来优化各类地线以及设备的防雷措施，做好防雷的控制与处理工作。与此同时，在应用防雷接地技术时，可以运用接地线、接地体等技术。接地体技术主要就是通过人工接地体来实现标准接地电阻的连接，防止外界因素对其产生影响和干扰。而接地线技术就是接地体的外引线技术，其是一种连接屏蔽设施或者被保护设备的连线。在应用接地线技术时，可以设置主、分接地线和等电位连接板，主接地线的材质一般都是多股铜芯的线缆，而分接地线一般都是多股铜芯的软线，通过防雷接地技术的科学应用，能够起到很好的防干扰、防静电保护的作用。

3.4 避雷针的合理配置

避雷针也叫防雷针，其主要是用来保护高大树木、建筑物等免受雷击伤害的一种装置或者设备。避雷针是防止雷击的主要方式和途径，当雷云放电时，使用避雷针能够使地面电场发生改变，引导雷电向避雷针放电，通过接地装置和引下线将雷电引入大地，以此来保障被保护物免受雷电的电击。在铁路信号设备防雷与接地方面，重视避雷针的合理配置，能够严防雷击的直接性危害，使得变电所内的设备、高压线路等免受雷电直接击中，实现对铁路信号设备的保护。与此同时，在配置与安装避雷针时，必须要注意智能化的设备或者线缆要与避雷针保持必要的安全距离，防止避雷针电磁对设备或者电缆产生干扰，从多个角度和方面来保护铁路信号设备，提升其运行效率与安全性能。

4 结语

总而言之，铁路是人们交通出行的重要方式，也是货物运输的主要途径之一。铁路运行的可靠性与安全性直接关系着人们的生命、财产、安全。铁路信号设备是铁路车辆运行安全的重要保障，如果铁路信号设备受到雷电袭击，容易对信号设备的正常运行产生不良影响。因此，重视对铁路信号设备防雷与接地的研究与应用显得非常重要。由于铁路信号设备的防雷与接地系统相对较为复杂，需要从多个方面和角度来对电磁环境、防雷设备等进行优化。通过线路的科学布局与合理敷设、避雷针的合理配置、防雷接地技术的有效选择与科学应用等等，从内部与外部做好铁路信号设备的防雷工作，为铁路信号设备的正常运行提供有效支撑与保障。