1、鐵路信號設備防雷的重要性第一章鐵路信號設備防雷的重要性防雷與安防，是兩個不同的行業，但卻又有著密切的關系，同樣保護著安全。在安防領域，防雷日益受到重視，甚至在許多工程驗收過程中，防雷已成為必不可少的一項。此專題的開設，是為了讓大家系統的了解防雷與安防的關系，了解最新的防雷在安防行業的應用。第一節發生的有關雷擊事故案例夏季防雷擊 準備要做足從3月份開始，我國部分地區就迎來了暴風雨天氣，相關部門也發出了提醒企業、居民注意防雷擊的警示。然而因雷電造成的傷亡事故依然時有發生。雷擊雖是天災，但并非無法抵御。時至7月，雷雨天氣有增無減，這就要求我們更加注意安全，作足準備，避免雷擊。六月雷擊傷害事故不斷雷電

2、災害是聯合國公布的10種最嚴重的自然災害之一，也是目前中國十大自然災害之一。據有關部門估計，全世界平均每分鐘發生雷暴2000次，全球每年因雷擊造成的人員傷亡超過1萬人，所導致的火災、爆炸等事故時有發生，嚴重威脅了人們的生命、財產安全，危害很大。我國雷暴活動主要集中在每年的4月至8月。來自中國氣象局的消息，據不完全統計，每年6月份，我國都有有人遭雷擊身亡，為一年中同期死亡人數較多的月份。從20個省（區）統計上報的雷擊死亡人數分析，江西省遭雷擊死亡人數最多。隨著氣溫逐漸增高，雷雨天氣還將持續數月，這就要求各地必須加強防雷工作，避免發生人員傷亡事故。分析一下6月份各省（區）遭雷擊死亡人員分布情況，可

3、以發現，西北地區少于東北、華北，江南和華南地區人數明顯多于北方地區，其中，江西死亡人數最多。這是因為西北少雨，反之，東北、華北等地區多雷雨天氣，在防雷擊工作上更是不容怠慢。6月份發生的主要雷擊事件有：（1）海南省文昌市昌灑鎮東群村委會的一處西瓜園工棚，9名民工因避雨躲進工棚時遭到雷擊，其中，2人受雷擊當場倒地死亡，2人手臂遭雷擊傷勢較重。（2）江西萍鄉市蘆溪縣銀河鎮天柱崗村，13名村民在一涼亭下避雨時遭到雷擊，導致2人死亡， 6人重傷，3人輕傷。6月2227日，江西省持續出現雷擊死亡災害，共有19人死亡。（3）湖南永州藍山縣竹市鎮上豐頭村發生雷擊事件，12人被當場擊暈，經醫院及時搶救，已全部蘇

4、醒。（4）云南昆明突下雷陣雨，盤龍區落索坡村的5位村民在盤龍江大花橋2段的大樹下避雨時，被雷擊中，造成1死3傷。這些都是人員傷亡事件，雷電同樣會造成很多設備設施損壞，導致停電、起火等事故。（5）重慶遭遇了一次長時間的瓢潑大雨。受雷電、大風影響，主城6個供電局中，沙坪壩、楊家坪、南岸、北碚供電局共計66條110千伏、35千伏、10千伏輸電線路均不同程度出現了瓷瓶（絕緣用）被雷擊穿、大風刮斷電線、保險松動、損壞引發線路跳閘等情況，導致近22萬市民出現6-15小時的電力中斷。有的住戶也出現了電視機因雷擊而損壞的情況。而深圳市處于我國南方，也遭受雷電的侵襲。據統計，深圳已接到多宗雷擊事故報告，造成財產

5、損失數百萬元。據統計，僅在2004年和2005年，我國發生雷電災害19918起，傷亡人數達3157人，直接經濟損失數十億元，是僅次于暴雨洪澇、氣象地質災害之后名列第三的氣象災害。雷電作為我國最嚴重的三大氣象災害之一，給人們帶來的損失是不可忽視的，無論是煤礦、化工、電力、建筑，還是人們生活、森林防火，都會受到夏季雷電的侵害。要保證安全，就要從細節抓起。近日，溫家寶總理做出了“提醒各地有關部門加強防雷工作”的重要批示。從以往的案例可以看出，雷電災害主要原因是因為缺少避雷措施和設備以及避雷知識導致出現人員傷亡事故。所以就必須從以下兩個方面入手來避免雷電災害。1、各地須加強防雷工作。盡可能在各類建筑物

6、上安裝相應的防雷設備，特別是野外的簡易建筑物等更要安裝防雷設施。各企業單位要嚴格執行有關防雷法規，通過正規機構來檢測、完善本單位的防雷設施，切莫貪圖省事和便宜請不法機構來檢測和完善防雷設施。2、加強防雷宣傳。在雷雨天氣里，人不宜在開闊地活動，不能到草棚、金屬棚中、樹下等地避雨，以免遭直接雷擊和感應雷擊；雷雨天不宜靠近建筑物的外墻以及使用電器設備。如果有單位或居民遭遇雷擊意外后，應該及時上報氣象部門，不可瞞報。而氣象部門作為為大家服務的單位，也應該做到以下幾點：一、是要加強雷電災害的監測預測工作。二、是要加強有針對性的服務。雷電災害多發在農村、山區等偏遠地區，要將有關雷電服務信息及時、有效傳遞到

7、有關人員的手中，同時加強對各級政府及有關部門的服務。三、是要有針對性的加強防雷的管理工作。四是進一步加強雷電軌道的建設。第二節國家對鐵路信號設備防雷的計劃和方案全國鐵路開展信號設備防雷專項整治工作針對汛期雷雨季節雷害極易發生、直接影響鐵路運輸安全的嚴峻現實，鐵路部門積極建立防雷責任制，切實提高防雷工作標準，同時開展信號設備防雷專項整治，做好應急處置工作，盡最大努力確保鐵路運輸生產安全。據悉，進入汛期，由雷擊造成設備故障影響鐵路運輸安全的現象較多。僅6月份，全路因雷擊造成信號設備故障147件，故障延時117個小時。提高信號設備防雷標準，是減少雷害發生的根本。今年，鐵道部在原有鐵路防雷標準基礎上，

8、發布了鐵路信號設備電磁兼容及雷電電磁脈沖防護實施意見。意見吸取了我國鐵路信號防雷工作多年來的經驗，并借鑒了國外鐵路信號設備防雷方法，包含地網設置、屏蔽設置等綜合防護技術措施，大大提高了信號設備防雷標準，進一步增強了設備防雷的可操作性。同時，意見還規定了防雷設計與施工資質管理、施工驗收、質量責任、雷害處理、產品采購、檢查測試等維護與管理方面的內容，基本形成了信號設備雷電綜合防護框架。目前，鐵道部已經發布了信號設計規范，正在抓緊制定鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術規范，努力提高信號設備防雷的設計和建設水平，進一步減少雷害發生。雷害發生的重點地區是微電子設備和微電子設備集中的區段。為防止汛期雷害損壞

9、信號設備，鐵道部將防雷工作列入今年專項整治內容，撥出專款用于六大干線1078個站場和其他干線上829個計算機聯鎖站場的防雷整治。目前，鐵路六大干線所有車站和其他線路計算機聯鎖車站防雷整治工作正在緊張進行，內容包括雷擊防護、機房屏蔽、地線整治、加裝防雷保安器等。針對意見中提出的因防雷設施維護或管理不當造成信號設備發生雷害必須列管理單位責任的規定，鐵路部門將繼續建立防雷逐級負責制和雷害應急預案，明確雷電防護裝置的設計、施工、維護和管理等單位及人員的責任，做到鐵路局、電務段逐級負責，盡最大限度減少雷害對鐵路運輸生產的影響。第三節信號設備防雷的重要意義防雷與安防，是兩個不同的行業，但卻又有著密切的關系

10、，同樣保護著安全。在安防領域，防雷日益受到重視，甚至在許多工程驗收過程中，防雷已成為必不可少的一項。此專題的開設，是為了讓大家系統的了解防雷與安防的關系，了解最新的防雷在安防行業的應用。現代的安防監控產品均系微電子化產品，這些監控設備具有高密度、高速度、低電壓和低功耗等特性。其對各種諸如雷電過電壓、電力系統操作過電壓、靜電放電、電磁輻射等電磁干擾非常敏感，這就使得監控系統設備極易遭受雷擊/過電壓破壞，其后果可能會使整個監控系統運行失靈，并造成難以估計的經濟損失和安全方面的風險。為了能夠準確、有效地提供安防監控系統的防雷解決方案，我們首先應準確了解安防監控系統的系統構成，進而，準確分析安防監控系

11、統遭受雷擊損害的主要原因以及可能的雷擊過電壓的入侵途徑。在此基礎上，選用合適的防雷保護裝置，研究和探討信號、電源線路的合理布放，明確屏蔽及接地方式，方可給出準確的、系統的防雷解決方案。有效提高安防監控系統的抗雷擊過電壓干擾能力，優化系統的整體防雷水平。北京某地監控系統，室外攝像機防雷工程。其閉路監控系統由前端攝像機、視頻矩陣和控制鍵盤等終端設備及信號傳輸線路三部分組成。前端攝像機中設有8臺室外攝像機，全部為室外一體化球形攝像機。其中4臺在主樓頂層，其余4臺均勻分布在外圍廣場的8根高桿燈柱上。燈柱分布在主體樓四周，每個燈柱均采用單獨接地體就地接地。室外球機采用75歐視頻同軸電纜與中控室視頻矩陣相

12、連；球機控制線采用兩芯屏蔽雙絞線，每 4臺球機以總線方式連接。所有室外導線均通過預埋地下的PVC管路走線。燈柱采用就地接地，接地電阻1歐左右（滿足單獨接地小于4歐姆的規范要求）。避雷器接地端與燈柱子接地牌相連。該系統在2006年經歷了一場強雷暴天氣，雷暴過后發現安裝在燈柱上的4臺室外球機全部被雷擊損壞。檢查發現連接球機的控制線絕緣層已發黑硬化，無法再使用。部分視頻避雷器上有擊穿痕跡。從現場環境、避雷器的痕跡以及控制線的損壞情況看，這次雷害電流強度很大，應該是一次直擊雷的破壞事故。雷害成因分析：事故發生后某地請我公司為其原有系統進行了雷擊分析并為其提出整改意見。導致多臺球機被雷擊損壞的根本原因是

13、不同的信號端之間的不共地，導致雷直擊時在兩端產生不等的地電位而引起設備和線路的損壞。另外，原設計施工方案也有以下的一些缺陷：l 避雷器與室外球機之間的距離過長導致防雷保護效果不佳；關鍵的控制信號線上沒有設置避雷器，導致連串的設備損壞；l l 引入中控室設備處信號線沒有設置避雷器，也會導致中控設備被入侵浪涌損壞。l 預埋管采用非金屬PVC管，導致雷擊時埋地信號線路屏蔽層與外地產生形成大電位差，造成線路損壞。 對雷害的整改措施：由上可見，若采取的防雷措施不合理或考慮不嚴密，防雷就不能起到效果。為了完善該系統的防雷性能，應按以下措施對原防雷系統進行改進： 室外球機處的改進措施室外球機應分別裝設單相電

14、源防雷器、視頻防雷器，控制線防雷器。建議采用專為攝像機保護設計的專用的一體化避雷器。 l 室外球機端的避雷器應盡量靠近球機安裝，從防雷器到球機的線路長度（包括接地線）越短越好。l 球機的金屬外罩、信號線屏蔽層、金屬蛇管、電源變壓器金屬外皮等應與燈柱金屬外殼或者燈柱的接地線形成可靠電氣通路，保證接地良好。 機房處的改進措施 從外引入的視頻線及控制線，在接入設備前必須安裝相應的信號防雷器，防雷器的接地引線應盡量短。l 埋地進入機房的信號金屬導線，金屬管與帶屏蔽導線的金屬屏蔽層，應在引入室內處進行就地接地，與大樓的統一接地網形成良好電氣通路（接地電阻必須小于1歐）。 其他接地措施 條件允許時，室外通

15、訊線路應考慮穿金屬管埋地敷設，金屬管兩端應接地，全長應保持電氣連接。 l 當室外攝像機采用就地接地時，接地電阻值越小越好，應盡量把接地電阻降到1歐姆以下。 l 條件允許時，應采用埋設截面足夠大的扁鐵或鋼筋，將室外攝像機接地與中控室接地網連通，以實現共地。 l 當室外攝像機接地條件不能滿足要求時，應采用光纖通訊，以避免因金屬導線跨越兩個地網而引起的過電壓。防雷設備從類型上看大體可以分為：電源防雷器、電源保護插座、天饋線保護器、信號防雷器、防雷測試工具、測量和控制系統防雷器、地極保護器。電源防雷器分為B、C、D三級。依據IEC（國際電工委員會）標準的分區防雷、多級保護的理論，B級防雷屬于第一級防雷

16、器，可應用于建筑物內的主配電柜上；C級屬第二級防雷器，應用于建筑物的分路配電柜中；D級屬第三級防雷器，應用于重要設備的前端，對設備進行精細保護。通信線信號防雷器在產品的設計上，依據IEC 61644的要求，分為B、C、F三級。B級（Base protection）基本保護級（粗保護級），C級（Combination protection）綜合保護級，F級（Medium&fine protection）中等/精細保護級。優點：種類型號多，防護齊全。缺點：產品價格相對較高。在安防行業除了要選用合格的防雷產品外，系統地良好接地，和施工的合理規范也是做好防雷的必要條件。所有防雷保護系統均應有可靠、有效

17、的接地。接地系統亦是防雷保護的必要組成部分之一。安防監控系統前端、終端設備均應有良好的防雷接地，相應接地系統應符合規范要求。一般獨立于監控機房所在建筑物的前端設備均須設有獨立接地。但在此需要特別指出的是：無論前端還是終端設備的接地系統，如果距離小于20米的情況，兩個接地系統之間應做等電位連接。施工時沿墻敷設應注意的問題：許多布線人員，因對防雷知識了解有限，或者圖簡單方便，習慣于將戶外走線線路與建筑物避雷帶、引下線相互捆綁。方便了工程施工與美觀的同時，也帶來了較大的防雷安全隱患。這一點是值得重視和注意的。為減小雷害風險，任何導線/金屬線路均應盡可能避免與直擊雷防護系統平行捆扎，而應依有關規范要求

18、合理布線。目前安防工程防雷系統設計原則一般依據如下：雷擊破壞途徑： CCTV電視監控系統如果遭受雷擊，將可能由以下幾種途徑對系統產生破壞。l 直擊雷：雷電直接擊在露天的攝像機上造成設備損壞；雷電直接擊在架空線纜上造成線纜熔斷。 l 雷電波侵入：CCTV的電源線、信號傳輸或進入監控室的金屬管線遭到雷擊或被雷電感應時，雷電波沿這些金屬導線侵入設備，造成電位差使設備損壞。 雷電感應：當l雷擊中避雷針時，在引下線周圍會產生很強的瞬變電磁場。處在電磁場中的監控設備和傳輸線路會感應出較大的電動勢。這種現象叫電磁感應。 當有帶電的雷云出現時，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上都會感應出與雷云相反的電荷。這種感應

19、電荷在低壓架空線路。第二章雷電現象、特性及參數現代防雷保護包括外部防雷保護(建筑物或設施的直擊雷防護)和內部防雷保護(雷電電磁脈沖的防護)兩部份，外部防雷系統主要是為了保護建筑物免受直接雷擊引起火災事故及人身安全事故，而內部防雷系統則是防止雷電波侵入、雷擊感應過電壓以及系統操作過電壓侵入設備造成的毀壞，這是外部防雷系統無法保證的。第一節雷電的概念與對信號設備危害雷電的產生雷電是自然界中一種常見的放電現象。關于雷電的產生有多種解釋理論，通常我們認為由于大氣中熱空氣上升，與高空冷空氣產生摩擦，從而形成了帶有正負電荷的小水滴。當正負電荷累積達到一定的電荷值時，會在帶有不同極性的云團之間以及云團對地之

20、間形成強大的電場，從而產生云團對云團和云團對地的放電過程，這就是通常所說的閃電和響雷。具體來說，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的凍結、云體的碰撞等均可使云粒子起電。一般云的頂部帶正電，底部帶負電，兩種極性不同的電荷會使云的內部或云與地之間形成強電場，瞬間劇烈放電爆發出強大的電火花，也就是我們看到的閃電。在閃電通道中，電流極強，溫度可驟升至2萬攝氏度，氣壓突增，空氣劇烈膨脹，人們便會聽到爆炸似的聲波振蕩，這就是雷聲。而對我們生活產生影響的，主要是近地的云團對地的放電。經統計，近地云團大多是負電荷，其場強最大可達20kV/m。雷電的危害雷暴可以使鐵路信號系統設備損壞或失效，影響列車運行的正常秩序，同

21、時帶來較大的直接和間接經濟損失。由雷暴造成的自然災害被稱為雷害。導致鐵路信號系統雷害的有雷電直擊（或稱直擊雷）和雷電感應（或稱感應雷）。雷電直擊是雷云直接通過地面物體放電并產生電效應、熱效應和信號系統設備雷害的主要原因。雷電感應是雷電放電的強大電磁場在鄰近鐵路信號系統導線或系統設備內產生的電磁感應脈沖，該電磁感應脈沖產生的過電壓和過電流幅值并不太高，但由于現代鐵路信號系統設備采用了大量微電子設備，微電子設備耐過電壓和過電流的能力很低，雷電感應引起的電磁感應脈沖可以造成雷害。雷電感應發生概率較大，一般雷電直擊點周圍半徑1km左右都會產生雷電電磁脈沖。雷電感應是鐵路信號設備防護的重點，因此，鐵路信

22、號防雷設備主要用來防止雷電感應造成的雷害。雷電具有很大的破壞力和多種破壞作用。雷電對物體的危害性可歸納為直接雷擊、雷電副作用、雷電波引入、反擊四種形式，其破壞作用主要表現為放電時所顯示的各種物理效應和作用。(一) 電效應落地雷具有數萬甚至數十萬、數千萬伏特的沖擊電壓，足以燒毀電力系統的發電機、變壓器、斷路器等設備及電氣線路，引起絕緣擊穿而發生短路，從而影響信號設備的正常使用。(二) 熱效應落地雷的電流一般為幾十至幾千安培，有的峰值電流高達數萬安培至10萬安培。當這種強大的“雷擊電流”通過導體時，在極短的時間內轉換為大量的熱能。雷擊點的熱能通常為5002000J，嚴重時能夠擊穿信號電纜，造成混線

23、故障而影響行車。(三) 機械效應雷電效應將使物質和各種結構縫隙里的氣體劇烈膨脹，同時使水分蒸發，其他物質分解為氣體，這就造成雷擊物內部出現強大的機械壓力，致使雷擊物遭受嚴重破壞。(四) 靜電效應 鐵路信號設備防雷的重要性雷云放電，云與大地的電場消失，但金屬物上的感生電荷卻不能立即逸散，產生很高的對地靜電感應電壓。靜電感應電壓往往高達幾萬伏特，可以擊穿數十厘米的空氣間隙而發生火花放電。(五) 電磁感應具有很高電壓和很大電流，發生時間極短的雷電，在它周圍空間將產生強大的交變磁場。處于這一磁場中的導體感生出較大的電動勢，還會在閉合回路的導體中產生感應電流，如果導體中有的地方接觸電阻較大時，就會局部發

24、熱或發生火花放電。(六) 雷電波侵入當雷擊架電力線路、金屬管路時，產生的沖擊電壓使雷電波沿著線路或管道迅速傳播，當侵入建筑物內時，可造成分配電裝置和電氣線路絕緣擊穿而產生短路。此種雷電災害占整個雷電災害的50%70%以上。(七) 反擊當建筑物或構筑物防雷裝置等遭受雷擊時，其內外的電氣線路、金屬管道等可具有很高的電壓，如其間距較近時，可產生火花放，電這種現象叫做反擊。反擊可能引起電氣絕緣破壞，金屬管路燒穿等。雷電的概念在雷雨季節里，常會出現強烈的光和聲，這就是人們常見的雷電。雷電是一種大氣中放電的現象，雖然放電作用時間短，但放電時產生數萬伏至數十萬伏沖擊電壓，放電電流可達幾十到幾十萬安培，電弧溫

25、度也可達幾千度以上，對建筑群中高聳的建筑物及尖形物、空曠區內孤立物體以及特別潮濕的建筑物、屋頂內金屬結構的建筑物及露天放置的金屬設備等有很大威脅，可能引起倒塌。起火等事故。特別是在華南地區，年雷暴日常會達到80天甚至更多，頻繁的雷擊會造成生命和財產的巨大損失。由于暖濕空氣的劇烈運動，天空中的云層可以帶電。帶異性電荷的雷云間會發生云間放電，天空中雷云會對大地放電，以達到中和云層中電荷的目的。帶電雷云放電這一極普通的自然現象即為雷暴。雷暴的本質是電現象，因此雷暴又稱雷電。中國是一個多雷暴的國家，大部分地區年平均雷暴日在40以上，廣東、廣西、福建、云南、海南等地平均雷暴日在80左右，有的地方雷暴日還

26、可達100以上。雷電從發生到結束作用時間極短，一般僅若干微秒，是一種瞬態現象。人們將瞬態現象稱為浪涌（surge），雷電又被稱為雷浪涌。雷電的危害一般分為兩類：一是雷直接擊在建筑物上發生熱效應作用和電動力作用；二是雷電的二次作用，即雷電流產生的靜電感應和電磁感應。因此我們要作好防雷措施。因此安裝在鐵路信號系統內的信號防雷設備必須保證信號系統的正常工作，在雷電電磁脈沖侵入時應能及時限制雷電壓和將雷電流引導入地。雷電引起的雷擊是夏季常見的一種自然現象。雷電對于人類的危害一般分為3種：直擊雷、雷電波侵入和感應雷擊。直擊雷是指雷電直接擊中建筑、樹木、大地、防雷裝置或人體，直接雷擊聲光并發，咄咄逼人，老

27、幼皆知；雷電波侵入是指雷電對架空線路和金屬管線作用，雷電波可能沿著這些管線侵入屋內，危及人身安全或損壞設備；而感應雷擊悄悄發生，不易察覺，后果嚴重，直接雷擊與感應雷擊破壞的對象不同，直擊雷主要擊壞放電通路上的建筑物、輸電線，擊死擊傷人畜等，感應雷主要破壞電子設備。最近我油田近百起電腦上網用戶、電視機遭受雷擊事件，就是感應雷擊、雷電波侵入所造成的。專家提醒，感應雷擊正呈明顯上升趨勢，80%的雷擊事故都是由它引起的，但目前人們對這種隱性雷電災害的認識比較差，不少人沒有意識到要防護，該怎么防護。特別是不少住宅小區，基本屬于防雷工作的盲區。以往認為建筑物上只要安裝了避雷針，就能避免雷擊的傳統防雷觀念要改變，城鎮防雷重點應在防止“感應雷擊”上。 感應雷擊是由于雷雨云的