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1、第十二章 防雷和接地装置,第一节 信号设备防雷 第二节 信号设备接地装置,第一节 信号设备防雷,1、雷害及防雷 2、信号设备防雷 3、防雷元器件 4、信号设备浪涌保护器,1、雷害及防雷,1）雷电分类 直击雷 直接击在建筑物、构筑物、 地面突出物或大地并产生电效应、热效应和机械力的雷电放电。 感应雷 雷电流的强大电场和磁场作用在邻近的导线或电子、电气设备系统内产生的静电感应过电压和过电流及电磁感应过电压和过电流。,2）直击雷的防护,直击雷防护基本都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，把雷电流接收下来，然后通过良好的接地装置迅速而安全把它送回大地。,2）直击雷的防护,3）感应雷的防护,
2、雷电波侵入 雷击在输电线路、电缆或金属管道上感应出的雷电侵入波过电压能够沿这些管线侵入室内，危及人身安全或损坏设备。 纵向电压 导线或设备对地电压。每条导线上的折射电压或反射电压均为纵向电压。 横向电压 两导线间的电位差。导线过电压的不平衡，线路阻抗不一致，被保护设备阻抗及接地电阻的影响等都会造成横向电压。,3）感应雷的防护,为防护感应过电压，在线路上安装过电压抑制设备，即避雷器或防雷器。,2、信号设备防雷,1）雷电侵入信号设备的途径 交流电源侵入 雷电冲击波侵入高压电线路传至高压变压器，若未装设避雷器或其失效，容易侵入低压设备。 信号传输线路侵入 与信号系统设备相连的信号传输线路、钢轨等设施
3、，遭受直击雷时产生的电磁脉冲，或信号传输线路附近遭受直击雷，感应在信号传输线上的电磁脉冲，经线路传导侵入信号系统内的过电压和过电流。,1）雷电侵入信号设备的途径,空间电磁感应侵入 雷电直击车站或区间装置有信号设备的建筑物，及配置有信号设备的场所附近的构筑物、地面突出物或大地时，雷电电流的感应电磁脉冲将在信号系统内产生过电压和过电流。 地电位反击侵入 雷击信号设备场地建筑物的避雷针（或避雷带、避雷网）时，雷电流沿引下线进入接地装置引起地电位升高，会在信号系统接地导体和其他导体间产生反击雷过电压。,2）信号设备防雷的原则,按照分区、分级、分设备的防护原则，采用纵向、横向或纵横向防护方式 不同雷电活
4、动地区，应采用相应的防雷措施； 采用多级防护时，各级防护元件应配置合理。,2）信号设备防雷的原则,采取屏蔽、等电位连接、良好的接地以及合理布线等措施，改善信号设备的电磁兼容环境。 信号设备、器材须具有符合规定的耐受过电压、过电流的能力。 防雷元器件应与被防护设备匹配设置，保证雷电感应电磁脉冲过电压限制到被防护设备的冲击耐压水平之下。 防雷装置的设置、动作和故障状态，不得改变被保护系统的电气性能、不得影响其正常工作，并满足故障安全原则。,3）信号设备综合防雷,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
5、器； 良好的接地措施。,（1）屏蔽,屏蔽，就是用金属网、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。 信号机房的建筑物应采用法拉第笼进行电磁屏蔽，法拉第笼由屋顶避雷网、避雷带、引下线、机房屏蔽和接地系统构成。,（2）等电位连接,也称均衡连接、搭接，是指把各种金属物用粗的铜导线焊接起来，或把它们直接焊接起来，以保证各个分系统的电位相等，可消除因“地电位骤然升高”而产生的反击现象。,（3）设置防雷保安器,凡从室外来的导线（包括电力电源线、电话线、信号线等）都要并联（串联）一种避雷器接至地线，不仅是在入户处、在每个需要防雷保护的仪器入机壳处都要安装，它的作用
6、是把循导线传入的过电压波通过避雷器瞬态分流入地，这也是普遍意义的“防雷”。,（4）传导,防范“直击雷”的措施。其作用是把闪电的巨大能量引导到大地耗散掉，不使它对防雷保护的对象产生破坏作用。但是，引导闪电入地的导流线有巨大的作用，会产生感应电磁场，也可能损坏设备。所以，它必须与其它防雷措施联合起来，才能使被保护设备处于安全状态。 室外电子设备集中的区域，可在距电子设备和机房建筑物30m以外的地点安装多支独立避雷针。,（5）接地,是屏蔽、等电位连接、防雷保安器、传导等防雷措施的基础，接地的妥当与否，直接影响到防护的效果。,3、防雷元器件,1）金属陶瓷放电管 金属陶瓷二极放电管 正常情况下不导电，出
7、现过电压时电极间很快被击穿，过电压消失后立即恢复，但其在两线间容易产生横向冲击电压。,1）金属陶瓷放电管,金属陶瓷三极放电管 对称性能好，冲击放电电压低、通流容量大、遮光性能好、极间电容小、绝缘电阻高。,1）金属陶瓷放电管,续流及切断 放电介质得不到恢复，线路电流一直流过放电管，称为续流。 串联电阻或压敏电阻器进行切断。 主要电气参数 直流击穿（点火）电压：在放电管极间施加缓慢上升的致使放电管放电间隙发生击穿时刻的直流电压。 标称直流击穿电压：放电管直流击穿电压的额定值，由厂家给定。,2）氧化锌压敏电阻器,（1）氧化锌压敏电阻器 在低电场强度下，其电阻率为1010-1011m，当电场强度达到1
8、06-107 V/m时，其电阻骤然下降进入低阻状态，即压敏电阻的阻值随所加电压而改变。 具有通流量大，非线性特性好、残压低、响应时间快抑制过电压能力强；但可能出现短路故障。,（2）劣化指示氧化锌压敏电阻器,通流量更大，并具有热熔断器和报警装置，使其在失效时能自动脱离使用线路，给出明显标志，并进行报警。,（3）主要电气参数,标称电压（起始动作电压）：指在规定的温度和直流（一般为1mA或0.1mA）下，压敏电阻器两端的电压值。记为V1mA或V0.1mA。 漏电流：在25或规定的其他温度下，施加最大连续直流电压（或实际压敏电压的75%）时，通过压敏电阻器中的电流。 残压：残压是指压敏电阻器流过某一脉
9、冲电流时元件两端的电压峰值。 冲击通流容量（最大冲击电流）：在压敏电压变化率不超过10%，冲击电流波形为8/20s的条件下,压敏电阻器所能承受的最大电流。,（4）主要特点,压敏电压范围宽，单个电阻片为数伏到数千伏 响应速度快（ns级） 冲击耐流能力和冲击能量大 限制电压（残压）低 无续流 寿命长，性价比高 这些特点使得氧化锌压敏电阻器成为现代防雷技术中主要的电冲击保护元件，从而被广泛应用。,3）瞬变电压抑制器,瞬变电压抑制器（TVS）是一种齐纳二极管。它与普通稳压二极管相比，瞬态功率更大，影响速度快（ns级），漏电流低，保护性能好，但通流容量小，耐浪涌冲击能力较差。适宜电子设备防雷。,4）防雷
10、变压器,是一种加装有静电屏蔽层的具有防雷功能的变压器 ，是一种用来限制雷电电磁脉冲过电压的防雷装置。,4、信号设备浪涌保护器,1）浪涌保护器（SPD） SPD的作用是把侵入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围之内，或将强大的雷电流泄流入地，从而保护设备或系统。 SPD由防雷元器件构成。,2）信号设备浪涌保护器的要求,按照分区、分级、分设备防护和纵向、横向或纵横向防护的需要合理选用防雷保安器。 当防雷保安器处于劣化或损坏状态时，须立即自动脱离电路且不得影响设备正常工作。 用于电源电路的防雷保安器，应单独设置；必须具有阻断续流的性能；安装在分线盘（柜）处、电源防雷箱内及
11、工作电压在110V以上的防雷保安器应有劣化指示。 按照分区分级的原则，信号传输线的防雷保安器应集中设置在分线盘处。,3）电源浪涌保护器,外电网引入机房建筑物应采用多级雷电防护。 第级设在户外交流电源馈线引入处（配电盘）； 第级设在电源屏电源引入侧； 第级设在微电子设备（指计算机终端电源稳压器或UPS电源前）。 电源防雷应采用信号电源防雷箱方式，信号防雷箱设置地点应符合防火要求。,信号楼电源系统防护原理图,4）信号传输线浪涌保护器,室内信号传输线浪涌保护器 室内采集、驱动信号传输线浪涌保护器； 室内视频信号传输线浪涌保护器； 室内RS232 、RS422、RJ45、G.703/V.35等通信接口
12、信号传输线浪涌保护器； 其他室内信号传输线浪涌保护器。 室外信号传输线浪涌保护器 信号点灯线路浪涌保护器 道岔控制线路浪涌保护器 轨道电路浪涌保护器,ZPW2000A自动闭塞分区浪涌保护器配置原理图,第二节 信号设备接地装置,1、接地的作用和分类 2、地线 3、地网 4、贯通地线 5、接地汇集线,1、接地的作用和分类,1）接地的作用 所谓接地，就是把设备的某一部分通过接地装置同大地紧密连接在一起。 接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障系统正常运行。,2）接地的分类,系统接地 在电力系统中将其某一点与大地进行适当的连接，称为系统接地或工作接
13、地，如变压器中性点的接地。 保护接地 电气设备的金属外壳及支架、电缆的金属保护层等，由于导体的绝缘损坏后可能带电，为防止产生过大的对地电压危及人身安全而设置的接地，称为保护接地或安全接地。 防雷接地 为使雷电流安全地向大地泄放，以保护被击建筑物或设备而采取的接地，称为防雷接地。,2）接地的分类,屏蔽接地 为防止外来电磁波的干扰和侵入，以及防止设备产生的电磁波向外部泄放，而将设备的静电屏蔽层进行的接地，称为屏蔽接地。 防静电接地 为防止静电产生事故或影响设备的正常工作，需要将静电荷迅速向大地泄放的接地，称为防静电接地。 逻辑接地 为使电子设备的信号回路具有统一的基准电位而进行的接地，称为逻辑接地
14、。,2、地线,信号设备应设安全地线、屏蔽地线和防雷地线。 上述地线均由共用接地系统的地网引出。 接地导线上严禁设置开关、熔断器或断路器。 共用接地系统：把需要接地的各系统统一接到一个地网上，或把各系统原来的接地网通过金属在地下或地上连接起来，使各接地系统之间成为电气相通的一个地网。,3、地网,地网由各接地体、建筑物四周的环形接地装置、基础钢筋构成的接地体相互连接构成。,既有信号楼地网设置示意图,新建信号楼地网设置示意图,4、贯通地线,电气化区段、繁忙干线、铁路枢纽、编组场、强雷区和埋设地线困难地区及微电子设备集中的区段，应设置贯通地线。 设置贯通地线的区段，铁路沿线及站内的各种室外信号设备的各种地线均应就近与贯通地线连接。 贯通地线任一点的接地电阻不得大于1。,5、接地汇集线,控制台室、继电器室、防雷分线室（或分线盘）、机房和电源室（电源引入处）应设置接地汇集线。环形设置时不得构成闭合回路。 电源室（电源引入处）防雷箱处、防雷分线室（或分线盘）处的接地汇集线应单独设置，并分别与环形接地装置单点冗余连接。 机房面积较大时，可以设置与地网单点冗余连接的总接地汇集线。,信号楼信号设备接地示意图,
