铁路站场通信信号系统防雷设计

铁路站场通信信号系统防雷设计铁路站场通信信号系统防雷设计系统简介随着现代化的进展,铁路站内设备越来越先进。雷击发生时,雷击放电诱发雷击电磁脉冲 过电压和过电流,经站场电源系统、通信信号传输通道、接地系统及建筑物直击雷防护系 统,通过传导、感应的方式损坏站内通信信号设备及网络通信设备,造成损失巨大,直接 威胁铁路正常的安全运输生产。铁路站场雷电防护的分析铁路站场设备遭受过电压和过电流攻击的途径可分为直击雷、感应雷、操作过电压三种。 结合站场设备的分布特点及雷电攻击的途径类型,铁路站场雷电防护存在以下特点。 A 、铁路站场占地面积较大,站场主要设备 (如数字微波通信、车站数字通信分系统、站场 广播机、无线列调通信、平面调车通信、信号微机联锁等设备 集中在信号楼、通信楼。信 号楼、通信楼的避雷针应能满足对整个信号楼、通信楼区域的保护,有效防止直击雷的袭 击。B 、铁路道轨是接受直击雷和传导雷感应雷的良好导体。与道轨连接的相关铁路信号设备, 如信号机、轨道电路箱、道岔电动转辙机等,将受到雷击的严重威胁。C 、 信号楼微机联锁及通信机房、 通讯楼通讯机房等重要区域的户外线路可能遭受到直击雷 后,线路中的大电流串入各机房内部,从而引起对内部设备的损坏。当雷雨云之间、雷雨 云对大地之间放电时,雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间或室内的电源线、信号线、数 据线上产生远远超过设备抗电强度的感应雷击过电压,使设备损坏。D 、雷电防护的原则是“等电位”。由于机房存在多类接地系统,其冲击接地电阻不均衡, 在雷击发生时,雷电流引起地电位差,造成“地电位反击”,使人员和设备遭受损害。 E 、操作过电压引起的危害,如储藏设备的开关、输电线路的短路、周围大容量设备运行时 产生的工业干扰或操作过电压在电源线上会产生 50006000V、 3KA 的浪涌过电压及浪涌电 流,它们的窜入也会将信号楼、通信楼内的设备产生很大的破坏后果。从以上分析中可以得出:为了提高铁路站场建筑物安全及机房设备及计算机、通信网络的 运行可靠度,整个站场的雷电防护系统一定要有良好的避雷针、引下线和统一的接地网, 采取完善的直击雷防护措施。 同时必须在车站的供电系统、 天馈系统、信号采集传输系统、 程控交换系统、计算机网络系统、机房接地系统等进行可靠有效的多级综合防护。方案设计1、外部防护A 、避雷针设计依据依据 GB 50057-94建筑物防雷设计规范(2000版第四章:防雷装置,第一节:接闪 器;第五章:接闪器的选择与布置中关于避雷针的要求,参考 IEC 61024建筑物防雷 标准第一部分:通则,第二节:外部防雷装置(LPS ;第二部分:防雷装置的设计、安装、 维护及检查,第二节:防雷装置(LPS 的设计;第三节:外部防雷装置(LPS 的施工;在满足客户所提技术需求的情况下,按照 99(03 D501-1 建筑物防雷设施安装标准 图集进行施工。根据 GB 50057-94建筑物防雷设计规范第 4.1.1条的要求: B 、避雷带和避雷网设计依据依据 GB 50057-94建筑物防雷设计规范(2000版第四章:防雷装置,第一节:接闪 器;第五章:接闪器的选择与布置中关于避雷针的要求,参考 IEC 61024建筑物防雷 标准第一部分:通则,第二节:外部防雷装置(LPS ;第二部分:防雷装置的设计、安装、 维护及检查,第二节:防雷装置(LPS 的设计;第三节:外部防雷装置(LPS 的施工; 在满足客户所提技术需求的情况下,按照 99(03 D501-1 建筑物防雷设施安装标准 图集进行施工。根据 GB 50057-94建筑物防雷设计规范第 4.1.2条的要求:避雷带 可采用圆钢或扁钢 制成,其材料应符合以下要求:圆钢直径不小于 8mm 扁钢截面积不小于 48mm 2厚度 不小于 4mm 。避雷带可沿建筑物四周女儿墙上敷设,并与避雷针、引下线、天面电磁屏蔽 网做良好的连接。根据 GB 50057-94建筑物防雷设计规范第 4.2.1条的要求:引下线 应采用圆钢或扁钢 制成,优先选用圆钢,其材料应符合以下要求:圆钢直径不小于 8mm 扁刚截面不小于 48mm 2 厚度不小于 4mm 。引下线设置不应小于 2根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置, 其间距不应大于 18m 。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时,可按跨度设 引下线,但引下线的平均间距不应大于 18m 。每根引下线的冲击接地电阻不应大于 10。 当采用多根引下线时,应在个引下线上距地面 0.3m 至 1.8m 之间装设断接卡。C 、接地装置设计依据依据 GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范; GB 50057-94建筑物防雷设 计规范(2000版第三章:建筑物防雷设施;第四章:防雷装置,第三节:接地装置中 关于接地的要求,参考 IEC 61024建筑物防雷标准第一部分:通则,第二节:外部防 雷装置 (LPS ; 第二部分:防雷装置的设计、 安装、 维护及检查, 第二节:防雷装置 (LPS 的设计;第三节:外部防雷装置(LPS 的施工;在满足客户所提技术需求的情况下,按照 99(03 D501-4 接地装置安装标准图集进行施工。GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范标准第 5.1.2条强制要求:需要保护 的电子信息系统必须采取等电位连接与接地保护措施。 5.2.5条强制要求:接地与交流工 作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置时,接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。 5.2.6条强制要求:接地装置应优先利用建筑物的自然 接地体,当自然接地体的接地电阻达不到要求时应增加人工接地体。 5.4.1-2条强制要求:电子信息系统设备由 TN 交流配电系统供电时,配电线路必须采用 TN S 系统的接地方式。实施方案依据以上标准要求,通常辅助接地网设计如下:首先要将所有建筑物基础钢筋用 404mm镀锌扁钢做两点连接,组成联合地网;其次要将 所有外露电力设备的保护接地,建筑物顶部设备的保护接地,架设的避雷针的引下接地等 与主地网进行连接;最后对信息控制系统的信号线路直流工作接地做单独接地处理,并在 机房内部设置均压带和等电位汇流排。考虑到地网使用的长期性和耐腐蚀性,建议使用非金属接地模块制作地网。地网布置依据 地形进行设计。水平接地体使用 404mm镀锌扁钢,埋深 0.6米;垂直接地体使用L505052000mm镀锌角钢;垂直接地体间使用非金属接地模块。地网引出地网测试极 到地面上,以便以后检测地网情况。或者水平接地体使用 404mm镀锌扁钢,埋深 0.6米; 垂直接地体使用非金属接地模块。2、内部防护A 、 电源系统防护根据 IEC 61312雷电电磁脉冲的防护 、 GB 50057-94建筑物防雷设计规范 、 GB 50054-95低压配电设计规范、 JGJ/T 16-92民用建筑电气设计规范及 GBJ 64-83工业与民 用电力装置的过电压保护设计规范中防雷及过电压规范有关防雷分区的划分和各级电源 系统雷电及过电压保护要求,针对现场勘察报告中关于配电系统的描述,将其分为三个防 雷区分别加以考虑。由于单级防雷可能会带来因雷电流过大而导致的泄流后残压过大或者 保护能力不足引起的设备损坏。因此选用电源系统多级保护,可防范从直击雷到操作浪涌 的各级过电压的侵袭。电源一级防护设计依据依据 GB 50057-94建筑物防雷设计规范第六章:防雷击电磁脉冲;第四节,第 6.4.1至 6.4.12条 LPZ0A 、 LPZ0B 区对电涌保护器(SPD 的要求及 GB 50054-95低压配电设计 规范第四章:配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定;参照 JGJ/T 16-92民用建 筑电气设计规范第 13部分:电力设备防雷、第 14部分接地及安全以及 GBJ 64-83工 业与民用电力装置的过电压保护设计规范第五、六、八章; DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合第三章到第十章; DL/T621-1997交流电气装置的接地第 三章、第四章、第六章、第七章的部分条文。实施方法在铁路站场高压开关线路后级 380V 总配电电源处安装一套 MVS 50B/3+NPE电源防雷模 块,作为电源第一级保护。电源二级防护:设计依据根据 GB 50057-94(2000版建筑物防雷设计规范第六章:防雷击电磁脉冲;第四节, 第 6.4.1至 6.4.12条 LPZ1区对电涌保护器(SPD 的要求及 GB 50054-95低压配电设计 规范第四章:配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定;参照 JGJ/T 16-92民用建 筑电气设计规范第 13部分:电力设备防雷、第 14部分接地及安全以及 GBJ 64-83工 业与民用电力装置的过电压保护设计规范第五章、第六章、第八章; DL/T620-1997交 流电气装置的过电压保护和绝缘配合第三章、第四章、第五章; DL/T621-1997交流电 气装置的接地第七章、第八章的部分条文。实施方法在信息设备较多的信号楼、通信楼各楼层分配电电源处安装一套 MVL 40C/3+NPE电源防雷 模块,作为电源第二级保护。浪涌保护器前安装空气开关使用 D 曲线 32A 的空气开关。在信号楼、通信楼各楼层照明配电电源处安装一套 MVL 40C/1+NPE电源防雷模块,作为电 源第二级保护。浪涌保护器前安装空气开关使用 D 曲线 32A 的空气开关。在网络机房、控制中心机房、通讯机房、通信机房等安装有大量精密电子设备的机房分配 电电源处安装一套 MVL 20D/3+NPE电源防雷模块,作为电源第二级保护和机房电源一级保 护。浪涌保护器前安装空气开关使用 D 曲线 63A 的空气开关。电源三级防护:设计依据根据 GB 50057-94(2000版建筑物防雷设计规范第六章:防雷击电磁脉冲;第四节, 第 6.4.1至 6.4.12条 LPZ1区对电涌保护器(SPD 的要求及 GB 50054-95低压配电设计 规范第四章:配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定;参照 JGJ/T 16-92民用建 筑电气设计规范第 13部分:电力设备防雷、第 14部分接地及安全以及 GBJ 64-83工业与民用电力装置的过电压保护设计规范第五章、第六章、第八章部分条文。在 LPZ2区 内,浪涌保护器可将浪涌电压限制到一千多伏,防雷器通流容量为(8/20s :10KA。实施方法在网络机房、控制中心机房、通讯机房、通信机房等机房内数字微波通信、车站数字通信 分系统、站场广播机、无线列调通信、平面调车通信、信号联锁微机、网络交换机、程控 交换机等设备的设备电源处安装一套 MVL 20D/3+NPE电源防雷模块, 作为电源第三级保护。B 、 天馈系统防雷标准规定根据 GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范第 5.4.3条的要求,天馈线路 的防雷与接地应符合下列规定:1、架空天线必须置于直击雷防护区 (LPZ0B 内。 2、天馈线 路浪涌保护器的选择,应根据被保护设备的工作频率、平均输出功率、连接器形式及特性 阻抗等参数, 选用插入损耗及电压驻波比小适配的天馈线路浪涌保护器。 3、 天馈线路浪涌 保护器,宜安装在收 /发通信设备的射频出、入端口处。 4、具有多副天线的天馈传输系统, 每副天线应安装适配的天馈浪涌保护器。当天馈传输系统采用波导管传输时,波导管的金 属外壁应与天线架、波导管支撑架及天线反射器作电气连通。并宜在中频信号输入端口处 安装适配的中频信号线路浪涌保护器, 其接地端应就近接地。 5、天馈线路浪涌保护器接地 端应采用截面积不小于 6mm 2的多股绝缘铜导线连接到直击雷非防护区 (LPZ0A 或直击雷防 护区 (LPZ0B 与第一防护区 (LPZl交界处的等电位接地端子板上。同轴电缆的上部、下部及 进机房入口前应将金属屏蔽层就近接地。设计依据根据 GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范 第五章:防雷设计; GB 50057-94 (2000版 建筑物防雷设计规范 第六章:防雷击电磁脉冲; 第四节, 第 6.4.1至 6.4.12条 LPZ1区对电涌保护器(SPD 的要求及 YD/T 5098-2001通信局(站雷电过电压保护 工程设计规范第五部分:SPD 的选择;第 5.3条:信号线用 SPD ;第 5.5条:计算机、 控制终端、监控系统的网络数据线用 SPD 的要求,参照 IEC 61643-3 低压系统的电涌保 排器第 3部分在电信系统中 SPD 的应用和 IEC 61644-1 1997通信系统用 SPD 标 准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用 8/20s 波形、通流容量 3KA 的信 号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。实施方法在距离天线 3.5米的距离安装足够高的避雷针对天线进行直击雷保护。避雷针的金属杆应 与天线金属支架焊接。根据被保护设备的工作频率、平均输出功率、连接器形式及特性阻抗等参数，在数字微波 通信、站场广播机、无线列调通信等系统的天馈线路，选用符合参数要求的 MAFG 系列天馈 电涌保护器，安装于收/发通信设备的射频出、入端口处。 对采用波导管传输的天馈系统，波导管的金属外壁应与天线架、波导管支撑架及天线反射 器作电气连通。并在中频信号输入端口处安装适配的中频信号线路浪涌保护器，其接地端 应就近接地。 C、计算机网络系统防护 设计依据 根据 GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范第五章：防雷设计；GB 50057-94 （2000 版） 建筑物防雷设计规范 第六章： 防雷击电磁脉冲； 第四节， 第 6.4.1 至 6.4.12 条 LPZ1 区对电涌保护器（SPD）的要求及 YD/T 5098-2001通信局（站）雷电过电压保护 工程设计规范第五部分：SPD 的选择；第 5.3 条：信号线用 SPD；第 5.5 条：计算机、 控制终端、监控系统的网络数据线用 SPD 的要求，参照 IEC 61643-3 低压系统的电涌保 排器第 3 部分在电信系统中 SPD 的应用和 IEC 61644-1 1997通信系统用 SPD标 准要求，对于通信线路的防护，需对设备进线缆线使用 8/20 s 波形、通流容量 3KA 的信 号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。 实施方法 在以太网络服务器通讯线路由器前及网控器的 PSTN 外线接入网网线上各安装壹套 MS RJ45-E100/4S 计算机网络通信线电涌保护器，用于服务器网络通信线路的防雷保护。 在网络交换机通讯系统进线端分别安装壹套 MS RJ45-24E 计算机网络通信线电涌保护器， 用于各设备网卡及通信线路的防雷保护。 对电话接入的帧中继线路采用壹套 MS RJ45-TELE/4S 电话通信线电涌保护器，用于帧中继 通信线路的防雷保护。 网络间传输使用的光纤无须进行防护，但是光缆的金属加强筋需要做接地。 D、电话通信系统的防护 设计依据 根据 GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范第五章：防雷设计；GB 50057-94 （2000 版） 建筑物防雷设计规范 第六章： 防雷击电磁脉冲； 第四节， 第 6.4.1 至 6.4.12 条 LPZ1 区对电涌保护器（SPD）的要求及 YD/T 5098-2001通信局（站）雷电过电压保护 工程设计规范第五部分：SPD 的选择；第 5.3 条：信号线用 SPD；第 5.5 条：计算机、 控制终端、监控系统的网络数据线用 SPD 的要求，参照 IEC 61643-3 低压系统的电涌保 排器第 3 部分在电信系统中 SPD 的应用和 IEC 61644-1 1997通信系统用 SPD标 准要求，对于通信线路的防护，需对设备进线缆线使用 8/20 s 波形、通流容量 3KA 的信 号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。 实施方法 在有线话音通信系统， 与程控交换机连接的线路有电话外线上各安装壹套 MS RJ45-TELE/2S 电话通信线电涌保护器，用于电话通信线路的防雷保护。 在重要会议室内外线、重要管理人办公室内外线、重要实验机构办公室内外线及区域值班 室内线电话通讯线上各安装壹套 MS RJ45-TELE/4S 电话通信线电涌保护器，用于电话通信 线路的防雷保护。 E、站场控制系统的防护 设计依据 根据 GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范第五章：防雷设计；GB 50057-94 （2000 版） 建筑物防雷设计规范 第六章： 防雷击电磁脉冲； 第四节， 第 6.4.1 至 6.4.12 条 LPZ1 区对电涌保护器（SPD）的要求及 YD/T 5098-2001通信局（站）雷电过电压保护 工程设计规范第五部分：SPD 的选择；第 5.3 条：信号线用 SPD；第 5.5 条：计算机、 控制终端、监控系统的网络数据线用 SPD 的要求，参照 IEC 61643-3 低压系统的电涌保 排器第 3 部分在电信系统中 SPD 的应用和 IEC 61644-1 1997通信系统用 SPD标 准要求，对于通信线路的防护，需对设备进线缆线使用 8/20 s 波形、通流容量 3KA 的信 号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。 按照 GB50057-94 建筑物防雷设计规范 标准第 3.3.7 条的要求， 应该将建筑物内的设备、 管道、构架等主要金属物就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上，不用 另设接地装置。对于控制系统用的 12V 的 RS232 和 6V 的 RS485、RS422 数据控制线，由于 通常此类控制线的线路较长，布线比较复杂，容易感应到雷电和工频过电压，而数据线连 接的控制主机耐压又比较低，所以需要在主机的各数据线输入端安装相应的数据信号浪涌 保护器。 比如： RS232 数据控制线可使用 SR-E12V/2S 的数据信号浪涌保护器， RS485、 RS422 数据控制线可使用 SR-E06V/2S 的数据信号浪涌保护器。 此系列一般用于控制回路额定的负 载电流小于 500mA 的功率比较小的控制系统。如果控制回路的功率比较大，比如长距离的 RS232 数据控制线或者 24V、48V 双绞线，则可以选用额定负载电流 1.5A 的 SR-P12V/2S、 SR-P24V/2S、SR-P48V/2S 的数据信号浪涌保护器。 实施方法 在数字微波通信、车站数字通信分系统、站场广播机、无线列调通信设备控制线路安装一 套 MS PD-E24V/2S 直流通信信号电涌保护器，作为数字微波通信、车站数字通信分系统、 站场广播机、无线列调通信设备控制线路的保护。 在信号机、轨道电路箱、道岔电动转辙机等设备控制线路等安装一套 MS PD-24V/4S 直流通 信信号电涌保护器，作为信号机、轨道电路箱、道岔电动转辙机等设备控制线路等的保护。 F、机房内接地及等电位连接 设计依据 依据 GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范第五章：防雷设计；GB 50057-94 （2000 版）建筑物防雷设计规范第六章、防雷击电磁脉冲；第三节、屏蔽、接地和等 电位连接第 6.3.4 条要求： 所有进入建筑物的外来导电物均应在 LPZ0A 区或 LPZ0B 区与 LPZ1 区的界面处做等电位连接；信息系统的各种箱体、壳体、机架等金属组件应建立一等电位 连接网络，并与建筑物的共用接地系统连接。内部金属装置与等电位连接带之间的连接导 体采用铜材时,最小截面积为 6mm ,采用铝材时, 最小截面积为 10mm ,采用铁时, 最小截面 积为 16mm ；铜或镀锌钢等电位带的截面积不应小 50mm 。 依据 GB 50057-94（2000 版）建筑物防雷设计规范第三章、建筑物的防雷措施；第三 节、第二类防雷建筑物的防雷措施要求：每根引下线的接地电阻不大于 10 欧姆，防直击雷 接地装置宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等共用接地装置。 依据 GB50174-93 电子计算机机房设计规范 第六章 电气技术： 第四节接地要求： 第 6.4.2 条、第 6.4.2 条要求，采用共用接地