铁路信号防雷设备研究.docx

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1、铁路信号防雷设备研究学 生 姓 名： 刘 益 学 号： 0931314 专 业 班 级： 铁道通信信号（培训2班） 指 导 教 师： 王小可 摘 要防雷与安防，是两个不同的行业，但却又有着密切的关系，同样保护着安全。在安防领域，防雷日益受到重视，甚至在许多工程验收过程中，防雷已成为必不可少的一项。其中的铁路上的防雷也尤为重要，而铁路信号的防雷工作是重中之重。铁路的安全、畅通是我们每个人的期盼，它的是否正常运行直接关乎人民的生命财产安全。因此，我们必须坚持党的领导，积极努力的做好铁路信号的防雷工作。提高信号设备防雷标准，是减少雷害发生的根本铁道部在原有铁路防雷标准基础上，发布了铁路信号设备电磁兼

2、容及雷电电磁脉冲防护实施意见。意见吸取了我国铁路信号防雷工作多年来的经验，并借鉴了国外铁路信号设备防雷方法，包含地网设置、屏蔽设置等综合防护技术措施，大大提高了信号设备防雷标准，进一步增强了设备防雷的可操作性。同时，意见还规定了防雷设计与施工资质管理、施工验收、质量责任、雷害处理、产品采购、检查测试等维护与管理方面的内容，基本形成了信号设备雷电综合防护框架。目前，铁道部已经发布了信号设计规范，正在抓紧制定铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术规范，努力提高信号设备防雷的设计和建设水平，进一步减少雷害发生。因此，我们需从防雷产品的采购，直到最终的使用，之间的各个环节都要在铁道部的规定及制度下，加之各路

3、局的现实情况下，严格要求使用，不能有一点问题存在。针对意见中提出的因防雷设施维护或管理不当造成信号设备发生雷害必须列管理单位责任的规定，铁路部门将继续建立防雷逐级负责制和雷害应急预案，明确雷电防护装置的设计、施工、维护和管理等单位及人员的责任，做到铁路局、电务段逐级负责，尽最大限度减少雷害对铁路运输生产的影响。为了能够准确、有效地提供安防监控系统的防雷解决方案，我们首先应准确了解安防监控系统的系统构成，进而，准确分析安防监控系统遭受雷击损害的主要原因以及可能的雷击过电压的入侵途径。在此基础上，选用合适的防雷保护装置，研究和探讨信号、电源线路的合理布放，明确屏蔽及接地方式，方可给出准确的、系统的

4、防雷解决方案。有效提高安防监控系统的抗雷击过电压干扰能力，优化系统的整体防雷水平。随着现代化科技飞速发展，铁路信号设备电子化程度大幅提高，先进的设备在雷雨季节能否安全稳定的运用，是摆在我们面前的一个新课题。雷击放电诱发电磁脉冲过电压和过电流会经电源系统、信号传输通道等途径损坏信号设备，直接威胁铁路正常的安全生产。所以，加强信号设备防雷工作尤为重要。关键词：铁路信号；防雷；防雷保安器；压敏电阻器；安全。目 录摘 要I引 言11.1发生的有关雷击事故案例21.2 国家对铁路信号设备防雷的计划和方案31.3 信号设备防雷的重要意义31.3.1雷害成因分析：41.3.2对雷害的整改措施：42 铁路信号

5、设备防雷的分析52.1雷电侵入信号设备的主要途径52.1.1由交流电源侵入62.1.2由轨道电路侵入62.1.3由电缆侵入72.2信号设备的防雷72.2.1信号设备雷电防护的原则72.2.2信号设备防雷元件的安装和设备的要求82.3 防雷防治92.3.1接 闪92.3.2均 压92.3.3屏 蔽102.3.4接 地102.3.5分流（保护）103 防雷元件103.1金属陶瓷放电管113.1.1金属陶瓷二级放电管113.1.2金属陶瓷三极放电管133.2氧化锌压敏电阻器143.2.1氧化锌压敏电阻器143.2.2劣化指示氧化锌压敏电阻器163.3瞬变电压抑制器173.4防雷变压器174信号设备防

6、雷保安器194.1防雷保安器的结构194.2电源防雷保安器194.3信号传输线防雷保安器215 铁路信号综合防雷整治23（1）既有机房建筑物直击雷防护和屏蔽23（2）室外信号设备直击雷防护和屏蔽23（3）接地系统23一般要求23地网23贯通地线23（5）设置信号设备专用防雷保安器23信号电源系统防护23信号机23致 谢26参 考 文 献- 0 -引 言我写的内容是防雷，主要是铁路信号的防雷。随着现代化科技飞速发展，铁路信号设备电子化程度大幅提高，先进的设备在雷雨季节能否安全稳定的运用，是摆在我们面前的一个新课题。雷击放电诱发电磁脉冲过电压和过电流会经电源系统、信号传输通道等途径损坏信号设备，直

7、接威胁铁路正常的安全生产。所以，加强信号设备防雷工作已刻不容缓。针对汛期雷雨季节雷害极易发生、直接影响铁路运输安全的严峻现实，铁路部门积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，同时开展信号设备防雷专项整治，做好应急处置工作，尽最大努力确保铁路运输生产安全。1 铁路信号设备防雷的重要性防雷与安防，是两个不同的行业，但却又有着密切的关系，同样保护着安全。在安防领域，防雷日益受到重视，甚至在许多工程验收过程中，防雷已成为必不可少的一项。此专题的开设，是为了让大家系统的了解防雷与安防的关系，了解最新的防雷在安防行业的应用。1.1发生的有关雷击事故案例夏季防雷击 准备要做足我国部分地区就迎来了暴风雨天气

8、，相关部门也发出了提醒企业、居民注意防雷击的警示。然而因雷电造成的伤亡事故依然时有发生。雷击虽是天灾，但并非无法抵御。特别在7月，雷雨天气有增无减，这就要求我们更加注意安全，作足准备，避免雷击。来自中国气象局的消息，据不完全统计，每年6月份，我国都有有人遭雷击身亡，为一年中同期死亡人数较多的月份。从20个省（区）统计上报的雷击死亡人数分析，江西省遭雷击死亡人数最多。随着气温逐渐增高，雷雨天气还将持续数月，这就要求各地必须加强防雷工作，避免发生人员伤亡事故。分析一下6月份各省（区）遭雷击死亡人员分布情况，可以发现，西北地区少于东北、华北，江南和华南地区人数明显多于北方地区，其中，江西死亡人数最多

9、。这是因为西北少雨，反之，东北、华北等地区多雷雨天气，在防雷击工作上更是不容怠慢。6月份发生的主要雷击事件有：（1）海南省文昌市昌洒镇东群村委会的一处西瓜园工棚，9名民工因避雨躲进工棚时遭到雷击，其中，2人受雷击当场倒地死亡，2人手臂遭雷击伤势较重。（2）湖南永州蓝山县竹市镇上丰头村发生雷击事件，12人被当场击晕，经医院及时抢救，已全部苏醒。（3）云南昆明突下雷阵雨，盘龙区落索坡村的5位村民在盘龙江大花桥2段的大树下避雨时，被雷击中，造成1死3伤。这些都是人员伤亡事件，雷电同样会造成很多设备设施损坏，导致停电、起火等事故。据统计，仅在2004年和2005年，我国发生雷电灾害19918起，伤亡人

10、数达3157人，直接经济损失数十亿元，是仅次于暴雨洪涝、气象地质灾害之后名列第三的气象灾害。雷电作为我国最严重的三大气象灾害之一，给人们带来的损失是不可忽视的，无论是煤矿、化工、电力、建筑，还是人们生活、森林防火，都会受到夏季雷电的侵害。要保证安全，就要从细节抓起。据此，温家宝总理做出了“提醒各地有关部门加强防雷工作”的重要批示。从以往的案例可以看出，雷电灾害主要原因是因为缺少避雷措施和设备以及避雷知识导致出现人员伤亡事故。所以就必须从以下两个方面入手来避免雷电灾害。1、各地须加强防雷工作。尽可能在各类建筑物上安装相应的防雷设备，特别是野外的简易建筑物等更要安装防雷设施。各企业单位要严格执行有

11、关防雷法规，通过正规机构来检测、完善本单位的防雷设施，切莫贪图省事和便宜请不法机构来检测和完善防雷设施。2、加强防雷宣传。在雷雨天气里，人不宜在开阔地活动，不能到草棚、金属棚中、树下等地避雨，以免遭直接雷击和感应雷击；雷雨天不宜靠近建筑物的外墙以及使用电器设备。如果有单位或居民遭遇雷击意外后，应该及时上报气象部门，不可瞒报。1.2 国家对铁路信号设备防雷的计划和方案全国铁路开展信号设备防雷专项整治工作针对汛期雷雨季节雷害极易发生、直接影响铁路运输安全的严峻现实，铁路部门积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，同时开展信号设备防雷专项整治，做好应急处置工作，尽最大努力确保铁路运输生产安全。提高

12、信号设备防雷标准，是减少雷害发生的根本。今年，铁道部在原有铁路防雷标准基础上，发布了铁路信号设备电磁兼容及雷电电磁脉冲防护实施意见。意见吸取了我国铁路信号防雷工作多年来的经验，并借鉴了国外铁路信号设备防雷方法，包含地网设置、屏蔽设置等综合防护技术措施，大大提高了信号设备防雷标准，进一步增强了设备防雷的可操作性。同时，意见还规定了防雷设计与施工资质管理、施工验收、质量责任、雷害处理、产品采购、检查测试等维护与管理方面的内容，基本形成了信号设备雷电综合防护框架。目前，铁道部已经发布了信号设计规范，正在抓紧制定铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术规范，努力提高信号设备防雷的设计和建设水平，进一步减少雷害

13、发生。针对意见中提出的因防雷设施维护或管理不当造成信号设备发生雷害必须列管理单位责任的规定，铁路部门将继续建立防雷逐级负责制和雷害应急预案，明确雷电防护装置的设计、施工、维护和管理等单位及人员的责任，做到铁路局、电务段逐级负责，尽最大限度减少雷害对铁路运输生产的影响。1.3 信号设备防雷的重要意义防雷与安防，是两个不同的行业，但却又有着密切的关系，同样保护着安全。在安防领域，防雷日益受到重视，甚至在许多工程验收过程中，防雷已成为必不可少的一项。此专题的开设，是为了让大家系统的了解防雷与安防的关系，了解最新的防雷在安防行业的应用。现代的安防监控产品均系微电子化产品，这些监控设备具有高密度、高速度

14、、低电压和低功耗等特性。其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感，这就使得监控系统设备极易遭受雷击/过电压破坏，其后果可能会使整个监控系统运行失灵，并造成难以估计的经济损失和安全方面的风险。为了能够准确、有效地提供安防监控系统的防雷解决方案，我们首先应准确了解安防监控系统的系统构成，进而，准确分析安防监控系统遭受雷击损害的主要原因以及可能的雷击过电压的入侵途径。在此基础上，选用合适的防雷保护装置，研究和探讨信号、电源线路的合理布放，明确屏蔽及接地方式，方可给出准确的、系统的防雷解决方案。有效提高安防监控系统的抗雷击过电压干扰能力，优化系统的整体防雷水平。

15、1.3.1雷害成因分析：事故发生后某地请我公司为其原有系统进行了雷击分析并为其提出整改意见。导致多台球机被雷击损坏的根本原因是不同的信号端之间的不共地，导致雷直击时在两端产生不等的地电位而引起设备和线路的损坏。另外，原设计施工方案也有以下的一些缺陷：1 避雷器与室外球机之间的距离过长导致防雷保护效果不佳；2关键的控制信号线上没有设置避雷器，导致连串的设备损坏； 3 引入中控室设备处信号线没有设置避雷器，也会导致中控设备被入侵浪涌损坏。4 预埋管采用非金属PVC管，导致雷击时埋地信号线路屏蔽层与外地产生形成大电位差，造成线路损坏。 1.3.2对雷害的整改措施：由上可见，若采取的防雷措施不合理或考

16、虑不严密，防雷就不能起到效果。为了完善该系统的防雷性能，应按以下措施对原防雷系统进行改进：1.室外球机处的改进措施室外球机应分别装设单相电源防雷器、视频防雷器，控制线防雷器。建议采用专为摄像机保护设计的专用的一体化避雷器。 （1） 室外球机端的避雷器应尽量靠近球机安装，从防雷器到球机的线路长度（包括接地线）越短越好。（2） 球机的金属外罩、信号线屏蔽层、金属蛇管、电源变压器金属外皮等应与灯柱金属外壳或者灯柱的接地线形成可靠电气通路，保证接地良好。2.机房处的改进措施 从外引入的视频线及控制线，在接入设备前必须安装相应的信号防雷器，防雷器的接地引线应尽量短。 埋地进入机房的信号金属导线，金属管与

17、带屏蔽导线的金属屏蔽层，应在引入室内处进行就地接地，与大楼的统一接地网形成良好电气通路（接地电阻必须小于1欧）。3.其他接地措施 条件允许时，室外通讯线路应考虑穿金属管埋地敷设，金属管两端应接地，全长应保持电气连接。 （1） 当室外摄像机采用就地接地时，接地电阻值越小越好，应尽量把接地电阻降到1欧姆以下。 （2） 条件允许时，应采用埋设截面足够大的扁铁或钢筋，将室外摄像机接地与中控室接地网连通，以实现共地。 （3）当室外摄像机接地条件不能满足要求时，应采用光纤通讯，以避免因金属导线跨越两个地网而引起的过电压。2 铁路信号设备防雷的分析2.1雷电侵入信号设备的主要途径各种信号设备，由于工作环境与

18、控制条件不同，所以它所受雷电袭击的途径也是各异的。为了确保信号设备的正常工作，只有掌握雷电袭击信号设备的途径，才能采取经济而有效的雷电防护措施。信号设备遭受雷电袭击的途径，是多方面的，下面从三方面叙述。 2.1.1由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，若该变压器未装避雷器或避雷器失效，雷电波幅值又较大，就会击穿变压器出、次级绕组间绝缘。这样，数百千伏的雷电压就会直接侵入交流低压电源，严重破坏低压侧的信号设备。若雷电冲击波电压幅度不高，不足以动作高压避雷器，或不足以击穿变压器绝缘侵入低压回路时，雷电冲击波还会通过绕组间分布电容耦合的方式，侵入信号低压回路。低压电源线和信号设备相连

19、接，对雷电压来说，可认为它们的电位为零。因此，电容的耦合作用可如图2-1-（1）所示的回路表示，其等效电路如图 （1） （2） 图2-1 电容的耦合作用2-1-（1）所示。图中 C为高压导线和绕组对大地的电容，C为高压绕组对铁芯和外壳的电容， C为低压绕组对铁芯和外壳的电容。 当高压侧出现高压U时，低压侧将出现相应的电压U，U= C(C+ C)U。假设U=35 kV，CC=20，则U=1.67 kV。如此高的电压，对低压回路中的信号设备是危险的。当C与C的比值较小或U较大时，对信号设备的危险更大。如果高压线路的雷电冲击波电压不对称，或者两条线路上避雷器的放电电压或残压值不一致。变压器高压绕组两

20、端就可能出现电压U，在低压绕组中将感应出电压U。假设U=35 kV，初、次级变压为50，则U为0.7 kV。这么高的电压，加到信号设备上也有一定的危险性。2.1.2由轨道电路侵入轨道电路采用钢轨作为传输线，用以传送信息。钢轨安装在道床上，路肩宽有数米，又铺有半米厚的石碴，因此一般高出地面11.5 ，甚至高达数米：有的受铁路两旁高山树木的影响；也有的设于突出水面的桥梁上，因此也经常遭受雷电的侵袭，其雷击频度仅次于铁路两旁的交流电源系统与架空电线路。轨道电路虽然安装在铺有钢筋混凝土的轨枕上，但是由于轨道电路延伸较长，有较大的漏泄和不小的电容，而又都是均匀分布的；钢轨本身电阻为12，当雷电袭来时不能

21、立即泄放掉，雷电波将传送一段距离，这对于用低压工作的轨道电路器材来说也是一个很大的威胁，因此轨道电路遭受雷电冲击波的袭击，也是雷电信号设备的主要途径之一。 雷电波有轨道侵入后，到达轨道电路器材，造成器材破坏。如交流计数电码自动闭塞轨道电路的FP型电动发码器等，就可能在雷电袭击时，雷电波侵入电动发码器线圈，造成线圈（M）烧毁。图2-2为交流计数电码自动闭塞轨道电路的轨道继电器（GJ）遭受雷击的情况。 图2-2自动闭塞轨道电路的轨道继电器受雷击示意图2.1.3由电缆侵入铁路信号的室内、外设备通过电缆连接起来。雷电从电缆侵入，并传输至室内设备。电缆附近的大地遭受雷击时，电缆护套可能被击穿，雷电流直接

22、侵入芯线或雷电流沿电缆铠装流动，对芯线产生较高的感应过电压。同时，当一根电缆的一根芯线有过电压侵入时，其他芯线也将产生感应电压。此外，当雷击点距信号设备较近时，由于雷击电流造成雷击点大地电位上升并波及到信号设备，使之产生闪络（沿固体表面发生的破坏性放电，通常只引起绝缘介质强度的暂时丧失）或击穿（贯穿固体发生的破坏性放电，导致绝缘介质强度的永久性破坏）。2.2信号设备的防雷2.2.1信号设备雷电防护的原则（1）防雷装置和被防护设备的绝缘应匹配，将雷电感应过电压限制到被保护设备的冲击耐压水平以下。绝缘匹配是指在冲击电压作用下，防雷设备的放电特性和被保护设备耐压水平之间的匹配，要求防雷设备伏秒特性曲

23、线始终在被保护设备的伏秒特性曲线之下，并留有一定裕度，如图2-3所示。这样，可使设备得到可靠的防雷保护。 图2-3 伏-秒特性曲线被保护设备为电气设备时，保护设备的保护电压应低于被保护设备的 绝缘耐压；如果被保护设备为电子设备时，防护设备的保护电压应低于电子设备的工作电压和击穿电压。（2）正常情况下，防雷装置不应影响被防护设备的工作，受雷电干扰时，应保证信号设备不得错误动作。信号设备的防雷不同于其他设备的防雷，不仅要考虑不致因雷击而损坏设备或使设备错误动作，而且要尽量做到设备不间断使用，以确保正常行车。因此，在选用防雷原件时，要特别注意不用易造成短路的防雷元件。当被保护设备接入防雷设备后，对被

24、保护设备的输出功率、接收灵敏度或频率特性不应产生不良影响。（3）采用多级防护时，各级防护元件应配置合理。要保证各级防雷设备顺序工作，以有效抑制雷电压。一般情况下，各级防雷元件不宜直接并联，避免动作电压低、时间快的防雷元件先动作，使其他元件不起作用。所以各级间应有延迟措施，使防雷元件逐级启动。通常，前级或前几级防雷元件采用通流容量打、启动快元件，使大部分雷电能由防雷元件泄入大地。2.2.2信号设备防雷元件的安装和设备的要求（1）外部防护用防雷元件宜安装在线路终端。防雷元件与被防护设备之间的连接线应短，防雷电路的配线与其他配线应分开走线，不允许其他设备借用防雷的端子。防雷装置如距被防护设备过远，由

25、于在连线上产生在震荡波，导致被防护设备两端的电压比防雷装置两端的电压更高，这种现象称为间距效应。入侵的雷电在电缆两端产生反射使之积累，当电缆较短时，有可能在电缆上产生极高的过电压。所以从减小间距效应和抑制电缆内过电压来看，外部防雷的元件宜安装在线路终端。由于导线间有电容，因此雷电流有可能影响相邻导线，引起设备误动。另外雷电流较大而导线截面积较小时，可能将导线外的绝缘击穿甚至燃烧，因此防雷电路的配线应与其他配线分开走线。（2）为了发挥防雷装置的作用，它应安装牢固可靠，还要考虑便于检测。 （3）防雷装置应集中设置，可防止因防雷装置故障而影响其信号设备的正常工作，同时便于维修、测试和检查。2.3 防

26、雷防治防雷是一个很复杂的问题，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击的因素进行排除，采用综合防治接闪、均压、屏蔽、接地、分流（保护），才能将雷害减少到最低限度。2.3.1接 闪接闪装置就是我们常说的避雷针、避雷带、避雷线或避雷网，接闪就是让在一定程度范围内出现的闪电放电不能任意地选择放电通道，而只能按照人们事先设计的防雷系统的规定通道，将雷电能量泄放到大地中去。 图2-4接闪装置图2.3.2均 压接闪装置在接闪雷电时，引下线立即产生高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而

27、对人员和设备构成危害。为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，一直到接地装置。室内的金属设施、电气装置和电子设备，如果其与防雷系统的导体，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时，则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，就特别需要实行等电位连接，电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位连接，各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接，并最后与等电位连接母排相连。2.3.3屏 蔽屏蔽就是利用金属网、箔、壳或管子等导体

28、把需要保护的对象包围起来，使雷电电磁脉冲波入侵的通道全部截断。所有的屏蔽套、壳等均需要接地。屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。2.3.4接 地接地就是让已经内入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地，而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用，良好的接地才能有效地泄放雷电能量，降低引下线上的电压，避免发生反击。2.3.5分流（保护）所谓分流就是在一切从室外来的导体（包括电力电源线、数据线、电话线或天馈线等信号线）与防雷接地装置或接地线之间并联一种适当的避雷器SPD，当直击雷或雷击效应在线路上产生的过电压波沿这些导线进入室内或设备时，避雷器的电阻突然降到低值，近于

29、短路状态，雷电电流就由此处分流入地了。雷电流在分流之后，仍会有少部份沿导线进入设备，这对于一些不耐高压的微电子设备来说是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前，应进行多级分流（即不少于三级防雷保护）。3 防雷元件 目前使用的防雷元件主要有金属陶瓷放电管、氧化锌压敏电阻器、瞬变电压抑制器和防雷变压器等。阀式避雷器和硒片以前起过作用，随着信号设备的发展，现已不能作为主要防雷元件。3.1金属陶瓷放电管 金属陶瓷放电管具有通流容量大、残压较低、雷电后使回路处于断路状态等优点，但响应时间慢，因此一般用于信号设备的防雷电路粗保护环节，主要起导线间和导线对大地间的隔离作用。金属陶瓷放电管按电极数量分为二

30、级放电管和三级放电管。3.1.1金属陶瓷二级放电管 金属陶瓷二极放电管（以下简称二级放电管）是一种充气管。以R-250TA为例，其结构如图3-1，由管帽、陶瓷管、热屏、瓷座、电极等组成。电极由纯铁制成，上面绕组钍钨丝，以提高电极的耐热性和导热性。陶瓷管内衬有一铁质圆管，叫热屏，用来将电极间产生的电弧热量均匀地散发出去。陶瓷管内充一一定压力的氖气。管的两端用铁镍合金与内部电极进行金属陶瓷封接。管表面涂有耐高温的优质绝缘漆，以提高瓷管表面绝缘电阻，防止放电管的点火电压受光照影响。金属陶瓷管能通过很大的电流而不损坏。 图3-1 金属陶瓷二级放电管 图3-2为放电管的伏安特性曲线。当外加电压达到U时，

31、电极间出现辉光放电，极间电压突然降低，电流剧增，放电管点火。U称为点火电压。AB段正常辉光放电，BC段为异常辉光放电。C点转为弧光放电，极间电压明显降低。D点以后极间电压为弧光放电电压。外电压消失时，放电管很快恢复高阻状态。即，放电管具有正常情况下不导电，出现过电压时电极间很快被击穿，过电压消失后立即回复的特性。 图3-2 放电管的伏安特性曲线利用放电管的这一特性，将其安装在线路与大地之间，在线路上出现过电压时，放电管被击穿，大部分雷电流对地泄放，降低了线路地位，设备得到了保护。二极管放电管本身在防护性能上存在着缺陷，即当用两个二极管进行防雷时，如图3-3，如果它们的放电时间不一致，将在线路上

32、产生横向冲击电压，并见到设备上。 图3-3 二极放电管构成的防雷电路如图3-4，雷电入侵时，L放电管在t开始放电，t停止放电，而L在t开始放电，t停止放电，则在雷电冲击波的波头（t- t）和波尾（t- t）时间里，两线间产生横向冲击电压。 图3-4 二极放电管电压波形 为克服二极管放电的缺陷，用一个金属陶瓷三极管放电管来代替两个二极管。3.1.2金属陶瓷三极放电管金属陶瓷三级放电管（简称三级放电管）的结构如图3-5。它有两个线路电极和一个接地电极。子三级放电管中，如果有一个电极放电，在管子中就产生并充满了离子和电子，从而诱发其他电极也放电，大大减少了个电极间的放电时间差，最大限度地抑制了两线间

33、冲击电压的产生，提高了防护效果。三级放电管接法如图3-6。 图3-5金属陶瓷三极放电管结构 图3-6 三级放电管构成的防雷电路三级放电管除对称性好外，还具有冲击放电电压低、同流容量大、遮光性能好、极间电容小、绝缘电阻高等优点。（4）续流及其切断放电管通过大电流冲击后，管内氖气得到充分游离而进入弧光放电状态，在线路电压和电流能满足弧光放电条件的情况下，如果放电介质得不到回复，线路电流一直流过放电管，该电流称为续流。如不能及时切断续流，不仅会烧毁放电管，而且将影响设备的正常工作。所以在使用中要充分考虑这一问题，如果线路电阻不能可靠切断续流时，应串联电阻或压敏电阻器。金属陶瓷放电管在运用中不可避免地

34、将逐渐老化或性能下降，为此必须定期进行测试。凡达不到指标的放电管，应及时予以更换。3.2氧化锌压敏电阻器 氧化锌压敏电阻器包括一般的压敏电阻器和劣化指示压敏电阻器。3.2.1氧化锌压敏电阻器氧化锌压敏电阻器（简称压敏敏电阻器）是以氧化锌为主，添加氧化铋、氧化钴、氧化锰和氧化锑等金属物经过充分混合后造粒成型，再经烧结而成的，其微观结构如图3-7。氧化锌颗粒直径一般为1050um，被1um以下的晶体层所包围。氧化锌压敏电阻器的非线性特性主要是晶体管层所形成的。在地电场强度下，其电阻率为1010m，而当电场强度达1010Vm时，其电阻率骤然下降进入低电阻状态，即压敏电阻器的电阻值随所加电压而改变。

35、图3-7 压敏电阻器的结构 如图3-8为压敏电阻器的伏安特性曲线。在正常工作电压下，压敏电阻器呈高阻，只有微安级漏泄电流流过。侵入过电压时，压敏电阻变为低阻，过电压被抑制。由图可见，大气过电压U被压敏电阻抑制到U，当设备的耐压u高于U时，设备就得到了保护。 压敏电阻器具有通流容量大、非线性特别好、残压较低、响应时间快及抑制过电压能力强等特点，作为电子设备的防雷器件较为理想，也可作为电磁系统的防雷器件。其最大的缺点是可能出现短路故障，为解决这一问题，试制了劣化指示氧化锌压敏电阻器。 如图3-8 压敏电阻器的伏安特性曲线3.2.2劣化指示氧化锌压敏电阻器 劣化指示氧化锌压敏电阻器（以下简称劣化指示

36、压敏电阻器）除具有压敏电阻器的性能外，它的通容量更大，并具有热熔断器、大电流熔断器和报警装置，使其在失效时能自动脱离使用线路，给出明显指示，进行报警告示。而且采用标准化模块结构设计，在使用过程中免予测试，使用安装维护更为方便。 劣化指示压敏电阻在正常工作电压下，始终处于高阻状态，其各项特性参数均未劣化，热熔断器极大电流熔断器均不会脱扣，机械装置不动作，保护模块窗口显示绿色，表示工作在正常状态，如图3-9-（1）如图3-9（1）劣化指示压敏电阻器的各种工作状劣化指示压敏电阻器再遭受过电压侵袭时，处于导通状态，限制过电压，限制过电压，保护所防护的设备。当它长期遭受过电压时，特性有所劣化，表现为漏电

37、流增大。当漏电流继续增大时，压敏电阻器功耗不断增大，自身发热，当所发热量大于热熔断器熔化所需热量时，热熔断器因受热而脱开，使压敏电阻器离所使用线路，防止发生火灾。同时机械装置动作，防护模块显示窗口由绿色变为红色，表示放生故障，如图3-9-（2）。 （2） （3）图3-9 劣化指示压敏电阻器的各种工作状态 劣化指示压敏电阻器在遭受超出其能承受的额定电流脉冲侵袭时，大电流熔断器断开，使压敏电阻器脱离所使用的线路。同时机械装置动作，防护模块显示窗口由绿色变为红色，表示出现故障，如图3-9-（3）。3.3瞬变电压抑制器 瞬变电压抑制器又称瞬态电压抑制器又称瞬态电压抑制器，是一种齐纳二极管。它与普通稳压

38、管相比，功率更大，响应速度快，保护性能好，但通流容量小。只能作为雷电细保护，适宜于电子设备的防雷。 当工作电压低于瞬变电压抑制器的击穿电压时，呈现高祖，对跨接的电路没有影响。当雷电侵入出现过电压时，瞬变电压抑制器立即导通，将过电压显示到一定水平，保护了被保护的设备。3.4防雷变压器普通变压器在初、次级绕组间存在极间电容。极间电容有三部分组成，即初级和铁芯间的电容C,次级和铁芯间的电容C,初级与次级间的电容C.普通变压器的C为几十皮法，电压转换系数在15左右。因此，初级绕组的纵向电压可通过电容耦合到次级。当雷电波侵入初级时，次级可感应出相当高的电压。防雷变压器在设计、取材和工艺上均采用特殊结构，

39、最重要的是静电屏蔽接地，即在初、次级间串入面积足够大的金属板作屏蔽体，如图3-10。这使C大大降低。电压转移系数T= C(C+ C),当C很小时，T必然小。U= TU,这样，由初级侵入的纵向雷电过电压，只有极少部分耦合到次级。图3-10 防雷变压器初级与次级绕组间、初级绕组与屏蔽层间以电压幅值10kV，波形1.250us冲击波，进行正负极性屏蔽体自身必须接地良好。防雷变压器采用静电屏蔽原理来防雷，地线虽然不作为泄放雷电流的途径，但没有地线就无法实现静电屏蔽作用。防雷变压器还必须能承受感应雷引起的冲击过电压对变压器的侵袭，即自身要良好的耐压性能不被击穿。所以实际上防雷变压器是隔离变压器和高绝缘变

40、压器的综合。防雷变压器除满足普通变压器的技术指标外，还应满足防雷变压器的技术指标。（1） 冲击电压各5次间隔为1min的冲击试验无击穿和闪络现象；次级绕组与屏蔽层间以电压幅值6kV，波形1.250us冲击波，进行正负极性各5次间隔1min的冲击试验无击穿或闪络现象。（2） 冲击电压转移系数电压转移系数是变压器次侧对地电压与次侧对地电压之比，是表征防雷效果的指标。初级绕组与屏蔽层间施加冲击电压波形1.250us及幅值1kV、5kV、10kV各一次，次级绕组与屏蔽层间对初级绕组与屏蔽层间的冲击电压转移系数，电源用变压器不大于11000，轨道、信号用变压器不大于1500.（3） 效率、电压调整率效率

41、：0.5kVA及其以下应不低于85；0.5kVA以上应不低于90。电压调整率，不大于5。(4) 绝缘电阻：在正常的试验大气压条件下，防雷变压器各绕组之间，各绕组对铁芯、外壳间，初级绕组对屏蔽层间的绝缘电阻应不小于1000M，次级绕组对屏蔽层间的绝缘电阻应不小于60M。4信号设备防雷保安器 信号设备防雷保安器（SPD）用于电源引入处和室内外信号传输线，对信号设备进行雷电防护。4.1防雷保安器的结构 防雷保安器采用密封结构，由防雷元件组成。如轨道电路所用FL-GD-1型防雷保安器的原理如图4-1，由压敏电阻和金属陶瓷二极反放电管串联而成，可以应付频繁的动作，寿命长。防雷保安器L、L端子，并联接在被

42、保护设备输入线路两端，CS是测试端子。防雷保安器具有劣化指示和报警功能。防雷保安器可安装在室外变压器箱内。 图4-1 FL-GD-1型防雷保安器原理图 KL-GD-1型防雷保安器的冲击通流容量（820us）10kA，限制电压1kV（10700us）700V。4.2电源防雷保安器外电网引入机房建筑物应采用多级雷电防护。第级设在电力开关箱后，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）和室外设备电源引入侧。第级电源防雷应有故障声光报警、雷电计数和状态显示（三相电源每一相线均有状态显示）等功能。(1).信号电源防雷箱电源防雷应采用信号电源防雷箱方式，电源防雷箱

43、一般固定在室内低压配电箱旁；信号防雷箱设置地点应符合防火要求。信号设备机房的电源应采用系统TN-S。三相电源供电的机房，应采用L（相线）-L、L-PE（保护地线）和N（中性线）-PE全模防护的并联三相电源防雷箱；单相电源供电的机房，应采用L-N、L-PE和N-PE的单相电源防雷箱。信号电源防雷箱一般由防雷保安器、空气开关、雷电计数器、等电位接地端子、防雷地线引接线等组成。例如FDX-380（Q）电源防雷箱的电路原理图所示。 图4-2 FDX-380（Q）电源防雷箱的电路原理图图中，K、K为MERLlN C65ND 32A型三路空气开关；K、K为MERLIN C65NC2A型单路空气开关；SPD

44、SPD、SPDSPD为DG TNS 230 400 Uc385FM型防雷保安器；雷电计数器，每次冲击电压1kV时计数一次。两路380V交流电源输入配线采用凯文接线方式，即室内低压配电箱输出端接至防雷箱的分线器，再有该分线器端子引至用电设备的输入端。防雷保安器采用了全保护模式，即相线-相线（L-L）间，相线-保护地线（L-PE）间，和中性-线保护地线（N-PE）间的全模防护。电源引入线与浪涌保护器之间串接断路器，防护长时间过电流损坏浪涌保护器。(2).电源防雷保安器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；工作电压再110V以上的，应有劣化指示。室内电源防雷保安器应按表4-1

45、选取冲击通流容量和限制电压。 表4-1信号设备机房的电源防雷保安器冲击通流容量和限制电压注：直流电源防雷保安器的选取：工作电压24V时，限制电压75V；工作电压48V时，限制电压110V；工作电压110V时，限制电压220V；工作电压220V时，限制电压500V。室外交流电源防雷保安器，冲击通流容量不小于20kA，限制电压不大于700V,在中雷区以上的地区，限制电压可不大于1000V。4.3信号传输线防雷保安器信号传输线的防雷保安器应实现即插即用。（1）室内信号传输线防雷保安器室内信号传输线长度大于50100m时，可在一端设备接口处设置防雷保安器；大于100m时，宜在两端设备接口处设置防雷保安器。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。室内信号传输线防雷保安器的选用应符合以下要求：室内采集、驱动信号传输线防雷保安器冲击通流容量不小于1.5kV,限制电压不大于60V，信号衰耗不大于0.5dB。室内视频信号传输线防雷保安器冲击通流容量不小于1.5kV，限制电压不大于10V，信号衰耗不大于0.5Db.室内RS232、RS422、RJ45、G.703V.35等通信接口信号传输线防雷保安器冲击通流容量不小于1.5kV，限制电压不大于40V，信