铁路通信信号系统雷电浪涌监测研究

utakenojize

【摘要】随着铁路通信信号系统应用程度的加深，研究其雷电浪涌监测凸显出重要意义。本文首先对电流浪涌做了概述，分析了浪涌保护器的分级防护。在探讨铁路信号传输系统信号安全构建的基础上，研究了通信信号系统保护设计。
【关键词】铁路通信；信号系统；雷电浪涌；监测
一、前言
作为铁路通信信号系统方面的重要工作，其雷电浪涌监测在近期得到了有关方面的高度关注。该项课题的研究，将会更好地提升雷电浪涌监测的实践水平，从而有效优化优化铁路通信信号系统的整体实践效果。
二、电流浪涌概述
电流浪涌是一种电路中常见的电流特性，电气设备在接通电源的一瞬间，由于电感的存在导致电路中出现峰值电流，且该电流远大于电气正常工作的实际电流，当电流峰值超过电气设备稳态电流一定范围就会导致电气设备发生故障。为了保证电气设备的正常工作，通常使用一些浪涌抑制器实现对电路的保护。
随着科学技术的不断发展，各种电器及电子产品不断进入人们的生活，改变人们原有的生活方式，极大便利了人们的工作、学习、娱乐等。电器及电子产品容易受到电流浪涌的影响，轻则造成性能下降，重则导致电器或电子产品失效，并造成一定的安全事故。为了确保用电安全，减少人们的经济损失必须加强电路管理，降低电流浪涌的危害。
三、浪涌保护器的分级防护
1.第一级保护
第一级防雷器是对直接雷击电流进行泄放，防止浪涌电压直接从LPZ0区进入LPZ1区。第一级电源防雷器应设置在用户配电系统进线端，它可防范波形10/350μs、雷电流100KA的雷电波，残压值小于2.5KV；响应时间小于100ns，达到IEC规定的最高防护标准。
2.第二级防护
在一级防雷器吸收了大量的雷击能量后，剩余的能量仍会对设备造成损害，所以需要第二级防雷器进一步吸收。第二级电源防雷器应设置在用电设备的分支配电处，它可防范波形8/20μs、雷电流40KA的雷电波，残压值小于1.0KV；响应时间小于25ns，第二级保护选用限压型电源防雷器，雷电流容量不小于20KA。一般配电系统做到第二级保护就可以达到用电设备安全运行的要求。
3.第三级保护
第三级防雷器是保护较为敏感或重要电子设备的，其残压值控制在1.0KV以内，使浪涌的能量不致损坏电子信息设备。第三级电源防雷器应设置在电子信息设备的交流电源进线端，选用串联式限压型电源防雷器，雷电通流容量不小于10KA。
4.第四级及四级以上保护
当被保护设备的耐压水平较低，二三级防雷保护不能满足要求时，可根据设备的实际耐压水平选择四级或四级以上的保护，雷电通流容量不小于5KA。
四、信号信息传输故障——容错系统构建
我国以前的铁路信号系统的安全保障只要是依靠安全型继电器来保障的，这是我国传统的铁路信号系统最基本的安全要求措施，安全型继电器的主要工作原理为，当安全型继电器的线圈没有磁性时，节点就主要考虑在断开状态下的概率，这种处理的方式主要运用在一些不是逻辑对称故障方面。因此，为了能够在铁路信号安全信息传输系统中建立通信系统，就必须以大量的电脑作为最核心的控制系统来运用。我们可以通过对铁路信号安全信息传输系统中来设计其容错系统来保障安全，也就是我们常说的通过利用冗余技术的方法，来解决铁路信号信息传输过程中的安全要求。这是因为容错技术能够在很大程度上提高计算机的安全、可操作性，能够在发现计算机系统内部出现故障的时候，就能在第一时间将其故障解決掉，从而能够在很大程度上确保系统的正常运行。但是在对容错的铁路信号安全信息传输系统设计过程中，不能只是依靠硬件的容错或者是软件的容错，这些都是不能满足的，这是由于真正的容错系统不仅仅是硬件的系统和软件的系统，还要求各个应用软件的各个层次的容错，并且不同层次的容错的功能是各不相同的。因此，构建信号信息传输故障——容错系统，能在很大程度上保证应用进程的持续安全运行下去，并且还能在很大程度上确保其不受到硬件故障的影响。
五、通信信号系统的保护设计
1.雷击浪涌保护器的选择
在电子通讯设备中，通过印制板对系统进行雷击浪涌保护过程中通常使用以下三种保护器：热敏电阻、瞬态电压抑制器和箝位二极管
2.热敏电阻的选择
热敏电阻又叫做自复保险丝，采用串联的方式在电路中进行过流保护。热敏电阻通常是由经过特殊处理的的聚合树脂和导体组成的，通常，聚合树脂能够使导体保持在结晶状的结构中，同时形成导电体，但在导电体内的阻抗较低。如果经过的电流出现急剧加大的情况，电路就会受到影响，此时各个器件的温度就会升高，聚合树脂内的导体就会产生分离的状况，从而形成较高的抗阻在此过程中对于产生的异常电流进行有效控制，避免电路受到损坏。
3.正确选择正温度系数热敏电阻
根据用户电路的实际情况进行模拟，将平均工作电压值设置为48V，同时保证系统运行中的工作电流为40mA。在使用过程中，设备的内部温度最高不能够超过六十摄氏度，温度值相对于热敏电阻的常温阻值，容差较小，只有这样才能够保证系统的正常运行。在进行热敏电阻的选择时，可以使用如下的步骤：首先，在使用48V的线路电压时，用户在使用过程中的电话线路很有可能接触到220V的交流电的供电线路，在对相关产品的手册进行检查时，可以使用TR系列，其对应的电压值为250V，其中最小的工作电压值为60V。对使用中的产品的手册进行排查，将外部的环境温度设置为六十摄氏度，此时产生的电流折减率就会达到65%左右，按照固定的公式进行计算时，额定电流值为1/电流折减率=0.0625，最后，在进行电路的选择时，要保证其选择的型号的准确性。
六、浪涌保护器安装的要求及注意事项
1.电源线路浪涌保护器在各个位置安装时，其连接导线应短直，其总长度应小于0.5m，使有效保护水平Up/f小于设备耐冲击电压额定值Uw。第一级的浪涌保护器的安装位置尽量靠在入户线总等电位处，若是第二三级保护则尽量安装在被保护设备的附近。
2.若入户处第一级电源浪涌保护器与被保护设备间的线路长度大于Lpo或Lpi的值时，应在被保护设备处或在配电线路的分配电箱处增设浪涌保护器。若分配电箱处电源浪涌保护器与被保护设备间的线路长度大于Lpo或Lpi值时，应在被保护设备处增设浪涌保护器。被保护的电子信息设备处增设浪涌保护器时，Up应小于设备耐冲击电压额定值Uw，宜留有20%裕量。
3.为提高浪涌保护器的可靠性，可以进行多级配合，也可以与其他设备配合，如与RCD配合，可以有效防止人身安全事故的发生；与过电流保护器配合使用，可以保证供电连续性。
4.若浪涌保护器安装在电力线穿越防雷区的界面上，其安装的数量也应与所划分的防雷区数量相匹配。在多级SPD防护中，应该精确计算安装数量和精心选择安装位置，做到安装位置和安装数量的精确匹配，以便使雷电流按照各SPD的能量耐受能力分摊，并引导雷电流入地，使雷电的原始威胁值减少到受保护设备的致损抗扰度之下，达到保护电子系统的效果。
七、结束语
通过对铁路通信信号系统雷电浪涌监测的相关研究，我们可以发现，该项工作的顺利开展有赖于对多项影响因素的掌控，有关人员应该从铁路通信信号系统的客观实际情况出发，研究制定最为优化可行的相对应实施策略。
参考文献：
[1]丁太普，赵清.雷电浪涌对水库自动化的危害及防护措施[J].吉林水力.2011（12）：54-56.
[2]黎帆，陈宝康.微电子设备的雷电防护[J].上海铁道大学学报.2012（02）：25-30.
[3]金国先.防空导弹武器系统雷电浪涌的防护[J].上海航天.2012（05）：39-41.