鐵路和運輸浪湧保護裝置和電壓限制裝置的解決方案
為什麼要保護？
鐵路系統的保護：火車，地鐵，電車
總體而言，無論是地下，地面還是有軌電車，鐵路運輸都非常重視交通的安全性和可靠性，特別是對人員的無條件保護。 因此，所有敏感，複雜的電子設備（例如控制，信號或信息系統）都需要高度的可靠性，才能滿足安全操作和保護人員的需求。 出於經濟原因，這些系統在所有可能的過電壓影響情況下均沒有足夠的介電強度，因此，最佳的電湧保護必須適應鐵路運輸的特定要求。 鐵路上的電氣和電子系統的複雜電湧保護的成本僅是受保護技術總成本的一小部分，並且由於設備故障或損壞而可能造成的間接損失也僅需少量投資。 損壞可能是由雷擊電壓在直接或間接雷擊，開關操作，故障或鐵路設備金屬部件上感應的高壓引起的。
最佳電湧保護設計的主要原理是SPD的複雜性和協調性以及通過直接或間接連接進行的等電位連接。 通過在設備和系統的所有輸入和輸出上安裝電湧保護設備來確保複雜性，以保護所有電源線，信號和通信接口。 通過以正確的順序連續安裝具有不同保護效果的SPD，可以確保保護的協調，從而將浪湧電壓脈衝逐漸限製到受保護設備的安全水平。 限壓裝置也是電氣化軌道全面保護的重要組成部分。 它們通過在導電部件與牽引系統的迴路之間建立臨時或永久連接來防止鐵路設備的金屬部件上出現不允許的高接觸電壓。 通過此功能，它們主要保護可以與這些裸露的導電部件接觸的人員。
什麼以及如何保護？
火車站和鐵路的電湧保護器（SPD）
電源線AC 230/400 V
火車站主要用於為旅客的到達和離開而停止火車。 在此場所中，不僅有重要的鐵路運輸信息，管理，控制和安全系統，而且還有各種設施，例如候車室，飯店，商店等，這些設施都連接到公用電源網絡，並且由於它們的電氣距離很近可能會受到牽引電源電路故障的威脅。 為了維持這些設備的無故障運行，必須在交流電源線上安裝三級電湧保護。 推薦的LSP電湧保護器配置如下：
- 主配電板（變電站，電源線輸入）– SPD類型1，例如 弗洛普50，或類型為1 + 2的雷電避雷器和電湧放電器的組合，例如 弗洛普12,5.
- 子配電板–二級保護，SPD類型2，例如 SLP40-275.
- 技術/設備–三級保護，SPD類型3，
–如果受保護的設備直接位於配電板上或附近，則建議使用SPD Type 3來安裝在35 mm的DIN導軌上，例如 SLP20-275.
–如果直接插座電路保護可以連接IT設備（如復印機，計算機等），則適合將SPD附加安裝到插座盒中，例如 飛行器.
–當前大多數測量和控制技術均由微處理器和計算機控制。 因此，除了過壓保護外，還必須消除射頻干擾的影響，例如，通過“凍結”處理器，覆蓋數據或存儲器，可能會干擾正常操作。 對於這些應用，LSP建議使用FLD。 根據所需的負載電流，也可以使用其他變型。
除擁有自己的鐵路建築外，整個基礎設施的另一個重要組成部分是鐵路軌道，具有廣泛的控制，監視和信號系統（例如信號燈，電子聯鎖，道口護欄，車輪計數器等）。 就確保無故障運行而言，它們免受浪湧電壓影響的保護非常重要。
- 為了保護這些設備，適合將SPD類型1安裝到電源支柱中，甚至安裝FLP12,5，SPD類型1 + 2範圍內的更好產品，由於保護級別較低，因此可以更好地保護設備。
對於直接連接到導軌或靠近導軌的鐵路設備（例如貨車計數設備），有必要使用限壓設備FLD來補償設備在導軌和保護性接地之間可能存在的電位差。 它設計用於輕鬆安裝35毫米的DIN導軌。
通信技術
鐵路運輸系統的重要組成部分還包括所有通信技術及其適當的保護。 在經典的金屬電纜或無線網絡上可以有各種數字和模擬通信線路。 為了保護連接到這些電路的設備，可以使用例如以下LSP電湧放電器：
- 具有ADSL或VDSL2的電話線–例如，在建築物入口處並靠近受保護設備的RJ11S-TELE。
- 以太網絡–與PoE相結合的數據網絡和線路的通用保護，例如DT-CAT-6AEA。
- 用於無線通信的同軸天線線–例如，DS-N-FM
控制和數據信號線
當然，還必須保護鐵路基礎設施中的測量和控制設備的線路不受浪湧和過電壓的影響，以保持最大的可靠性和可操作性。 LSP保護在數據和信號網絡中的應用示例可以是：
- 保護鐵路設備的信號線和測量線–電湧放電器ST 1 + 2 + 3，例如FLD。
什麼以及如何保護？
火車站和鐵路的限壓裝置（VLD）
在鐵路上正常運行期間，由於迴路中的電壓降或與故障狀況相關，在迴路和接地電位之間的易觸及部件或接地的裸露導電部件（極）上可能會出現不允許的高接觸電壓，扶手和其他設備）。 在火車站或鐵道等容易接近的地方，有必要通過安裝限壓裝置（VLD）將電壓限制在安全值範圍內。 它們的功能是在超出允許的接觸電壓值的情況下，使裸露的導電部件與返回電路建立瞬態或永久連接。 在選擇VLD時，必須考慮是否需要VLD-F，VLD-O或同時具有這兩個功能，如EN 50122-1中所定義。 架空線或牽引線的裸露導電部分通常直接連接到迴路或通過VLD-F型設備連接到迴路。 因此，VLD-F型限壓裝置用於故障情況下的保護，例如，帶有裸露導電部件的電力牽引系統發生短路。 VLD-O類型的設備用於正常運行，即，它們會限制火車運行過程中由鐵軌電勢引起的觸摸電壓升高。 限壓設備的功能不是針對雷電和開關浪湧的保護。 此保護由電湧保護器（SPD）提供。 新版標準EN 50526-2對VLD的要求進行了相當大的更改，並且現在對它們的技術要求也越來越高。 根據該標準，VLD-F電壓限制器分為1類，VLD-O類型分為2.1類和2.2類。
LSP保護鐵路基礎設施
避免系統停機和鐵路基礎設施中斷
鐵路技術的平穩運行取決於各種高度敏感的電氣和電子系統的正常運行。 但是，這些系統的永久可用性受到雷擊和電磁干擾的威脅。 通常，損壞和損壞的導體，互鎖的組件，模塊或計算機系統是中斷和費時的故障排除的根本原因。 反過來，這意味著火車晚點和高成本。
通過根據您的特殊要求量身定制的全面防雷和浪湧保護概念，減少代價高昂的中斷並最大程度地減少系統停機時間。
破壞和損壞的原因
這些是導致電力鐵路系統中斷，系統停機和損壞的最常見原因：
- 直接雷擊
高架接觸線，軌道或桅杆上的雷擊通常會導致中斷或系統故障。
- 間接雷擊
雷擊附近的建築物或地面。 然後通過電纜或感應感應來分配過電壓，從而損壞或破壞未受保護的電子組件。
- 電磁干擾場
當不同的系統由於彼此接近而相互作用時，例如在高速公路上的照明標誌系統，高壓傳輸線和鐵路的高架接觸線時，會發生過電壓。
- 鐵路系統內部的事件
開關操作和触發保險絲是另外的風險因素，因為它們也會產生電湧並造成損壞。
在鐵路運輸中，通常應特別注意安全和操作無干擾，以及對人員的無條件保護。 由於上述原因，用於鐵路運輸的設備必須具有高水平的可靠性，這與安全操作的必要性相對應。 通過使用LSP製造的雷擊電流避雷器和電湧保護設備，可以將由於意外的高電壓而引起的故障發生的可能性降到最低。
保護230/400 V交流電源
為了確保鐵路運輸系統的無故障運行，建議將所有三級SPD安裝到電源線中。 第一保護級由FLP系列電湧保護器組成，第二保護級由SLP SPD構成，第三保護級安裝在離被保護設備盡可能近的位置，第三保護級由帶有HF干擾抑制濾波器的TLP系列代表。
通信設備和控制電路
根據使用的通信技術，通信通道受FLD類型系列的SPD保護。 控制電路和數據網絡的保護可以基於FRD雷擊電流避雷器。
防雷：駕駛火車
當我們認為雷電保護與工業和災難有關時，我們會想到明顯的東西。 石油，天然氣，通訊，發電，公用事業等。但是，我們當中很少有人考慮火車，鐵路或運輸。 為什麼不？ 火車和運行火車的操作系統與其他任何事物一樣容易遭受雷擊，並且對鐵路基礎設施的雷擊結果可能會受到阻礙，有時甚至是災難性的。 電力是鐵路系統運營的重要組成部分，在世界範圍內修建鐵路需要花費大量的零部件。
受到衝擊的火車和鐵路系統發生的次數比我們想像的要多。 2011年，華東地區（浙江省溫州市）的一列火車被雷擊，實際上，由於動力被擊中，火車停在了自己的車道上。 一列高速子彈頭列車撞上了那輛失去能力的火車。 43人喪生，另外210人受傷。 災難的總已知損失為15.73萬美元。
在英國《 Network Rails》上發表的一篇文章中指出：在英國，“雷擊在192年至2010年期間每年平均破壞鐵路基礎設施2013次，每次罷工導致361分鐘的延誤。 此外，由於雷電損壞，每年取消58列火車。” 這些事件對經濟和商業產生了巨大的影響。
2013年，一名居民在日本的火車上被相機閃電擊中。 幸運的是，這次罷工沒有造成任何傷害，但如果在正確的位置進行了打擊，可能會造成毀滅性的打擊。 多虧了他們為鐵路系統選擇了防雷裝置。 在日本，他們選擇採用經過驗證的防雷解決方案來採取積極主動的方法來保護鐵路系統，日立公司在實施方面處於領先地位。
雷電一直是鐵路運營的頭號威脅，尤其是在最近的操作系統中，由於雷電是其次要作用，因此對浪湧或電磁脈衝（EMP）具有敏感信號網絡。
以下是日本私鐵照明保護的案例研究之一。
筑波快線以其可靠的運行和最少的停機時間而聞名。 他們的計算機操作和控制系統已配備了常規的防雷系統。 但是，在2006年，一場大雷雨損壞了系統併中斷了其運行。 日立被要求諮詢損壞並提出解決方案。
該提案包括採用以下規格的耗散陣列系統（DAS）的引入：
自從安裝DAS以來，這些特定設施已連續7年沒有雷電損壞。 自從2007年至今，每年的成功引用都導致DAS每年在這條線上的每個站點上連續安裝。 憑藉這一成功，日立公司已為其他私營鐵路設施（截至目前有7家私營鐵路公司）實施了類似的照明保護解決方案。
總而言之，閃電始終是對運營和業務至關重要的設施的威脅，不僅限於上面詳述的鐵路系統。 任何依賴於平穩運行和最少停機時間的交通系統都需要對設施進行良好的保護，以免受不可預見的天氣條件的影響。 通過其防雷解決方案（包括DAS技術），日立非常熱衷於為客戶做出貢獻並確保其業務連續性。
鐵路及相關行業的防雷
鐵路環境充滿挑戰，無情。 架空牽引結構從字面上構成了一個巨大的閃電天線。 這就需要一種系統思考的方法來保護裝在軌道上，安裝在軌道上或緊鄰軌道的元件免受雷電衝擊。 使得更具挑戰性的是鐵路環境中低功率電子設備的使用迅速增長。 例如，信號裝置已從機械互鎖演變為基於復雜的電子子元件。 另外，對鐵路基礎設施的狀態監視已經引入了許多電子系統。 因此，在鐵路網絡的各個方面都迫切需要防雷保護。 與您分享作者在鐵路系統照明防護方面的實際經驗。
簡介
儘管本文著重介紹鐵路環境中的經驗，但保護原則也同樣適用於相關行業，在這些行業中，設備的安裝底座位於機櫃的外部，並通過電纜鏈接到主控制/測量系統。 正是各種系統元素的分佈式特性要求更全面的雷電防護方法。
鐵路環境
軌道環境由高架結構主導，高架結構形成了巨大的閃電天線。 在農村地區，高架結構是雷電放電的主要目標。 桅杆頂部的接地電纜可確保整個結構處於相同電位。 每隔三到五根門架就被粘結到牽引返回導軌上（另一根導軌用於發信號）。 在直流牽引區域中，桅杆與大地隔離以防止電解，而在交流牽引區域中，桅杆與大地接觸。 複雜的信號和測量系統安裝在軌道上或緊鄰軌道。 此類設備暴露於通過架空結構拾取的鐵軌中的雷電活動。 軌道上的傳感器通過電纜連接到路邊測量系統，該系統以大地為參考。 這就解釋了為什麼軌道安裝設備不僅會遭受感應電湧，而且還會遭受傳導（半直接）電湧。 各種信號裝置的功率分配也是通過架空電力線進行的，這同樣容易受到直接雷擊的影響。 廣泛的地下電纜網絡將沿軌道旁的鋼製設備外殼中的所有各種元素和子系統，定制容器或Rocla混凝土外殼連接在一起。 在充滿挑戰的環境中，正確設計的防雷系統對於設備的生存至關重要。 設備損壞會導致信號系統無法使用，從而導致運營損失。
各種測量系統和信號元件
採用了多種測量系統來監測貨車車隊的健康狀況以及鐵路結構中的不良應力水平。 這些系統中的一些是：熱軸承檢測器，熱制動檢測器，車輪輪廓測量系統，稱重運動/車輪衝擊測量，轉向架轉向架檢測器，路邊長應力測量，車輛識別系統，地磅。 以下信號元素至關重要，對於有效的信號系統而言，這些信號元素必須可用：跟踪電路，車軸計數器，點檢測和電源設備。
保護方式
橫向保護表示導體之間的保護。 縱向保護是指導體與地面之間的保護。 三重路徑保護將包括在兩個導體電路上的縱向和橫向保護。 兩路徑保護僅在兩線電路的中性（公共）導體上具有橫向保護和縱向保護。
電源線上的防雷保護
降壓變壓器安裝在H型桅杆結構上，並通過高壓避雷器堆棧保護到專用的HT接地尖峰。 HT接地電纜和H桅杆結構之間安裝了低壓鐘形火花隙。 H型桅杆已粘接到牽引返回導軌上。 在機房的配電板上，使用1級保護模塊安裝了三重路徑保護。 第二級保護包括串聯電感器，該電感器具有到中央系統地線的2級保護模塊。 第三級保護通常由電力設備機櫃內的定制安裝的MOV或瞬態抑制器組成。
通過電池和逆變器提供四個小時的備用電源。 由於逆變器的輸出通過電纜饋送到軌道側設備，因此它也暴露於在地下電纜上引起的後端雷電浪湧。 已安裝三級路徑2級保護來應對這些電湧。
保護設計原則
在為各種測量系統設計保護時要遵循以下原則：
標識所有進入和退出的電纜。
使用三重路徑配置。
在可能的情況下為電湧能量創建旁路路徑。
保持系統0V和電纜屏蔽層與大地分開。
使用等電位接地。 避免以菊花鏈方式接地。
不要迎合直接罷工。
車橋計數器保護
為防止雷電浪湧“吸引”到當地的接地尖峰，路旁設備應保持漂浮狀態。 然後，必須捕獲在尾纜和安裝在軌道上的計數頭中引起的浪湧能量，並將其圍繞電子電路（插入）定向到通信電纜，該通信電纜將軌道側單元連接到機房中的遠程計數單元（評估器）。 所有發送，接收和通信電路都通過這種方式“保護”到一個等電位浮動平面上。 然後，電湧能量將通過等電位平面和保護元件從尾部電纜傳遞到主電纜。 這防止了浪湧能量穿過電子電路並對其造成損壞。 這種方法被稱為旁路保護，已被證明非常成功，並在必要時經常使用。 在機房中，通信電纜具有三重路徑保護，可將所有浪湧能量引導至系統接地。
保護導軌安裝的測量系統
地磅和其他各種用途都使用了粘貼在導軌上的應變儀。 這些應變儀的閃絡電勢非常低，這使其很容易受到鐵軌中的雷電影響，特別是由於測量系統的接地，例如附近小屋內的接地。 2級保護模塊（275V）用於通過單獨的電纜將導軌釋放到系統接地。 為了進一步防止從導軌上飛越，雙絞線屏蔽電纜的屏蔽層在導軌端部切回了。 所有電纜的屏蔽層均未接地，而是通過氣體避雷器放電。 這將防止（直接）接地噪聲耦合到電纜電路中。 要用作每個定義的屏幕，該屏幕應連接到系統0V。 要完成保護畫面，應將系統0V懸空（不接地），而在三路模式下應妥善保護輸入電源。
通過計算機接地
在使用計算機執行數據分析和其他功能的所有測量系統中，普遍存在一個問題。 通常，計算機機箱通過電源線接地，計算機的0V（參考線）也接地。 這種情況通常違反使測量系統保持浮動以防止外部雷電浪湧的原則。 克服這一難題的唯一方法是通過隔離變壓器為計算機供電，並將計算機框架與安裝計算機的系統機櫃隔離。 與其他設備的RS232鏈路將再次產生接地問題，建議使用光纖鏈路作為解決方案。 關鍵字是觀察整個系統並找到整體解決方案。
低壓系統的浮動
安全的做法是使外部電路接地，並參考電源電路並接地。 但是，低電壓，低功率設備會受到信號端口上的噪聲的影響，並且由於測量電纜上的浪湧能量而導致物理損壞。 解決這些問題的最有效方法是使低功率設備浮動。 該方法遵循並在固態信號系統上實現。 設計一種歐洲起源的特殊系統，以便在插入模塊時將其自動接地到機櫃。 這樣，地球一直延伸到印刷電路板上的接地平面。 低壓電容器用於消除大地與系統0V之間的噪聲。 來自軌道側的浪湧通過信號端口進入並突破這些電容器，損壞設備，並經常為內部24V電源留出一條通路，以完全破壞印製電路板。 儘管在所有傳入和傳出電路上均具有三重路徑（130V）保護，但仍存在這種情況。 然後，在櫃體和系統接地母線之間進行了清晰的分離。 所有防雷保護均參考接地母線。 系統接地墊以及所有外部電纜的鎧裝在接地母線上終止。 內閣是從地上浮下來的。 儘管這項工作是在最近的雷電季節即將結束時完成的，但五個站（大約80個安裝地點）中的任何一個都未報告雷電損壞，而確實有幾場雷暴過了。 下一個閃電季節將證明這種整體系統方法是否成功。
成就
通過不懈的努力和擴展安裝改進的防雷方法，與雷電有關的故障已成為一個轉折點。
與往常一樣，如果您有任何疑問或需要其他信息，請隨時通過sales@lsp-international.com與我們聯繫。
小心點！ 訪問www.lsp-international.com，了解您所有的防雷需求。 跟著我們 Twitter, Facebook 和 LinkedIn 獲取更多訊息
溫州阿瑞斯特電氣有限公司（LSP）是AC＆DC SPD的中國獨資製造商，業務遍及全球各行各業。
LSP提供以下產品和解決方案：
- 根據IEC 75-1000：61643和EN 11-2011：61643，用於11Vac至2012Vac低壓電力系統的交流電浪湧保護裝置（SPD）（類型測試類別：T1，T1 + T2，T2，T3）。
- 符合IEC 500-1500：61643和EN 31-2018：50539 [EN 11-2013：61643]的31Vdc至2019Vdc光伏組件的直流電湧保護器（SPD）（類型測試分類：T1 + T2，T2）
- 數據信號線電湧保護器，例如符合IEC 61643-21：2011和EN 61643-21：2012的PoE（以太網供電）電湧保護（類型測試分類：T2）。
- LED路燈電湧保護器
謝謝你的拜訪！
