（肇庆市气象局 广东肇庆 526060）
摘要：随着城市集群进程的不断发展，由于感应雷而导致城市交通信号指挥系统损坏的问题也越来越严重。为了确保现代化城市的正常运行，防止雷击造成的城市交通信号指挥系统故障造成城市交通的瘫痪，对城市交通信号指挥系统进行综合雷电浪涌防护，显得尤为重要。
关键词：城市交通信号指挥系统；防雷；技术
雷电灾害是目前一种严重的自然灾害，造成人员伤亡及设备损坏的情况时有发生。随着城市化进程的快速发展，城市交通信号指挥系统对雷击的防护要求越来越高。网络系统机房内都是高度集成化电子设备，如服务器、UPS、路由器、交换机、集成电路板、精密电子设备等，在这些先进的设备内含有大量的集成电路模块，对雷击电流引起的脉冲电磁场和感应雷电流极为敏感，其低工作电平和小工作电流的特点，带来抗扰度及耐过电压、过电流能力差的致命弱点。欧美研究报告[AD-722675]指出:当雷电活动时，磁感应强度达到0.07GS 时，微电子电路发生误动作，当磁感应强度超过2.4GS 时，微电子电路发生永久性损坏。
1雷电侵入城市交通信号指挥系统路径分析
1.1雷电直接击中城市交通信号指挥系统物理路径
①落雷点为交流电源供电线路， 城市交通信号指挥系统的电源由室外架空电力线路输入室内，架空电力线路可能遭受直接雷和雷电电磁感应，直击雷击中高压电力线路经过变压器耦合到380V低压侧，入侵城市交通信号指挥系统供电设备；另外低压线路也可能被直接雷击中或感应出雷电过电压，对城市交通信号指挥系统可造成毁灭性打击。
②雷电直击城市交通信号指挥系统无线通信的天线，沿天馈进入城市交通信号指挥系统，造成通信接、收系统、室内单元、路由器、交换机等网络主要通信设备损坏。
③雷击网络通信有线线路(如光缆、电话线、 帧中继、 X25专线、DDN)， 产生强大的机械力，猛烈的冲击波，炽热的高温使通信线路损坏; 过电压过电流沿通信有线线路侵入到城市交通信号指挥系统内，造成高清摄像机、路由器、交换机及前端设备的损坏。
1.2雷电感应过电压
①回路感应雷电过电压，由于网络系统在建筑物内大量布设各种导体线路(如光缆、电源线、数据线、天馈线)，这些线路、网络结构布局错综复杂，在建构筑物内部的不同空间位置上构成各种各样的回路，当建筑物遭雷击或附近地区雷电放电时，将在建筑物内部空间产生脉冲磁场，这种快速变化的磁场交链这些回路后，将在回路中感应出瞬态过电压，危害到与这些回路相连接的电子设备。
②线路感应雷电过电压，城市交通信号指挥系统线路上感应过电压分静电感应与电磁感应: 静电感应主要是指架线路位于雷击点附近，由雷云团先导通道中充满电荷，对架空线产生静电感应作用累积大量相反电荷，当雷云主放电开始，雷云中电荷迅速中和，从而使架空线上原先被束缚的电荷迅速释放，形成瞬态过电压波。这种波以接近光速向架空线两侧传播，侵入线路两端连接的网络系统设备将其损坏。当雷电直接击在直击雷设施上时，由于雷电流幅值大，波头陡度高，在雷电流的通道附近产生一个很强的瞬变磁场。这强大的磁场将直接在电源线或网络系统通信线路上感应出过电压，侵入到网络系统中，损坏网络设备。 高强度(30KA 雷电流) 雷电放电可以对距离雷击点 1km 范围内网络系统产生影响，甚至造成系统设备损坏。 据不完全统计， 这种感应雷击事故占城市交通信号指挥系统雷击事故的50%。
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③耦合与转移过电压 雷击引起瞬态高电压或过电压常常可以通过网络系统线路耦合或转移到网络设备上，造成电子设备的损坏。
1.3雷击地电位抬高入侵
建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷接地系统中产生瞬态高电压，如果引下线与周围网络设备安全距离不足且设备与防雷系统不共地，将在两者之间产生很高的电压，并会发生放电击穿，导致网络设备严重损坏，甚至危及人身安全。
2城市交通信号指挥系统防雷
2.1城市交通信号指挥系统机房的直接雷防护
直击雷是雷电直接击在建筑物上，城市交通信号指挥系统设备放置在建筑物内的机房内，建筑物通常都安装有防直击雷的设施。对于雷电磁场的影响，主要是直接雷击中机房大楼时，雷电流在建筑物的内部分分布直接影响到城市交通信号指挥系统设备，特别是对电磁干扰敏感的服务器及网络通信终端设备。科学选择机房的位置及机房内设备、线路的合理布局可有效减少雷害。机房的选址从防雷的角度来说，主要考虑以下几个方面：
(1)避免在易发洪涝的地方；
(2)避免在低温、潮湿、落雷区频发区；
(3)不装设在建筑物的高层或地下室、供水设备的下层或隔壁；
(4)要把线路装设在金属线槽害内，防止鼠患破坏绝缘层，引起短路。
2.2系统机房接地及等电位连接
一般系统机房是通过大楼的钢筋泄放雷电流。系统机房采用共用接地系统可有效的解决地电位升高的影响，良好的防雷接地地网是有效防雷的关键。系统机房的共用接地系统通常利用建筑物防雷接地、安全保护接地、设备交流工作接地、设备直流工作接地等组成。另外机房内服务器、交换机、路由器、硬盘录像机等设备的金属外壳和机柜等也可能感应出较大的电压，须做等电位接地。
2.3装设电涌保护器SPD
城市交通信号指挥系统关键节点和重要终端设备的接口处装设电涌保护器SPD，并对进出机房缆线采取分流、屏蔽、接地、等电位连接、科学布线等措施，可有效减少雷击过电压对城市交通信号指挥系统设备的侵害。城市交通信号指挥系统的电涌保护器SPD主要是把雷击过电压引起的瞬态干扰能量及时泄放掉，保护服务器、计算机、路由器、交换机等设备不受损坏，而在正常工作时不影响数据传输。
1）进、出建筑物机房的传输线路上，在LPZOA或LPZOB于LPZ1的边界处应设置适配的信号线路浪涌保护器。被保护设备端口出宜设置适配的信号浪涌保护器。路由器、网络交换机、集线器、光电端机的配电箱内，应装设浪涌电涌保护器。
2）线路入口处浪涌保护器的接地线应就近接等电位接地端子板；设备处信号浪涌保护器的接地宜采用截面积不小于1.5mm2的多股绝缘铜导线连接到机架或机房等电位连接带上。
2.4城市交通信号指挥系统的综合防雷
雷电的综合防护，不光要解决建筑物的直击雷防护，还有对进出建筑物系统机房内的各种金属管道、电源线、信号线的LEMP防护，以确保建筑物系统机房内人员、电子电气设备等的安全。利用建筑物天面的接闪带、网格和四周柱面内的柱筋作为引下线，以及梁筋相互焊接，把进入建筑物内的水管、金属管等金属构件作良好的电气连接。这样就如同把整座建筑物就形成了一个“法拉第式”屏蔽网，不但能令雷电流有良好的散流路径，均压分流、小接地电阻，而且整座建筑物形成统一的等地位系统，保持均压作用。从接闪器到引下线到接地装置的电位梯度大，为例均衡电位，降低电位梯度，对高层外圈梁的钢筋焊接成闭合回路，构成水平接闪带，可有效地预防侧击雷。
3总结
城市交通信号指挥系统对雷电过压的防护要求比较高，对网络系统进行防雷设计时，应根据城市交通信号指挥系统机房所在的地理环境进行综合考虑，经过合理的雷电风险分析，针对雷害入侵机房设备的主要来源，进行整体防护，并根据现成的一些成熟的防雷技术经验，采取经济高效的防护措施，确保城市交通信号指挥系统设备的安全稳定运行。
参考文献：
[1]《电子计算机机房设计规范》GB50174-93
[2]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB 50343-2012）
作者简介：林翰英(1973-)男，汉族，广东省肇庆市人，本科学历，助理工程师，主要从事防雷减灾和雷电防护工作。
论文作者:林翰英
论文发表刊物:《科技研究》2019年5期
论文发表时间:2019/7/23
标签：城市交通论文; 过电压论文; 雷电论文; 信号论文; 指挥系统论文; 建筑物论文; 机房论文; 《科技研究》2019年5期论文;