地铁轨道与铁路隧道防雷浪涌保护器选型方案

一、轨道交通隧道防雷的必要性

地铁与铁路隧道虽然位于地下，但并不意味着完全免受雷电影响。雷电通过以下途径对隧道系统产生威胁：

供电线路传导

外部变电所、牵引供电站的高压和低压线路在雷击时会将浪涌耦合进隧道内部，造成信号设备、控制系统损坏。

通信与信号传输线路感应

地面或高架段的通信光缆、信号电缆延伸进入隧道时，会感应到雷电电磁脉冲（LEMP），产生高压差并传导入地铁控制中心或车站机房。

轨道与接地系统耦合

雷电流通过接地网、钢轨传导进入隧道，引起轨道电路误动作或设备绝缘击穿。

设备接口直击与电磁干扰

监控摄像机、应急广播、列控信号机等通过接线口受到雷电瞬态过电压，导致失效甚至全系统停运。

根据《GB/T 30038-2013 城市轨道交通防雷与接地系统设计规范》和《EN 50122-1 铁路接地与等电位连接》，隧道通信与信号系统必须配置多级浪涌保护与等电位连接，并结合隧道接地系统整体防雷。

二、防雷总体原则

轨道交通地铁/铁路隧道防雷应遵循以下设计原则：

分级防护

入口处采用I级或II级SPD（承受高能量冲击），设备端采用III级SPD（精密保护），形成分级配合。

全口径保护

对电源、信号、通信、视频、控制、数据等所有线路进行浪涌防护。

等电位连接

SPD的PE端子应与轨道接地网、设备接地铜排可靠连接，形成低阻抗通路（接地电阻≤1Ω，隧道内要求≤0.5Ω）。

低残压协调

各级SPD残压（Up）按比例递减，保证浪涌能量被逐级吸收，终端设备承受的残压低于其耐压等级（一般为1.5kV或更低）。

三、地凯科技轨道交通通信系统的浪涌保护需求

轨道交通通信系统包括：

PIS乘客信息系统（显示屏、广播）

CCTV视频监控系统

信号联锁系统（CBTC/ATP/ATS）

SCADA监控系统

无线通信系统（TETRA/5G）

网络交换机与光纤传输

这些设备的防雷需求如下：

PIS广播与显示：AC220V电源+音频信号，防止电源浪涌和音频失真，电源SPD（II级）+信号SPD

CCTV监控 AC/DC供电+视频/PoE：防止视频中断和设备损坏，PoE浪涌保护器/视频SPD

信号系统（CBTC/ATS）：弱电控制信号线，保证安全控制不误动作 控制信号SPD（低残压）

SCADA 电源+RS485/以太网：防止远程监控失效，电源SPD+数据SPD

无线通信（TETRA/5G）：天馈同轴，防止天线雷击传导 天馈防雷器（射频SPD）

光纤通信 OPGW/室外光缆：防止雷击耦合过压，光纤防雷盒（光电隔离）

四、地凯科技轨道交通隧道通信系统防雷方案设计

以下是一套典型的地铁/铁路隧道通信系统防雷方案，按分区部署。

1. 电源防雷系统

a) 隧道主配电室（I级保护）

SPD类型：I级电源浪涌保护器

参数建议：

标称放电电流 In ≥ 20kA（8/20μs）

冲击电流 Iimp ≥ 25kA（10/350μs）

最大持续运行电压 Uc：385V AC

电压保护水平 Up ≤ 2.5kV

响应时间 ≤ 100ns

安装位置：变电所低压配电柜总进线处

b) 车站/机房配电柜（II级保护）

SPD类型：II级电源浪涌保护器

参数建议：

In ≥ 20kA（8/20μs）

Uc：275V AC

Up ≤ 1.5kV

带遥信端子（RS485或干接点）

安装位置：通信机柜电源入口

c) 设备端（III级保护）

SPD类型：精密设备保护SPD（带滤波功能）

参数建议：

Up ≤ 1.0kV

带EMI/RFI滤波

响应时间 ≤ 25ns

安装位置：终端设备前端插座或电源板

2. 信号与通信线路防雷

a) 网络/以太网SPD

保护端口：RJ45（10/100/1000M）

参数建议：

最大传输速率 ≥ 1Gbps

标称放电电流 In ≥ 5kA（8/20μs）

插入损耗 ≤ 0.3dB @100MHz

Uc ≤ 600V（线-地）

应用：PIS、SCADA、CBTC网络交换机

b) 控制信号SPD

保护接口：RS485/422、干接点

参数建议：

In ≥ 5kA（8/20μs）

工作电压 Un：5V、12V、24V可选

Up ≤ 40V（适配低压信号）

应用：列控、ATS信号系统

c) 视频监控SPD

保护类型：模拟视频、PoE

参数建议：

In ≥ 5kA（8/20μs）

带宽 ≥ 100MHz（模拟）/ 1Gbps（数字PoE）

Up ≤ 600V

应用：隧道CCTV监控摄像机

d) 天馈防雷器（射频SPD）

频率范围：400MHz（TETRA）或3.5GHz（5G）

参数建议：

插入损耗 ≤ 0.2dB

驻波比 VSWR ≤ 1.2

In ≥ 10kA（8/20μs）

连接方式：N型/BNC/SMA

应用：隧道无线通信基站

3. 光纤防雷

类型：光纤防雷盒（内置电源SPD+光电隔离）

参数建议：

光纤类型：单模/多模

电源SPD：Uc 24V/48V

Up ≤ 800V

应用：轨道交通专用光传输设备（SDH/PTN）

五、接地与安装注意事项

接地电阻要求

隧道综合接地网 ≤ 1Ω

设备接地 ≤ 0.5Ω

SPD接地引线长度 ≤ 0.5m，截面积≥16mm²铜绞线

等电位连接

所有SPD的PE端应与轨道钢轨、接地网、机柜接地母排等统一连接。

分级配合原则

I级与II级SPD残压比 ≥ 2:1，II级与III级SPD残压比 ≥ 1.5:1，确保逐级衰减。

维护与监测

采用带遥信功能的SPD接入SCADA，实现雷击记录与故障报警。

地铁与铁路隧道虽然处于地下，但雷电风险依然存在，尤其在通信、信号、视频、控制等弱电系统中，浪涌保护器（SPD）的分级部署是保证系统可靠运行的关键。

采用I级高能量SPD+II级设备间SPD+III级精密SPD的分级防护策略，并结合等电位接地系统，可有效防止雷击造成的系统故障和运营中断。