一、軌道交通隧道防雷的必要性

地鐵與鐵路隧道雖然位于地下，但并不意味著完全免受雷電影響。雷電通過以下途徑對隧道系統(tǒng)產(chǎn)生威脅：

供電線路傳導(dǎo)

外部變電所、牽引供電站的高壓和低壓線路在雷擊時(shí)會將浪涌耦合進(jìn)隧道內(nèi)部，造成信號設(shè)備、控制系統(tǒng)損壞。

通信與信號傳輸線路感應(yīng)

地面或高架段的通信光纜、信號電纜延伸進(jìn)入隧道時(shí)，會感應(yīng)到雷電電磁脈沖（LEMP），產(chǎn)生高壓差并傳導(dǎo)入地鐵控制中心或車站機(jī)房。

軌道與接地系統(tǒng)耦合

雷電流通過接地網(wǎng)、鋼軌傳導(dǎo)進(jìn)入隧道，引起軌道電路誤動作或設(shè)備絕緣擊穿。

設(shè)備接口直擊與電磁干擾

監(jiān)控?cái)z像機(jī)、應(yīng)急廣播、列控信號機(jī)等通過接線口受到雷電瞬態(tài)過電壓，導(dǎo)致失效甚至全系統(tǒng)停運(yùn)。

根據(jù)《GB/T 30038-2013 城市軌道交通防雷與接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《EN 50122-1 鐵路接地與等電位連接》，隧道通信與信號系統(tǒng)必須配置多級浪涌保護(hù)與等電位連接，并結(jié)合隧道接地系統(tǒng)整體防雷。

二、防雷總體原則

軌道交通地鐵/鐵路隧道防雷應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：

分級防護(hù)

入口處采用I級或II級SPD（承受高能量沖擊），設(shè)備端采用III級SPD（精密保護(hù)），形成分級配合。

全口徑保護(hù)

對電源、信號、通信、視頻、控制、數(shù)據(jù)等所有線路進(jìn)行浪涌防護(hù)。

等電位連接

SPD的PE端子應(yīng)與軌道接地網(wǎng)、設(shè)備接地銅排可靠連接，形成低阻抗通路（接地電阻≤1Ω，隧道內(nèi)要求≤0.5Ω）。

低殘壓協(xié)調(diào)

各級SPD殘壓（Up）按比例遞減，保證浪涌能量被逐級吸收，終端設(shè)備承受的殘壓低于其耐壓等級（一般為1.5kV或更低）。

三、地凱科技軌道交通通信系統(tǒng)的浪涌保護(hù)需求

軌道交通通信系統(tǒng)包括：

PIS乘客信息系統(tǒng)（顯示屏、廣播）

CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)

信號聯(lián)鎖系統(tǒng)（CBTC/ATP/ATS）

SCADA監(jiān)控系統(tǒng)

無線通信系統(tǒng)（TETRA/5G）

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與光纖傳輸

這些設(shè)備的防雷需求如下：

PIS廣播與顯示：AC220V電源+音頻信號，防止電源浪涌和音頻失真，電源SPD（II級）+信號SPD

CCTV監(jiān)控 AC/DC供電+視頻/PoE：防止視頻中斷和設(shè)備損壞，PoE浪涌保護(hù)器/視頻SPD

信號系統(tǒng)（CBTC/ATS）：弱電控制信號線，保證安全控制不誤動作 控制信號SPD（低殘壓）

SCADA 電源+RS485/以太網(wǎng)：防止遠(yuǎn)程監(jiān)控失效，電源SPD+數(shù)據(jù)SPD

無線通信（TETRA/5G）：天饋同軸，防止天線雷擊傳導(dǎo) 天饋防雷器（射頻SPD）

光纖通信 OPGW/室外光纜：防止雷擊耦合過壓，光纖防雷盒（光電隔離）

四、地凱科技軌道交通隧道通信系統(tǒng)防雷方案設(shè)計(jì)

以下是一套典型的地鐵/鐵路隧道通信系統(tǒng)防雷方案，按分區(qū)部署。

1. 電源防雷系統(tǒng)

a) 隧道主配電室（I級保護(hù)）

SPD類型：I級電源浪涌保護(hù)器

參數(shù)建議：

標(biāo)稱放電電流 In ≥ 20kA（8/20μs）

沖擊電流 Iimp ≥ 25kA（10/350μs）

最大持續(xù)運(yùn)行電壓 Uc：385V AC

電壓保護(hù)水平 Up ≤ 2.5kV

響應(yīng)時(shí)間 ≤ 100ns

安裝位置：變電所低壓配電柜總進(jìn)線處

b) 車站/機(jī)房配電柜（II級保護(hù)）

SPD類型：II級電源浪涌保護(hù)器

參數(shù)建議：

In ≥ 20kA（8/20μs）

Uc：275V AC

Up ≤ 1.5kV

帶遙信端子（RS485或干接點(diǎn)）

安裝位置：通信機(jī)柜電源入口

c) 設(shè)備端（III級保護(hù)）

SPD類型：精密設(shè)備保護(hù)SPD（帶濾波功能）

參數(shù)建議：

Up ≤ 1.0kV

帶EMI/RFI濾波

響應(yīng)時(shí)間 ≤ 25ns

安裝位置：終端設(shè)備前端插座或電源板

2. 信號與通信線路防雷

a) 網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)SPD

保護(hù)端口：RJ45（10/100/1000M）

參數(shù)建議：

最大傳輸速率 ≥ 1Gbps

標(biāo)稱放電電流 In ≥ 5kA（8/20μs）

插入損耗 ≤ 0.3dB @100MHz

Uc ≤ 600V（線-地）

應(yīng)用：PIS、SCADA、CBTC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

b) 控制信號SPD

保護(hù)接口：RS485/422、干接點(diǎn)

參數(shù)建議：

In ≥ 5kA（8/20μs）

工作電壓 Un：5V、12V、24V可選

Up ≤ 40V（適配低壓信號）

應(yīng)用：列控、ATS信號系統(tǒng)

c) 視頻監(jiān)控SPD

保護(hù)類型：模擬視頻、PoE

參數(shù)建議：

In ≥ 5kA（8/20μs）

帶寬 ≥ 100MHz（模擬）/ 1Gbps（數(shù)字PoE）

Up ≤ 600V

應(yīng)用：隧道CCTV監(jiān)控?cái)z像機(jī)

d) 天饋防雷器（射頻SPD）

頻率范圍：400MHz（TETRA）或3.5GHz（5G）

參數(shù)建議：

插入損耗 ≤ 0.2dB

駐波比 VSWR ≤ 1.2

In ≥ 10kA（8/20μs）

連接方式：N型/BNC/SMA

應(yīng)用：隧道無線通信基站

3. 光纖防雷

類型：光纖防雷盒（內(nèi)置電源SPD+光電隔離）

參數(shù)建議：

光纖類型：單模/多模

電源SPD：Uc 24V/48V

Up ≤ 800V

應(yīng)用：軌道交通專用光傳輸設(shè)備（SDH/PTN）

五、接地與安裝注意事項(xiàng)

接地電阻要求

隧道綜合接地網(wǎng) ≤ 1Ω

設(shè)備接地 ≤ 0.5Ω

SPD接地引線長度 ≤ 0.5m，截面積≥16mm2銅絞線

等電位連接

所有SPD的PE端應(yīng)與軌道鋼軌、接地網(wǎng)、機(jī)柜接地母排等統(tǒng)一連接。

分級配合原則

I級與II級SPD殘壓比 ≥ 2:1，II級與III級SPD殘壓比 ≥ 1.5:1，確保逐級衰減。

維護(hù)與監(jiān)測

采用帶遙信功能的SPD接入SCADA，實(shí)現(xiàn)雷擊記錄與故障報(bào)警。

地鐵與鐵路隧道雖然處于地下，但雷電風(fēng)險(xiǎn)依然存在，尤其在通信、信號、視頻、控制等弱電系統(tǒng)中，浪涌保護(hù)器（SPD）的分級部署是保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

采用I級高能量SPD+II級設(shè)備間SPD+III級精密SPD的分級防護(hù)策略，并結(jié)合等電位接地系統(tǒng)，可有效防止雷擊造成的系統(tǒng)故障和運(yùn)營中斷。