204
Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025
SCIENCE SHINE
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL
ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ ПОЕЗДНОЙ
РАДИОСВЯЗИ ОТ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Н. В. Яронова
Ташкентский государственный транспортный университет
Аннотация:
в статье рассматриваются современные методы защиты
объектов радиосвязи железнодорожного транспорта от прямого и косвенного
воздействия атмосферного электричества. Особое внимание уделено
громоотводам, системам заземления и устройствам защиты от перенапряжений.
Приводятся расчёты зон защиты и характеристики заземляющих устройств на
основе стандартов IEC 62305.
Ключевые слова:
молниезащита, громоотвод, радиосвязь, заземление,
перенапряжение, ЭЦ, ГАЦ, электромагнитный импульс, железная дорога,
безопасность.
Защита объектов поездной радиосвязи от молний представляет собой
критически важный аспект обеспечения безопасности и надежности работы
железнодорожного транспорта. Атмосферное электричество, проявляющееся в
виде молний, может наносить значительный ущерб как инфраструктуре, так и
оборудованию, что может приводить к серьёзным перебоям в работе системы
радиосвязи.
Молния – это мощный электрический разряд, который возникает из–за
электрической активности в атмосфере. Разряд молнии может достигать
напряжения в несколько миллионов вольт, что делает его чрезвычайно опасным
для любой электронной и электрической аппаратуры. Объекты поездной
радиосвязи включают в себя антенны, радиостанции, ретрансляторы и другую
аппаратуру, необходимую для поддержания связи между поездами и
диспетчерскими центрами. Повреждения, вызванные молнией, могут привести
к выходу из строя этих систем, что, в свою очередь, может повлечь за собой
аварийные ситуации на железной дороге, сбои в расписании движения поездов
и другие проблемы.
Рассматривая проблему защиты объектов радиосвязи от молний, следует
учитывать как непосредственные, так и косвенные воздействия молний.
Непосредственное воздействие включает в себя прямое попадание молнии в
объекты, что может вызвать разрушение структур и выведение из строя
205
Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025
SCIENCE SHINE
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL
электроники. Косвенное воздействие, такое как электромагнитные импульсы и
перенапряжения, может также причинить значительный вред чувствительному
оборудованию.
Для минимизации риска повреждений, связанных с ударами молний,
применяются различные системы молниезащиты. Эти системы включают в себя
громоотводы, заземляющие системы, молниеотводы и другие устройства,
предназначенные для перехвата и безопасного отвода молний от защищаемых
объектов. Громоотводы устанавливаются на самых высоких точках зданий и
сооружений, обеспечивая перехват молнии и её безопасный отвод в землю.
Системы заземления обеспечивают эффективный отвод электрического заряда
в землю, предотвращая повреждения оборудования. Дополнительные меры
защиты включают экранирование и защиту кабелей, что минимизирует
воздействие электромагнитных импульсов и перенапряжений.
В Узбекистане, где грозы являются частым явлением, особенно в летний
период, защита объектов радиосвязи от молний приобретает особую
актуальность. Региональные климатические условия и высокая частота гроз
делают необходимым применение современных и эффективных систем
молниезащиты для обеспечения бесперебойной работы железнодорожного
транспорта.
Анализ уязвимостей –
Объекты поездной радиосвязи обладают
несколькими критическими уязвимостями к поражению молнией, которые
включают:
1.
Антенны и мачты:
Эти конструкции часто являются самыми
высокими точками на объектах радиосвязи. Высокая вероятность прямого
попадания молнии делает их основными точками риска. Разрушение антенн и
мачт может привести к полной утрате связи.
2.
Радиостанции и ретрансляторы:
Радиостанции и ретрансляторы
содержат чувствительное электронное оборудование. Прямое поражение или
вторичные эффекты от близкого удара молнии могут привести к выходу из
строя оборудования и, следовательно, к сбоям в системе радиосвязи.
3.
Кабельные линии и коммутационные устройства:
Кабельные
линии, проложенные на открытом воздухе, подвержены вторичному
воздействию
молний,
таким
как
электромагнитные
импульсы
и
перенапряжения. Это может привести к повреждению кабелей и
коммутационных устройств.
206
Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025
SCIENCE SHINE
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL
4.
Системы заземления:
Неэффективные системы заземления могут
не справиться с отвода большого объема электрического заряда, что может
привести к повреждению оборудования и поражению людей.
Современные методы защиты объектов радиосвязи от молний включают:
1.
Громоотводы (молниеотводы):
Устанавливаются на самых
высоких точках объектов для перехвата молний и безопасного отвода их в
землю. Громоотводы обеспечивают основной метод защиты от прямых ударов
молний.
Рис. 1. Громоотвод – принцип действия
2.
Системы заземления:
Обеспечивают эффективный отвод
электрического заряда в землю. Включают использование заземляющих
электродов, проводов и заземляющих систем, которые распределяют заряд по
земле, предотвращая повреждения оборудования.
3.
Экранирование и защита кабелей:
Применение экранированных
кабелей и специальных защитных устройств для кабельных линий позволяет
минимизировать воздействие электромагнитных импульсов и перенапряжений.
4.
Устройства защиты от перенапряжения:
Устанавливаются на
входах и выходах оборудования для защиты от внезапных скачков напряжения,
вызванных ударами молний. Эти устройства мгновенно реагируют на
перенапряжение и предотвращают его попадание на чувствительное
оборудование.
207
Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025
SCIENCE SHINE
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL
Рис. 2. Проектирование мачт молниеотводов
Статистические данные
в Узбекистане ежегодно регистрируется
значительное количество ударов молний, особенно в летний период. По
данным Национального гидрометеорологического центра Узбекистана
(Узгидромет), в среднем на территории страны фиксируется более 20 тысяч
ударов молний ежегодно. Большая часть этих ударов происходит в горах и
предгорных
районах,
однако
равнинные
территории,
включая
железнодорожные объекты, также подвергаются значительному риску.
Примеры:
1.
Город Ташкент:
В 2022 году в Ташкенте было зарегистрировано
более 300 ударов молний в течение летнего сезона. Несколько случаев
повреждений железнодорожной инфраструктуры, включая радиомачты и
ретрансляторы, были зафиксированы, что привело к временным сбоям в работе
системы поездной радиосвязи.
2.
Ферганская долина:
В 2021 году в Ферганской долине было
зафиксировано около 500 ударов молний за летний период. Один из ударов
вызвал серьёзные повреждения радиостанции, что привело к остановке
движения поездов на несколько часов до восстановления связи.
208
Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025
SCIENCE SHINE
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL
Расчёт молниезащиты поста
Защита объектов железнодорожной инфраструктуры от атмосферного
электричества, в частности от молний, является важным аспектом обеспечения
безопасности и бесперебойной работы железнодорожного транспорта. Молнии
могут наносить значительный ущерб не только зданиям и сооружениям, но и
сложному оборудованию, установленному на таких объектах, как
электрическая централизация (ЭЦ) и горочная автоматическая централизация
(ГАЦ).
ЭЦ
и
ГАЦ
являются
критически
важными
элементами
железнодорожной инфраструктуры, которые обеспечивают управление
движением поездов и безопасное выполнение операций на сортировочных
станциях.
Электрическая централизация (ЭЦ) представляет собой систему, которая
используется для автоматизации управления стрелками и сигналами на
железнодорожных путях. Система ЭЦ включает в себя различные датчики,
реле, контроллеры и другое электронное оборудование, которое должно
работать с высокой точностью и надежностью. Повреждения, вызванные
молнией, могут привести к сбоям в работе этой системы, что может вызвать
аварийные ситуации и задержки в движении поездов.
Горочная автоматическая централизация (ГАЦ) используется на
сортировочных станциях для управления сортировкой вагонов. Эта система
автоматизирует процессы расцепки и сцепки вагонов, управления тормозами и
перемещения вагонов по горке. Как и в случае с ЭЦ, оборудование ГАЦ
подвержено воздействию молний, что может привести к значительным сбоям в
работе и даже к авариям.
Для минимизации риска поражения молнией и обеспечения надежной
работы систем ЭЦ и ГАЦ, необходимо проводить тщательные расчеты
молниезащиты и устанавливать соответствующие защитные устройства.
Основными элементами системы молниезащиты являются громоотводы,
заземляющие устройства и системы защиты от перенапряжений.
Громоотводы, или молниеотводы, устанавливаются на самых высоких
точках зданий и сооружений для перехвата молний и безопасного отвода их в
землю. Эффективная система заземления обеспечивает отвод электрического
заряда в землю, предотвращая повреждение оборудования. Дополнительные
меры включают установку устройств защиты от перенапряжений, которые
предотвращают скачки напряжения, вызванные молниями, и защищают
чувствительное электронное оборудование.
209
Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025
SCIENCE SHINE
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL
Важным аспектом проектирования систем молниезащиты является
проведение точных расчетов, которые включают определение зон защиты,
выбор типа громоотводов и заземляющих устройств, а также их оптимальное
расположение. Эти расчеты должны учитывать специфику объекта, его
расположение, климатические условия и другие факторы.
Основные принципы расчета молниезащиты основаны на теории зон
защиты и принципах электротехники. Для проектирования эффективной
системы молниезащиты необходимо учитывать следующие аспекты:
1.
Зона защиты громоотвода:
Зона защиты определяется высотой
громоотвода и радиусом защиты, который зависит от угла защитного конуса.
По стандарту IEC 62305, угол защитного конуса зависит от уровня защиты: чем
выше уровень защиты, тем меньше угол.
2.
Выбор типа громоотвода:
Громоотводы могут быть стержневыми,
тросовыми или сетчатыми. Выбор типа громоотвода зависит от специфики
защищаемого объекта и его размеров.
3.
Расчет заземляющих устройств:
Система заземления должна
обеспечивать эффективный отвод электрического заряда в землю. Для расчета
заземляющих устройств используются формулы, учитывающие удельное
сопротивление грунта, количество и длину заземляющих электродов.
4.
Устройства защиты от перенапряжений:
Устанавливаются для
защиты оборудования от скачков напряжения. Расчет включает выбор типа
устройств и их установку в ключевых точках системы.
Пример расчета зоны защиты громоотвода:
1.
Определение высоты громоотвода (H):
Предположим, что высота
громоотвода составляет 20 метров.
2.
Выбор уровня защиты:
Допустим, что для данного объекта
выбран уровень защиты I (угол защитного конуса 45 градусов).
3.
Расчет радиуса зоны защиты (R):
R = H
⋅
tan(α) = 20
⋅
tan (45
) = 20 метров.
Таким образом, зона защиты громоотвода будет представлять собой конус
с радиусом основания 20 метров и высотой 20 метров.
Пример расчета заземляющего устройства:
1.
Определение
удельного
сопротивления
грунта
(ρ):
Предположим, что удельное сопротивление грунта составляет 100 Ом·м.
2.
Расчет сопротивления одиночного заземлителя (R):
210
Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025
SCIENCE SHINE
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL
R =
⋅ ⋅
ln (
⋅
),
где L – длина заземлителя (например, 5 метров);
d – диаметр заземлителя (например, 0, 05 метров).
R =
⋅ ⋅
ln (
⋅
) =
ln(800) ≈ =
⋅
6, 68 ≈ 21, 28 Ом.
Рис. 3. Схема расположения громоотводов
На данном рисунке показана два графика:
1.
Схема зоны защиты громоотвода:
Визуализирует конус зоны
защиты громоотвода. Угол защитного конуса составляет 45 градусов.
2.
Схема
заземления:
Показывает
вертикальное
положение
громоотвода и заземлителей.
Дополнительные пояснения
1.
Высота и расположение громоотводов:
Громоотводы должны
быть установлены таким образом, чтобы их зоны защиты перекрывали все
важные части объекта. В случае большого объекта может потребоваться
установка нескольких громоотводов.
2.
Система заземления:
Заземляющие устройства должны быть
расположены таким образом, чтобы обеспечить минимальное сопротивление и
эффективный отвод электрического заряда. В некоторых случаях может
потребоваться использование кольцевых или сетчатых заземлителей для
повышения эффективности.
3.
Устройства защиты от перенапряжений:
Эти устройства должны
быть установлены в ключевых точках системы, таких как входы и выходы
оборудования, для обеспечения максимальной защиты от скачков напряжения.
ВЫВОД
211
Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025
SCIENCE SHINE
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL
Основное внимание было уделено анализу опасности поражения молнией
объектов радиосвязи, а также расчетам и проектированию систем
молниезащиты для таких критически важных объектов, как посты
электрической централизации (ЭЦ) и горочной автоматической централизации
(ГАЦ).
Анализ уязвимостей объектов радиосвязи показал, что наиболее
подверженными ударам молний являются антенны и мачты, радиостанции и
ретрансляторы, кабельные линии и коммутационные устройства. Эти элементы
инфраструктуры часто находятся на открытом пространстве и выступают
высоко над землей, что увеличивает вероятность прямого попадания молнии.
Для минимизации рисков повреждений применяются различные методы
защиты, включающие установку громоотводов, эффективных систем
заземления и устройств защиты от перенапряжений. Громоотводы,
устанавливаемые на самых высоких точках объектов, обеспечивают перехват
молний и их безопасный отвод в землю. Системы заземления распределяют
электрический заряд по земле, предотвращая повреждение оборудования и
обеспечивая безопасность людей. Устройства защиты от перенапряжений
устанавливаются в ключевых точках системы для предотвращения скачков
напряжения, вызванных молниями.
На основе теоретических основ расчётов были определены зоны защиты
громоотводов, рассчитаны параметры заземляющих устройств и представлены
методы защиты от перенапряжений. Расчеты заземляющих устройств с учетом
удельного сопротивления грунта и параметров заземлителей показали, что для
эффективной
молниезащиты
требуется
использование
нескольких
параллельных заземлителей для снижения общего сопротивления системы.
Список использованных источников:
9.
Связь с подвижными объектами на железнодорожном транспорте.
Справочник/ Ю. В. Ваванов, Н. Е. Доценко, В. Е. Малявко, С. И. Тропкин. – М.
: Транспорт, 1984. –320 с.
kz/ru/digitalization/10643–10–glavnyh–tendencij–i–
innovacij–zheleznodorozhnoj–otrasli–v–2021–godu. html
11.
https://mobile. ruscable. ru/article/422/
ONLINE/ARTICLES/TEHNICHESKIE–INNOVATSII–V–JELEZNODOROJNOM–
TRANSPORTE–KAKIE–NOVYE–TEHNOLOGII–PRIMENYAYUTSYA–V–SOVREMENNYH–POEZDAH/
212
Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025
SCIENCE SHINE
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL
13.
Астрахан В. И. Новые технологии повышения квалификации
специалистов/ В. И. Астрахан// Автоматика, связь, информатика.
2011.
№11.
С. 20
22.
14.
– предоставляет актуальную статистику и отчёты по
погодным условиям, включая частоту и силу гроз.
15.
«Молниезащита и заземление» авторы: Марков С. И. , Шаронов
В. А.
– детально рассматривает теоретические и практические аспекты
молниезащиты, включая защиту объектов радиосвязи.
16.
17.
http://www. lightningsafety. com/
