公路隧道机电设备的防雷接地设计

发布于：2015-06-18 11:27:18 来自：电气工程/防雷减灾 [复制转发]

摘要:本文分析了公路隧道防雷接地的特殊性,提出将隧道初期支护锚杆经扁铁多点引出形成基础接地体再与隧道洞口的重复接地装置以及隧道变电所的接地装置可靠连接,形成共用接地装置,并采用拦截､屏蔽､均压(等电位连接)､加装专用避雷器和共用接地系统等综合防雷方案｡实践证明,行之有效,对公路隧道的防雷设计､施工具有现实意义｡
公路隧道地处山区,地形复杂,地域较大,而隧道机电系统的特点是点多､面广､线长,强弱电设备遍布整个隧道,其变电所构筑物又常常为附近最高点,这些都是雷击或雷电感应的薄弱点｡鉴于此,本文提出将隧道初期支护的锚杆经扁铁多点引出形成接地体再与隧道洞口的重复接地装置以及隧道变电所的接地装置可靠连接,形成共用接地装置,并采用拦截､屏蔽､均压(等电位连接)､加装专用避雷器和共用接地系统等综合防雷方案,对今后公路隧道的防雷工程设计､施工具有较好的指导意义｡
1共用接地网
公路隧道机电设备防雷击,以及消除各种干扰的影响,须有良好的接地装置构成共用接地网｡
1.1隧道内接地装置
根据《公路隧道通风照明设计规范》(-JTJ026.1-1999)相关规定,长度超过100米的隧道应设置电光照明,即长度超过100米的隧道就必须设置接地装置,传统的做法是在隧道洞口设置接地体,再用镀锌扁钢与其相连,引入隧道供机电设备接地,此方法对长隧道､特长隧道难以取得较好的效果｡
基于公路隧道施工的特殊性,可在隧道左､右两侧电缆沟底各通长敷设一50*5接地扁钢,并每隔50米各引一根Φ22的钢筋与隧道初期支护内至少5根锚杆及初支钢筋网焊接(见图1),并每隔50米及车行横洞处的电缆沟旁引出钢筋作为机电设备接地点,形成隧道本体接地网｡隧道内的各种机电设备(如射流风机､照明配电箱､电缆线槽等)可根据其后期具体安装位置在隧道土建施工时各预埋一40*4扁铁,此扁铁再与两侧电缆沟底的隧道本体接地网焊接牢固,形成可靠接地｡隧道开挖形成后,需对隧道本体接地网进行电阻测量,若实测接地电阻不满足≤1欧姆的要求,则还需在隧道进､出洞口外各增设一套重复接地装置｡重复接地装置可采用复合接地体,即水平接地体和垂直接地体相结合的方式,并在接地极周围填充长效降阻剂｡垂直接地体的优点是在雷雨季节能积聚一定的山水,有利于改良接地极周围的土壤电阻率,降低接地电阻｡而水平接地体能扩大地网的接地面积,使隧道成为一个大的均压体,减少闪击放电的机会,提高泄放雷电流的能力｡
1.2隧道变电所接地装置
隧道变电所一般采用钢筋混凝土框架结构,建筑物接地和电气设备接地共用一套接地装置,要求接地电阻≤1欧姆,其接地装置围绕变电所建筑物敷设成闭合的环形接地体,并要求接地体埋深不低于0.8米,然后在变电所内沿墙壁敷设闭合的环形接地母线｡变电所内各种电缆的金属外皮､设备外壳和不带电的金属部分以及各种金属管道等,均应以最短的距离与环形接地母线联接｡室内的环形接地母线与室外的闭合接地环带及变电所屋顶的避雷带之间,应有不少于4根联接线互相联接,相邻联接线间的距离不宜超过18米｡引向变电所的电力线､通信线应有金属外皮或金属屏蔽层或敷设在金属管内,并按要求埋地敷设｡由变电所引出至隧道的风机､照明电缆或其它管､线也应埋地,在变电所外埋地不应少于10米｡
1.3共用接地网
将变电所接地网､隧道本体接地网以及摄像机､可变情报板等外场设备的接地装置互相连接,构成共用接地网,要求接地电阻≤1欧姆｡
2综合防雷
公路隧道的防雷设计应考虑环境因素､雷电活动规律､系统设备的重要性以及发生雷灾后果的严重程度,综合采取拦截､屏蔽､均压(等电位连接)､加装专用避雷器和共用接地装置等综合防雷措施｡
2.1拦截
对变电所以及摄像机和可变情报板等外场设备,可在其顶上装设避雷网(带)､避雷针或由其混合组成的接闪器,接收雷击并将雷电流较均匀地分流入地｡建议利用建筑物的钢柱､钢筋混凝土结构内经焊接连通的钢筋或利用绑扎作电气连接的钢筋网做引下线｡
2.2屏蔽
屏蔽就是利用金属网､箔､壳､管等把需要保护的对象包围起来,根据集肤效应原理,将由于雷电产生的电磁脉冲进行阻挡,目的是将易受雷电危害的电子信息设备和线路得以保护｡隧道内的电气设备,外部电磁干扰方式主要有三种:雷电的电磁脉冲;电力系统中各种操作过电压;静电放电｡由于雷电波主要是通过电磁感应和静电感应,在隧道内的电源线和信号线上产生过电压波,并沿电缆向两端传播冲击,使得隧道内的电气设备被击坏,而雷电从隧道口绕击进洞内的可能性很少｡因此屏蔽只侧重于隧道外及洞口附近的各种电缆要进行屏蔽,即将电源线和信号线分别敷设于镀锌焊接钢管内,钢管每隔一定距离,按标准进行接地,从而使雷电作为干扰源的影响大大减少｡
2.3均压(等电位联结)
雷电流的峰值非常大,其流过之处都会产生很高的对地电位,因此对于周围还处于大地电位的电气设备会产生旁侧闪络放电｡在隧道的电缆沟内及变电所内建立等电位联结带,将设备外壳及金属构架物进行可靠的搭接,就近接地,在一定区域内形成一个均压带,避免被保护设备之间在雷击瞬间形成电位差而产生二次闪击､闪络现象而遭损坏｡
2.4专用避雷器
合理的屏蔽和等电位连接与共用接地系统是减少浪涌过电压(雷电过电压､操作过电压等)对人身及设备破坏的根本前提和途径｡为防止感应雷电对一些重要电气设备的冲击,须在其电源或信号输入端加装专用避雷器｡根据理论分析及实际经验,在下列易受感应雷影响的电气设备前应加装专用避雷器:
(1)在10KV高压侧的每组母线和每组架空进线上装设阀型避雷器,避雷器应以最短的接地线与变电所主接地网联接｡此设置主要用来保护变压器,以免雷电冲击波沿高压线侵入变电所｡
(2)在0.4KV低压侧装置阀型避雷器或保护间隙,以防止雷电波沿低压线路侵入而损坏变电所内设备｡
(3)在隧道摄像机部分解码器输入输出端加装控制信号避雷器,以防止雷电通过控制信号线损坏摄像机解码器｡
(4)在摄像机视频信号输入输出端加装同轴电缆避雷器｡
(5)在通信机房配线架装设交换机配线避雷器｡
2.5接地
接地是防雷的基础,接地系统的设计与施工直接影响防雷的效果｡只有良好的接地才能为入侵的雷电流提供顺畅的入地泄放通道,同时才能使屏蔽效果得到保障｡隧道接地采用共用接地系统｡
结语
公路隧道内机电设备种类和数量众多,既有强电设备又有大量弱电设备,易遭受雷电袭击,可能会造成多个系统或部分设备损坏,给公路隧道运营管理带来极大的不便,而且会带来巨大的直接经济损失和间接经济损失,因此公路隧道的防雷接地问题应在设计和施工阶段受到广泛的重视｡

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