高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)防雷措施探討★

吳永泉 林阿太

(福州東南繞城高速公路有限公司，福建 福州 350001)

隧道是高速公路的重要組成部分，既節(jié)約了建設(shè)資源，也實(shí)現(xiàn)了公路的快速通行。高速公路隧道一般是開鑿在山區(qū)和地形復(fù)雜的地方，隧道內(nèi)的機(jī)電系統(tǒng)也要沿著隧道布設(shè)，具有點(diǎn)多、面廣、線長等特點(diǎn)。隧道機(jī)電系統(tǒng)一般包括照明系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)。隧道機(jī)電系統(tǒng)的控制室和變電室一般設(shè)置在隧道附近的高點(diǎn)，處于雷電高發(fā)地段。因此，隧道機(jī)電系統(tǒng)就容易受到雷電災(zāi)害的威脅，影響隧道機(jī)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，做好隧道的防雷工作可以保障隧道機(jī)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，是高速公路機(jī)電防雷中的重要一環(huán)。本文將闡述高速公路隧道防雷工作中的要點(diǎn)，從直擊雷防護(hù)、接地、屏蔽、均壓、SPD等方面進(jìn)行闡述。

1 直擊雷防護(hù)

1.1 變電室防雷措施

處于隧道外的變電室所在建筑物應(yīng)裝設(shè)避雷針或避雷網(wǎng)，避免變電所遭受直擊雷。變電所高壓側(cè)應(yīng)裝設(shè)避雷器，所有母線和架空進(jìn)線上都要安裝，且應(yīng)該以最短的距離和所在建筑物的接地網(wǎng)連接，來保護(hù)變壓器免遭雷電沖擊波入侵。變電所低壓側(cè)應(yīng)裝設(shè)避雷器，防止雷電波沿低壓線路進(jìn)入損害低壓設(shè)備[1-3]。

1.2 架空線路的防雷保護(hù)

變電所引入線路一般為架空線路，架空線路上應(yīng)裝設(shè)避雷線。對不設(shè)避雷線的架空線路，應(yīng)采取措施提高防雷水平，可采用木橫擔(dān)、瓷橫擔(dān)等絕緣子，提高防雷電沖擊波的能力。

1.3 機(jī)房防雷保護(hù)

機(jī)房若位于隧道外，需在機(jī)房所在建筑物四周敷設(shè)避雷帶，以建筑物自身的鋼筋結(jié)構(gòu)作為引下線，連接到建筑物接地網(wǎng)。機(jī)房內(nèi)應(yīng)設(shè)置環(huán)形的接地母線，將機(jī)房內(nèi)的設(shè)備外殼、電纜外殼、金屬管道等金屬部件以最短距離與接地母線相連。且機(jī)房內(nèi)的環(huán)形接地母線與接地網(wǎng)應(yīng)該互相連接，連接線要大于4根，且間距應(yīng)小于18 m。

2 隧道接地

隧道接地系統(tǒng)的合理、科學(xué)設(shè)計(jì)和施工是提高隧道機(jī)電系統(tǒng)防雷水平的重要保證，良好的接地可以抵消雷電帶來的不利影響，做好隧道的接地系統(tǒng)十分重要。

2.1 隧道內(nèi)接地裝置

隧道防雷接地系統(tǒng)一般設(shè)置在隧道口，通過扁鋼與接地體相連引入隧道中作為接地。但是這種方式對于短隧道的效果較好，對于長隧道的效果并不理想。對于長隧道，需要在隧道兩側(cè)電纜槽內(nèi)敷設(shè)扁鋼，每隔50 m引一根鋼筋和隧道內(nèi)原有的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行焊接，同時(shí)每隔50 m,從洞內(nèi)留出鋼筋供隧道內(nèi)的設(shè)備接地，通過這種方式提高隧道的接地效果。

2.2 隧道變電室的接地裝置

隧道變電室的接地電阻要求在1 Ω之內(nèi)，接地體應(yīng)布設(shè)成環(huán)形方式環(huán)繞變電所，埋深要大于1 m。變電室內(nèi)應(yīng)設(shè)置環(huán)形的接地母線與接地裝置相連。

3 電磁脈沖防護(hù)

3.1 隧道機(jī)電設(shè)備防雷屏蔽

在高速公路隧道機(jī)電設(shè)備會受到雷電所產(chǎn)生的強(qiáng)電磁脈沖的干擾影響。高速公路隧道機(jī)電設(shè)備受直擊雷的可能性極小，所以隧道內(nèi)的設(shè)備防雷側(cè)重于對引入的電力和通信線纜進(jìn)行雷電防護(hù)。主要方法是通過在隧道外及洞口附近，將電力線路和通信線路敷設(shè)在金屬管槽內(nèi)，金屬管槽接縫處要做好跨接，每隔25 m都要接地一次，從而實(shí)現(xiàn)屏蔽，防止雷電電磁脈沖破壞設(shè)備內(nèi)的設(shè)備[4,5]。電子設(shè)備需利用金屬網(wǎng)、箔、殼、管等金屬保護(hù)物包圍起來。

3.2 等電位連接

雷電會產(chǎn)生瞬間高壓，和附近的金屬物體產(chǎn)生電位差，造成電壓反擊，從而損壞設(shè)備。采取等電位連結(jié)可以實(shí)現(xiàn)電位均衡，有效防止因電位差造成的電壓反擊，從而保護(hù)設(shè)備安全。在隧道內(nèi)車道兩側(cè)分別設(shè)置貫穿隧道的等電位連接帶，與隧道的結(jié)構(gòu)鋼筋可靠電氣連接，且宜每間隔50 m做一次重復(fù)接地。在隧道內(nèi)各區(qū)域控制器(箱、屏)及機(jī)電設(shè)備預(yù)計(jì)安裝處預(yù)留等電位端子板，等電位端子板應(yīng)與等電位連接帶可靠電氣連接。

隧道內(nèi)信號線纜、電力線纜應(yīng)分開布設(shè)，在距隧道洞口100 m內(nèi)的位置，應(yīng)采取封閉的金屬橋架布線，并與等電位連接帶連接至少兩處。

隧道洞口外的金屬廣告牌及指示牌、路燈及信號燈金屬桿、攝像頭金屬支撐桿等金屬物應(yīng)就近與貫穿隧道的等電位連接帶相連，若相距20 m以上，可設(shè)置獨(dú)立接地裝置，防雷接地電阻值不宜大于10 Ω、保護(hù)接地電阻值不宜大于4 Ω。

3.3 SPD防雷

對于一些重要機(jī)電設(shè)備，應(yīng)在設(shè)備的電源、信號輸入端裝設(shè)專用SPD進(jìn)行防護(hù)。主要設(shè)備包括：監(jiān)控探頭、照明系統(tǒng)、通信設(shè)備等。

隧道洞口外的供配電線路應(yīng)采用金屬外護(hù)套電力電纜埋地敷設(shè)。洞外配電箱內(nèi)應(yīng)安裝滿足Ⅰ級試驗(yàn)的電源電涌保護(hù)器，洞內(nèi)配電箱宜安裝滿足Ⅱ級試驗(yàn)及以上的電源電涌保護(hù)器。Ⅱ級試驗(yàn)參見GB 50057—2010中2.0.37。

洞外監(jiān)控設(shè)備(測速儀、可變限速標(biāo)志等)、情報(bào)板、攝像機(jī)等的電源端應(yīng)分別安裝滿足Ⅰ級試驗(yàn)的電源電涌保護(hù)器，有關(guān)數(shù)據(jù)信號金屬線入線端應(yīng)分別安裝適配的信號電涌保護(hù)器。

洞內(nèi)監(jiān)控設(shè)備(車輛檢測器、風(fēng)速儀、攝像機(jī)等)的電源端應(yīng)安裝滿足Ⅱ級試驗(yàn)的電源電涌保護(hù)器，有關(guān)的數(shù)據(jù)信號金屬線纜輸入端上應(yīng)安裝適配的信號電涌保護(hù)器。

緊急供電用UPS電源的輸入、輸出端應(yīng)分別安裝不低于Ⅱ級試驗(yàn)電源電涌保護(hù)器。UPS直流輸入端宜安裝滿足直流供電電壓要求的電涌保護(hù)器。

4 隧道機(jī)房雷電防護(hù)的要求

機(jī)房是機(jī)電系統(tǒng)的心臟部分，應(yīng)加強(qiáng)機(jī)房的雷電防護(hù)措施，機(jī)房的防雷措施還需注意以下事項(xiàng)：

機(jī)房宜設(shè)置在所處建筑物近中心層低層部位的LPZ1區(qū)及其后續(xù)防雷區(qū)內(nèi)；機(jī)房所處建(構(gòu))筑物應(yīng)具有完善的直擊雷和雷擊電磁脈沖防護(hù)措施；機(jī)房內(nèi)交流工作地、安全保護(hù)地、直流地、屏蔽地、防靜電接地、防雷接地等應(yīng)采用共用接地方式；在機(jī)房應(yīng)預(yù)留不少于兩處等電位連接端子板，并應(yīng)就近與結(jié)構(gòu)主鋼筋可靠電氣連接；機(jī)房外墻的鋼筋宜適當(dāng)加密，門窗宜采取屏蔽措施，并與建筑物內(nèi)的結(jié)構(gòu)主鋼筋可靠電氣連接。監(jiān)控中心等重要機(jī)房的外墻鋼筋網(wǎng)孔尺寸不宜大于200 mm×200 mm；機(jī)房應(yīng)設(shè)置防靜電地板，應(yīng)在防靜電地板下設(shè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)，并與預(yù)留的等電位連接端子板可靠電氣連接；進(jìn)出機(jī)房的金屬管、槽、線纜屏蔽層等裝置外可導(dǎo)電部分及設(shè)備金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架等裝置的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)就近與等電位連接網(wǎng)絡(luò)可靠電氣連接；機(jī)房天花板、墻面宜選用耗散性材料，機(jī)房內(nèi)各重要電子設(shè)備距外墻及柱、梁的距離不宜小于1 m，條件不允許時(shí)，對設(shè)備應(yīng)采取電磁屏蔽措施；機(jī)房內(nèi)電源配電箱處應(yīng)安裝電壓保護(hù)水平與被保護(hù)設(shè)備的耐壓水平相適應(yīng)的電涌保護(hù)器；進(jìn)出機(jī)房的各類信號線纜應(yīng)分別安裝相適配的電涌保護(hù)器。信號電涌保護(hù)器應(yīng)滿足信號傳輸頻率、傳輸介質(zhì)、工作電平、網(wǎng)絡(luò)類型的需要，同時(shí)接口應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備兼容；引向機(jī)房的電源線路、通信線路應(yīng)采用屏蔽線纜或者敷設(shè)在金屬管道內(nèi)，并要求埋地敷設(shè)。從機(jī)房里引出去的金屬管、線路也應(yīng)埋地敷設(shè)，在機(jī)房外的埋地距離應(yīng)大于10 m。

5 結(jié)語

雷電防護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，高速公路隧道里面的機(jī)電設(shè)備種類較多，容易遭受雷擊災(zāi)害，給高速公路運(yùn)行管理帶來不便，還會造成經(jīng)濟(jì)損失。隧道機(jī)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系著高速公路交通的安全和正常運(yùn)行。所以，要提高對高速公路隧道防雷的重視程度，采用科學(xué)、系統(tǒng)的防雷措施確保隧道機(jī)電設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。