荊州長江大橋的防雷設(shè)計-安全工程畢業(yè)論

1、精品文檔畢業(yè)設(shè)計 題 目 荊州長江大橋的防雷設(shè)計 學生姓名 章宇 學 號 20211384087 學 院 大氣物理學院專 業(yè) 平安工程指導(dǎo)教師 張其林二一七 年 五 月 二十 日目 錄引言41. 大橋現(xiàn)場勘查概況52. 外部防雷62.1 防雷等級的計算62.2 橋梁的外部防雷72.2.1 接閃器72.2.2 引下線92.2.3 接地裝置112.3管理區(qū)和收費站的外部防雷122.3.1 接閃器122.3.2 引下線142.3.3 接地裝置143. 內(nèi)部防雷153.1 等電位連接163.1.1 橋面163.1.2 管理區(qū)和收費站163.2 供電系統(tǒng)局部173.2.1 管理區(qū)173.2.2 收費站1

2、83.2.3 其他電源防雷193.3 信號系統(tǒng)193.3.1 管理區(qū)193.3.2 收費站203.4 屏蔽213.4.1 管理區(qū)213.4.2 電纜線214. 結(jié)論22參考文獻22致謝24荊州長江大橋的防雷設(shè)計章宇南京信息工程大學大氣物理學院，江蘇 南京 210044摘要: 由于荊州長江大橋橋面上不僅僅有橋體自身結(jié)構(gòu)，該包括了收費站和管理區(qū)等建筑物，所以在設(shè)計時應(yīng)該作兩方面的設(shè)計。對橋體的防雷，利用橋體內(nèi)部的主鋼筋作引下線與橋面等電位相連，通過橋墩內(nèi)引下線接地。同時也是因為橋梁上建筑物的特殊性，主塔上的避雷針安裝高度太高無法保護管理區(qū)和收費站，所以這兩建筑物單獨設(shè)立避雷針、避雷帶，具體做法如下

3、：1.利用支柱內(nèi)的主鋼筋作引下線和建筑物地面地圈梁構(gòu)成的等電位連接帶相連。2.建筑物內(nèi)等電位連接帶和橋面等電位連接帶作多點焊接。實現(xiàn)一個完整的雷電防護系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：雷電防護；大橋；避雷針；等電位連接The Lightning Protection Design of Jingzhou Yangtze River BridgezhangyuCollege of Atmospheric Physics，NUIST，Nanjing 210044，ChinaAbstract： The Jingzhou Yangtze River Bridge includes not only the structu

4、re of the bridge itself, but also the toll stations and management areas and other buildings, so the design of lightning protection should be considered from two aspects. The lightning protection of bridge: We can take the main steel bar of the bridge as the down conductor , and which can be connect

5、ed with the equipotential of the bridge deck . And meantime, buildings on the bridge has their particularity, so the toll stations and management areas should set up an independent lightning rods and lightning belt because lightning rods of the main tower is installed on a too high height, which can

6、 not protects all of the two buildings. The concrete methods should be these as follows. First, we can take the main steel bar in the pillars as the down conductor ，and which can be connected with the bonding bar of the buildings which consist of ground ring beam. Second, equipotential bonding zone

7、of the buildings can be connected with the equipotential bonding belt of bridge deck in a multi-point welding manner. And these actions can finally achieve a complete lightning protection system. Key Words : Lightning protection; bridge; lightning rod; equipotential bonding引言1. 雷電的危害雷電帶來的危害十分巨大。我們在自

8、然界中看到的閃電十分壯觀，但是壯觀的外表下隱藏著極大的能夠摧毀萬物的能量。據(jù)研究說明，雷電在放電的同時，其通道的電壓放電現(xiàn)象十分強烈，甚至于產(chǎn)生的電流可達數(shù)萬安培。直擊雷在擊中物體后會在瞬間釋放大量電流，這些強大的雷電電流不僅僅只對設(shè)備造成的瞬間熱效應(yīng)和瞬間物理作用；還有電流流經(jīng)物體時在物體周圍產(chǎn)生的電磁場中感生出的感應(yīng)電流對設(shè)備的危害。雷電的危害具體有以下幾種表現(xiàn)形式： 雷電擊中建筑物后會在擊中點產(chǎn)生極大的的電壓并且釋放強大的雷電電流，巨大的電壓能夠擊穿電氣敏感設(shè)備的防護措施浪涌保護器等，從而直接擊毀設(shè)備。 雷電在擊中建筑物后會在擊中點瞬間產(chǎn)生大量熱能，這些熱能可以在短暫時間內(nèi)將金屬熔化，引

9、起設(shè)備的失火和爆炸。 雷電電流機械力作用是指被雷擊物體會發(fā)生扭曲、崩潰和斷裂等現(xiàn)象。 電磁感應(yīng)指的是，雷電電流會在雷擊點附近感生出電磁場，感生出的電流可能會使電器產(chǎn)生瞬間的高溫，從而致使電器失火。 2. 國內(nèi)外對雷電防護的研究國內(nèi)對于雷電防護技術(shù)開展的研究現(xiàn)狀： 1980年前后，國內(nèi)有科學家經(jīng)過對杭州的一座古塔六和塔調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)一個很奇特的現(xiàn)象，按照杭州市的建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)公式推算，在它存在的這千年間，塔身至少應(yīng)遭受上百次的雷擊，但是六和塔塔身卻沒有什么被雷擊擊中過的痕跡。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，六和塔基座是一種阻抗特別高的材料，在雷電電流擊中塔身之后，會在塔身內(nèi)自行消散?？茖W家仿照古塔的特性研制出

10、了一種阻抗到達了35K的接閃裝置，“消雷器。其核心就是中和雷電電流。隨著科技的開展，現(xiàn)代中國的避雷技術(shù)已經(jīng)遠遠不是那個時候的“消雷器可以比較的了。隨后在1983年我國公布了第一部?防雷設(shè)計標準?1，并于九年后公布了第二部?防雷設(shè)計標準?。?標準?結(jié)合實際情況，做出了很多我國實際國情的規(guī)那么標準。國外對于雷電防護技術(shù)開展的研究現(xiàn)狀：1992年，國際電工委員會開始研究雷電電磁感應(yīng)的防護方法。三年后，該委員會公布了?雷電電磁感應(yīng)的防護方法?。在?方法?中對雷電電磁感應(yīng)做出了詳細的定義，對被保護設(shè)備做出了詳細的規(guī)定。20世紀90年代后期，雷電防護的工程設(shè)計主要轉(zhuǎn)向了降低雷電電流峰值，電流上升率和雷電電

11、磁輻射。從1980年初日本科學家就可是利用金屬氧化物避雷器對輸電線路進行防雷；1998年，美國和意大利科學家共同研發(fā)出了能夠減小雷電電流上升率的優(yōu)化避雷針。2可以說，在步入新世紀以前，以美國為首的外國國家對防雷技術(shù)的研究水平是比我國更高的，現(xiàn)在看來，我國的防雷技術(shù)也已經(jīng)有了長足的開展。在不久遠的未來，防雷技術(shù)一定會更加的完善和高級。3本課題研究的目的和意義隨著國家根底設(shè)施的高速開展和日漸成熟完善，越來越多的橋梁建筑融入到我們的生活中來了，像近些年來國家新建的杭州灣跨海大橋，東海大橋，更早的武漢長江大橋，錢塘江大橋等等，這些都是關(guān)乎民生社稷的大事，萬一橋梁在正常運作時遭遇雷雨天氣后被并且遭遇雷擊

12、產(chǎn)生損壞，那將有可能造成不可估量的損失。雷電對橋梁的破壞作用主要有破壞主塔塔身塔頂、破壞橋面上的各種設(shè)備攝像機、信號燈等設(shè)備、對橋面上的管理區(qū)和收費站等造成擊穿，傷害到建筑物內(nèi)部的辦公人員或者電氣敏感設(shè)備、破壞路燈等照明設(shè)備。最重要的是，雷雨天氣發(fā)生時，橋面上的行人和車輛如果得不到很好的防雷保護，那將會造成不可估量的損失。所以，做好橋梁的防雷十分的重要。1. 大橋現(xiàn)場勘查概況荊州長江大橋地處兩湖中間的荊州地區(qū)，自古代起該地就是交通咽喉要塞。由于當?shù)貧夂虺睗?，多發(fā)雷雨天氣，所以必須要做好防雷的施工設(shè)計。查閱資料得知，荊州市年平均雷暴日為20d，這給防雷設(shè)計帶來了難點。大橋總長度為4397.5m，

13、其中橋面長度4177.6m。荊州長江大橋?qū)儆谛崩鞔髽颍杀便馔ê娇讟?、三八洲橋、南汊通航孔橋?個局部組成。其中北汊通航孔橋和南汊通航孔橋上分別設(shè)有兩座H型主塔。荊州長江大橋上的斜拉索采用的是平行鋼絲斜拉索，內(nèi)部由數(shù)百根鍍鋅鋼絲組成。主塔和斜拉索也是我們做防雷設(shè)計的主要著手點。橋面由鋼箱梁拼接而成，這也方便了我們對橋面進行等電位連接帶的設(shè)計。大橋的南北出入口設(shè)有收費站，在北汊通航孔橋上設(shè)有管理區(qū)等建筑，管理區(qū)高約20m。管理區(qū)共五層，第三層為監(jiān)控中心。大橋采用傳統(tǒng)的10kV 的傳輸方式的供電系統(tǒng)。在管理區(qū)一樓供電房內(nèi)設(shè)置一個總配電柜，在各樓層安裝一分配電柜，在設(shè)備間安裝一臺額定電壓380v，

14、頻率為50Hz分配電柜。在收費站旁設(shè)置專用的額定電壓380v，頻率為50Hz的分配電柜，這樣的話，既保證了傳輸線路上電壓的穩(wěn)定性，又保證了有雷電擊中一級配電柜時，不會造成所有設(shè)備都遭受雷電電流的損害。傳輸線路從大橋南岸的供電所通過埋橋面敷設(shè)至大橋北岸的供電所。進出收費站的出入口設(shè)置有220V供電的出入口指示燈，在收費站出入口設(shè)有帶POE供電的同軸攝像機，在車道旁設(shè)有帶POE供電的室外用型防爆球機。管理區(qū)內(nèi)部設(shè)有帶POE供電的200萬像素的普通紅外球機。大橋上的照明系統(tǒng)包括：路燈，橋面地燈。路燈架設(shè)在高度為15米的金屬燈桿上。北汊通航孔橋、三八洲橋和南汊通航孔橋的主塔上都裝有供電220V的交通障

15、礙燈。3本文主要從以下幾個方面進行防雷設(shè)計：1對橋梁主塔的防雷設(shè)計；2對橋梁斜拉索的防雷設(shè)計3承臺、樁根底整體設(shè)計為接地裝置，通流導(dǎo)流；4對橋面上管理區(qū)進行防雷設(shè)計；5對橋面上收費站進行防雷設(shè)計；6對管理區(qū)以及收費站這些建筑物內(nèi)部的電氣設(shè)備、信息系統(tǒng)設(shè)備進行內(nèi)部防雷設(shè)計。7對橋面上建筑物、信號燈、監(jiān)控設(shè)備進行防雷設(shè)計。本文聯(lián)系荊州長江大橋具體案例，從大橋內(nèi)部結(jié)構(gòu)著手，進行防雷的設(shè)計。不進行額外的裝置增添或減少原有的裝置。2. 外部防雷2.1 防雷等級的計算根據(jù)荊州市市氣象局有關(guān)地區(qū)氣象條件的資料顯示，大橋所處的區(qū)域年平均雷暴日大約是20d，由以下的公式，我們能夠計算得出年預(yù)計雷擊次數(shù)：N=K

16、Ng AeNg=0.024Td1.3；當橋面高度小于100米時，Ae=LW+2(L+W) H（200-H）+14H(200-H)10-6；當橋面高度高于100米時， Ae=LW+2(L+W)+H2 10-6；其中N是大橋年預(yù)計雷擊次數(shù)（次/a）；Ng是大橋所處地區(qū)雷擊年平均密度次km a；K是校正系數(shù)，荊州長江大橋區(qū)域校正系數(shù)K取2.0；Ae是和建筑物截收面積相同的雷擊次數(shù)的等效面積(km2)；Td是年平均雷暴日數(shù)，查表得知，荊州的平均雷暴日Td為34.2； L、W、H是建筑物的長、寬、高；可見，荊州長江大橋橋面全長4177.6米，寬為24.5米，高度應(yīng)該取最高點北汊通航孔橋的主塔高度加上橋墩

17、露出水面的高度，為150.25+54.64=204.89米；Ae=4177.624.5+24177.6+24.5+204.89204.89 10-6=0.243km2；Ng=0.02434.21.3=2.37次km a；N=2.02.370.243=1.150次/a； 由國標50057/2021，年預(yù)計累計次數(shù)大于0.06次的人員密集的公共建筑物為二類建筑物。因此可以確定的是，荊州長江大橋為第二類防雷建筑物。42.2 橋梁的外部防雷2.2.1 接閃器荊州長江大橋?qū)儆谛崩瓨?，因此需要做雷電防護的主要是斜拉橋的兩座主塔，該主塔由圖2可以得知屬于H型索塔。為了主塔局部免遭直擊雷損害，我們需要在主塔頂

18、端安裝避雷針，避雷針的安裝方式可以參考下列圖所示，即避雷針和避雷帶相結(jié)合的方式圖3。圖1 主塔接閃器示意圖荊州長江大橋處于長江中上游，氣候潮濕，并且江面上風力較大。所以在做防雷設(shè)計時需要擴大接閃器的尺寸。避雷針尺寸選擇如下，選用長度15m的鍍鋅空心鋼管，鋼管底部半徑300mm，頂部圓球半徑180mm。在固定至塔頂時選用厚度25mm，半徑1.5m的A3型鋼板。兩塔頂周圍的避雷帶明敷，網(wǎng)格尺寸在5m5m或者6m4m之內(nèi)。采用不銹鋼材質(zhì)的避雷帶能更有效更持久的保護主塔塔體，與避雷帶相連的主塔頂端四角最好安裝避雷短針以期到達最好的避雷效果。避雷短針和避雷帶直接焊接，并且與主塔內(nèi)部用作接地的主鋼筋做不少

19、于兩處的電氣連接。由于荊州長江大橋的橋面跨度較大，主跨度到達了2557米，安裝在主塔頂部的避雷針和避雷帶保護范圍無法完全的保護到橋面上的行人和車輛，并且就算能保護到的地點也無法保障能夠完全消除那些小于該半徑對應(yīng)的雷電流的雷電電流。該大橋為二類防雷建筑物，當雷電電流小于對應(yīng)的雷電電流10.1KA時，被保護的行人和車輛可能就會被擊中。因此大橋橋面上的金屬欄桿，路燈燈桿等可以作為接閃器和橋面混凝土層內(nèi)的鋼箱頂板內(nèi)鋼筋引出預(yù)留接地端子相連。同時主塔內(nèi)主鋼筋和橋面避雷帶作可靠電氣連接，這樣可以實現(xiàn)對橋面的全面保護。保護范圍的計算公式為 Rx=h(2hr-h)-hx(2hr-hx）式中 Rx是接閃器在hx

20、高度的保護半徑；hr是滾球半徑；荊州長江大橋滾球半徑為45米，hx是被保護物體的高度；取橋欄桿的高度1.2米；hr為45米。h為接閃器的安裝高度，即路燈的高度15米。計算Rx=15（245-15）- 1.2（245-1.2）；Rx=33.54-10.32=23.22米荊州長江大橋的橋面寬度為24.5米，只要最遠點能夠覆蓋在燈桿保護半徑之內(nèi)就可。圖6是大橋橋面上路燈位置的示意圖。設(shè)置路燈與路燈之間的距離為X米，根據(jù)勾股定理。23.222-（24.52）2=（X2）2經(jīng)計算 X=39.452， 所以，路燈和路燈之間設(shè)置的距離最短應(yīng)該為39.452米，這樣才能保證橋面上的車輛和行人得到全面的防雷保護

21、。圖2 路燈位置示意圖2.2.2 引下線大橋主體：大橋的引下線不需要另外得獨立設(shè)置，可以利用南北主塔內(nèi)部的四根豎向主鋼筋作為引下線。荊州長江大橋主塔內(nèi)部主鋼筋采用直徑為30mm的鋼筋，因此可以作為引下線。主鋼筋上部和避雷針相焊接，下部和橋面等電位連接帶相焊接。在橋墩局部，可以使用橋墩內(nèi)的直徑為30mm的豎向主鋼筋作為引下線。橋墩內(nèi)部的縱向主鋼筋上端與橋面的等電位連接帶相連接，下端和承臺以及樁根底內(nèi)部的鋼筋網(wǎng)格作可靠焊接。由于第二類防雷建筑物引下線間隔要小于18m，所以可以充分利用橋墩內(nèi)部的剩余鋼筋作引下線。同樣的上端與橋面等電位連接帶焊接，下端和樁根底的鋼筋網(wǎng)格相連。圖3 橋墩引下線示意圖斜拉

22、索：在做好主塔的防雷保護的同時，我們需要考慮到斜拉索的防雷保護，斜拉索是大橋鋼梁的重要支撐局部，是承重部件，因此必須做好防雷的措施。荊州長江大橋上的斜拉索采用的是平行鋼絲成品斜拉索。5拉索內(nèi)部是由假設(shè)干左右的直徑7mm的鍍鋅鋼絲構(gòu)成，外層由PE材料的保護層包裹。當雷電流擊中斜拉索時，外表PE層會被瞬間擊穿，同時雷電流會流經(jīng)斜拉索內(nèi)部，此時需要將雷電電流泄放入大地。具體做法如下：將拉索上端的金屬物體和大橋主塔頂部的避雷帶或者內(nèi)部的主鋼筋作通過直徑16mm的鍍鋅鋼筋與塔頂?shù)谋芾讕Щ蛘咧魉?nèi)部主鋼筋直接焊接，下端的金屬物體和橋面等電位連接帶直接焊接。當有雷電電流擊中斜拉索時，電流便可以通過拉索內(nèi)部鋼

23、絲流進橋面等電位連接帶，再通過橋墩內(nèi)鋼筋導(dǎo)入大地。同時斜拉索和主塔、橋面接地網(wǎng)便形成了等電位連接帶，這樣就可以有效保護到橋面上的行人、車輛以及電氣設(shè)備等重要物品。圖4 斜拉索索體構(gòu)造示意圖2.2.3 接地裝置對荊州長江大橋這種大型橋類建筑而言，可以將它墩身內(nèi)部的根底鋼筋網(wǎng)格用作接地裝置，并且與承臺混凝土底板內(nèi)主鋼筋、水平連接帶直接焊接連接，并且和承臺下方的鋼爐筒和樁根底內(nèi)部的鋼筋做可靠的電氣連接。橋墩內(nèi)的引下線上端與等電位連接帶相連，使之形成上下電氣互通的導(dǎo)流裝置。大橋樁根底內(nèi)，單樁中被用來作為接地裝置的鋼筋共有8根，主橋下共有64根直徑2m或2.5m的樁根底。如圖8所示，為了使承臺內(nèi)具有的鋼

24、制護筒和鋼筋共同用作接地極，應(yīng)該將這些鋼筋和鋼護筒用直徑22mm的圓鋼環(huán)繞焊接到一起。6橋墩內(nèi)部主鋼筋與接地體作直接焊接后，整個大橋的防雷系統(tǒng)便形成了。如果有直擊雷擊中主塔頂部避雷針，那么雷電電流就可以通過主塔內(nèi)部主鋼筋向橋面等電位連接帶釋放，隨后通過橋墩內(nèi)部的主鋼筋向大地泄放電流；同樣的，如果直擊雷擊中了作為橋面接閃器的路燈燈桿或者廣告牌，雷電電流就可以傳導(dǎo)至橋面等電位連接帶，然后向大地泄放雷電電流。這里要注意的是，接地沖擊電阻要小于10，如果滿足不了就需要加裝人工接地體。圖5 大橋接地裝置示意圖圖6 樁根底接地示意圖2.3管理區(qū)和收費站的外部防雷2.3.1 接閃器屋面的接閃器應(yīng)該混合架設(shè)避

25、雷帶和避雷針。避雷帶應(yīng)該沿著屋角屋檐等容易遭受直擊雷擊中的地方鋪設(shè)，避雷帶應(yīng)該采用面積不大于10m10m或者12m8m的鋼筋網(wǎng)格。屋面的避雷針和避雷帶作可靠焊接。沿著屋頂四周架設(shè)高度為200mm，直徑為15mm的圍欄。圍欄每隔0.5m和屋面避雷帶直接焊接一次。這樣的話，雷電流擊中屋頂后，雷電流可以通過避雷針或者圍欄進入屋頂避雷帶并且通過支柱內(nèi)鋼筋導(dǎo)入大地。由于屋面設(shè)有一熱水器和水塔，所以在做防雷設(shè)計的時候應(yīng)該將這二者考慮在內(nèi)。屋面屬空曠地帶，沒有可以用作接閃器的金屬桿或者橫梁，所以屋面的接閃器應(yīng)該單獨設(shè)置。接閃器可以選用直徑為16毫米的圓鋼或者直徑為25毫米的鋼管。下面我們計算屋面避雷針的保護

26、半徑。設(shè)避雷針的長度為Xm，水塔高度為2.2m，避雷針距離熱水器最遠距離3.5m。管理區(qū)屬于第二類防雷建筑物，所以滾球半徑取45m。計算如下：Rx=h(2hr-h)-hx(2hr-hx）式中 Rx是避雷針在hx高度的保護半徑；hr是滾球半徑；滾球半徑為45米，hx是被保護物體的高度；取水塔的高度2.2米；hr為45米。h為避雷針的安裝高度，即X米。計算3.5=X（245-X）- 2.2（245-2.2）；90-XX=3.5+13.9090X-X2=302.76X=3.50012米所以避雷針的桿長最少應(yīng)為3.6米，才能實現(xiàn)對屋面熱水器和水塔的全面保護。圖7 建筑物屋頂避雷針和避雷帶同時，因為水塔

27、底部已經(jīng)和金屬支架作了良好的連接，所以只需將金屬支架與屋面等電位連接帶作可靠電氣連接。同時熱水器的金屬支架也應(yīng)該做同樣的措施。2.3.2 引下線管理區(qū)的引下線同樣不需要單獨設(shè)置，可以利用建筑物的框架柱內(nèi)主鋼筋作為引下線。管理區(qū)內(nèi)部鋼筋采用的是直徑20 mm的鋼筋，因此可以做為引下線。具體做法如下，將對角兩支柱內(nèi)的主鋼筋作直接焊接，主鋼筋的上端和樓頂避雷針以及樓頂避雷帶直接焊接，下端和橋面等電位連接帶相焊接。由于管理區(qū)的樓層很高，利用建筑物內(nèi)部鋼筋作引下線會使得引下線過長，所以雷電電流的感應(yīng)壓降很大，這是就需要每隔6米的高度就設(shè)置一均壓環(huán)。均壓環(huán)可以使用直徑不小于12mm的圓鋼或者橫截面積不小于

28、5mm40mm的扁鋼環(huán)繞建筑物做成一圈。均壓環(huán)需要和支柱內(nèi)用作引下線的主鋼筋直接焊接。7圖8 建筑物內(nèi)部支柱主鋼筋作引下線示意圖2.3.3 接地裝置管理區(qū)內(nèi)的電氣敏感設(shè)備、電子信息系統(tǒng)以及各類型的浪涌保護器等的接地與同一接地體作可靠連接，同時埋地敷設(shè)入戶的金屬管道和接地體作可靠的電氣連接。把建筑物支柱內(nèi)主鋼筋既用作引下線，又用作接地極的一局部。這種接地極被稱作是自然接地體，同時將支柱內(nèi)鋼筋和地圈梁內(nèi)鋼筋網(wǎng)格和根底內(nèi)鋼筋直接焊接，地圈梁內(nèi)的鋼筋網(wǎng)格要兩兩焊接，使得地圈梁內(nèi)的鋼筋網(wǎng)格形成一個回路。這樣的話，鋼筋、地圈梁和根底內(nèi)鋼筋共同形成一個接地體。由于大橋的特殊性，橋面的等電位連接帶已經(jīng)設(shè)計完成

29、，所以將地圈梁內(nèi)鋼筋網(wǎng)格組成的閉合回路與橋面等電位連接帶作多點焊接，同時將出入戶的金屬管道進行等電位連接，由于出入戶的金屬管道大多埋地敷設(shè)，所以金屬管道每隔3m與橋面等電位連接帶進行一次焊接。各個樓層對電氣敏感的設(shè)備金屬外殼和水平避雷帶相焊接，這樣就形成了一個完整的接地系統(tǒng)。圖9 建筑物接地示意圖3. 內(nèi)部防雷荊州長江大橋的主體防雷工程不僅僅有對橋面上管理區(qū)以及各建筑物的防雷，也包括了電源供電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的防雷。當雷電發(fā)生在管理區(qū)1KM范圍附近時，雷暴產(chǎn)生的強電磁場就會在建筑物附近產(chǎn)生強大的電磁場，而電磁場中感生出的感應(yīng)電流會造成建筑物內(nèi)電子設(shè)備局部過熱，對設(shè)備造成破壞。所以，做好

30、內(nèi)部防雷工程十分重要。3.1 等電位連接3.1.1 橋面由于橋梁本身的特殊性，把各橋墩內(nèi)鋼筋網(wǎng)格連通，組成一個等電位連接帶是不現(xiàn)實的。前文也提到過，可以利用橋面來做等電位連接帶。同時，橋面上管理區(qū)和收費站的等電位連接也可以和橋面等電位連接帶作多點電氣連接，以保護橋面上各建筑物。8橋面鋪裝的混凝土層內(nèi)的鋼箱梁、板鋼筋或者鋼橋面板和橋墩內(nèi)部的用作引下線的鋼筋直接焊接，橋面上的路燈燈桿，防護欄等金屬設(shè)施可以作為接閃器網(wǎng)與鋼箱梁等作直接焊接。由于橋面太長，所以每隔約12m需要對混凝土層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)等在橋面橫向的兩端位置各用直徑不小于16mm的圓鋼作等電位連接。對橋兩旁的防護欄和金屬欄桿作等電位跨接處理。

31、橋面上的其他金屬物體，比方金屬隔離帶，大型的廣告牌等等，其上端與下端也應(yīng)該與橋面等電位連接帶相連接。3.1.2 管理區(qū)和收費站從室外引入的導(dǎo)電線路均應(yīng)在 LPZ0A 、LPZ0B 與 LPZ1 區(qū)的交界處設(shè)置等電位連接帶。管理區(qū)監(jiān)控室和計算機機房應(yīng)該在LPZ1區(qū)和LPZ2區(qū)的交界面設(shè)置獨立的等電位連接帶，并且該等電位連接帶通過等電位連接線和LPZ0A、LPZ0B與LPZ1區(qū)交界處設(shè)置的等電位連接帶作可靠連接。入戶線路，包括電源線和電纜在進出收費站和管理區(qū)等計算機機房的時應(yīng)該穿金屬管道埋地敷設(shè)，并且在金屬管道兩端都應(yīng)該搭接在等電位連接帶上。如果金屬管道敷設(shè)距離過長，應(yīng)該每隔大約25米就和橋面等電

32、位連接帶作多點電氣連接。收費站的各種設(shè)備的金屬外殼應(yīng)該和上文提到的收費站基座內(nèi)的地圈梁構(gòu)成的等電位連接帶直接焊接連接。位于室外的收費站專用配電柜四角都應(yīng)與橋面等電位連接帶作可靠的電氣連接。圖10 管理區(qū)等電位示意圖3.2 供電系統(tǒng)局部3.2.1 管理區(qū)荊州長江大橋橋梁長度4KM，沿線有眾多的監(jiān)控設(shè)備、照明設(shè)備、通信設(shè)備以及管理區(qū)和收費站，所以供電負荷較大。為了防止雷電電流流經(jīng)浪涌保護器時因電流過大直接擊毀SPD從而導(dǎo)致設(shè)備被擊穿、摧毀，并且為了防止輸電線路、電纜遭受二次感應(yīng)電流作用，管理區(qū)的供電系統(tǒng)應(yīng)該采用多級保護。第一級防護，輸電線路入戶接入總配電柜后，在輸出端安裝電源浪涌保護器，這里我們選

33、用型號為AM80/3P的浪涌保護器，最大通流量為80KA8/20S以防止雷電對變電所設(shè)備的危害； 第二級防護，分配電柜內(nèi)電路接出并接入樓層分配電柜時，在輸出端安裝電源浪涌保護器，這里我們選用型號為AM60/3P的浪涌保護器，最大通流量為60KA8/20S以抑制過電流和殘壓；第三級防護，在設(shè)備間分配電柜接出電路給各個房間時，在輸出端和UPS之間安裝型號為AM40/3P的限壓型電源浪涌保護器，最大通流量為40KA8/20S以保護下級線路， 第四級防護不是加裝浪涌保護器，而是在收費站和管理區(qū)內(nèi)重要電器設(shè)備接入電路時選擇防雷插牌，實現(xiàn)對設(shè)備的精密保護。需要注意的是，浪涌保護器的連接線不應(yīng)過長和細或者線

34、路彎曲，總長度不應(yīng)大于0.5m。在選用浪涌保護器時選用型號為HSU8-40的帶有劣化指示裝置的浪涌保護器，在上級和下級浪涌保護器之間線路距離小于5m時，浪涌保護器之間應(yīng)該加裝退耦裝置。為了防止浪涌保護器的老化而導(dǎo)致短路現(xiàn)象的發(fā)生，浪涌保護器的安裝線路上應(yīng)該裝有過電流保護裝置，比方熔斷器等。9圖11 管理區(qū)供電系統(tǒng)示意圖3.2.2 收費站收費站的供電配電系統(tǒng)和管理區(qū)同樣采用多級雷電防護。第一級防護，在收費站專用配電柜，安裝型號為DKL-60/3PN，通流量60kA8/20s的三相電源 SPD；第二級防護，在各收費亭的配電盒內(nèi)，安裝型號為DKL-40/3PN，通流量40kA8/20s的三相電源SP

35、D； 圖12 收費站供電系統(tǒng)示意圖3.2.3 其他電源防雷對沿線照明設(shè)施，應(yīng)在其配電盤處安裝型號為AM20/3P，通流量20kA8/20s的電源 SPD；主塔上的航空障礙燈。為了保證其不會受到感應(yīng)雷過電流的損害，需要在各主塔的航空障礙燈控制箱里安裝型號為DKL-50/3PN，通流量為50KA8/20s的三相電源浪涌保護器。并且，在各個航空障礙燈的接線處需要加裝型號為AM40/3P，通流量40KA8/20s的單相浪涌保護器。3.3 信號系統(tǒng)大橋上的信號系統(tǒng)包括視頻信號、音頻信號包括對講和 、網(wǎng)路信號和交通信號等，這里應(yīng)該充分考慮到應(yīng)用和各信號系統(tǒng)匹配的浪涌保護器。103.3.1 管理區(qū)管理區(qū)是各

36、個信號系統(tǒng)的集成地點，攝像機的終端設(shè)備(硬盤錄像機)、收費站內(nèi)對講系統(tǒng)的終端設(shè)備和室外各LED顯示屏的信號控制器等等設(shè)備都安裝在管理區(qū)之內(nèi)。可以說，管理區(qū)是整個大橋的日常維護管理的心臟部位，所以做好管理區(qū)的信號系統(tǒng)防雷至關(guān)重要！前端設(shè)備有安裝在室內(nèi)的攝像機，也有安裝在室外的攝像機。安裝在室內(nèi)的前端設(shè)備需要考慮到雷電感應(yīng)對設(shè)備造成破壞，而室外的前端設(shè)備需要考慮直擊雷的防護和感應(yīng)雷的防護。大橋上室外前端設(shè)備的防雷有特殊的地方，大多是安裝在路燈燈桿上。在做防直擊雷的設(shè)計時，前端設(shè)備要在避雷針滾球半徑之內(nèi)。而前面已經(jīng)提到，路燈燈桿可以作為接閃器使用，可利用路燈燈桿本身作為引下線，需要注意的是接地電阻應(yīng)

37、該小于10歐姆。在做防雷電感應(yīng)的設(shè)計時，為了防止電磁感應(yīng)對前端攝像機的侵害，應(yīng)該將電源線和信號線都穿金屬管沿著路燈燈桿內(nèi)壁向上鋪設(shè)。電源線、信號線是前段設(shè)備內(nèi)主要的兩根信號線。電源線從就近的配電柜中引出，信號傳輸線選用屏蔽效果較好的德系，型號為N901906.02的三芯屏蔽線。在前端設(shè)備和終端設(shè)備之間選擇穿鋼管埋地敷設(shè)。包括前端設(shè)備的信號通過埋地敷設(shè)的傳輸線在內(nèi)的進入監(jiān)控室的各種金屬管線應(yīng)該接入共用接地極上，這樣不僅方便各金屬管線的接地，更便于日常的維護和管理。11 監(jiān)控中心在接入網(wǎng)絡(luò)信號時不僅僅需要做好各種信號傳輸線的防雷設(shè)計，同時要配合使用信號浪涌保護器。具體做法如下，1效勞器和交換機之間

38、采用的是同軸線纜埋地敷設(shè)引入機房內(nèi)部的方式，應(yīng)該在效勞器和光纜接入端安裝一只型號為AS05JH，最大通流量為5KA8/20s)的網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器保護效勞器；2在集線器和收費站崗?fù)ぶ械挠嬎銠C之間的數(shù)據(jù)線兩端都安裝型號為DLP-BNC，最大通流量為5kA (8/20s)的數(shù)據(jù)線浪涌保護器保護收費亭內(nèi)計算機和集線器；3 線纜在接進調(diào)制解調(diào)器之前在線路上安裝一臺型號為AS05JH，最大通流量為5KA8/20s)的信號浪涌保護器；4前端設(shè)備攝像機等信號通過視頻電纜進入監(jiān)控中心計算機設(shè)備時應(yīng)該在視頻電纜兩端各安裝一臺型號為AS12B-4 ，通流量為10kA (8/20s)的視頻信號浪涌保護器以保護前端設(shè)

39、備和計算機設(shè)備；圖13 管理區(qū)監(jiān)控室各設(shè)備接線示意圖3.3.2 收費站1收費站內(nèi)計算機和效勞器等設(shè)備的rj45端口處安裝型號為AS05JH，最大通流量5KA8/20s)的網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器；2在收費站崗?fù)ず驼Z音對講系統(tǒng)的終端機兩端各自安裝一只型號為AS150Y-10，通流容量10kA8/20s的音頻信號浪涌保護器；3收費站進出口的監(jiān)控攝像機和終端機之間的視頻傳輸線兩端安裝型號為AS12B-4 ，通流量為10kA (8/20s)的視頻信號浪涌保護器保護收費站攝像機和終端機；4收費站每個車道兩旁的攝像機和終端兩端各安裝型號為AS12Y，通流量為10kA (8/20s)的控制信號浪涌保護器；5LED

40、顯示屏內(nèi)部的光端機和信號控制器兩端安裝型號為DLP-BNC，最大通流量為5kA (8/20s)的數(shù)據(jù)線浪涌保護器以保護光端機和信號控制器；圖14 收費站內(nèi)各設(shè)備和管理區(qū)聯(lián)動接線示意圖3.4 屏蔽3.4.1 管理區(qū)管理區(qū)域內(nèi)主要包括變電站、監(jiān)控室和通信站點，收費站等，這些控制室所在的建筑物混凝土的結(jié)構(gòu)中的金屬材料需要形成一個屏蔽的空間。對電磁場較為敏感的設(shè)備應(yīng)該放置在該屏蔽空間內(nèi)，設(shè)備在放置的時候要距離墻體約1m。3.4.2 電纜線我們知道，電纜的特性是它的轉(zhuǎn)移阻抗越高，電纜的屏蔽效應(yīng)越弱，因此我們在選用電纜的時候可以選用轉(zhuǎn)移阻抗比較小的電纜。電纜在入戶時應(yīng)該采用全線穿金屬管埋地電纜進入，全線進

41、行多處接地。在埋地敷設(shè)的輸電線路穿鋼管入戶時，應(yīng)該將鋼管作多點接地處理。由于荊州長江大橋地理位置特點，長江水底情況十分復(fù)雜。如果選擇江底鋪設(shè)電纜，施工難度會非常高，本錢很大。因此可以采用橋面鋪設(shè)的方法，為了減少橋面下方的電纜遭受到直擊雷和電磁感應(yīng)時遭受的損害，橋下的電纜應(yīng)該穿鋼管鋪設(shè)，并且將鋼管和混凝土層內(nèi)的鋼箱梁作可靠的多點焊接。并且在各個鋼管的連接點應(yīng)該作跨接線，在各個鋼管之間作橫向的連接線，這樣鋼管與橋面的防雷保護網(wǎng)就形成了等電位連接，電纜遭受雷擊時可以將雷電流導(dǎo)入橋面防雷網(wǎng)，隨后導(dǎo)入大地，將雷電電流泄放入大地。124. 結(jié)論 荊州長江大橋的重要性眾所周知，做好荊州長江大橋的防雷保護設(shè)計利在千秋，對兩湖地區(qū)的開展有重要作用。荊州長江大橋的雷電防護設(shè)計是十分困難和具有挑戰(zhàn)性的，在整個防雷設(shè)計的過程中，最主要的就是對主橋的雷電防護設(shè)計。在采用了接閃器、接閃帶、環(huán)形避雷帶相結(jié)合的防雷方式，對主塔進行全方位的保護。經(jīng)過滾球法計算得出，只利用主塔是無法對整個橋面進行防雷保護的，所以利用了路燈金屬燈桿和防護欄做接閃器，與橋內(nèi)鋼箱梁作可靠的電氣連接，并形成避雷網(wǎng)。同時，荊州長江大橋上的管理區(qū)、收費站都納入了防雷保護的范疇。由于在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)，主塔上的避雷針安裝高度太高，無法起到對建筑物的保護作用，所以只有對建筑物進行單獨的防雷保護設(shè)計。 參考文獻1. 伏繩武, 葛蕾. 興化市杭州路