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高速公路隧道机电系统防雷措施探讨

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：虞霖郭高

[导读] 摘要：隧道作为高速公路的重要组成部分，不仅节约了施工资源，而且实现了高速公路的快速通行。

        贵州高速公路集团有限公司营运事业部水城中心贵州六盘水 553000
        摘要：隧道作为高速公路的重要组成部分，不仅节约了施工资源，而且实现了高速公路的快速通行。高速公路隧道一般在山区和地形复杂的地方开挖。隧道内机电系统也应沿隧道布置，点多、面宽、线长。隧道机电系统一般包括照明系统、通信系统、监控系统、通风系统等系统。隧道机电系统控制室和变压室一般位于隧道附近的高点，雷电高发区。因此，隧道机电系统极易受到雷电灾害的威胁，影响隧道机电系统的正常运行。因此，做好隧道防雷工作可以保证隧道机电系统的稳定运行，是公路防雷工作的重要一环。
        关键词：高速公路；隧道；机电系统；防雷措施
        引言
        为减少雷电对高速公路隧道机电系统的影响，保证隧道内车辆安全通行，应采取防雷措施。论述了高速公路隧道机电系统的防雷措施，包括直雷保护、接地措施、电磁屏蔽、压力均衡措施和SPD防雷措施。
        1直击雷防护
        1.1变电室防雷措施
        变电站建筑物在隧道外应安装避雷针或避雷网，以避免直接雷击。变电站高压侧应安装避雷器，所有母线和架空进气线路均应安装，变压器应以最短的距离保护雷电冲击波侵入，并与建筑物接地网连接。变电站低压侧应安装避雷器，防止雷波沿低压线路进入低压设备。
        1.2架空线路的防雷保护
        变电站线路一般为架空线路，架空线路应安装避雷针。对于无避雷线的架空线路，应采取措施提高防雷水平。采用木制横臂、瓷横臂等绝缘材料可提高防雷能力。
        1.3机房防雷保护
        若机房位于隧道外，应在机房所在建筑物周围敷设防雷带。以建筑物本身的钢结构为导线，与建筑物的地网相连。机房内安装环形接地母线，将机房内的设备外壳、电缆外壳、金属管道等金属部件与接地母线进行最短距离的连接。另外，机房内的环形接地母线和接地网应互连4根以上连接线，间距小于18m。
        2隧道接地
        合理科学的隧道接地系统设计与施工是提高隧道机电系统防雷水平的重要保证。良好的接地可以抵消雷电带来的不利影响。做好隧道接地系统的工作十分重要。
        2.1隧道内接地装置
        隧道防雷接地系统一般安装在隧道口，通过扁钢与接地体连接，引入隧道作为接地。然而，该方法对短隧道效果较好，对长隧道效果不理想。对于长隧道，隧道两侧的电缆槽应敷设扁钢。隧道内每隔50m引入一根钢筋与原有钢网焊接。与此同时，每隔50米从孔处留出一根钢筋，用于隧道内设备的接地。
        2.2隧道变电室的接地装置
        隧道变电室的接地电阻要求,在不到一个Ω方式应安排成一个变电站接地体周围的环,埋深大于1米。变电站应安装环形接地母线与接地装置连接。
        3电磁脉冲防护
        3.1隧道机电设备防雷屏蔽
        闪电产生的强电磁脉冲会对高速公路隧道中的机电设备产生影响。公路隧道内机电设备受雷击的可能性很小，因此对隧道内设备的防护主要集中在对进线电缆和通信电缆的防雷上。主要的方法是将电力线和通信线敷设在隧道外和入口附近的金属管槽内。金属管槽的连接处应每隔25m粘接接地一次，实现屏蔽，防止雷电电磁脉冲损坏设备内部设备。电子设备周围应有金属保护器，如金属网、金属箔、外壳和金属管。

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        3.2等电位连接
        闪电可以产生瞬时的高电压，从而与附近的金属物体产生电位差，引起电压反击，从而损坏设备。等电位连接可以实现电位均衡，有效防止电位差引起的电压反击，保护设备安全。隧道内巷道两侧设置贯穿隧道的等电位连接带，可与隧道结构加固电连接，每50m重复接地一次。等电位端子板应预留在隧道各区域的控制器(箱、屏)和机电设备的预期安装位置。等电位端子板应与等电位连接带可靠连接。
        隧道内信号电缆和电力电缆应分开敷设。在距离隧道入口100米范围内，应采用封闭式金属桥接线，并至少连接两条等电位连接带。隧道洞口外的金属广告牌和迹象,路灯和轻型金属杆,相机金属支撑杆应该接近皮带的等电位连接通过隧道,如果超过20 m,可以设置独立的接地装置,接地电阻不应超过10ΩΩ,保护接地电阻值不应大于4。
        3.3SPD防雷
        对于一些重要的机电设备，应在设备的电源端和信号输入端安装专用的SPD进行保护。主要设备包括监控探头、照明系统、通信设备等。
        隧道开口外的供配电线路应埋设金属外护套电力电缆。洞配电箱应安装满足Ⅰ级测试电源浪涌保护器,洞配电箱应安装满足Ⅱ级测试及以上电源浪涌保护器。Ⅱ级测试看到2.0.37 gb50057 - 2010。洞监测设备(里程计、可变限速标志等),信息板,应该安装摄像头的电源,以满足Ⅰ级测试电源浪涌保护器,数据信号线到终端适配器另行安装信号浪涌保护器。
        洞监视设备(车辆检测器、风速仪、照相机等)应该安装的电源,以满足Ⅱ级测试电源浪涌保护器,金属电缆输入数据信号信号浪涌保护器应安装在适配器。应急电源UPS电源的输入和输出应该安装不低于Ⅱ级测试电源浪涌保护器。安装UPS直流输入端，以满足电涌保护器直流电源电压要求。
        4隧道机房雷电防护的要求
        机房是机电系统的心脏部分，应加强机房的雷电防护措施，机房的防雷措施还需注意以下事项:
        机房宜设置在所处建筑物近中心层低层部位的LPZ1区及其后续防雷区内；机房所处建(构)筑物应具有完善的直击雷和雷击电磁脉冲防护措施；机房内交流工作地、安全保护地、直流地、屏蔽地、防静电接地、防雷接地等应采用共用接地方式；在机房应预留不少于两处等电位连接端子板，并应就近与结构主钢筋可靠电气连接；机房外墙的钢筋宜适当加密，门窗宜采取屏蔽措施，并与建筑物内的结构主钢筋可靠电气连接。监控中心等重要机房的外墙钢筋网孔尺寸不宜大于200mm×200mm；机房应设置防静电地板，应在防静电地板下设等电位连接网络，并与预留的等电位连接端子板可靠电气连接；进出机房的金属管、槽、线缆屏蔽层等装置外可导电部分及设备金属外壳、机柜、机架等装置的外露可导电部分应就近与等电位连接网络可靠电气连接；机房天花板、墙面宜选用耗散性材料，机房内各重要电子设备距外墙及柱、梁的距离不宜小于1m，条件不允许时，对设备应采取电磁屏蔽措施；机房内电源配电箱处应安装电压保护水平与被保护设备的耐压水平相适应的电涌保护器；进出机房的各类信号线缆应分别安装相适配的电涌保护器。信号电涌保护器应满足信号传输频率、传输介质、工作电平、网络类型的需要，同时接口应与被保护设备兼容；引向机房的电源线路、通信线路应采用屏蔽线缆或者敷设在金属管道内，并要求埋地敷设。从机房里引出去的金属管、线路也应埋地敷设，在机房外的埋地距离应大于10m。
        结束语
        雷电防护是一项系统工程，高速公路隧道里面的机电设备种类较多，容易遭受雷击灾害，给高速公路运行管理带来不便，还会造成经济损失。隧道机电系统的稳定运行关系着高速公路交通的安全和正常运行。所以，要提高对高速公路隧道防雷的重视程度，采用科学、系统的防雷措施确保隧道机电设施的稳定运行。
        参考文献
        ［1］朱大德．公路隧道防雷接地系统的研究［J］．科技信息，2011(15):379-380．
        ［2］麻锐敏．电子信息设备的防雷对策研究［J］．自动化与仪器仪表，2018(2):26-28．
        ［3］陈思彤．建筑物弱电系统防雷技术应用［J］．农业与技术，2019，39(17):138-139．