摘要：地鐵高架項目由于其使用性質(zhì)，是雷電防護重要考慮場所。通過對車站主體和高架區(qū)間的綜合防雷設(shè)計，著重于電子信息系統(tǒng)的設(shè)計，從而形成一個較為全面的防雷方案。

　　主體詞：地鐵高架項目,電子信息,防雷

　　0 前言

　　隨著各大城市軌道交通項目不斷上馬，地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車以及懸浮列車等多種類型，這些號稱“城市交通的主動脈”，在城市交通中發(fā)揮著越來越巨大的作用。

　　地鐵建筑是投資巨大、人員密集的公共場所，通信、信號、FAS、BAS、AFC、SCADA等電子信息類設(shè)備系統(tǒng)眾多且構(gòu)成復雜，這些系統(tǒng)是維系地鐵正常運營的中樞神經(jīng)，一旦遭受雷擊或雷電波侵入，將危及地鐵正常的運輸秩序，甚至造成重大的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失。另外，雷擊如果引起地鐵火災(zāi)，后果不堪設(shè)想。其實地鐵建筑并不是完全位于地下，如本文中提出的地鐵高架站，由于其建設(shè)在地面上，存在嚴重雷害的威脅，因此很有必要對地鐵項目雷害評估模型進行探討并研究適合地鐵項目的雷電防護方法。

　　1. 地鐵高架站概述

　　該站位于某市地鐵線路高架區(qū)間，車站主體結(jié)構(gòu)采用一層鋼框架構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋由樁及地梁支承的鋼柱以及框架橫梁懸臂端支承的鋼柱支承。弱電系統(tǒng)設(shè)備包括、民用通信機房、系統(tǒng)設(shè)備房OAPIDS、通信設(shè)備室、綜合控制室、AFC控制室、安全門設(shè)備及控制室、信號設(shè)備室、警務(wù)室、車控室、綜合維修室、AFC設(shè)備及維修室及弱電電纜、地鐵內(nèi)外部的通信、信號電纜等。各站沿線電源線、通訊線及信號線均沿高架敷設(shè)，

　　該站區(qū)不單單是有關(guān)車站主體和區(qū)間高架橋梁的防雷設(shè)計，主體還有大量信息系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等大量弱電系統(tǒng),所以內(nèi)外部防雷在該項目的防雷設(shè)計中都要考慮到。

　　2. 車站主體防雷設(shè)計

　　2.1外部防雷設(shè)計

　　接地裝置優(yōu)先采用閉合環(huán)形網(wǎng)格狀地網(wǎng)，以均衡地電位，防止發(fā)生反擊。(圖1.1)當網(wǎng)格狀地網(wǎng)無法實現(xiàn)時，可沿建筑物外圍四周敷設(shè)環(huán)形人工接地體。地鐵交通內(nèi)部涉及多個強弱電系統(tǒng)，因此采用綜合接地系統(tǒng)，交流工作接地、直流工作接地、安全保護接地、防雷接地應(yīng)共用接地裝置。各系統(tǒng)(尤其是弱電系統(tǒng))接地引入線應(yīng)設(shè)置于接地網(wǎng)的中央位置，不宜靠近引下線和外圈梁設(shè)置，

　　圖1.1 網(wǎng)格狀接地網(wǎng)

　　由于車站主體，采用一層鋼框架天面和混凝土立面構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)。因此引下線應(yīng)該設(shè)計與普通建筑類似，每根引下線處應(yīng)充分利用樁基礎(chǔ)、承臺結(jié)構(gòu)主筋構(gòu)成自然接地裝置，在樁基礎(chǔ)每樁利用外圍結(jié)構(gòu)主筋中對角4根主筋作為垂直接地體，同時沿樁身每隔2m利用箍筋將樁基外圍主筋焊接連通構(gòu)成鋼筋籠。該站具有鋼結(jié)構(gòu)屋面，宜利用金屬屋面作為接閃器。

　　2.2內(nèi)部防雷設(shè)計

　　建筑物內(nèi)部大量電子信息系統(tǒng)，一旦遭受雷擊或雷電波侵入，將會造成重大的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失。本文設(shè)計的某地地鐵站主要含有以下10個電子信息系統(tǒng)：計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)(含門禁)、火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)、地鐵環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS/EMCS)、有線廣播及擴聲系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)、通信系統(tǒng)信號系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)(AFC)、乘客信息顯示系統(tǒng)(PIDS)，本文著重考慮這10個電子信息系統(tǒng)的防雷設(shè)計。具體設(shè)計分為：

　　2.2.1 等電位連接

　　各電子信息系統(tǒng)機房應(yīng)設(shè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)。電氣和電子設(shè)備的金屬外殼、機柜、機架、金屬管、槽、電纜屏蔽層、信息設(shè)備防靜電接地、安全保護接地、SPD接地端等均應(yīng)以最短距離與等電位連接網(wǎng)絡(luò)的接地端子連接。等電位連接網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可采用S型或M型或兩種結(jié)構(gòu)形式的組合型(圖2.2)。

　　圖2.2信息系統(tǒng)等電位連接網(wǎng)絡(luò)類型

　　當采用S型結(jié)構(gòu)等電位連接網(wǎng)時，只允許單點接地，即信息系統(tǒng)的所有金屬組件，除等電位連接點ERP外，均應(yīng)與共有接地系統(tǒng)得各部件之間有足夠的絕緣(大于10Kv,3.2/50μs)，接地線可就近接至本機房或設(shè)備內(nèi)的接地端子板(或SE接地干線)，不必設(shè)專用接地線引至總接地端子板。當采用M型結(jié)構(gòu)等電位連接網(wǎng)時，信息系統(tǒng)的所有金屬組件嚴禁與接地系統(tǒng)各組件絕緣，應(yīng)通過多點組合到接地系統(tǒng)中去并形成Mm型網(wǎng)絡(luò)。通常，S型等電位連接網(wǎng)絡(luò)可用于相對較小、限定于局部的系統(tǒng)，M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)宜用于延伸較大的開環(huán)系統(tǒng)。因此本站電子信息系統(tǒng)等電位連接網(wǎng)絡(luò)參照表2-1

　　表5-12電子信息系統(tǒng)等電位連接

　　2.2.2屏蔽措施

　　為防御直擊雷和降低雷電電磁干擾，應(yīng)采用法拉第籠進行電磁屏蔽。法拉第籠可由該站的金屬屋面、引下線、機房屏蔽以及接地系統(tǒng)構(gòu)成(圖2.3)，并且將電子信息系統(tǒng)主機房應(yīng)選擇在建筑物低層中心部位，機房內(nèi)磁場干擾強度不大于800A/m(相當于10高斯)，設(shè)計將電子信息設(shè)備應(yīng)離開外墻結(jié)構(gòu)柱子的距離不小于1m。

　　圖2.3利用結(jié)構(gòu)鋼筋和金屬框架構(gòu)成大空間屏蔽

　　2.2.3電涌保護器(SPD)的設(shè)計

　　電子信息系統(tǒng)宜安裝多級SPD防雷電過電壓。第一級安裝在配電系統(tǒng)總出線處(配電盤);第二級安裝在各系統(tǒng)供配電柜(箱)內(nèi);第三級安裝在微電子設(shè)備前端(計算機終端電源穩(wěn)壓器或UPS電源前)。

　　車站沿高架橋軌道兩側(cè)架空敷設(shè)的33kV屏蔽高壓電力電纜引入高壓，降壓后引入低壓室，然后由低壓變配電室引入各設(shè)備房或配電開關(guān)處，低壓配電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，(除入戶部分外)電力電纜采用非屏蔽電纜。傳輸線路主要采用光纜敷設(shè)，經(jīng)埋地管道進入通訊設(shè)備房，可認為基本不分流雷電流，但仍有部分通信線纜為非光纖傳輸介質(zhì)。此外，進入建筑物的服務(wù)設(shè)施還包括水管等金屬管道。

　　假定雷電流在接地裝置、電力系統(tǒng)和其它金屬管道間分配情況，為總雷電流I0的50%流入建筑物的LPS的接地裝置中，而其余的50%的I0即Is進入各種設(shè)施(外來電力線、通訊線、金屬管道等)間分配。

　　則SPD1的通流量I1為：

　　即為SPD1的沖擊電流Iimp(10/350μs)，當使用(8/20μs)波形時，可通過單位能量推算知：

　　雷電流經(jīng)過SPD1后，會有30%～50%的殘余施加于SPD2上，這里考慮較壞的情況，假定有50%的殘余雷電流施加于SPD2上，則SPD2的標稱通流量為：

　　同理，其余各級SPD以此類推。將雷電流幅值帶入公式計算各級SPD的通流量如下表所示。

　　根據(jù)當?shù)乩纂姳O(jiān)測系統(tǒng)得出本車站主體所在區(qū)域：

　　雷電流io=132k A，計算本站電源系統(tǒng)SPD通流量。根據(jù)圖2.4，該建筑物需安裝三級SPD，通流量適中，大大節(jié)省了不必要的開支。

　　圖2.4各級SPD通流量

　　3 區(qū)間高架防雷設(shè)計

　　3.1 接閃器

　　區(qū)間高架線路采用橋梁設(shè)計，標準軌道梁通過支座支承于帽梁上，結(jié)構(gòu)采用“橋建分離”方案。接閃器采用50×5mm熱鍍鋅扁鋼沿兩翼護欄頂敷設(shè)，每隔1～1.5m用絕緣膨脹螺栓將其固定牢固。由于線路中會架設(shè)相應(yīng)的疏散平臺，可利用其角鋼橫梁作為疏散平臺的接閃器，同時將角鋼橫梁、鋼立柱、底座板均須可靠焊接。

　　3.2 引下線

　　根據(jù)區(qū)間高架橋梁結(jié)構(gòu)特點，宜利用橋墩結(jié)構(gòu)鋼筋作為引下線，均選取橋墩或立柱結(jié)構(gòu)鋼筋中至少2根豎向主筋作為引下線;在伸縮縫處用50×5mm熱鍍鋅扁鋼沿兩側(cè)分別引下，與橋墩處預留的接地防雷端子焊接。

　　3.3接地裝置

　　充分利用樁基礎(chǔ)、承臺結(jié)構(gòu)主筋構(gòu)成自然接地裝置，在樁基礎(chǔ)每樁利用外圍結(jié)構(gòu)主筋中對角4根主筋作為垂直接地體，同時沿樁身每隔2m利用箍筋將樁基外圍主筋焊接連通構(gòu)成鋼筋籠。沖擊接地電阻值不大于10Ω。

　　3.4 等電位連接

　　每隔約30m在伸縮縫處用50×5mm熱鍍鋅扁鋼將區(qū)間高架橋梁兩翼護欄頂?shù)谋芾讕нM行等電位連接。

　　沿軌道方向在疏散平臺底座板處敷設(shè)一條50×5mm熱鍍鋅扁鋼，作為連接疏散平臺鋼支架的等電位連接干線，用螺栓將連接干線緊固在平臺鋼支架底座板上。

　　4 結(jié)語

　　由于雷電具有多變性、瞬時性、復雜性，所以對于地鐵高架段這種重要建筑進行防護時，要對其內(nèi)部體系進行全方面綜合考慮。信息系統(tǒng)和一些弱點設(shè)備的雷電感應(yīng)防護是本文考慮的重點。同時油庫的防雷體系不僅要在設(shè)計上全面，還要在施工和驗收過程中嚴格按有關(guān)規(guī)范操作。只有這樣，才能產(chǎn)生一個完整的防雷體系，才能確保這個防雷體系的正常運行。

　　參考文獻

　　[1] 劉永謙，地鐵項目綜合防雷設(shè)計探討

　　[2] 問楠臻，王亞靜. 也談雷電監(jiān)測資料在雷擊風險評估中的應(yīng)用. 建筑電氣