论文导读：该隧道建在花岗岩石之中,洞内无法利用基础钢筋作接地体,只能在电缆沟底部建造接地装置。洞外广场摄像机安装云台、镜头控制线避雷器。随着国民经济、科学技术的飞速发展,公路隧道机电设备的自动化程度越来越高,计算机用于自动控制及营运管理也越来越普遍。
关键词：公路隧道，避雷，接地装置
该隧道位于江山市峡口镇与廿八都镇之间的群山峻岭之中,在达坞隧道出口的群山脚下为收费所、达坞隧道所办公大楼,两者和隧道之间有近百条电力电缆、控制电缆、通信电缆及视频信号电(光)缆相连接,收费站广场边有一排高度为20m的高杆金属照明灯，离其几十米处的互通有4杆25米高杆金属照明灯，隧道与隧道之间都有25米的高杆金属照明灯及室外可变情报板。隧道所办公楼倚山而建,其下方是地势低的多的廿八都古镇,土质为砂质土壤,土壤电阻率约为400Ω.m,土壤电阻率较高。但在雨季时,由于地下水丰富,其地理地貌十分有利于雷暴的生成发展。免费论文。根据江山市中心气象台提供的资料,该地区平均雷暴日为57天,经计算,该建筑物年预计雷击次数为0.31次/天,属于雷电活动频繁、雷击事故高发地区。免费论文。该建筑物为二类防雷建筑物。近年来,频繁的雷击已对隧道的监控系统、通信系统、计算机系统以及室外情报板等造成了一定的危害,因此隧道及建筑物的防雷工作刻不容缓。
一、雷击的特性
雷电破坏作用与峰值电流及其波形有最密切的关系,雷电波频谱是研究避雷的重要依据。从雷电波频谱结构可以获悉雷电波电压、电流的能量在各频段的分布,根据这些数据可以估算通信系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小,进而确定避雷措施;即使在电力系统中,了解雷电波频谱分析,也有助于采取相应的避雷措施。典型的雷电流为近似的双指数函数曲线,可用下式表示:
i= I0 (e-α-e-β)
式中: I0——雷电流峰值(从数kA到数百kA);
α——波前衰减系数;
β——波尾衰减系数;
i——雷电流瞬时值。
雷电流曲线峰值的左边部分称为波前,从峰值至电流下降到峰值的一半的E点这部分称为波尾。雷电流波形的波前很陡,通常只有零点几微秒到十几微秒,并包含丰富的谐波电流。通过计算(过程从略),可求得雷电波的能量比率积累的频率分布。雷电波能量比率积累的频率分布:低频部分增值快,频率越高,增值越慢,说明雷电的能量大多分布在低频部分。从典型雷电波计算得到的数据可知,90%以上雷电能量分布在20 kHz以下。免费论文。即在防雷工程中,只要防止20kHz以下频率的雷电波侵入,就能把雷电波的能量削减掉90%以上。
二、隧道电气设备防雷工程设计
该隧道监控系统设备屡遭雷击损坏,从损坏的电气设备分析,都是弱电部分的接口电路或电源电路(如:摄像机解码板、电源板及摄像头等)损坏,而且无严重烧焦及机械性破坏,推断应是受到感应雷即雷电电磁脉冲的冲击影响所致。根据我国《建筑物防雷设计规范GB50057-94》,参照国际电工委员会IEC1024防雷与接地的有关规定采取屏蔽、泄放、消峰、分流、均压等电位联接的原理进行防雷工程的综合设计和改进。
（一）接地系统及措施
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畅顺的入地泄放通道,同时才能使屏蔽效果得到保障。该隧道建在花岗岩石之中,洞内无法利用基础钢筋作接地体,只能在电缆沟底部建造接地装置。为了减小接地电阻,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。
（二）屏蔽
隧道内的电气设备,外部电磁干扰主要有三种: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,使得隧道及监控室内的监控设备被击坏,而雷电从隧道口绕击进洞内的可能性很小。因此屏蔽只侧重于隧道外及洞口附近的各种电缆,将电源线和信号线分别敷设于镀锌线槽内,线槽每隔一定距离,按标准进行接地,从而使雷电作为干扰源的影响大大减小。
（三）均压、等电位联接
在隧道的电缆沟内及监控室内建立等电位连接带,将设备外壳及金属架构物进行可靠的搭接,就近接地,使整个监控系统处于准等电位水平,在隧道内形成一个均压带,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。
（四）专用避雷器
在采取以上措施的同时,为防止感应雷电对一些重要的电气设备的冲击,须在其电源或信号输入端加装专用避雷器。避雷器的性能必须满足以下几点要求:
(1)避雷器不会对线路的正常运行造成影响;
(2)要有较好的箝位效果,冲击残压尽量小,并在设备的耐压范围内;
(3)要有足够的雷电通流容量,雷电发生时自身不会损坏,并能反复使用;
(4)能适应恶劣的工作环境;
(5)漏电流要小。响应时间要尽可能短,一般要求达ns级。
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加装相应的专用避雷器:
(1)在低压母线、监控系统电源输出端加装三相或单相电源避雷器,以防止感应雷电通过电源线损坏监控系统设备;
(2)在隧道内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;
(3)在摄像机视频信号输入输出端加装同轴电缆避雷器;
(4)在通信机房配线架装设交换机配线避雷器;
(5)洞外广场摄像机安装云台、镜头控制线避雷器。
通过以上的技术处理,可有效防止雷电对隧道内电气设备的影响,最大限度地将雷击灾害减至最小。
三、结语
随着国民经济、科学技术的飞速发展,公路隧道机电设备的自动化程度越来越高,计算机用于自动控制及营运管理也越来越普遍。隧道内机电系统包括:照明、通风、火灾报警、闭路电视监控、通信、交通监测控制及供配电系统等都不可避免地会受到雷电灾害的影响,如何将雷电灾害的影响降至最低,是隧道机电系统在设计、施工及管理中一项非常重要的工作,必须予以充分重视。
参考文献：
1 公路隧道设计规范JTJ026-90
2 建筑物防雷设计规范GB50057-94
3 苏邦礼等.雷电与避雷工程.广州:广州中山大学出版社,1996.11
