景区观光索道的防雷设计系统方案浅析


雷害一般有以下两种形式


1、直接雷击 

       这是指雷云与地面物体间直接放电。这种雷击放电电流幅值极大,产生的破坏力也大,如果在索道上发生直接雷击,不仅会对机电设备造成损坏.而且还会造成人员伤亡,采用的防护手段就是安装避雷针、避雷带与接地系统。


 2、间接雷击(感应雷击) 

       这种雷击是由于雷云与地面间形成一个强大的电场,在距离雷云近的物体上会由于这电场的作用,感应出大量与雷云带电异号的电荷,当这朵雷云在附近放电后,感应的电荷失去束缚,将沿导体向低电位处流动,形成高电压和大电流。这种雷击最有可能造成索道抗雷击薄弱环节一电气控制系统的损坏由于直接雷击破坏性严重,在进行索道防雷系统的设计、安装、维护时,必须要有完善及可靠的措施来避免直接雷击的发生。 

       间接雷击虽不会造成人身伤害,但会造成电气控制系统的损坏。由于索道属于种架空设备,线路要跨越山川、河流、峡谷及障碍物等,不少游客一坐上索道就有恐俱感,如果因为间接雷击造成索道电气控制系统不能正常运转,而被迫采取救护措施,就会加剧游客的恐惧感。若在救护过程中管理不善,游客也可能因自身的恐慌,采取一此不安全的行动而造成人身伤害。 

       因此,做好电气控制系统防雷接地,对索道安全运营是非常重要的。


雷击对索道可能造成的危害


1、直接雷击的危害 

       由于索道上下站跨度大,且其钢丝绳、缆车、架空电力线、各种信号电缆线均为裸露安装。直接雷击一旦发生,这些安装部位很容易成为直接雷击的目标,给索道正常运行和旅客人身安全造成极大威胁。因此,对索道综合防雷工程进行设计、安装、维护时,必须要采取完善而可靠的防直击雷措施。


2、感应雷击及雷电波侵入的危害 

       感应雷击及雷电波侵入对索道的危害,有如下三种途径: 

       进入站房的各种信号线缆、架空电力线、索道钢丝绳等物体,在遭受雷击时引起感应雷击及雷电波侵入,可导致设备的电气损坏; 

       由于索道控制系统的核心部件(如交直流变频调速器等)含有绕组线圈,站房附近若发生雷击,强大的瞬间雷电流会在周围空间产生变化的电磁场,瞬间变化的磁场会在绕组线圈两端产生极高的感应电动势,从而损坏控制设备;   

       索道站房占地面积一般较小,其所建位置的土壤电阻率较高,进行各种设备接地、动力接地、防雷接地处理较为困难,若处理不当,雷击发生时,易发生地电位反击。对索道而言,感应雷击一般只有可能损坏其电气控制系统,不会造成人身伤害。


对直击雷的预防措施

   

1、上下站房建筑物直击雷的预防 

       上站位于整个索道设备体系中的制高点,多建在山顶附近,最容易遭受直接雷击。为了减少或避免上站房受到直接雷击,一是要对上站建筑物做好防雷接地处理,其防雷网应做在突出站房屋面一定高度的地方,该防雷网应当通过站房施工预留的接地引下钢筋与站房周围的接地极相连,若索道站房房顶为金属屋面,则可将金属屋面作为接闪器,整个屋面金属板做可靠电气连接,然后与接地网做可靠连接,建议采用避雷针、独立避雷针、防生树避雷针进行保护。


2、电力线路直击雷的预防 

       对于从下站至上站开闭所(用于将10kV高压转换为380V电压的房间)架空电力线,宜采用避雷线进行保护。索道塔杆上避雷线对边导线的保护角应在20度~30度之间。塔杆上两根避雷线间距不应超过导线与避雷线之间垂直距离的5倍。(3)索道缆车及信号线缆直击雷的预防。索道缆车及信号线缆直击雷的预防方法,与电力线路直击雷预防方法相同。北武当山索道缆车和各种信号线路,就是利用架设在索道支架顶端的钢丝绳作为接闪器来达到使其免遭直击雷目的的。

   

     (一)缆车的防雷保护 

       为有效防止直击雷对索道山下站的破坏,应在站顶钢构棚中间顶端安装一支先导放电避雷针。     

       位于索道上站与下站之间,缆车顶部做避雷线一根。


     二)通讯电缆及钢丝绳的防雷保护     

       我索道采用的通讯电缆是48芯电缆,为保护电缆及承载钢索,我们在上方架设2条防雷线,防雷线在9个支架和站房内均设可靠落地点。按照电子系统防雷要求,我们将站房的基础钢筋、梁柱钢筋、金属框架以及建筑物防雷引下线等连接起来,形成接地电阻降至1欧姆以下的法拉第网。


感应雷及雷电波侵入的预防措施


1、供配电感应雷及雷电波侵入的预防 

       电源感应雷及雷电波侵入的预防索道运行用电是由供电局变电站开闭所经下站架空电力线路再经变压器变压后送入室内,其高压进线端10kV)是长距离输电线路、上下站高差大,在遭受直击雷和感应雷时易产生过电压,低压端(380—220V)易感应半径从几百米到2000m范围内的雷击电磁波而产生的过电压,电子设备雷击事故多由电源线路引起。因此,对索道电源线路,应采取多级电源避雷器保护方式。实现对雷电流的逐级泄流。 

       (1)在变压器高压侧安装了高压避雷器,若条件许可,在高压线进入变压器前端50m处将架空线改为地埋电缆引入; 

       (2)在变压器低压侧安装了三级电源避雷器,对电子设备实行多级保护,其避雷器参数应满足《建筑物防雷设计规范))(2010年修订版)中有关避雷器参数的要求,且不同级避雷器的启动电压、漏电流等技术参数和不同级避雷器之间的距离应当满足能量配合。 

       在索道上站与下站总配电三相电源进线处加装40KA/380电涌保护器,以及位于控制室内电源进线处加装20KA/220电涌保护器。电涌保护器接地导线截面积为10mm2的铜芯绝缘线。 

       索道电源防雷措施是: 

       (1)电源高压侧的高压避雷器在线路布设时安装到位; 

       (2)在上站变压器低压侧安装通流量为50kA(10/350μs)TSPD-A350的避雷器作为第一级防护,在站房配电柜总电源处安装通流量为80kA(8/20μs)TSPD-B+C80RM的避雷器作为第二级防护,在设备配电柜前端安装通流量为40kA(8/20μs)TSP-C40RM的避雷器作为第三级防护。


电源防雷安装:


2、信号线路感应雷及雷电波侵入的预防 

       索道的信号线很多,按功能可将其主要分为控制信号线、广播信号线和电话线。控制信号线是监控索道运行以及操作台(控制索道开/关、加速/减速等功能的装置)向索道控制系统发出指令的传输线路,一旦因感应雷及雷电波侵入造成通信中断,索道将无法正常运行。 

       因此,控制信号线路的防护是整个信号线路感应雷及雷电波侵入预防的重点。对信号线感应雷及雷电波侵入的预防,可根据信号种类、接口、特性阻抗、频率、带宽、插入损耗、工作电平等性能指标选择合适的避雷设备器,避雷器应安装在信号线进入设备的前端。 

       索道信号系统防雷措施是,在传输控制指令的控制信号线进入设备的前端安装24V直流避雷器,在监控索道脱轨的U型针信号线进入设备的前端安装12V直流避雷器,防止雷电流从架空线缆窜人设备。


接地措施


一、接地方法 

1、垂直接地体材料 

       垂直接地体可采用烧制型YBD-01T非金属接地体、铜包钢接地棒、铜材、热镀锌钢材(钢管、圆钢、角钢、扁钢)、离子接地棒、锌包钢或其它新型接地材料。 


2、水平接地体材料 

       水平接地体一般采用纯铜线、镀铜线、热镀锌扁钢、锌包钢等。

   

3、接地材料有以下要求:    

a、采用热镀锌钢管时,钢管壁厚不小于3.5m;  

b、采用热镀锌角钢管,角钢不小于50mm*50mm*5mm;

c、采用热镀锌扁钢时,扁钢不小于40mm*4mm;

d、采用热镀锌圆钢时,圆钢直径不小于8m;

e、非金属接地模块分为烧制型与压制型,常用规600mm*150mm*100mm,

f、铜包钢接地棒,镀铜厚度;≤0.25mm,ф16*1500mm型号:YBD-01B

g、离子接地棒时,YBD-Lф50*1500mm

h、采用物理降阻剂时,电阻率R=0.45,降阻率在60-95%之间,石墨含量70%,型号:YBD-Z25与YBD-Z10


4、地网施工布置 

地网布置依据地形设计为L型、口型、一字、H型或圆型。


5、地网挖掘 

       接地地网挖掘深度大于0.8米,根据土壤如:石头、沙土、建筑垃圾、黄土等情况,北方城市一定要达到冻土层以下。


6、焊接与防腐处理 

       接地体(线)的连接应采用焊接,焊接处焊缝应饱满并有足够的机械强度,常见的焊接分为:电焊与放热焊接。焊接不得有夹渣、咬肉、裂纹、虚焊、气孔等缺陷,焊接处的药皮敲净后,刷沥青做防腐处理。 

       采用搭接焊时,其焊接长度如下: 

       1)镀锌扁钢不小于其宽度的2倍,三面施焊。(当扁钢宽度不同时,搭接长度以宽的为准)。敷设前扁钢需调直,煨弯不得过死,直线段上不应有明显弯曲,并应立放。 

       2)、镀锌圆钢焊接长度为其直径的6倍并应双面施焊(当直径不同时,搭接长度以直径大的为准)。

       3)镀锌圆钢与镀锌扁钢连接时,其长度为圆钢直径的6倍。 

       4)镀锌扁钢与镀锌钢管焊接时,为了连接可靠,除应在其接触部位两侧进行焊接处,还应直接将扁钢本身弯成弧形与钢管焊接


二、影响接地电阻原因 

       1)选择地网接地线及导体截面不足,或对系统发展规划的短路电流分析结果偏差较大,使接地线及导体的截面不能满足热稳定校验的要求。 

       2)对接地装置施工防机械损伤、防腐蚀问题重视不够,或根本没有采取必要的防腐措施。 

       3)接地装置敷设时埋设深度不够,垂直接地体间距过小,焊接质量不合格,没按设计规定进行规范施工,防雷地网材料选用了不合格的接地材料。 

       4)接地体(线)连接不正确,在一个接地线中串接了几个需要接地的电气设备,直接接地或经消弧线圈接地的变压器,没有采用专用的接地线。 

       5)独立避雷针没有设独立的集中接地装置,或该接地装置与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点,沿接地体的长度小于15m。 

       6)土壤电阻率偏高,没有按规程要求正确选用高效降阻剂。降阻剂现在市场价格混乱,建议采用石墨含量高的YBD-Z25物理降阻剂。


三、具体施工方案 

1、索道站房及站内设备的防雷接地 

       对索道站内的设备,必须采取避雷针或金属屋面接地保护,才能减少或避免设备直接遭受雷击。考虑到整个索道设备均通过钢丝绳连接为一体,上(下)站内设备的接地,主要通过驱动轮及迂回轮内镶嵌铜质衬块,再经设备钢筋混凝土基础内施工预留的接地装置(引下钢筋)与站房。 

       周围的接地极相连,这样就可将沿着线路钢丝绳传进上(下)站内的雷电侵入波导入上(下)站接地网中。按《架空客运索道安全规范》中的规定,上(下)站内设备接地电阻值应小于4欧姆。


2、索道线路支架、钢丝绳、避雷线的接地 

       索道线路的支架一般是通过支架基础中的接地钢筋直接与大地连接。只要满足《客运架空索道安全规范》中的相关 

       规定,即其接地电阻小于10欧姆。如果接地电阻值不能满足规定要求,则可借助高效降阻剂来解决,降阻剂应埋置在支架附近另挖的一个坑内,且尽量使用高效长效降阻剂。


四、索道防雷接地的一般做法 

       客运架空索道一般由索道线路、上站、下站三个部分组成


1、上、下站建筑物的防雷接地 

       索道上站是整个索道中的制高点,一般均位于山顶附近,最容易遭受直接雷击卜站建筑物防雷接地的处理,一般均采用站房屋面突出一定高度做防雷网,防雷网通过站房柱角施工预留的接地引下钢筋与站房周围的接地极相连, 

       索道下站且标高较低,相对于上站遭受雷击的可能性小,但为保险起见,下站建筑物的防雷接地采用和上站同样的做法。 

       上、下站接地电阻值按索道安全规范规定应小于5欧姆。

  

 2、站内设备的防雷接地   

       索道站内设备一般均罩于站房内,没有直接遭受雷击的可能。但由于整个索道设备均通过钢丝绳连接为一体,因此,上、下站内设备的接地主要是通过驱动轮及迂回轮内镶嵌铜质衬块,然后经过设备钢筋混凝土基础内施工预留的接地装置引下钢筋与站房周围的接地极相连,将沿线路钢丝绳传进上、下站的雷电侵人波导人上、下站接地网中。上、下站内设备接地电阻值按索道安全规范规定应小于4欧姆

   

3、线路支架、钢丝绳接地     

       索道线路支架一般均通过支架基础中的接地钢筋直接与大地连接。只要接地电阻值满足索遗安全规范规定的10欧姆以内,般不做特殊处理,如果接地阻值不满足要求,一般采用在支架附近另挖一个坑埋置高效长效降阻剂来解决

   

五、索道防雷接地的综合措施     

       以上所述是国内大多数索道所采用的防雷接地通用做法,但仅仅采用这些做法,对保证索道长期安全运营还是不够的。尽管每一条索道从设计、施工到安装都考虑了防雷接地措施,但国内很多索道都或多或少的发生了一些因雷击而导致的事故。究其原因,管理方而的麻痹大意是重要因素之一,但更重要的是对索道遭受雷击损坏的原因没有进行有针对性的分析和采用相应的处理措施。    

       据大量索道运营过程中的统计,采用以上防雷接地处理方法后,在检测各部分接地电阻值达到国家规范或设计要求的情况下,虽然可以确保人身安全,机械设备也基本未受影响,但电气控制系统中的很多部分,从电源到检侧元器件(如感应式接近开关、脉冲发生器),直至控制系统的核心部分(如可编程控制器、交流变频调速器或直流可控硅整流装置},仍会遭到不同程度的破坏。囚此对索道电气设备的接地还必须采取更为详细和严格的处理方法,才能彻底消除需害对索道的影响。 

       通过对一些采用防雷接地处理并经检测接地电阻值也达到国家规范或设计要求,但仍发生雷击电气系统的索道进行的调查研究,提出几种解决电气系统防雷击的方法,并在多条索道中采用,证明其效果明显。

   

1、防止雷电从电源进、出口引入     

       在主电源进、出线端装设避雷器,防止雷电侵人波从外部供电线路进入索道控制系统。各路控制电源除安装隔离开关和空气开关外,还应在其输出端增设压敏电阻及阻容保护装置,以防止索道线路中支架或钢丝绳感应雷电,通过电气控制系统中的感应装置(如感应式接近开关、脉冲发生器等)损坏控制电源

   

2、因地制宜采取措施,降低线路及上、下站房和设备的接地阻值,减少雷电侵入的危害    

       分析索道电气控制系统遭受雷击的原因,发现大多数是由于索道站房及线路中的雷电感应通过钢丝绳及站内机械设备传人电气控制或感应兀件而间接导致电气控制系统的损坏,因此,降低线路及上、下站房和设备的接地阻值,对减少雷电侵人是非常重要的。

   

3、上、下站房建筑物及设备接地     

       对上、下站房建筑物因十质情况不同,可采用以下一种接地方法:    

       (1)土壤电阻率≤300欧姆*米的地区,可采用镀锌角钢或钢管作为接地休,接地体长度应不小于2m,在站房周围(离站房各外墙线距离均不小于5m),按间隔3-5m垂直打人地下接地体数量按照实测接地阻值满足设计要求为准,各接地休之间用镀锌扁铁焊接连接,各接地体与接地连接线埋置深度应大于800m。     

       (2)土壤电阻率在300-2000欧姆*米的地区,若采用上述方法很难达到接地阻值的要求或接地体数量过多。这时,应在站房周围土壤电阻率较低处采用1个或数个平面尺寸大于lmxlm的铜板作接地体,与站房及机械设备用镀锌扁铁焊接连接,铜板的埋置深度应大于2m。     

       (3)上壤电阻率在300欧姆*米以上时,可采用多个放射形接地体,或连续延长接地体。放射形接地体可采用长短结合的方式。共累计长度按照实侧接地阻值满足设计要求为准,各接地体与接地连接线理置深度应大丁800mm。


4、线路支架接地:     

       山于线路支架多处于山区岩石地层或上壤电阻率很高的位置,尽管索道安全规范考虑到这种情况,放大了支架的接地阻值要求,但在实际处理过程中,其接地电阻值仍很难达到30R.降低支架接地阻值的方法有:     

       (1)首先应考虑其周围自然环境中是否有_L壤电阻率低的地方,若有,应采用镀锌扁铁接地线由支架引至此处,再采用烧制接地模块或铜板接地休     

       (2)若支架附近相当远的距离内(200m以上)仍没有土壤电阻率较低的地方可考虑以下两种方法:     

       ①在支架附近挖坑埋放高效长效降阻剂(采用此种方法降阻剂必须经常检查并定期更换);     

       ②采用置换土壤的办法,即用土壤电阻率较低的粘土来代替接地体周围电阻率较高的岩石或土壤,此种方法效果也不能持久,尽量不采用通过支架顶端的起重架,在索道全线路架设避雷钢线ƒ采用烧制非金属接地模块并排连接。     

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