高速公路隧道機電系統防雷措施探討★

吳永泉 林阿太

(福州東南繞城高速公路有限公司，福建 福州 350001)

隧道是高速公路的重要組成部分，既節約了建設資源，也實現了公路的快速通行。高速公路隧道一般是開鑿在山區和地形復雜的地方，隧道內的機電系統也要沿著隧道布設，具有點多、面廣、線長等特點。隧道機電系統一般包括照明系統、通信系統、監控系統、通風系統等多個系統。隧道機電系統的控制室和變電室一般設置在隧道附近的高點，處于雷電高發地段。因此，隧道機電系統就容易受到雷電災害的威脅，影響隧道機電系統的正常運行。因此，做好隧道的防雷工作可以保障隧道機電系統的穩定運行，是高速公路機電防雷中的重要一環。本文將闡述高速公路隧道防雷工作中的要點，從直擊雷防護、接地、屏蔽、均壓、SPD等方面進行闡述。

1 直擊雷防護

1.1 變電室防雷措施

處于隧道外的變電室所在建筑物應裝設避雷針或避雷網，避免變電所遭受直擊雷。變電所高壓側應裝設避雷器，所有母線和架空進線上都要安裝，且應該以最短的距離和所在建筑物的接地網連接，來保護變壓器免遭雷電沖擊波入侵。變電所低壓側應裝設避雷器，防止雷電波沿低壓線路進入損害低壓設備[1-3]。

1.2 架空線路的防雷保護

變電所引入線路一般為架空線路，架空線路上應裝設避雷線。對不設避雷線的架空線路，應采取措施提高防雷水平，可采用木橫擔、瓷橫擔等絕緣子，提高防雷電沖擊波的能力。

1.3 機房防雷保護

機房若位于隧道外，需在機房所在建筑物四周敷設避雷帶，以建筑物自身的鋼筋結構作為引下線，連接到建筑物接地網。機房內應設置環形的接地母線，將機房內的設備外殼、電纜外殼、金屬管道等金屬部件以最短距離與接地母線相連。且機房內的環形接地母線與接地網應該互相連接，連接線要大于4根，且間距應小于18 m。

2 隧道接地

隧道接地系統的合理、科學設計和施工是提高隧道機電系統防雷水平的重要保證，良好的接地可以抵消雷電帶來的不利影響，做好隧道的接地系統十分重要。

2.1 隧道內接地裝置

隧道防雷接地系統一般設置在隧道口，通過扁鋼與接地體相連引入隧道中作為接地。但是這種方式對于短隧道的效果較好，對于長隧道的效果并不理想。對于長隧道，需要在隧道兩側電纜槽內敷設扁鋼，每隔50 m引一根鋼筋和隧道內原有的鋼筋網進行焊接，同時每隔50 m,從洞內留出鋼筋供隧道內的設備接地，通過這種方式提高隧道的接地效果。

2.2 隧道變電室的接地裝置

隧道變電室的接地電阻要求在1 Ω之內，接地體應布設成環形方式環繞變電所，埋深要大于1 m。變電室內應設置環形的接地母線與接地裝置相連。

3 電磁脈沖防護

3.1 隧道機電設備防雷屏蔽

在高速公路隧道機電設備會受到雷電所產生的強電磁脈沖的干擾影響。高速公路隧道機電設備受直擊雷的可能性極小，所以隧道內的設備防雷側重于對引入的電力和通信線纜進行雷電防護。主要方法是通過在隧道外及洞口附近，將電力線路和通信線路敷設在金屬管槽內，金屬管槽接縫處要做好跨接，每隔25 m都要接地一次，從而實現屏蔽，防止雷電電磁脈沖破壞設備內的設備[4,5]。電子設備需利用金屬網、箔、殼、管等金屬保護物包圍起來。

3.2 等電位連接

雷電會產生瞬間高壓，和附近的金屬物體產生電位差，造成電壓反擊，從而損壞設備。采取等電位連結可以實現電位均衡，有效防止因電位差造成的電壓反擊，從而保護設備安全。在隧道內車道兩側分別設置貫穿隧道的等電位連接帶，與隧道的結構鋼筋可靠電氣連接，且宜每間隔50 m做一次重復接地。在隧道內各區域控制器(箱、屏)及機電設備預計安裝處預留等電位端子板，等電位端子板應與等電位連接帶可靠電氣連接。

隧道內信號線纜、電力線纜應分開布設，在距隧道洞口100 m內的位置，應采取封閉的金屬橋架布線，并與等電位連接帶連接至少兩處。

隧道洞口外的金屬廣告牌及指示牌、路燈及信號燈金屬桿、攝像頭金屬支撐桿等金屬物應就近與貫穿隧道的等電位連接帶相連，若相距20 m以上，可設置獨立接地裝置，防雷接地電阻值不宜大于10 Ω、保護接地電阻值不宜大于4 Ω。

3.3 SPD防雷

對于一些重要機電設備，應在設備的電源、信號輸入端裝設專用SPD進行防護。主要設備包括：監控探頭、照明系統、通信設備等。

隧道洞口外的供配電線路應采用金屬外護套電力電纜埋地敷設。洞外配電箱內應安裝滿足Ⅰ級試驗的電源電涌保護器，洞內配電箱宜安裝滿足Ⅱ級試驗及以上的電源電涌保護器。Ⅱ級試驗參見GB 50057—2010中2.0.37。

洞外監控設備(測速儀、可變限速標志等)、情報板、攝像機等的電源端應分別安裝滿足Ⅰ級試驗的電源電涌保護器，有關數據信號金屬線入線端應分別安裝適配的信號電涌保護器。

洞內監控設備(車輛檢測器、風速儀、攝像機等)的電源端應安裝滿足Ⅱ級試驗的電源電涌保護器，有關的數據信號金屬線纜輸入端上應安裝適配的信號電涌保護器。

緊急供電用UPS電源的輸入、輸出端應分別安裝不低于Ⅱ級試驗電源電涌保護器。UPS直流輸入端宜安裝滿足直流供電電壓要求的電涌保護器。

4 隧道機房雷電防護的要求

機房是機電系統的心臟部分，應加強機房的雷電防護措施，機房的防雷措施還需注意以下事項：

機房宜設置在所處建筑物近中心層低層部位的LPZ1區及其后續防雷區內；機房所處建(構)筑物應具有完善的直擊雷和雷擊電磁脈沖防護措施；機房內交流工作地、安全保護地、直流地、屏蔽地、防靜電接地、防雷接地等應采用共用接地方式；在機房應預留不少于兩處等電位連接端子板，并應就近與結構主鋼筋可靠電氣連接；機房外墻的鋼筋宜適當加密，門窗宜采取屏蔽措施，并與建筑物內的結構主鋼筋可靠電氣連接。監控中心等重要機房的外墻鋼筋網孔尺寸不宜大于200 mm×200 mm；機房應設置防靜電地板，應在防靜電地板下設等電位連接網絡，并與預留的等電位連接端子板可靠電氣連接；進出機房的金屬管、槽、線纜屏蔽層等裝置外可導電部分及設備金屬外殼、機柜、機架等裝置的外露可導電部分應就近與等電位連接網絡可靠電氣連接；機房天花板、墻面宜選用耗散性材料，機房內各重要電子設備距外墻及柱、梁的距離不宜小于1 m，條件不允許時，對設備應采取電磁屏蔽措施；機房內電源配電箱處應安裝電壓保護水平與被保護設備的耐壓水平相適應的電涌保護器；進出機房的各類信號線纜應分別安裝相適配的電涌保護器。信號電涌保護器應滿足信號傳輸頻率、傳輸介質、工作電平、網絡類型的需要，同時接口應與被保護設備兼容；引向機房的電源線路、通信線路應采用屏蔽線纜或者敷設在金屬管道內，并要求埋地敷設。從機房里引出去的金屬管、線路也應埋地敷設，在機房外的埋地距離應大于10 m。

5 結語

雷電防護是一項系統工程，高速公路隧道里面的機電設備種類較多，容易遭受雷擊災害，給高速公路運行管理帶來不便，還會造成經濟損失。隧道機電系統的穩定運行關系著高速公路交通的安全和正常運行。所以，要提高對高速公路隧道防雷的重視程度，采用科學、系統的防雷措施確保隧道機電設施的穩定運行。