济宁市洸府河大桥综合防雷设计

宋兆俊 邓海利

济宁市气象局，山东 济宁 272000

济宁市洸府河大桥综合防雷设计

宋兆俊 邓海利

济宁市气象局，山东 济宁 272000

安装通流容量100K A的一级电源避雷器，以防止雷电浪涌对设备的造成损坏。在分配电箱处安装通流容量40K A的二级电源避雷器。在桥面路灯分配电箱内安装通流容量20K A的三级电源避雷器（如图2）。

文章通过介绍济宁市!府河大桥综合防雷系统的设计方案，较全面地阐述了对大型跨河流、跨铁路桥梁的直击雷和雷电感应防护的设计技术，提供了一个行之有效的桥梁综合防雷设计方案。

直击雷；雷电感应；接地装置；电源防雷保护器（SPD）；!府河大桥

direct lightning flash; lightning induction; earthterminationsystem; surge protective device(SPD);Guangfu River Bridge

引言

雷电灾害是十种最严重的自然灾害之一。全球每天约发生800万次雷电，每年因雷击造成的人员伤亡、财产损失不计其数。雷电灾害被国际电工委员会（IEC）称为“电子化时代的一大公害”。[1]随着我国经济的快速发展，基础设施建设进一个高速发展的时期，桥梁作为跨越江河，以及解决城市交通的基础设施，规模和数量也都得到速发展。然而，桥梁主体结构通常都高于周边建筑遭受雷电破坏的概率较大、破坏的后果也较严重，因此做好桥梁的防雷是整个桥梁设计中不可缺少的重要一环。济宁市!府河大桥位于济宁市太白楼东路，该!府河大桥全长1831米，主桥长600米，主跨320米，主塔高77米，为双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥，桥宽40米，双向6车道。!府河大桥工程创造了济宁市市政施工建设史上“五个之最”：国内同类型桥梁中最宽、混合型叠合梁结构形式最为独特、国内同类型市政桥梁中支座承载力最大、济宁市政工程单体投资最大、济宁市政工程施工难度最大。鉴于其特殊的社会地位和经济地位，提出安全可靠、技术先进、经济合理的防雷保护措施。

1 大桥防雷类别确定

1.1 防雷工程现场勘查

府河大桥呈东西向横跨!府河、九九铁路专用线，新兖铁路上行和下行线等“一河三线”，与既有铁路呈18度角斜交，采用钢混叠合结构。大桥位于水路交接处的空旷地带，且桥下铁路两侧电线的电压高达2.75万伏，属于雷暴多发地带。大桥设有配电室，高杆灯照明，塔顶设计安装航空障碍灯，这些均未安装防雷装置。

1.2 防雷类别的确定[2]

根据GB50057～2010中建筑物年预计雷击次数公式可计算出大桥的预计年雷击次数N。

式中：N—建筑物年预计雷击次数(次/ a)；

K —校正系数, !府河大桥取1.5；

Ng—建筑物所处地区雷击大地的年平均密度(次/km2/a)；

Ae—与建筑物截收相同雷击次数的等效面积(km2)；

Td—年平均雷暴日，济宁市的年平均雷暴日为29.1(d/a)；

L —建筑物的长度，!府河大桥全长1831米；

W —建筑物的宽度，桥宽40米；

H —建筑物的高度，主塔高77米。

由此可计算得出建筑物年预计落雷次数为0.26次/a，从而可确定大桥的防雷类别属第二类防雷建筑物。

2 防雷设计方案

现代防雷技术的原则强调全方位防护、综合治理、层层设防，把防雷看作一个系统工程。根据国家有关规定，要求在建筑物的内外部各种系统上统一安装防雷装置。结合现场测量数据及大桥自身特点，需从直击雷和雷电感应两方面进行防雷保护，即进行综合防雷保护[3]。

图1 大桥综合防雷保护系统

2.1 防直击雷设计

大桥防直击雷的主要保护对象是两个77米高的主塔，为两个主塔均设计两支高度8米的避雷针，两个主塔南北两侧各一支。避雷针采用圆钢支撑杆支持，支撑杆由两节直径为20mm和15mm的热镀锌圆钢焊制而成。主塔顶部一圈安装避雷带。现场检测大桥主塔接地符合国家规范标准，故避雷针、避雷带接地与主桥塔结构主钢筋作多点电气连接，接地达到国家规范要求。

由于!府河大桥主塔高，桥体跨度大，外侧拉索部分不在避雷针保护范围之内，鉴于国内其他城市大桥防雷经验，设计将大桥上的主塔斜拉索与桥上所有金属体作等电位连接以防侧击雷[4]。而非斜拉桥处也有可能遇受直击雷，故设计将大桥上所有路灯的灯杆作为接闪器，且与防雷装置、主桥、桥台等其他金属体做好电气连接。

2.2 防雷电感应设计

大桥除主体建筑工程之外，还建有供电系统、照明系统、航空障碍灯等配套工程，这些系统设备遭雷电感应和电磁感应侵害的可能性很大，因此对其采取防雷电感应和电磁感应措施也是!府河大桥防雷工程的重点。

2.2.1 供电及照明线路电源系统

大桥设有配电室一间，在总配电柜内

图2 供电及照明线路SPD安装示意图

2.2.2 斜拉桥塔顶航空障碍灯

航空障碍灯安置在两个主塔顶部四角，共8只，通过2个UPS供电。虽然航空障碍灯均在避雷针的直击雷保护范围之内，但为了保证航空障碍灯不受雷电感应的影响，在各斜拉桥主塔航空障碍灯UPS控制箱处安装通量流为40kA的电源避雷器，在另外在各航空障碍灯接线处安装通流量为20kA的单相电源避雷器（如图3）。

图3 航空障碍灯电源线路SPD安装示意图

2.3 接地要求

接地是防雷技术最重要的环节，不管是防直击雷或是雷电感应最终都是把雷电流送入大地，因此，没有合理而良好的接地装置是不可靠的防雷的。将!府河大桥全桥各部分连接起来形成统一的接地系统，即将大桥斜拉索、桥面金属栏杆、照明路灯灯杆等所有金属构件以及防护网与大桥内主钢筋、连续梁内接地钢筋、每个桥墩内接地钢筋、承台桩基的基础钢筋连接成一个自然接地网。这样整个大桥形成了一个电气通路，能有效地将雷电流经过接地系统引入大地。形成联合接地后，最终接地电阻小于4Ω。

3 结语

府河大桥是济宁市标志性跨河、跨铁路的大桥，设计难度大、施工难度高。!府河大桥防雷系统方案汲取了国内外很多桥梁防雷系统的经验，利用桥梁自身的结构钢筋和金属体(包括金属灯杆)作为接闪器、引下线、接地装置，配合电源系统防雷措施，形成了一体化的综合防雷系统，对大桥做到全面防雷保护。大桥投入使用一年来，今年防雷年检接地效果良好，为今后此类桥梁防雷工程积累了宝贵经验。

[1]IEC61024:1993.Protection of Structures again st Ligh tin g[S].

[2]GB50057-2010.建筑物防雷设计规范[S]．

[3]GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范[S]．

[4]徐鑫,周红．东海大桥综合防雷工程的设计[J]．低压电器，2006年,第10期:29.

Integrated Protection Design of Jining City Guangfu River Bridge against Lightning

Song Zhaojun Deng Haili
Jin in g M eteo ro lo gical Ad m in istratio n,27200

This paper introduces the integrated protectionmeasures of Jining City Guang Fu River Bridge,and elaborates expounds the design technology forthe bridge which will be built above the river andrailway.The paper provides an effective integratedprotection design for the bridge against lightning.

宋兆俊，29，1982年7月出生，汉族，大学本科，助理工程师，济宁市气象局，研究方向雷电防护技术。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.032