浅谈铁路站房防雷接地设计

2013-11-29曹秀芬悉地北京国际建筑设计顾问有限公司北京100010

智能建筑电气技术 2013年5期

曹秀芬(悉地(北京)国际建筑设计顾问有限公司，北京 100010)

1 前言

雷电是常见的自然灾害，对人类的工作和生活环境造成很大影响，据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3 000～4 000人，财产损失在50～100亿元人民币。近年来的铁路雷电事故造成了巨大的损失。以沪昆(上海至昆明)线某中间站为例，针对建筑物防雷设计的外部防雷(接闪器、引下线、等电位、屏蔽、接地)和内部防雷(电涌保护器)，谈谈在铁路站房设计中的做法。

2 工程概况

站房近期高峰小时发送旅客量为3 290人/高峰小时，最高聚集人数2 000人，站房型式为线侧下式旅客车站。站房建筑面积14 905.76m2,站房雨篷投影面积16 200m2，为中型铁路旅客车站。

站房和雨棚的防雷类别计算如表1。

3 接闪器

接闪器是防护直击雷的重要措施，其作用是吸引雷电流过来并通过其后端连接的引下线泄放入地，从而保证在其防护范围内的建筑及人员免受直击雷侵害。其类型包括接闪杆、接闪带和接闪网。

表1 站房和雨棚的防雷类别

混凝土屋面区域：采用明敷40mm×4mm热镀锌扁钢作接闪器，混凝土屋顶接闪带网格按照《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)4.3.1第二类防雷建筑≤10m×10m或12m×8m，每跨由混凝土柱内引出两根≥Φ16钢筋与扁钢可靠焊接。

金属屋面区域：站房屋顶中间区域为板厚为0.8mm的铝镁锰合金板，金属板厚度满足《建筑物防雷设计规范(GB50057-2010)5.2.7条关于金属屋面板作为接闪器的厚度的规定，且屋面下无可燃物，因此利用金属屋面作为接闪器。金属屋面板与柱内两根≥Φ16的主筋可靠焊接，形成电气通路。凡突出屋面的所有金属构件，均应与接闪带可靠焊接。

铁路四电机房屋面区域：站房右侧一层二层铁路信号、通信机房屋顶，要求设计天网防雷，根据《铁路通信设备雷电综合防护实施指导意见》(铁运[2011]144号)2.2.2条和《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》(铁运[2006]26号)3.1.1条，采用40mm×4mm热镀锌扁钢交叉焊接构成≤3m×3m的接闪网格，并将各端点与接闪带焊接连通。网格由40mm×4mm的热镀锌扁钢交叉焊接构成。

雨棚屋顶及屋檐为镀锌钢板，板厚为1.0mm，屋面下无可燃物，故利用该金属板及钢屋架作为接闪器。金属屋面与雨棚钢柱可靠焊接，形成电气通路。

根据《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》(铁运[2006]26号)3.1.2条规定：信号机房的建筑物屋顶不允许设置接闪杆。

4 引下线

引下线是接闪带与接地装置的连接线，是雷电流泄放入大地的通道。引下线的粗细和数量直接影响分流效果，引下线多，每根引下线通过的雷电流就小，其感应范围就小。引下线相互之间的距离不应小于《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)4.3.3、4.4.3中的规定。当建筑物很高，引下线很长时，应在建筑物的中间部位增加均压环，以减小引下线的电感电压降。这不仅可以分流，而且还可以降低反击电压。

站房利用建筑物外侧混凝土柱子内两根Φ16以上主筋通长焊接作为引下线，间距≤18m，引下线上端与接闪带焊接，下端与接地极相连，接地极由建筑物基础底梁及基础底板轴线上的上下两层钢筋内的两根主筋和站房四周40mm×4mm镀锌扁钢组成。接闪带引下线与水平接地体的连接点处应设垂直接地体，垂直接地体必须与水平接地体可靠焊接。

大部分地面式雨棚型式如图2所示，雨棚利用雨棚钢柱为防雷引下线，与雨棚柱下基础内40mm×4mm扁钢可靠联接。站台扁钢在站台两端分别引两处与站场综合接地相连。

本站雨棚坐落在轨道的桥墩上，如图3所示，利用雨棚柱为防雷引下线，雨棚柱与站台面预留的接地端子可靠焊接，通过站台基础内的两根≥Φ16主筋再与桥墩顶端预留的接地端子可靠连接，通过桥墩的钢筋引下，将所有引下线通过水平接地体40mm×4mm扁钢可靠联接。桥梁专业在桥墩上方预留贯通地线接地端子板，站台扁钢在站台两端分别引两处(间隔2～3m)与站场综合接地相连。

5 等电位

建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位，即等电位。

1)钢筋混凝土结构的建筑物最具备实现等电位的条件，其内部结构钢筋的大部分都是自然地焊接或绑扎在一起的。为满足防雷装置的要求，把接闪装置与梁、板、柱和基础可靠地焊接、绑扎或搭接在一起，同时再把各种金属设备和金属管线与之焊接或卡接在一起，这就使整个建筑物成为良好的等电位体。

2)本工程在变电所设置总等电位联结板，总等电位板由紫铜板制成，所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区防雷界面处做等电位连接。将建筑物内保护干线、设备进线总管、建筑物金属构件进行等电位联结；总等电位至接地极联结线采用2×(40mm×4mm)镀锌扁钢，局部等电位LEB至总等电位MEB、接地极联结线采用40mm×4mm镀锌扁钢。消防控制室、通信机房、信号机房、信息机房单独引下线采用2×(BV-1×25 PC50)。

3)带淋浴的卫生间采用局部等电位联结，从地板及墙上适当的地方各引出一根>Φ16的结构钢筋至局部等电位箱LEB，局部等电位箱暗装，底距地0.3m。将卫生间内所有金属管道、构件及引入卫生间的PE线联结，参考《等电位联结安装》(02D501-2)-P16。

4)配电间，弱电机房，配线间及电扶梯的等电位联接具体做法参考《等电位联结安装》(02D501-2)-P13/P14/P21/P45。

5)站房玻璃幕墙龙骨檩条与结构钢柱可靠连接，形成电气通路。

6)铁路站房四电机房的等电位联结设置如下：

根据《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》(铁运[2006]26号)3.4.1条规定：信号设备应设安全地线、屏蔽地线和防雷地线，当有防静电地板时应设防静电地线，有微电子设备时可设置逻辑地线。上述地线均由共用接地系统的地网引出。3.5条规定：以上接地线必须以最短距离分别就近与接地汇集线连接。控制室、继电器室、防雷分线室、机房和电源室应设置接地汇集线。接地汇集线宜采用>30mm×3mm紫铜排，可相互连接成条形、环形或网格形，环形设置时不得构成闭合回路。如图4所示。

通信、信号机房的电源接地汇集线应单独设置，并分别与环形接地装置单点冗余连接。其余接地汇集线可采用截面积≥50mm2有绝缘外护套的多芯铜导线或30mm×3mm紫铜排相互连接后与环形接地装置单点冗余连接。

根据《民用建筑电气设计规范》(JGJ16-2008)23.4.2.3条，对于电子信息设备机房内应做等电位联结，对于工作频率较低且设备数量较少的机房，可采用单点(S型)接地方式；对于工作频率较高且设备数量较多的机房，可采用多点(M型)接地方式。所以本项目均采用多点接地方式。

6 电磁屏蔽

屏蔽的主要目的是使铁路站房内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。屏蔽主要有电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁屏蔽等，本项目主要采用初级的法拉第笼式屏蔽系统来实现电磁屏蔽。

应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋，即建筑物内地板、顶板、墙面、及梁、柱内的钢筋，使其构成一个六面体的网笼，即笼式接闪网，从而实现屏蔽。由于结构构造的不同，墙内和楼板内的钢筋有疏有密，钢筋密度不够时，设计应按各种设备的不同需要增加网格的密度。良好的屏蔽不仅能解决等电位和分流，而且对防御雷电电磁脉冲也是最有效的措施。此外，建筑物的整体屏蔽还能防球雷、侧击和绕击雷的袭击。

铁建设[2007]39号《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》4.4.3条要求“计算机房应根据需要采用电磁屏蔽和防静电措施，通信、信号设备用房(含电源室、机械室、计算机房)应采用电磁屏蔽和防静电措施“。上述通信、信号用房均应安装法拉第笼。作法如下：

1)在室内距地面0.05m、室外距地面0.3m处，预留与混凝土框架内接地主筋(与基础地网连接的主筋)连接的接地端子板。预留接地端子相连的主筋不能与作为引下线的主筋为同一主筋，如图5左图所示。各接地汇集线及接地汇集线间的连接导体、接地汇集线与地网的连接必须与墙体绝缘。接地汇集线一般在距地面200～300mm处设置；有防静电地板的机房，接地汇集线可在地板下方距地面30～50mm处设置，距墙面宜为100～150mm，如图5右图所示；也可在地板下方设成条状或网格状。

2)在混凝土框架内应设置Φ≥12mm的圆钢为主筋(加强钢筋)，主筋间用相同规格的圆钢相互焊接成≤5m×5m的网格，并保证电气连接的连续性。主筋上端必须与接闪带焊接，下端必须就近与基础接地网焊接。

3)信号计算机房、信号电源及继电器室的墙、顶、底面内用Φ≥8mm圆钢焊接成≤600mm×600mm网格做法拉地笼，如图6所示。600mm×600mm网格的钢筋网格与5m×5m的钢筋网格结合处焊接。门、窗四角处预留与接地主筋连接的室内端子板，信号机房、信号电源及继电器室的门应采用防火、防撬金属门，窗及玻璃隔断屏蔽应采用截面积≥9mm2、网孔<80mm×80mm的铝合金网。金属门及窗、玻璃隔断的铝合金网用≥16mm2的软铜线与预留的室内端子板可靠连接。

4)信号电源及继电器室与信号计算机房之间应设置金属网玻璃隔断，网格尺寸应≤80mm×80mm。金属网格应与房屋内法拉第笼可靠连接。

5)防静电地板下的金属支架底部采用0.1mm×20mm铜箔带构成与支架一致的网格，铜箔带交叉处用锡焊接。互相连接的网格铜箔带采用10mm2的铜带(扁平铜网编织带)与预留的室内端子板可靠连接，至少4处，铜带一端加线鼻后与预留端子板可靠栓接，另一端用锡焊接。信号电源及继电器室与综合值班室防静电地板下的铜箔带采用10mm2的铜带穿过预留孔可靠连接。

根据铁路站房的设计分工：四周墙面的屏蔽网由建筑、结构专业设计并施工，天网、地网由电气专业设计施工。

7 接地

良好的接地效果也是防雷成功的重要保证之一。

距线路两侧20m范围内的铁路设备房屋的接地装置应接入综合接地系统。在综合接地系统中，建筑物、构筑物及设备在贯通地线接入处的接地电阻不应>1Ω。本项目属于钢筋混凝土结构的建筑物，应利用基础内的钢筋作为接地装置。当达不到规范中规定的条件或基础包在防水卷材层内时，可做环形接地装置，但应将周圈式接地装置预先埋在基础槽的最外边(距建筑物3m以内)。接地体靠近基础内的钢筋有利于均衡电位，同时还可节省为挖深沟所花费的人力和物力。在基础完工后再挖深沟则易影响基础的稳定性。

本工程在站房外3m地下设置环形接地网，站房四周40mm×4mm镀锌扁钢在地面下1.5m 深，在站房两端分别引两处采用一根50mm2镀锡铜与铁路综合接地系统相连。电气设备的保护接地：消防控制室、四电机房、设备机房等的接地共用统一接地体，要求接地电阻≤1Ω，实测不满足要求时，增设人工接地极，其间距宜为垂直接地体长度的2倍，并均匀布置。根据《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)5.4.3条，人工钢质垂直接地体的长度宜为2.5m。其间距以及人工水平接地体的间距均宜为5m，当受空间限制时可适当减小。

《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》(铁建设[2007]39号)5.2.5条规定，通信、信号及其他信息系统接地干线在接地网上的引接点与电力、电气化接地干线、接闪带的引下线在环形接地装置上的连接点间距应>5m，如图7所示。