地道防雷接地与地面变电所防雷防淹综合设计研究

地道防雷接地与地面变电所防雷防淹综合设计研究

石燕燕

（上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125）

摘要

为了提高在涝灾害下城市供电保障能力，汲取“7·20”河南郑州极端暴雨的经验教训，浙江省发文将新开发地块的变电站设置在地面一层。本文详细讨论了地面变电站与地道的防雷接地系统设计。包括地道和变电站的防雷措施、共用接地网的设计，以及防雷接地系统的维护。最后，探讨了新技术和未来发展趋势。

关键词：地道；地面变电所；防雷接地系统；共用接地网

引言

   随着城市化进程加速，地下交通和电力系统建设不断增多，其安全性对城市正常运作至关重要。防雷接地系统作为电力系统的关键组成部分，对保护设备和人员安全、维持系统稳定运行具有重要意义。由于防淹需求，地下变电所需要搬迁至地面，这对防雷接地设计提出了新的挑战。本文以越东路及南延段智慧快速路工程为例，通过分析地道和地面变电所的防雷接地设计，提出一套综合解决方案。

1. 项目背景

为了提高城市在极端天气下的供电保障能力，汲取“7·20”河南郑州暴雨的经验教训，浙江省住房和城乡建设厅发文“新开发地块配电站房设于地面一层或以上”，因此本地道项目变电所设置于地面。这样做虽然解决了防淹问题，但同时需要重新设计防雷接地系统，以确保地面变电站和地下地道的安全运行。

2. 防雷

防雷设计的主要目标是保护地道和变电站内的设备和人员免受雷电的危害。雷电流通常分为直击雷和感应雷两种。

直接雷危害有：

1）瞬态电涌效应。此种雷击产生瞬态过电压，可能造成人员伤亡、建筑物和设备损害。

2）热效应。雷电流的热效应包括高幅值雷电流经导体电阻时所迅速产生的焦耳热以及闪电对防雷接闪器或放电间隙击穿所形成的强大电弧附着点热损，导致火灾等。

3）机械效应。极高的雷电流可产生极大的冲击力，可能导致对流过雷电流的建筑设施及防雷设计产生结构性损害。

感应雷效应及危害有：

1）闪电静电感应。这种过电压在输电线路上可高达数百千伏，会导致线路绝缘闪络及所连接的电气设备的绝缘遭受损坏。

2）闪电电磁感应。这些感应电压将耦合到电子信息设备中去，导致“噪声”干扰及测量误差，甚至对电子器件产生破坏性损害。

2.1 地道防雷

本工程地道的主要设备均设置于地下，不考虑防直击雷措施。在高低压各级进线处装设防浪涌保护装置：

1）在地道设备控制箱/配电箱进线处设有二级浪涌保护器：这些保护器能够有效抑制从电力线上传导进来的雷电浪涌，保护设备免受瞬态电压及涌流的破坏。

2）在弱电控制箱内设置三级浪涌保护器：进一步保护弱电设备，如通信和控制设备，确保其稳定运行。

2.2 地面变电所防雷

应根据建筑物的重要性、使用性质以及遭受雷击的概率大小等因素综合考虑，计算防雷类别，采取不同的雷电防护要求和措施。经计算，本建筑物为第三类防雷，以下是本建筑物的防雷措施：

1） 接闪器的布置：屋面部分，防雷接闪器采用∅12镀锌圆钢作为接闪器，在屋面组成不大于20mx20m或24mx16m的避雷网格，接闪器固定支架采用圆钢,高0.2m，直线段间隔1m,转弯处间隔0.5m固定。凡突出屋面的金属物体（如铁爬梯、水管等），均应采用40x4的镀锌扁钢不少于两处就近与避雷带可靠联结。用于截受雷击并将雷电流较均匀地分流入地。

2）引下线的选择：利用柱内所有不小于∅16钢筋可靠焊接作为防雷引下线，并与接地装置可靠联结。选择最短路径，将雷电流迅速引导到接地装置。具体做法参照标准图集15D501《建筑物防雷设施安装》。

3）接地装置的优化设计：确保接地电阻符合标准要求，接地装置布置均匀。

4）本单体内采用总等电位联结，在电源进线处设MEB总等电位箱，联结线采用-40x4镀锌扁钢通过预埋钢板与建筑物基础接地网不少于两点可靠连接，将进线电源PE线、各类设备进线金属总管与总等电位端子箱可靠联结。在弱电机房及控制室距室内地坪+0.5m处焊接一块150x100x10mm钢板以供外引接地线（做法及位置详见基础接地平面图）；在配电间等设备房及卫生间内设LEB局部等电位端子箱。详见国家标准图集15D502《等电位联结安装》。

5）在高低压各级进线处装设防浪涌保护装置：在变电所低压母线进线处设有一级浪涌保护器；在设备控制箱/配电箱进线处设有二级浪涌保护器，其电压保护水平应不大于2.5Kv。

3. 接地

为了实现地面变电所和地道的统一防雷接地，本工程共用一个共用接地网。本工程低压配电系统的接地系统为TN-S系统。共用接地方式，即工作接地、保护接地的接地采用共用

接地装置，要求接地电阻不大于1欧姆。如实测电阻不能满足要求，需增加人工接地体直到满足要求。本工程的接地示意图如下图。

3.1 地道内接地装置

1）沿地道车行道电缆桥架敷设1根40x5镀锌扁钢作接地干线，沿地道车行道装饰板后的设备平台敷设1根40x5镀锌扁钢作接地干线，利用地道结构本体内的钢筋网作为接地装置，通过预埋外引的接地钢板（地道内每一强弱电箱孔预埋接地钢板）与接地线可靠连接，接地钢板与结构体内两根大于∅16mm的主钢筋可靠连接。各钢筋混泥土之间必须连接成电气通路并保证其电气连续性符合要求。施工做法可参考图集<14d504 p24~29>。

2）桥架每隔10m采用TZX-2-16铜编织线层间相连后与接地干线连接。

3）地道变形缝两侧内壁预埋接地端子板（热镀锌扁钢-100X100X8），中心距变形缝300，该端子板须与壁内接地主筋(≥∅16二根)可靠焊接，当变形缝间距超过30m时应在中间加设端子板。过变形缝处采用40X5热镀锌扁钢Ω形搭接，以保证电气通路。

4）将敞开段基础两根大于∅16mm的主钢筋连接至暗敷在地面上的接地电阻测试盒;测试盒在地面上安装后应作标识。在地道两端洞口附近各设置一组接地装置作为接地测试点（共计4个，高出地面500mm），该接地装置应与地道洞内的接地干线可靠连接。

5）电缆桥架的起始端应始终与地网可靠连接。焊接处应进行防腐处理，所有钢构件应进行热浸镀锌处理。

3.2 地面变电所接地装置

利用建筑物基础钢筋做自然接地体，在自然接地网外围做一圈人工接地体，人工水平接地体与接地引出线为铜覆钢∅≥17mm，垂直接地体为铜覆钢∅≥23mm。自然接地网与人工接地网采用螺栓连接，连接处应设置防松螺帽或防松垫片。螺栓拆开后可分别测量两个接地网的接地电阻。

3.3 共用接地网

为保证接地通路，地面变电站接地系统与地道接地系统之间应用1x95mm2的接地电缆连接，形成一个整体，如图1所示。这样可以确保在雷击时，雷电流能够迅速通过接地网分散，避免对设施造成损害。本工程共用接地方式能够简化接地系统，降低工程成本，同时提高接地系统的可靠性和安全性。

3.4 现场实测接地电阻

1）里程K18+150：左线电阻测量值是0.24Ω，右线电阻测量值是0.18Ω。

2）里程K18+650：左线电阻测量值是0.1Ω，右线电阻测量值：0.19Ω

4. 新型防雷接地技术

随着科技的发展，防雷接地领域涌现了许多新技术，这些技术在实际工程中得到了广泛应用和验证。以下是几种关键的新型防雷接地技术：

4.1 智能监控系统

智能监控系统利用物联网（IoT）和大数据技术，实时监测接地系统的状态。通过智能传感器和监控软件，能够实时监控接地电阻、浪涌保护器的状态和雷击次数等参数，及时发现和处理异常情况，帮助维护人员快速定位和解决问题。

4.2 新型接地材料

高导电性和高耐腐蚀性的接地材料是防雷接地技术的重要进步。传统的接地材料如镀锌钢容易在地下环境中腐蚀，而新型材料如铜包钢、镀铜钢和纳米复合材料具有更好的导电性能和耐腐蚀性。

4.3 高效浪涌保护器

浪涌保护器（SPD）是防雷接地系统的重要组成部分。近年来高效浪涌保护器的发展显著提高了系统的保护能力。

4.4 计算机仿真技术

计算机仿真技术广泛应用于防雷接地系统设计和优化，通过模拟雷电流的路径和接地系统的响应，帮助设计人员优化接地系统布局。

4.5 接地电阻减小剂

接地电阻减小剂是一种新型材料，用于改善接地极周围的土壤电阻率，从而降低接地电阻。

4.6 环保接地材料

随着环保意识的提高，防雷接地领域也在积极采用环保材料，以减少对环境的影响。如无铅镀层工艺，减少重金属污染。开发使用可降解的接地材料，降低对土壤的长期影响。

5. 防雷接地系统的维护

防雷接地系统的维护包括：

1.定期检测：定期检查设备地线是否接在机房总地排上、定期检查并确保地排上接线端子连接可靠、无松动现象，设备的绝缘外壳是否破损、开裂、老化变形等。定期检查避雷器的开关是否断开，对已失效的避雷器等设备要及时更换。定期委托相关专业人员对防雷器件进行抽检，进行耐压和泄流试验。定期测量接地电阻，多点测量，判断各处的地网是否可靠连通，确保其符合标准要求。

2.监控系统：利用智能监控系统，实时监测接地装置的状态，及时发现和处理异常情况。如涉及设备停止运行或出现严重故障，影响网络的正常运行，应立即通知维保人员抢修，并按规定上报。

3.维护计划：制定详细的维护计划，包括接地装置的检查和维修，如对施工和日常运营中外露的接地钢筋进行防腐处理，采用外涂沥青，外包聚氯乙烯、聚苯乙烯带的方式。接地体之间确保焊接可靠等，确保系统长期可靠运行。

6. 结语 新技术和未来发展

随着科技的进步，防雷接地技术也在不断发展。未来，随着城市基础设施建设的不断发展，地道和地面变电所的防雷接地设计将面临更多挑战，需要不断创新和改进设计方法，以确保设施的安全运行。希望本项目的防雷接地系统能给今后类似工程项目建设提供借鉴。

参考文献

- 中国建筑科学研究院. 《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010. 北京：中国建筑工业出版社, 2010.

-中国电力出版社.《工业与民用供配电设计手册》

-李烨《上海长江隧道弱电系统防雷接地设计与维护》

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