高速公路隧道机电系统防雷措施探讨★

吴永泉 林阿太

(福州东南绕城高速公路有限公司，福建 福州 350001)

隧道是高速公路的重要组成部分，既节约了建设资源，也实现了公路的快速通行。高速公路隧道一般是开凿在山区和地形复杂的地方，隧道内的机电系统也要沿着隧道布设，具有点多、面广、线长等特点。隧道机电系统一般包括照明系统、通信系统、监控系统、通风系统等多个系统。隧道机电系统的控制室和变电室一般设置在隧道附近的高点，处于雷电高发地段。因此，隧道机电系统就容易受到雷电灾害的威胁，影响隧道机电系统的正常运行。因此，做好隧道的防雷工作可以保障隧道机电系统的稳定运行，是高速公路机电防雷中的重要一环。本文将阐述高速公路隧道防雷工作中的要点，从直击雷防护、接地、屏蔽、均压、SPD等方面进行阐述。

1 直击雷防护

1.1 变电室防雷措施

处于隧道外的变电室所在建筑物应装设避雷针或避雷网，避免变电所遭受直击雷。变电所高压侧应装设避雷器，所有母线和架空进线上都要安装，且应该以最短的距离和所在建筑物的接地网连接，来保护变压器免遭雷电冲击波入侵。变电所低压侧应装设避雷器，防止雷电波沿低压线路进入损害低压设备[1-3]。

1.2 架空线路的防雷保护

变电所引入线路一般为架空线路，架空线路上应装设避雷线。对不设避雷线的架空线路，应采取措施提高防雷水平，可采用木横担、瓷横担等绝缘子，提高防雷电冲击波的能力。

1.3 机房防雷保护

机房若位于隧道外，需在机房所在建筑物四周敷设避雷带，以建筑物自身的钢筋结构作为引下线，连接到建筑物接地网。机房内应设置环形的接地母线，将机房内的设备外壳、电缆外壳、金属管道等金属部件以最短距离与接地母线相连。且机房内的环形接地母线与接地网应该互相连接，连接线要大于4根，且间距应小于18 m。

2 隧道接地

隧道接地系统的合理、科学设计和施工是提高隧道机电系统防雷水平的重要保证，良好的接地可以抵消雷电带来的不利影响，做好隧道的接地系统十分重要。

2.1 隧道内接地装置

隧道防雷接地系统一般设置在隧道口，通过扁钢与接地体相连引入隧道中作为接地。但是这种方式对于短隧道的效果较好，对于长隧道的效果并不理想。对于长隧道，需要在隧道两侧电缆槽内敷设扁钢，每隔50 m引一根钢筋和隧道内原有的钢筋网进行焊接，同时每隔50 m,从洞内留出钢筋供隧道内的设备接地，通过这种方式提高隧道的接地效果。

2.2 隧道变电室的接地装置

隧道变电室的接地电阻要求在1 Ω之内，接地体应布设成环形方式环绕变电所，埋深要大于1 m。变电室内应设置环形的接地母线与接地装置相连。

3 电磁脉冲防护

3.1 隧道机电设备防雷屏蔽

在高速公路隧道机电设备会受到雷电所产生的强电磁脉冲的干扰影响。高速公路隧道机电设备受直击雷的可能性极小，所以隧道内的设备防雷侧重于对引入的电力和通信线缆进行雷电防护。主要方法是通过在隧道外及洞口附近，将电力线路和通信线路敷设在金属管槽内，金属管槽接缝处要做好跨接，每隔25 m都要接地一次，从而实现屏蔽，防止雷电电磁脉冲破坏设备内的设备[4,5]。电子设备需利用金属网、箔、壳、管等金属保护物包围起来。

3.2 等电位连接

雷电会产生瞬间高压，和附近的金属物体产生电位差，造成电压反击，从而损坏设备。采取等电位连结可以实现电位均衡，有效防止因电位差造成的电压反击，从而保护设备安全。在隧道内车道两侧分别设置贯穿隧道的等电位连接带，与隧道的结构钢筋可靠电气连接，且宜每间隔50 m做一次重复接地。在隧道内各区域控制器(箱、屏)及机电设备预计安装处预留等电位端子板，等电位端子板应与等电位连接带可靠电气连接。

隧道内信号线缆、电力线缆应分开布设，在距隧道洞口100 m内的位置，应采取封闭的金属桥架布线，并与等电位连接带连接至少两处。

隧道洞口外的金属广告牌及指示牌、路灯及信号灯金属杆、摄像头金属支撑杆等金属物应就近与贯穿隧道的等电位连接带相连，若相距20 m以上，可设置独立接地装置，防雷接地电阻值不宜大于10 Ω、保护接地电阻值不宜大于4 Ω。

3.3 SPD防雷

对于一些重要机电设备，应在设备的电源、信号输入端装设专用SPD进行防护。主要设备包括：监控探头、照明系统、通信设备等。

隧道洞口外的供配电线路应采用金属外护套电力电缆埋地敷设。洞外配电箱内应安装满足Ⅰ级试验的电源电涌保护器，洞内配电箱宜安装满足Ⅱ级试验及以上的电源电涌保护器。Ⅱ级试验参见GB 50057—2010中2.0.37。

洞外监控设备(测速仪、可变限速标志等)、情报板、摄像机等的电源端应分别安装满足Ⅰ级试验的电源电涌保护器，有关数据信号金属线入线端应分别安装适配的信号电涌保护器。

洞内监控设备(车辆检测器、风速仪、摄像机等)的电源端应安装满足Ⅱ级试验的电源电涌保护器，有关的数据信号金属线缆输入端上应安装适配的信号电涌保护器。

紧急供电用UPS电源的输入、输出端应分别安装不低于Ⅱ级试验电源电涌保护器。UPS直流输入端宜安装满足直流供电电压要求的电涌保护器。

4 隧道机房雷电防护的要求

机房是机电系统的心脏部分，应加强机房的雷电防护措施，机房的防雷措施还需注意以下事项：

机房宜设置在所处建筑物近中心层低层部位的LPZ1区及其后续防雷区内；机房所处建(构)筑物应具有完善的直击雷和雷击电磁脉冲防护措施；机房内交流工作地、安全保护地、直流地、屏蔽地、防静电接地、防雷接地等应采用共用接地方式；在机房应预留不少于两处等电位连接端子板，并应就近与结构主钢筋可靠电气连接；机房外墙的钢筋宜适当加密，门窗宜采取屏蔽措施，并与建筑物内的结构主钢筋可靠电气连接。监控中心等重要机房的外墙钢筋网孔尺寸不宜大于200 mm×200 mm；机房应设置防静电地板，应在防静电地板下设等电位连接网络，并与预留的等电位连接端子板可靠电气连接；进出机房的金属管、槽、线缆屏蔽层等装置外可导电部分及设备金属外壳、机柜、机架等装置的外露可导电部分应就近与等电位连接网络可靠电气连接；机房天花板、墙面宜选用耗散性材料，机房内各重要电子设备距外墙及柱、梁的距离不宜小于1 m，条件不允许时，对设备应采取电磁屏蔽措施；机房内电源配电箱处应安装电压保护水平与被保护设备的耐压水平相适应的电涌保护器；进出机房的各类信号线缆应分别安装相适配的电涌保护器。信号电涌保护器应满足信号传输频率、传输介质、工作电平、网络类型的需要，同时接口应与被保护设备兼容；引向机房的电源线路、通信线路应采用屏蔽线缆或者敷设在金属管道内，并要求埋地敷设。从机房里引出去的金属管、线路也应埋地敷设，在机房外的埋地距离应大于10 m。

5 结语

雷电防护是一项系统工程，高速公路隧道里面的机电设备种类较多，容易遭受雷击灾害，给高速公路运行管理带来不便，还会造成经济损失。隧道机电系统的稳定运行关系着高速公路交通的安全和正常运行。所以，要提高对高速公路隧道防雷的重视程度，采用科学、系统的防雷措施确保隧道机电设施的稳定运行。