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景區觀光索道的防雷設計係統方案

防感應雷  加入時間:2016/6/13 21:40:01     點擊:1418
雷害一般有以下兩種形式
  1、直接雷擊
    這是指雷雲與地麵物體間直接放電。這種雷擊放電電流幅值極大,產生的破壞力也大,如果在索道上發生直接雷擊,不僅會對機電設備造成損壞.而且還會造成人員傷亡,采用的防護手段就是安裝避雷針、避雷帶與接地係統。
    2、間接雷擊(感應雷擊)
    這種雷擊是由於雷雲與地麵間形成一個強大的電場,在距離雷雲近的物體上會由於這電場的作用,感應出大量與雷雲帶電異號的電荷,當這朵雷雲在附近放電後,感應的電荷失去束縛,將沿導體向低電位處流動,形成高電壓和大電流。這種雷擊最有可能造成索道抗雷擊薄弱環節一電氣控製係統的損壞由於直接雷擊破壞性嚴重,在進行索道防雷係統的設計、安裝、維護時,必須要有完善及可靠的措施來避免直接雷擊的發生。
    間接雷擊雖不會造成人身傷害,但會造成電氣控製係統的損壞。由於索道屬於種架空設備,線路要跨越山川、河流、峽穀及障礙物等,不少遊客一坐上索道就有恐俱感,如果因為間接雷擊造成索道電氣控製係統不能正常運轉,而被迫采取救護措施,就會加劇遊客的恐懼感。若在救護過程中管理不善,遊客也可能因自身的恐慌,采取一此不安全的行動而造成人身傷害。
    因此,做好電氣控製係統防雷接地,對索道安全運營是非常重要的。
    雷擊對索道可能造成的危害
    1、直接雷擊的危害
    由於索道上下站跨度大,且其鋼絲繩、纜車、架空電力線、各種信號電纜線均為裸露安裝。直接雷擊一旦發生,這些安裝部位很容易成為直接雷擊的目標,給索道正常運行和旅客人身安全造成極大威脅。因此,對索道綜合防雷工程進行設計、安裝、維護時,必須要采取完善而可靠的防直擊雷措施。
    2、感應雷擊及雷電波侵入的危害
    感應雷擊及雷電波侵入對索道的危害,有如下三種途徑:
    進入站房的各種信號線纜、架空電力線、索道鋼絲繩等物體,在遭受雷擊時引起感應雷擊及雷電波侵入,可導致設備的電氣損壞;
    由於索道控製係統的核心部件(如交直流變頻調速器等)含有繞組線圈,站房附近若發生雷擊,強大的瞬間雷電流會在周圍空間產生變化的電磁場,瞬間變化的磁場會在繞組線圈兩端產生極高的感應電動勢,從而損壞控製設備;
    索道站房占地麵積一般較小,其所建位置的土壤電阻率較高,進行各種設備接地、動力接地、防雷接地處理較為困難,若處理不當,雷擊發生時,易發生地電位反擊。對索道而言,感應雷擊一般隻有可能損壞其電氣控製係統,不會造成人身傷害。
    對直擊雷的預防措施
    1、上下站房建築物直擊雷的預防
    上站位於整個索道設備體係中的製高點,多建在山頂附近,最容易遭受直接雷擊。為了減少或避免上站房受到直接雷擊,一是要對上站建築物做好防雷接地處理,其防雷網應做在突出站房屋麵一定高度的地方,該防雷網應當通過站房施工預留的接地引下鋼筋與站房周圍的接地極相連,若索道站房房頂為金屬屋麵,則可將金屬屋麵作為接閃器,整個屋麵金屬板做可靠電氣連接,然後與接地網做可靠連接,建議采用避雷針、獨立避雷針、防生樹避雷針進行保護。
2、電力線路直擊雷的預防
    對於從下站至上站開閉所(用於將10kV高壓轉換為380V電壓的房間)架空電力線,宜采用避雷線進行保護。索道塔杆上避雷線對邊導線的保護角應在20度~30度之間。塔杆上兩根避雷線間距不應超過導線與避雷線之間垂直距離的5倍。(3)索道纜車及信號線纜直擊雷的預防。索道纜車及信號線纜直擊雷的預防方法,與電力線路直擊雷預防方法相同。北武當山索道纜車和各種信號線路,就是利用架設在索道支架頂端的鋼絲繩作為接閃器來達到使其免遭直擊雷目的的。
    (一)纜車的防雷保護
    為有效防止直擊雷對索道山下站的破壞,應在站頂鋼構棚中間頂端安裝一支先導放電避雷針。
    位於索道上站與下站之間,纜車頂部做避雷線一根。
    (二)通訊電纜及鋼絲繩的防雷保護
    我索道采用的通訊電纜是48芯電纜,為保護電纜及承載鋼索,AG亞洲網站在上方架設2條防雷線,防雷線在9個支架和站房內均設可靠落地點。按照電子係統防雷要求,AG亞洲網站將站房的基礎鋼筋、梁柱鋼筋、金屬框架以及建築物防雷引下線等連接起來,形成接地電阻降至1歐姆以下的法拉第網。
    感應雷及雷電波侵入的預防措施
    1、供配電感應雷及雷電波侵入的預防
    電源感應雷及雷電波侵入的預防索道運行用電是由供電局變電站開閉所經下站架空電力線路再經變壓器變壓後送入室內,其高壓進線端10kV)是長距離輸電線路、上下站高差大,在遭受直擊雷和感應雷時易產生過電壓,低壓端(380—220V)易感應半徑從幾百米到2000m範圍內的雷擊電磁波而產生的過電壓,電子設備雷擊事故多由電源線路引起。因此,對索道電源線路,應采取多級電源避雷器保護方式。實現對雷電流的逐級泄流。
    (1)在變壓器高壓側安裝了高壓避雷器,若條件許可,在高壓線進入變壓器前端50m處將架空線改為地埋電纜引入;(2)在變壓器低壓側安裝了三級電源避雷器,對電子設備實行多級保護,其避雷器參數應滿足《建築物防雷設計規範))(2010年修訂版)中有關避雷器參數的要求,且不同級避雷器的啟動電壓、漏電流等技術參數和不同級避雷器之間的距離應當滿足能量配合。
    在索道上站與下站總配電三相電源進線處加裝40KA/380電湧保護器,以及位於控製室內電源進線處加裝20KA/220電湧保護器。電湧保護器接地導線截麵積為10mm2的銅芯絕緣線。
    索道電源防雷措施是:(1)電源高壓側的高壓避雷器在線路布設時安裝到位;(2)在上站變壓器低壓側安裝通流量為50kA(10/350μs)TSPD-A350的避雷器作為第一級防護,在站房配電櫃總電源處安裝通流量為80kA(8/20μs)TSPD-B+C80RM的避雷器作為第二級防護,在設備配電櫃前端安裝通流量為40kA(8/20μs)TSP-C40RM的避雷器作為第三級防護。
    電源防雷安裝:
    2、信號線路感應雷及雷電波侵入的預防
    索道的信號線很多,按功能可將其主要分為控製信號線、廣播信號線和電話線。控製信號線是監控索道運行以及操作台(控製索道開/關、加速/減速等功能的裝置)向索道控製係統發出指令的傳輸線路,一旦因感應雷及雷電波侵入造成通信中斷,索道將無法正常運行。
    因此,控製信號線路的防護是整個信號線路感應雷及雷電波侵入預防的重點。對信號線感應雷及雷電波侵入的預防,可根據信號種類、接口、特性阻抗、頻率、帶寬、插入損耗、工作電平等性能指標選擇合適的避雷設備器,避雷器應安裝在信號線進入設備的前端。
    索道信號係統防雷措施是,在傳輸控製指令的控製信號線進入設備的前端安裝24V直流避雷器,在監控索道脫軌的U型針信號線進入設備的前端安裝12V直流避雷器,防止雷電流從架空線纜竄人設備。
    接地措施
    一、接地方法
    1、垂直接地體材料
    垂直接地體可采用燒製型YBD-01T非金屬接地體、銅包鋼接地棒、銅材、熱鍍鋅鋼材(鋼管、圓鋼、角鋼、扁鋼)、離子接地棒、鋅包鋼或其它新型接地材料。
    2、水平接地體材料
    水平接地體一般采用純銅線、鍍銅線、熱鍍鋅扁鋼、鋅包鋼等。
    3、接地材料有以下要求:
    a、采用熱鍍鋅鋼管時,鋼管壁厚不小於3.5m;
    b、采用熱鍍鋅角鋼管,角鋼不小於50mm*50mm*5mm;
    c、采用熱鍍鋅扁鋼時,扁鋼不小於40mm*4mm;
    d、采用熱鍍鋅圓鋼時,圓鋼直徑不小於8m;
    e、非金屬接地模塊分為燒製型與壓製型,常用規600mm*150mm*100mm,
    f、銅包鋼接地棒,鍍銅厚度;≤0.25mm,ф16*1500mm型號:YBD-01B
    g、離子接地棒時,YBD-Lф50*1500mm
    h、采用物理降阻劑時,電阻率R=0.45,降阻率在60-95%之間,石墨含量70%,型號:YBD-Z25與YBD-Z10
 4、地網施工布置
    地網布置依據地形設計為L型、口型、一字、H型或圓型。
    5、地網挖掘
    接地地網挖掘深度大於0.8米,根據土壤如:石頭、沙土、建築垃圾、黃土等情況,北方城市一定要達到凍土層以下。
    6、焊接與防腐處理
    接地體(線)的連接應采用焊接,焊接處焊縫應飽滿並有足夠的機械強度,常見的焊接分為:電焊與放熱焊接。焊接不得有夾渣、咬肉、裂紋、虛焊、氣孔等缺陷,焊接處的藥皮敲淨後,刷瀝青做防腐處理。
    采用搭接焊時,其焊接長度如下:1)鍍鋅扁鋼不小於其寬度的2倍,三麵施焊。(當扁鋼寬度不同時,搭接長度以寬的為準)。敷設前扁鋼需調直,煨彎不得過死,直線段上不應有明顯彎曲,並應立放。2)、鍍鋅圓鋼焊接長度為其直徑的6倍並應雙麵施焊(當直徑不同時,搭接長度以直徑大的為準)。3)鍍鋅圓鋼與鍍鋅扁鋼連接時,其長度為圓鋼直徑的6倍。4)鍍鋅扁鋼與鍍鋅鋼管焊接時,為了連接可靠,除應在其接觸部位兩側進行焊接處,還應直接將扁鋼本身彎成弧形與鋼管焊接
    二、影響接地電阻原因
    1)選擇地網接地線及導體截麵不足,或對係統發展規劃的短路電流分析結果偏差較大,使接地線及導體的截麵不能滿足熱穩定校驗的要求。
    2)對接地裝置施工防機械損傷、防腐蝕問題重視不夠,或根本沒有采取必要的防腐措施。
    3)接地裝置敷設時埋設深度不夠,垂直接地體間距過小,焊接質量不合格,沒按設計規定進行規範施工,防雷地網材料選用了不合格的接地材料。
    4)接地體(線)連接不正確,在一個接地線中串接了幾個需要接地的電氣設備,直接接地或經消弧線圈接地的變壓器,沒有采用專用的接地線。
    5)獨立避雷針沒有設獨立的集中接地裝置,或該接地裝置與主接地網的地下連接點至35kV及以下設備與主接地網的地下連接點,沿接地體的長度小於15m。
    6)土壤電阻率偏高,沒有按規程要求正確選用高效降阻劑。降阻劑現在市場價格混亂,建議采用石墨含量高的YBD-Z25物理降阻劑。
    三、具體施工方案
    1、索道站房及站內設備的防雷接地
    對索道站內的設備,必須采取避雷針或金屬屋麵接地保護,才能減少或避免設備直接遭受雷擊。考慮到整個索道設備均通過鋼絲繩連接為一體,上(下)站內設備的接地,主要通過驅動輪及迂回輪內鑲嵌銅質襯塊,再經設備鋼筋混凝土基礎內施工預留的接地裝置(引下鋼筋)與站房。
    周圍的接地極相連,這樣就可將沿著線路鋼絲繩傳進上(下)站內的雷電侵入波導入上(下)站接地網中。按《架空客運索道安全規範》中的規定,上(下)站內設備接地電阻值應小於4歐姆。
    2、索道線路支架、鋼絲繩、避雷線的接地
    索道線路的支架一般是通過支架基礎中的接地鋼筋直接與大地連接。隻要滿足《客運架空索道安全規範》中的相關
    規定,即其接地電阻小於10歐姆。如果接地電阻值不能滿足規定要求,則可借助高效降阻劑來解決,降阻劑應埋置在支架附近另挖的一個坑內,且盡量使用高效長效降阻劑。
 四、索道防雷接地的一般做法
    客運架空索道一般由索道線路、上站、下站三個部分組成(見圖1)
    1、上、下站建築物的防雷接地
    索道上站是整個索道中的製高點,一般均位於山頂附近,最容易遭受直接雷擊卜站建築物防雷接地的處理,一般均采用站房屋麵突出一定高度做防雷網,防雷網通過站房柱角施工預留的接地引下鋼筋與站房周圍的接地極相連,
    索道下站且標高較低,相對於上站遭受雷擊的可能性小,但為保險起見,下站建築物的防雷接地采用和上站同樣的做法。
    上、下站接地電阻值按索道安全規範規定應小於5歐姆。
    2、站內設備的防雷接地
    索道站內設備一般均罩於站房內,沒有直接遭受雷擊的可能。但由於整個索道設備均通過鋼絲繩連接為一體,因此,上、下站內設備的接地主要是通過驅動輪及迂回輪內鑲嵌銅質襯塊,然後經過設備鋼筋混凝土基礎內施工預留的接地裝置引下鋼筋與站房周圍的接地極相連,將沿線路鋼絲繩傳進上、下站的雷電侵人波導人上、下站接地網中。上、下站內設備接地電阻值按索道安全規範規定應小於4歐姆
    3、線路支架、鋼絲繩接地
    索道線路支架一般均通過支架基礎中的接地鋼筋直接與大地連接。隻要接地電阻值滿足索遺安全規範規定的10歐姆以內,般不做特殊處理,如果接地阻值不滿足要求,一般采用在支架附近另挖一個坑埋置高效長效降阻劑來解決
    五、索道防雷接地的綜合措施
    以上所述是國內大多數索道所采用的防雷接地通用做法,但僅僅采用這些做法,對保證索道長期安全運營還是不夠的。盡管每一條索道從設計、施工到安裝都考慮了防雷接地措施,但國內很多索道都或多或少的發生了一些因雷擊而導致的事故。究其原因,管理方而的麻痹大意是重要因素之一,但更重要的是對索道遭受雷擊損壞的原因沒有進行有針對性的分析和采用相應的處理措施。
    據大量索道運營過程中的統計,采用以上防雷接地處理方法後,在檢測各部分接地電阻值達到國家規範或設計要求的情況下,雖然可以確保人身安全,機械設備也基本未受影響,但電氣控製係統中的很多部分,從電源到檢側元器件(如感應式接近開關、脈衝發生器),直至控製係統的核心部分(如可編程控製器、交流變頻調速器或直流可控矽整流裝置},仍會遭到不同程度的破壞。囚此對索道電氣設備的接地還必須采取更為詳細和嚴格的處理方法,才能徹底消除需害對索道的影響。
    通過對一些采用防雷接地處理並經檢測接地電阻值也達到國家規範或設計要求,但仍發生雷擊電氣係統的索道進行的調查研究,提出幾種解決電氣係統防雷擊的方法,並在多條索道中采用,證明其效果明顯。
    1、防止雷電從電源進、出口引入
    在主電源進、出線端裝設避雷器,防止雷電侵人波從外部供電線路進入索道控製係統。各路控製電源除安裝隔離開關和空氣開關外,還應在其輸出端增設壓敏電阻及阻容保護裝置,以防止索道線路中支架或鋼絲繩感應雷電,通過電氣控製係統中的感應裝置(如感應式接近開關、脈衝發生器等)損壞控製電源
    2、因地製宜采取措施,降低線路及上、下站房和設備的接地阻值,減少雷電侵入的危害
    分析索道電氣控製係統遭受雷擊的原因,發現大多數是由於索道站房及線路中的雷電感應通過鋼絲繩及站內機械設備傳人電氣控製或感應兀件而間接導致電氣控製係統的損壞,因此,降低線路及上、下站房和設備的接地阻值,對減少雷電侵人是非常重要的。
    3、上、下站房建築物及設備接地
    對上、下站房建築物因十質情況不同,可采用以下一種接地方法:
    (1)土壤電阻率≤300歐姆*米的地區,可采用鍍鋅角鋼或鋼管作為接地休,接地體長度應不小於2m,在站房周圍(離站房各外牆線距離均不小於5m),按間隔3-5m垂直打人地下接地體數量按照實測接地阻值滿足設計要求為準,各接地休之間用鍍鋅扁鐵焊接連接,各接地體與接地連接線埋置深度應大於800m。
    (2)土壤電阻率在300-2000歐姆*米的地區,若采用上述方法很難達到接地阻值的要求或接地體數量過多。這時,應在站房周圍土壤電阻率較低處采用1個或數個平麵尺寸大於lmxlm的銅板作接地體,與站房及機械設備用鍍鋅扁鐵焊接連接,銅板的埋置深度應大於2m。
    (3)上壤電阻率在300歐姆*米以上時,可采用多個放射形接地體,或連續延長接地體。放射形接地體可采用長短結合的方式。共累計長度按照實側接地阻值滿足設計要求為準,各接地體與接地連接線理置深度應大丁800mm。
 4、線路支架接地:
    山於線路支架多處於山區岩石地層或上壤電阻率很高的位置,盡管索道安全規範考慮到這種情況,放大了支架的接地阻值要求,但在實際處理過程中,其接地電阻值仍很難達到30R.降低支架接地阻值的方法有:
    (1)首先應考慮其周圍自然環境中是否有_L壤電阻率低的地方,若有,應采用鍍鋅扁鐵接地線由支架引至此處,再采用燒製接地模塊或銅板接地休
    (2)若支架附近相當遠的距離內(200m以上)仍沒有土壤電阻率較低的地方可考慮以下兩種方法:
    ①在支架附近挖坑埋放高效長效降阻劑(采用此種方法降阻劑必須經常檢查並定期更換);
    ②采用置換土壤的辦法,即用土壤電阻率較低的粘土來代替接地體周圍電阻率較高的岩石或土壤,此種方法效果也不能持久,盡量不采用通過支架頂端的起重架,在索道全線路架設避雷鋼線
    ƒ采用燒製非金屬接地模塊並排連接。
    避雷鋼線必須高出鋼絲繩和通訊及信號電纜定高度使鋼絲繩和通訊及信號電纜在其保護的60度角範圍內,這樣由於避雷鋼線先感應到雷電,並可通過支架或上、下站的接地裝置直接導人接地體,因此,可以有效的保護線路鋼絲繩和通訊及信號電纜,使其避免感應雷電。
    在線路支架托〔壓)索輪姐上裝設防雷接地滾輪或末用導電根膠輪襯采用這種方法(見圖3),可以將鋼絲繩中感應的雷電在線路中就導人支架接地體,避免將其引人站內而對電氣設備造成損壞
    5、對電氣控製係統進行單獨接地
    在大多數索道中,因為國家有關規範及設計對接地阻值要求是這樣的,所以電氣係統的防雷接地都是和機械設備以及站房的接地係統連接在一起的但由於電氣係統在承受雷電感應方麵屬索道中最薄弱的環節,因此,應將電氣係統的接地體及接地線單獨考慮,並降低其接地阻值(盡可能<1歐姆),才能避免各係統之間的相互影響,保證電氣控製係統的防雷效果。
    七、結束語
    高山索道接地的目的是防雷,做好接地裝置.預防雷電侵人非常重要。另外在索道運行過程中安全管理也}分重要。對接地裝置應經常檢查維護,對接地電阻應定期複側,複側時間應根據當地的氣候條件選擇在雷雨季節到來前和土壤幹燥電阻率較高的時候,如接地電阻增大,應查明原因,及時修複,切不可帶隱患運營。在雷雨到來前,應停止運行,切斷所有電源。索道夜間停運時,也應切斷所有電源,並將吊椅或吊廂開出站外,以保證鋼絲繩通過驅動輪或迂回輪中鑲嵌的銅質襯塊良好接地。
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