濟(jì)寧市洸府河大橋綜合防雷設(shè)計(jì)

宋兆俊 鄧海利

濟(jì)寧市氣象局，山東 濟(jì)寧 272000

濟(jì)寧市洸府河大橋綜合防雷設(shè)計(jì)

宋兆俊 鄧海利

濟(jì)寧市氣象局，山東 濟(jì)寧 272000

安裝通流容量100K A的一級電源避雷器，以防止雷電浪涌對設(shè)備的造成損壞。在分配電箱處安裝通流容量40K A的二級電源避雷器。在橋面路燈分配電箱內(nèi)安裝通流容量20K A的三級電源避雷器（如圖2）。

文章通過介紹濟(jì)寧市!府河大橋綜合防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，較全面地闡述了對大型跨河流、跨鐵路橋梁的直擊雷和雷電感應(yīng)防護(hù)的設(shè)計(jì)技術(shù)，提供了一個行之有效的橋梁綜合防雷設(shè)計(jì)方案。

直擊雷；雷電感應(yīng)；接地裝置；電源防雷保護(hù)器（SPD）；!府河大橋

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

引言

雷電災(zāi)害是十種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。全球每天約發(fā)生800萬次雷電，每年因雷擊造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)。雷電災(zāi)害被國際電工委員會（IEC）稱為“電子化時代的一大公害”。[1]隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)一個高速發(fā)展的時期，橋梁作為跨越江河，以及解決城市交通的基礎(chǔ)設(shè)施，規(guī)模和數(shù)量也都得到速發(fā)展。然而，橋梁主體結(jié)構(gòu)通常都高于周邊建筑遭受雷電破壞的概率較大、破壞的后果也較嚴(yán)重，因此做好橋梁的防雷是整個橋梁設(shè)計(jì)中不可缺少的重要一環(huán)。濟(jì)寧市!府河大橋位于濟(jì)寧市太白樓東路，該!府河大橋全長1831米，主橋長600米，主跨320米，主塔高77米，為雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋，橋?qū)?0米，雙向6車道。!府河大橋工程創(chuàng)造了濟(jì)寧市市政施工建設(shè)史上“五個之最”：國內(nèi)同類型橋梁中最寬、混合型疊合梁結(jié)構(gòu)形式最為獨(dú)特、國內(nèi)同類型市政橋梁中支座承載力最大、濟(jì)寧市政工程單體投資最大、濟(jì)寧市政工程施工難度最大。鑒于其特殊的社會地位和經(jīng)濟(jì)地位，提出安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的防雷保護(hù)措施。

1 大橋防雷類別確定

1.1 防雷工程現(xiàn)場勘查

府河大橋呈東西向橫跨!府河、九九鐵路專用線，新兗鐵路上行和下行線等“一河三線”，與既有鐵路呈18度角斜交，采用鋼混疊合結(jié)構(gòu)。大橋位于水路交接處的空曠地帶，且橋下鐵路兩側(cè)電線的電壓高達(dá)2.75萬伏，屬于雷暴多發(fā)地帶。大橋設(shè)有配電室，高桿燈照明，塔頂設(shè)計(jì)安裝航空障礙燈，這些均未安裝防雷裝置。

1.2 防雷類別的確定[2]

根據(jù)GB50057～2010中建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)公式可計(jì)算出大橋的預(yù)計(jì)年雷擊次數(shù)N。

式中：N—建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)(次/ a)；

K —校正系數(shù), !府河大橋取1.5；

Ng—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度(次/km2/a)；

Ae—與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積(km2)；

Td—年平均雷暴日，濟(jì)寧市的年平均雷暴日為29.1(d/a)；

L —建筑物的長度，!府河大橋全長1831米；

W —建筑物的寬度，橋?qū)?0米；

H —建筑物的高度，主塔高77米。

由此可計(jì)算得出建筑物年預(yù)計(jì)落雷次數(shù)為0.26次/a，從而可確定大橋的防雷類別屬第二類防雷建筑物。

2 防雷設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)代防雷技術(shù)的原則強(qiáng)調(diào)全方位防護(hù)、綜合治理、層層設(shè)防，把防雷看作一個系統(tǒng)工程。根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，要求在建筑物的內(nèi)外部各種系統(tǒng)上統(tǒng)一安裝防雷裝置。結(jié)合現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)及大橋自身特點(diǎn)，需從直擊雷和雷電感應(yīng)兩方面進(jìn)行防雷保護(hù)，即進(jìn)行綜合防雷保護(hù)[3]。

圖1 大橋綜合防雷保護(hù)系統(tǒng)

2.1 防直擊雷設(shè)計(jì)

大橋防直擊雷的主要保護(hù)對象是兩個77米高的主塔，為兩個主塔均設(shè)計(jì)兩支高度8米的避雷針，兩個主塔南北兩側(cè)各一支。避雷針采用圓鋼支撐桿支持，支撐桿由兩節(jié)直徑為20mm和15mm的熱鍍鋅圓鋼焊制而成。主塔頂部一圈安裝避雷帶?，F(xiàn)場檢測大橋主塔接地符合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，故避雷針、避雷帶接地與主橋塔結(jié)構(gòu)主鋼筋作多點(diǎn)電氣連接，接地達(dá)到國家規(guī)范要求。

由于!府河大橋主塔高，橋體跨度大，外側(cè)拉索部分不在避雷針保護(hù)范圍之內(nèi)，鑒于國內(nèi)其他城市大橋防雷經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)將大橋上的主塔斜拉索與橋上所有金屬體作等電位連接以防側(cè)擊雷[4]。而非斜拉橋處也有可能遇受直擊雷，故設(shè)計(jì)將大橋上所有路燈的燈桿作為接閃器，且與防雷裝置、主橋、橋臺等其他金屬體做好電氣連接。

2.2 防雷電感應(yīng)設(shè)計(jì)

大橋除主體建筑工程之外，還建有供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、航空障礙燈等配套工程，這些系統(tǒng)設(shè)備遭雷電感應(yīng)和電磁感應(yīng)侵害的可能性很大，因此對其采取防雷電感應(yīng)和電磁感應(yīng)措施也是!府河大橋防雷工程的重點(diǎn)。

2.2.1 供電及照明線路電源系統(tǒng)

大橋設(shè)有配電室一間，在總配電柜內(nèi)

圖2 供電及照明線路SPD安裝示意圖

2.2.2 斜拉橋塔頂航空障礙燈

航空障礙燈安置在兩個主塔頂部四角，共8只，通過2個UPS供電。雖然航空障礙燈均在避雷針的直擊雷保護(hù)范圍之內(nèi)，但為了保證航空障礙燈不受雷電感應(yīng)的影響，在各斜拉橋主塔航空障礙燈UPS控制箱處安裝通量流為40kA的電源避雷器，在另外在各航空障礙燈接線處安裝通流量為20kA的單相電源避雷器（如圖3）。

圖3 航空障礙燈電源線路SPD安裝示意圖

2.3 接地要求

接地是防雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是防直擊雷或是雷電感應(yīng)最終都是把雷電流送入大地，因此，沒有合理而良好的接地裝置是不可靠的防雷的。將!府河大橋全橋各部分連接起來形成統(tǒng)一的接地系統(tǒng)，即將大橋斜拉索、橋面金屬欄桿、照明路燈燈桿等所有金屬構(gòu)件以及防護(hù)網(wǎng)與大橋內(nèi)主鋼筋、連續(xù)梁內(nèi)接地鋼筋、每個橋墩內(nèi)接地鋼筋、承臺樁基的基礎(chǔ)鋼筋連接成一個自然接地網(wǎng)。這樣整個大橋形成了一個電氣通路，能有效地將雷電流經(jīng)過接地系統(tǒng)引入大地。形成聯(lián)合接地后，最終接地電阻小于4Ω。

3 結(jié)語

府河大橋是濟(jì)寧市標(biāo)志性跨河、跨鐵路的大橋，設(shè)計(jì)難度大、施工難度高。!府河大橋防雷系統(tǒng)方案汲取了國內(nèi)外很多橋梁防雷系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，利用橋梁自身的結(jié)構(gòu)鋼筋和金屬體(包括金屬燈桿)作為接閃器、引下線、接地裝置，配合電源系統(tǒng)防雷措施，形成了一體化的綜合防雷系統(tǒng)，對大橋做到全面防雷保護(hù)。大橋投入使用一年來，今年防雷年檢接地效果良好，為今后此類橋梁防雷工程積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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

[2]GB50057-2010.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3]GB50343-2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S]．

[4]徐鑫,周紅．東海大橋綜合防雷工程的設(shè)計(jì)[J]．低壓電器，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，漢族，大學(xué)本科，助理工程師，濟(jì)寧市氣象局，研究方向雷電防護(hù)技術(shù)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.032