浅谈铁路站房及雨棚防雷接地

浅谈铁路站房及雨棚防雷接地

[摘 要]：全面分析铁路站房雷电防护措施和影响，提出铁路站房的防雷接地设计施工原则和要求，指出等电位联结是综合站房防雷、接地与安全的关键措施。论述接地电阻中，工频接地电阻、冲击接地电阻、高频低阻抗的各自特性和要求及铁路站房雨棚的实际施工。 [关键字]：铁路站房 防雷 接地 雷击电磁脉冲

1 引言

雷电是发生在地球大气中的一种猛烈的放电现象，是自然界存在的自然现象，自古以来雷电灾害给人身安全和经济带来的损失时很严重的。根据保守估计，我国每年因雷电灾害造成的直接经济损失达到数亿元，而由此造成的间接经济损失则难以估计，其产生的社会影响也越来越大。 1.1 雷电灾害的特点

由于现代建筑物中建筑材料的多样化、建筑物智能化程度的提高、计算机与通讯信息系统及电子控制系统的广泛应用，使雷电对建筑物的破坏，尤其是雷击电磁脉冲对微电子控制系统破坏的事件时有发生，灾害造成的损失逐年扩大，是联合国公布的最严重的十种自然灾害之一。

我国雷电灾害事故数柱状图（1997-2006）

从1997-2006年我国“雷电灾害事故数柱状图”可以看出：10年来我国雷灾

事故统计数呈逐步上升的态势，从1997到2006年，上报的雷电灾害事故从556例上升到6265例。一方面雷灾上报数的增加与各地雷电灾害上报渠道和制度的日益完善和规范有关；另一方面随着办公自动化、信息网络相关的电子设备在各地各部门大量普及应用，雷击损伤电子设备的事故也在增加。

从“不同雷击环境事件数百分比”统计数据可以看出，不同雷击环境下发生雷击灾害的比例是不相同的。农田、在建的建筑物、开阔地、水域等环境发生雷击灾害的比例最高，这是因为，在农田、开阔地、水域等，人们往往单独劳作或行动，而且地势平坦，相对而言人体位置可能较高，因而更容易被雷击中，雷电流可能会从头部进入人体，再从两脚流入大地。由于直接雷击时电流很大，很容易使被雷击者受到伤害。 在建的建筑物一般没有防雷设备，钢筋、铁管等电导体很多，因而也容易遭受雷电袭击。 农村是雷灾主要发生地区，农民是雷灾的主要受害者从上表“我国1997年-2006年10年间56起重大雷灾伤亡事件的特征统计”可见，农村民居、教室、窝棚、亭子、庙宇、窑洞等建筑物里共发生了30例重大雷击灾害，占54%，而这些建筑大多是没有防雷装置的；值得强调的是，有7例雷灾发生在教室里，占13%。学校是人员密集的地方，但我国很多教室没有完善的防雷措施，尤其是在农村，例如2007年5月23日 重庆开县义和镇兴业村小学教室遭遇雷电袭击，造成四、六年级学生7人死亡，44人受伤。因此可见，完善的建筑物防雷装置对保证用户的人身安全有着至关重要的作用。

1.2 雷电灾害的成因

雷电破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气之间的电位差达到一定程度（25—30KV/cm）时所发生的猛烈的放电现象。通常雷击有两种形式，直雷击、感雷击。

直雷击是带电的云层和大地某一点之间发生的迅猛的放电现象。当雷电直接击到建筑物上，强大的雷电流使建筑物水份受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或爆炸。另外，当雷电击中建筑物接闪器，电流沿引下线向大地泄放，这时对地点位升高，有可能向邻近的物体跳击，称为雷电“反击”，从而造成火灾或人员伤亡。

感应雷（雷击电磁脉冲）也称为二次破坏，是当直击雷发生以后，由于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交叉磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，发生高电压，这种电流可能向周围物体放电，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。

2 铁路综合站房的特点

铁路综合站房作为广大旅客候车和集散的空间，有大量人员滞留。为了给旅客创造舒适和安全的候车环境，站房设置电气系统和建筑智能化系统。

站房电气系统有：10KV变配电所和10KV电力远动间，站房变电所10KV采用不接地系统；为高速铁路信号、通信设备供电的10KV电力远动间，贯通线为10KV电缆，采用小电阻接地系统。

站房建筑智能化系统有：消防报警系统、机电设备监控系统、电扶梯控制系统、广播系统、疏散系统、公共信息发布等弱电系统。

同时综合铁路站房又作为列车管理调度的场所，设置大量的通信、信号、信息化、售检票等列车运营管理系统。通信、信号等电子系统与铁路行车安全直接相关，根据《建筑物电子信息系统防雷接地技术规范》（GB50343-2004）规定，属A级雷电防护等级。通信、信号的大量线缆出入综合站房，增加了雷击电磁脉冲的防护难度。

为了防止直击雷电危害，保证旅客的人生及财产安全；防止雷击电磁脉冲引发的电气和电子信息系统的破坏，铁路综合站房需要构建有效的雷电防护系统。

铁路综合站房的雷电防护包含外部防雷系统和内部防雷系统。外部防雷系统是防止直击雷造成的危害。内部防雷系统是在外部防雷系统的基础上，为建筑物内的电气和电子设备提供雷击电磁脉冲防护。

3 站房直击雷的防护

3.1接闪器的设置

根据防雷规范，特大型、大型火车站属于二类防雷建筑物。铁路综合站房和雨棚多采用金属屋面，对于采用钢筋混凝土屋顶的站房，应在女儿墙和钢筋混凝土的屋面明敷设扁钢，作为接闪器，不宜利用混凝土屋面内的钢筋作为接闪器。因为雷击时，可能导致女儿墙上钢筋上的混凝土脱落，掉下来砸伤人员。南充北站站房及雨棚工程中，站房预计年累计次数为0.1844，站房建筑为中型旅客站房（属于人员密集场所）并考虑雷击次数 ，按第二类防雷建筑物做防雷设计，而雨棚按第三类防雷建筑物做防雷设计。

南充北站站房接闪器设置是在屋面两侧区域沿女儿墙明敷?12镀锌圆钢避雷带作为接闪器，在接闪带施工时，将接闪带设在外墙表面垂直面上，且屋面避雷网格不大于（10m×10m或8m×12m）；在屋面中间区域利用屋面镁铝锰合金板作为接闪器，相互之间可靠焊接。利用剪力墙内两根?16主筋作为引下线，利用桩基础内主筋，承台梁内主筋及扁钢接地网作为接地极，作为接地极的桩基内主筋利用扁钢接地网联成一体，作为防雷装置的钢筋之间的连接均应焊接。引下线接上端与避雷带焊接，下端与基础接地网焊接。雨棚则是在屋面明敷?12镀锌圆钢避雷带作为接闪器，接闪带设在雨棚屋面边沿内侧，屋面避雷网作为接闪器，利用结构柱内两根?16主筋作为引下线。

3.2引下线的要求

铁路综合站房引下线应解决引下线的间距问题。2010版《建筑物防雷设计规范》要求，第一类、第二类、第三类防雷建筑的引下线的间距不得大于12m、18m、25m。第一类防雷建筑为炸药库等危险建筑，铁路上很少用到；特大型、大型站房为第二类防雷建筑，通过计算小型站房一般为第三类防雷建筑，其中，第二类、第三类建筑物防雷引下线的间距，规范要求是黑体字，即强制性条款，

必须满足。上述强条是参照IEC62305防雷标准，第一类、第二类、第三类防雷建筑物引下线的间距为10m、15m、25m制定的。

建筑物防雷引下线的传统做法是利用建筑物的柱内钢筋作为引下线。对于中小型站房而言，其柱间距不大，且第三类防雷建筑物的引下线间距25m，易满足规范要求。

特大型、大型站房空间大，柱间距大，利用常规柱内钢筋做引下线已不能满足规范要求。通过实例及分析可知，站房四周必须有墙体对内部空间进行围合，大柱距围合墙体主要为两种，玻璃幕墙和干挂石材的实体墙。玻璃幕墙和干挂石材有二次钢结构支持，防雷引下线充分利用二次结构的金属构件作为引下线。

防雷规范要求引下线，圆钢最小直径8mm，钢绞线最小截面50mm2（每股线直径1.7mm）。由于玻璃幕墙是透明的玻璃体，无法增设圆钢作为一下线，幕墙钢索直径从8mm至40mm均有，直径10mm及以上就能满足建筑物引下线需要。对于干挂石材墙面，既可以利用支撑石材的钢桁架作为引下线，又可以在石材和墙体间隔内敷设接地引下线。

上述做法需要注意接口问题，墙体装修图（含二次结构图）经常滞后于防雷接地施工图。为此，防雷接地施工图中，需预先在屋面或屋顶横梁处按照接地引下线的间距要求预留引下线连接板，一层地面对应预留接地连接板。同时，向装修专业提出防雷接地的要求和示意图。在南充北站站房设计中，均利用柱内两个对角主筋作为引下线，利用桩基础内主筋，承台梁内主筋及扁钢接地网作为接地极，作为接地极的桩基内主筋利用扁钢接地网联接成一体。在建筑物四角引下线距地面0.8m处设测试连接板供测试用，其余引下线在室外地坪下0.8m处，应设有?12，长3米的外甩钢筋。

3.3接地

低压配电系统的接地形式采用（TN-S）系统，所有配电回路设专用保护线（PE线），凡正常不带电而绝缘损坏时可能带电的电气设备的金属外壳，金属支架等物体均应与PE线可靠联接。南充北站站房及雨棚工程采用联合接地系统，变压器中性点接地，防雷接地，电子信息系统接地等均与总等电位端子板连接。在站房一层及地下一层设总等电位箱，总等电位端子箱通过不少于两处与接地装

置可靠连接。接地电阻不应大于1欧，当实测不满足要求时，利用外甩钢筋，加人工接地极。总等电位联接应将保护干线、接地干线、各种公用设施的金属管道，建筑物金属结构，钢筋混凝土基础钢筋等可靠连接。设有洗浴设备的卫生间作局部等电位联接，等电位端子箱下端局地0.3米，将卫生间内金属管道及联接件、PE线、地板内钢筋与端子板连接。电气竖井及水暖井内，从底部至顶端，明敷一根接地镀锌扁钢（40×4）供接地用，其下端与接地装置连接，上端每层与楼板钢筋可靠连接。电子信息机房设局部等电位（网络）端子板，机房内电气与电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安全保护接地、浪涌保护器接地端等一最短的距离与局部等电位端子板连接。

4 等电位联结

在站房内必须进行等电位联结，一方面是人身安全防护需要，减少跨步电位差（接触电压差）；另一方面，也是强弱电设备雷击电磁脉冲防护的需要，减少电气与电子系统中产生暂态电位差；由于10KV小电阻接地系统引入站房，为了避免10KV单相接地故障电流大，影响人身安全，依应强调设置等电位联结。即在整个站房特别是110KV电力远动间内设置铜接地线等电位联结。

4.1 等电位的理念

等电位联结是将建筑物中各电气设备和其他装置外漏的金属及可导电部分与人工或自然接地体用导体连接起来，以达到减少等电位差。等电位联结有总等电位联结、局部等电位联结和辅助等电位联结之分。

总等电位联结是将建筑物内的金属构件、金属管道、混凝土内钢筋网等导电部分汇接到进线配电箱（变电所）近旁的接地母排（总接地端子板）上而与相联结；局部等电位联结是在建筑物内的局部范围内按总等电位联结的要求在做一次等电位联结；辅助等电位联结则是在伸臂范围内有可能出现危险电位差的 同时接触的电气设备之间或电气设备与装置外可导电部分（如金属管道、金属结构件）之间直接用导体作联结。

4.2 等电位联结的作用

4.2.1 降低预期接触电压

由于在总等电位联结范围内，电气装置外露可导电部分和装置外可导电部分都和接地母排连通，其点位基本处于同一点位上，人体接触这些导电部分时，没有接触不同点位，不存在电击危险。

4.2.2 消除自建筑物外沿PE线或PEN线窜入的危险故障电压

TN系统内因绝缘损坏发生接地故障，即使PE线或PEN线上存在危险故障电压，但由于PEN线或PE线在建筑物内均已等电位联结，在等电位联结范围内人体同时可触及的电气装置内、外露可导电部分基本上处于同一点位，火灾及人身电击自然不会产生。

4.2.3 等电位联结是雷击电磁脉冲防护的主要措施之一

（1）有利于消除雷击电磁脉冲感染

等电位联结减小建筑物内各金属部件和各系统之间的电位差。穿过各防雷区界面的金属物和系统，以及在一个防雷区内部的金属物及系统均应在界面处做符合要求的等电位联结。

电子设备的电磁兼容

电子设备可能因为在设备中或互连的设备间感应产生的电流或电压而出错。干扰的原因包括雷电或负荷的通断、静电放电、工频接地电位差、磁场和射频场等导致的在电源和接地导体带来的瞬变电涌。

5 接地电阻

为了保证人身和电气设备安全，我国和世界各国一样，都要求在建筑物内的所有电气设备和电子信息系统必须共用一个接地装置，以避免发生电气故障或雷击时各设备间或各系统间出现危险的电位差引发事故。因此供配电系统、防雷接地、信息系统共用接地装置。

综合站房的接地电阻有三个概念，工频接地电阻用于变配电系统，冲击接地电阻用于防雷系统，高频低阻抗用于电子信息设备系统。

6 铁路站场雷电防护的分析

铁路站场设备遭受过电压和过电流攻击的途径可分为直击雷、感应雷、操作

过电压三种。结合站场设备的分布特点及雷电攻击的途径类型，铁路站场雷电防护存在以下特点。

a、铁路站场占地面积较大，站场主要设备(如数字微波通信、车站数字通信分系统、站场广播机、无线列调通信、平面调车通信、信号微机联锁等设备)集中在信号楼、通信楼。信号楼、通信楼的避雷针应能满足对整个信号楼、通信楼区域的保护，有效防止直击雷的袭击。

b、铁路道轨是接受直击雷和传导雷感应雷的良好导体。与道轨连接的相关铁路信号设备，如信号机、轨道电路箱、道岔电动转辙机等，将受到雷击的严重威胁。

c、信号楼微机联锁及通信机房、通讯楼通讯机房等重要区域的户外线路可能遭受到直击雷后，线路中的大电流串入各机房内部，从而引起对内部设备的损坏。当雷雨云之间、雷雨云对大地之间放电时，雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间或室内的电源线、信号线、数据线上产生远远超过设备抗电强度的感应雷击过电压，使设备损坏。

d、雷电防护的原则是“等电位”。由于机房存在多类接地系统，其冲击接地电阻不均衡，在雷击发生时，雷电流引起地电位差，造成“地电位反击”，使人员和设备遭受损害。

e、操作过电压引起的危害，如储藏设备的开关、输电线路的短路、周围大容量设备运行时产生的工业干扰或操作过电压在电源线上会产生5000~6000V、3KA的浪涌过电压及浪涌电流，它们的窜入也会将信号楼、通信楼内的设备产生很大的破坏后果。

从以上分析中可以得出：为了提高铁路站场建筑物安全及机房设备及计算机、通信网络的运行可靠度，整个站场的雷电防护系统一定要有良好的避雷针、引下线和统一的接地网，采取完善的直击雷防护措施。同时必须在车站的供电系统、天馈系统、信号采集传输系统、程控交换系统、计算机网络系统、机房接地系统等进行可靠有效的多级综合防护。在拦截、分流、均衡、接地、布线、布局等方面作完整的，多层次的综合防护。

铁路站场雷电防护总的原则是经等电位连接，使过电压(或电流)以最直接的路径尽快泄漏到大地，达到保护设备的目的。电磁兼容防护总的原则是利用室内的金

属物有机地构成一个“法拉第笼”，进行接地连接。站场综合防雷设计本着安全可靠、技术先进、经济合理的原则，达到防御或减轻雷电灾害、提高防雷安全度的目的。

7 结语

铁路综合站房的雷电防护应采用外部防雷和内部防雷相结合的手段。采用接闪器、引下线、接地装置构成外部防雷系统。通过设置浪涌保护器、屏蔽系统、等电位联结构成内部防雷系统。只有采用综合防雷的手段，才能最大限度防止雷电危害。

等电位联结是所有防雷措施中最为关键的一条，是设计师及施工单位必须高度重视的。通过对南充北站防雷接地的分析，铁路综合站房应该采用综合接地，采用等电位联结，减小各接地系统的电位差。对于土壤电阻率较高的地区，从建筑防雷的角度上来说，不必强调1欧的接地要求。但由于电力远动间10KV采用小电阻接地系统，为了防止10KV单项接地电流对人身安全的危害，应该强调综合接地电阻1欧要求。

参考文献

[1] 王厚余.低压电气装置的安装和检验[M].北京；中国电力出版社，2003. [2] GB50057-2010，建筑物防雷设计规范[S]. [3] GB50174-2008，电子信息系统机房设计规范[S]. [4] GB50343-2004，建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2ljg.html