荆州长江大桥的防雷设计-安全工程毕业论文

毕业设计 题 目 荆州长江大桥的防雷设计 学生姓名 章宇 学 号 20131384087 学 院 大气物理学院专 业 安全工程指导教师 张其林二一七 年 五 月 二十 日目 录引言41. 大桥现场勘查概况52. 外部防雷62.1 防雷等级的计算62.2 桥梁的外部防雷72.2.1 接闪器72.2.2 引下线92.2.3 接地装置112.3管理区和收费站的外部防雷122.3.1 接闪器122.3.2 引下线142.3.3 接地装置143. 内部防雷153.1 等电位连接163.1.1 桥面163.1.2 管理区和收费站163.2 供电系统部分173.2.1 管理区173.2.2 收费站183.2.3 其他电源防雷193.3 信号系统193.3.1 管理区193.3.2 收费站203.4 屏蔽213.4.1 管理区213.4.2 电缆线214. 结论22参考文献22致谢24荆州长江大桥的防雷设计章宇南京信息工程大学大气物理学院，江苏 南京 210044摘要: 由于荆州长江大桥桥面上不仅仅有桥体自身结构，该包括了收费站和管理区等建筑物，所以在设计时应该作两方面的设计。对桥体的防雷，利用桥体内部的主钢筋作引下线与桥面等电位相连，通过桥墩内引下线接地。同时也是因为桥梁上建筑物的特殊性，主塔上的避雷针安装高度太高无法保护管理区和收费站，所以这两建筑物单独设立避雷针、避雷带，具体做法如下：1.利用支柱内的主钢筋作引下线和建筑物地面地圈梁构成的等电位连接带相连。2.建筑物内等电位连接带和桥面等电位连接带作多点焊接。实现一个完整的雷电防护系统。关键词：雷电防护；大桥；避雷针；等电位连接The Lightning Protection Design of Jingzhou Yangtze River BridgezhangyuCollege of Atmospheric Physics，NUIST，Nanjing 210044，ChinaAbstract： The Jingzhou Yangtze River Bridge includes not only the structure of the bridge itself, but also the toll stations and management areas and other buildings, so the design of lightning protection should be considered from two aspects. The lightning protection of bridge: We can take the main steel bar of the bridge as the down conductor , and which can be connected with the equipotential of the bridge deck . And meantime, buildings on the bridge has their particularity, so the toll stations and management areas should set up an independent lightning rods and lightning belt because lightning rods of the main tower is installed on a too high height, which can not protects all of the two buildings. The concrete methods should be these as follows. First, we can take the main steel bar in the pillars as the down conductor ，and which can be connected with the bonding bar of the buildings which consist of ground ring beam. Second, equipotential bonding zone of the buildings can be connected with the equipotential bonding belt of bridge deck in a multi-point welding manner. And these actions can finally achieve a complete lightning protection system. Key Words : Lightning protection; bridge; lightning rod; equipotential bonding引言（1）. 雷电的危害雷电带来的危害十分巨大。我们在自然界中看到的闪电十分壮观，但是壮观的外表下隐藏着极大的能够摧毁万物的能量。据研究表明，雷电在放电的同时，其通道的电压放电现象十分强烈，甚至于产生的电流可达数万安培。直击雷在击中物体后会在瞬间释放大量电流，这些强大的雷电电流不仅仅只对设备造成的瞬间热效应和瞬间物理作用；还有电流流经物体时在物体周围产生的电磁场中感生出的感应电流对设备的危害。雷电的危害具体有以下几种表现形式： 雷电击中建筑物后会在击中点产生极大的的电压并且释放强大的雷电电流，巨大的电压能够击穿电气敏感设备的防护措施（浪涌保护器等），从而直接击毁设备。 雷电在击中建筑物后会在击中点瞬间产生大量热能，这些热能可以在短暂时间内将金属熔化，引起设备的失火和爆炸。 雷电电流机械力作用是指被雷击物体会发生扭曲、崩溃和断裂等现象。 电磁感应指的是，雷电电流会在雷击点附近感生出电磁场，感生出的电流可能会使电器产生瞬间的高温，从而致使电器失火。 （2）. 国内外对雷电防护的研究国内对于雷电防护技术发展的研究现状： 1980年前后，国内有科学家经过对杭州的一座古塔（六和塔）调查后，发现一个很奇特的现象，按照杭州市的建筑物年预计雷击次数公式推算，在它存在的这千年间，塔身至少应遭受上百次的雷击，但是六和塔塔身却没有什么被雷击击中过的痕迹。经过研究发现，六和塔基座是一种阻抗特别高的材料，在雷电电流击中塔身之后，会在塔身内自行消散。科学家仿照古塔的特性研制出了一种阻抗达到了35K的接闪装置，“消雷器”。其核心就是中和雷电电流。随着科技的发展，现代中国的避雷技术已经远远不是那个时候的“消雷器”可以比拟的了。随后在1983年我国颁布了第一部防雷设计规范1，并于九年后颁布了第二部防雷设计规范。规范结合实际情况，做出了很多我国实际国情的规则规范。国外对于雷电防护技术发展的研究现状：1992年，国际电工委员会开始研究雷电电磁感应的防护方法。三年后，该委员会颁布了雷电电磁感应的防护方法。在方法中对雷电电磁感应做出了详细的定义，对被保护设备做出了详细的规定。20世纪90年代后期，雷电防护的工程设计主要转向了降低雷电电流峰值，电流上升率和雷电电磁辐射。从1980年初日本科学家就可是利用金属氧化物避雷器对输电线路进行防雷；1998年，美国和意大利科学家共同研发出了能够减小雷电电流上升率的优化避雷针。2可以说，在步入新世纪以前，以美国为首的外国国家对防雷技术的研究水平是比我国更高的，现在看来，我国的防雷技术也已经有了长足的发展。在不久远的未来，防雷技术一定会更加的完善和高级。（3）本课题研究的目的和意义随着国家基础设施的高速发展和日渐成熟完善，越来越多的桥梁建筑融入到我们的生活中来了，像近些年来国家新建的杭州湾跨海大桥，东海大桥，更早的武汉长江大桥，钱塘江大桥等等，这些都是关乎民生社稷的大事，万一桥梁在正常运作时遭遇雷雨天气后被并且遭遇雷击产生损坏，那将有可能造成不可估量的损失。雷电对桥梁的破坏作用主要有破坏主塔塔身塔顶、破坏桥面上的各种设备（摄像机、信号灯等设备）、对桥面上的管理区和收费站等造成击穿，伤害到建筑物内部的办公人员或者电气敏感设备、破坏路灯等照明设备。最重要的是，雷雨天气发生时，桥面上的行人和车辆如果得不到很好的防雷保护，那将会造成不可估量的损失。所以，做好桥梁的防雷十分的重要。1. 大桥现场勘查概况荆州长江大桥地处两湖中间的荆州地区，自古代起该地就是交通咽喉要塞。由于当地气候潮湿，多发雷雨天气，所以必须要做好防雷的施工设计。查阅资料得知，荆州市年平均雷暴日为20d，这给防雷设计带来了难点。大桥总长度为4397.5m，其中桥面长度4177.6m。荆州长江大桥属于斜拉索大桥，由北汊通航孔桥、三八洲桥、南汊通航孔桥等9个部分组成。其中北汊通航孔桥和南汊通航孔桥上分别设有两座H型主塔。荆州长江大桥上的斜拉索采用的是平行钢丝斜拉索，内部由数百根镀锌钢丝组成。主塔和斜拉索也是我们做防雷设计的主要着手点。桥面由钢箱梁拼接而成，这也方便了我们对桥面进行等电位连接带的设计。大桥的南北出入口设有收费站，在北汊通航孔桥上设有管理区等建筑，管理区高约20m。管理区共五层，第三层为监控中心。大桥采用传统的10kV 的传输方式的供电系统。在管理区一楼供电房内设置一个总配电柜，在各楼层安装一分配电柜，在设备间安装一台额定电压380v，频率为50Hz分配电柜。在收费站旁设置专用的额定电压380v，频率为50Hz的分配电柜，这样的话，既保证了传输线路上电压的稳定性，又保证了有雷电击中一级配电柜时，不会造成所有设备都遭受雷电电流的损害。传输线路从大桥南岸的供电所通过埋桥面敷设至大桥北岸的供电所。进出收费站的出入口设置有220V供电的出入口指示灯，在收费站出入口设有带POE供电的同轴摄像机，在车道旁设有带POE供电的室外用型防爆球机。管理区内部设有带POE供电的200万像素的普通红外球机。大桥上的照明系统包括：路灯，桥面地灯。路灯架设在高度为15米的金属灯杆上。北汊通航孔桥、三八洲桥和南汊通航孔桥的主塔上都装有供电220V的交通障碍灯。3本文主要从以下几个方面进行防雷设计：（1）对桥梁主塔的防雷设计；（2）对桥梁斜拉索的防雷设计（3）承台、桩基础整体设计为接地装置，通流导流；（4）对桥面上管理区进行防雷设计；（5）对桥面上收费站进行防雷设计；（6）对管理区以及收费站这些建筑物内部的电气设备、信息系统设备进行内部防雷设计。（7）对桥面上建筑物、信号灯、监控设备进行防雷设计。本文联系荆州长江大桥具体案例，从大桥内部结构着手，进行防雷的设计。不进行额外的装置增添或减少原有的装置。2. 外部防雷2.1 防雷等级的计算根据荆州市市气象局有关地区气象条件的资料显示，大桥所处的区域年平均雷暴日大约是20d，由以下的公式，我们能够计算得出年预计雷击次数：N=K Ng AeNg=0.024Td1.3；当桥面高度小于100米时，Ae=LW+2(L+W) H（200-H）+14H(200-H)10-6；当桥面高度高于100米时， Ae=LW+2(L+W)+H2 10-6；其中N是大桥年预计雷击次数（次/a）；Ng是大桥所处地区雷击年平均密度次km a；K是校正系数，荆州长江大桥区域校正系数K取2.0；Ae是和建筑物截收面积相同的雷击次数的等效面积(km2)；Td是年平均雷暴日数，查表得知，荆州的平均雷暴日Td为34.2； L、W、H是建筑物的长、宽、高；可见，荆州长江大桥桥面全长4177.6米，宽为24.5米，高度应该取最高点北汊通航孔桥的主塔高度加上桥墩露出水面的高度，为150.25+54.64=204.89米；Ae=4177.624.5+2（4177.6+24.5）+204.89204.89 10-6=0.243（km2）；Ng=0.02434.21.3=2.37次km a；N=2.02.370.243=1.150（次/a）； 由国标50057/2010，年预计累计次数大于0.06次的人员密集的公共建筑物为二类建筑物。因此可以确定的是，荆州长江大桥为第二类防雷建筑物。42.2 桥梁的外部防雷2.2.1 接闪器荆州长江大桥属于斜拉桥，因此需要做雷电防护的主要是斜拉桥的两座主塔，该主塔由图2可以得知属于H型索塔。为了主塔部分免遭直击雷损害，我们需要在主塔顶端安装避雷针，避雷针的安装方式可以参考下图所示，即避雷针和避雷带相结合的方式（图3）。图1 主塔接闪器示意图荆州长江大桥处于长江中上游，气候潮湿，并且江面上风力较大。所以在做防雷设计时需要扩大接闪器的尺寸。避雷针尺寸选择如下，选用长度15m的镀锌空心钢管，钢管底部半径300mm，顶部圆球半径180mm。在固定至塔顶时选用厚度25mm，半径1.5m的A3型钢板。两塔顶周围的避雷带明敷，网格尺寸在5m5m或者6m4m之内。采用不锈钢材质的避雷带能更有效更持久的保护主塔塔体，与避雷带相连的主塔顶端四角最好安装避雷短针以期达到最好的避雷效果。避雷短针和避雷带直接焊接，并且与主塔内部用作接地的主钢筋做不少于两处的电气连接。由于荆州长江大桥的桥面跨度较大，主跨度达到了2557米，安装在主塔顶部的避雷针和避雷带保护范围无法完全的保护到桥面上的行人和车辆，并且就算能保护到的地点也无法保障能够完全消除那些小于该半径对应的雷电流的雷电电流。该大桥为二类防雷建筑物，当雷电电流小于对应的雷电电流10.1KA时，被保护的行人和车辆可能就会被击中。因此大桥桥面上的金属栏杆，路灯灯杆等可以作为接闪器和桥面混凝土层内的钢箱顶板内钢筋引出预留接地端子相连。同时主塔内主钢筋和桥面避雷带作可靠电气连接，这样可以实现对桥面的全面保护。保护范围的计算公式为 Rx=h(2hr-h)-hx(2hr-hx）式中 Rx是接闪器在hx高度的保护半径；hr是滚球半径；荆州长江大桥滚球半径为45米，hx是被保护物体的高度；取桥栏杆的高度1.2米；hr为45米。h为接闪器的安装高度，即路灯的高度15米。计算Rx=15（245-15）- 1.2（245-1.2）；Rx=33.54-10.32=23.22米荆州长江大桥的桥面宽度为24.5米，只要最远点能够覆盖在灯杆保护半径之内就可。图6是大桥桥面上路灯位置的示意图。设置路灯与路灯之间的距离为X米，根据勾股定理。23.222-（24.52）2=（X2）2经计算 X=39.452， 所以，路灯和路灯之间设置的距离最短应该为39.452米，这样才能保证桥面上的车辆和行人得到全面的防雷保护。图2 路灯位置示意图2.2.2 引下线大桥主体：大桥的引下线不需要另外得独立设置，可以利用南北主塔内部的四根竖向主钢筋作为引下线。荆州长江大桥主塔内部主钢筋采用直径为30mm的钢筋，因此可以作为引下线。主钢筋上部和避雷针相焊接，下部和桥面等电位连接带相焊接。在桥墩部分，可以使用桥墩内的直径为30mm的竖向主钢筋作为引下线。桥墩内部的纵向主钢筋上端与桥面的等电位连接带相连接，下端和承台以及桩基础内部的钢筋网格作可靠焊接。由于第二类防雷建筑物引下线间隔要小于18m，所以可以充分利用桥墩内部的剩余钢筋作引下线。同样的上端与桥面等电位连接带焊接，下端和桩基础的钢筋网格相连。图3 桥墩引下线示意图斜拉索：在做好主塔的防雷保护的同时，我们需要考虑到斜拉索的防雷保护，斜拉索是大桥钢梁的重要支撑部分，是承重部件，因此必须做好防雷的措施。荆州长江大桥上的斜拉索采用的是平行钢丝成品斜拉索。5拉索内部是由若干左右的直径7mm的镀锌钢丝构成，外层由PE材料的保护层包裹。当雷电流击中斜拉索时，表面PE层会被瞬间击穿，同时雷电流会流经斜拉索内部，此时需要将雷电电流泄放入大地。具体做法如下：将拉索上端的金属物体和大桥主塔顶部的避雷带或者内部的主钢筋作通过直径16mm的镀锌钢筋与塔顶的避雷带或者主塔内部主钢筋直接焊接，下端的金属物体和桥面等电位连接带直接焊接。当有雷电电流击中斜拉索时，电流便可以通过拉索内部钢丝流进桥面等电位连接带，再通过桥墩内钢筋导入大地。同时斜拉索和主塔、桥面接地网便形成了等电位连接带，这样就可以有效保护到桥面上的行人、车辆以及电气设备等重要物品。图4 斜拉索索体构造示意图2.2.3 接地装置对荆州长江大桥这种大型桥类建筑而言，可以将它墩身内部的基础钢筋网格用作接地装置，并且与承台混凝土底板内主钢筋、水平连接带直接焊接连接，并且和承台下方的钢炉筒和桩基础内部的钢筋做可靠的电气连接。桥墩内的引下线上端与等电位连接带相连，使之形成上下电气互通的导流装置。大桥桩基础内，单桩中被用来作为接地装置的钢筋共有8根，主桥下共有64根直径2m或2.5m的桩基础。如图8所示，为了使承台内具有的钢制护筒和钢筋共同用作接地极，应该将这些钢筋和钢护筒用直径22mm的圆钢环绕焊接到一起。6桥墩内部主钢筋与接地体作直接焊接后，整个大桥的防雷系统便形成了。如果有直击雷击中主塔顶部避雷针，那么雷电电流就可以通过主塔内部主钢筋向桥面等电位连接带释放，随后通过桥墩内部的主钢筋向大地泄放电流；同样的，如果直击雷击中了作为桥面接闪器的路灯灯杆或者广告牌，雷电电流就可以传导至桥面等电位连接带，然后向大地泄放雷电电流。这里要注意的是，接地冲击电阻要小于10，如果满足不了就需要加装人工接地体。图5 大桥接地装置示意图图6 桩基础接地示意图2.3管理区和收费站的外部防雷2.3.1 接闪器屋面的接闪器应该混合架设避雷带和避雷针。避雷带应该沿着屋角屋檐等容易遭受直击雷击中的地方铺设，避雷带应该采用面积不大于10m10m或者12m8m的钢筋网格。屋面的避雷针和避雷带作可靠焊接。沿着屋顶四周架设高度为200mm，直径为15mm的围栏。围栏每隔0.5m和屋面避雷带直接焊接一次。这样的话，雷电流击中屋顶后，雷电流可以通过避雷针或者围栏进入屋顶避雷带并且通过支柱内钢筋导入大地。由于屋面设有一热水器和水塔，所以在做防雷设计的时候应该将这二者考虑在内。屋面属空旷地带，没有可以用作接闪器的金属杆或者横梁，所以屋面的接闪器应该单独设置。接闪器可以选用直径为16毫米的圆钢或者直径为25毫米的钢管。下面我们计算屋面避雷针的保护半径。设避雷针的长度为Xm，水塔高度为2.2m，避雷针距离热水器最远距离3.5m。管理区属于第二类防雷建筑物，所以滚球半径取45m。计算如下：Rx=h(2hr-h)-hx(2hr-hx）式中 Rx是避雷针在hx高度的保护半径；hr是滚球半径；滚球半径为45米，hx是被保护物体的高度；取水塔的高度2.2米；hr为45米。h为避雷针的安装高度，即X米。计算3.5=X（245-X）- 2.2（245-2.2）；90-XX=3.5+13.9090X-X2=302.76X=3.50012米所以避雷针的杆长最少应为3.6米，才能实现对屋面热水器和水塔的全面保护。图7 建筑物屋顶避雷针和避雷带同时，因为水塔底部已经和金属支架作了良好的连接，所以只需将金属支架与屋面等电位连接带作可靠电气连接。同时热水器的金属支架也应该做同样的措施。2.3.2 引下线管理区的引下线同样不需要单独设置，可以利用建筑物的框架柱内主钢筋作为引下线。管理区内部钢筋采用的是直径20 mm的钢筋，因此可以做为引下线。具体做法如下，将对角两支柱内的主钢筋作直接焊接，主钢筋的上端和楼顶避雷针以及楼顶避雷带直接焊接，下端和桥面等电位连接带相焊接。由于管理区的楼层很高，利用建筑物内部钢筋作引下线会使得引下线过长，所以雷电电流的感应压降很大，这是就需要每隔6米的高度就设置一均压环。均压环可以使用直径不小于12mm的圆钢或者横截面积不小于5mm40mm的扁钢环绕建筑物做成一圈。均压环需要和支柱内用作引下线的主钢筋直接焊接。7图8 建筑物内部支柱主钢筋作引下线示意图2.3.3 接地装置管理区内的电气敏感设备、电子信息系统以及各类型的浪涌保护器等的接地与同一接地体作可靠连接，同时埋地敷设入户的金属管道和接地体作可靠的电气连接。把建筑物支柱内主钢筋既用作引下线，又用作接地极的一部分。这种接地极被称作是自然接地体，同时将支柱内钢筋和地圈梁内钢筋网格和基础内钢筋直接焊接，地圈梁内的钢筋网格要两两焊接，使得地圈梁内的钢筋网格形成一个回路。这样的话，钢筋、地圈梁和基础内钢筋共同形成一个接地体。由于大桥的特殊性，桥面的等电位连接带已经设计完成，所以将地圈梁内钢筋网格组成的闭合回路与桥面等电位连接带作多点焊接，同时将出入户的金属管道进行等电位连接，由于出入户的金属管道大多埋地敷设，所以金属管道每隔3m与桥面等电位连接带进行一次焊接。各个楼层对电气敏感的设备金属外壳和水平避雷带相焊接，这样就形成了一个完整的接地系统。图9 建筑物接地示意图3. 内部防雷荆州长江大桥的主体防雷工程不仅仅有对桥面上管理区以及各建筑物的防雷，也包括了电源供电系统、监控系统和通信系统的防雷。当雷电发生在管理区1KM范围附近时，雷暴产生的强电磁场就会在建筑物附近产生强大的电磁场，而电磁场中感生出的感应电流会造成建筑物内电子设备局部过热，对设备造成破坏。所以，做好内部防雷工程十分重要。3.1 等电位连接3.1.1 桥面由于桥梁本身的特殊性，把各桥墩内钢筋网格连通，组成一个等电位连接带是不现实的。前文也提到过，可以利用桥面来做等电位连接带。同时，桥面上管理区和收费站的等电位连接也可以和桥面等电位连接带作多点电气连接，以保护桥面上各建筑物。8桥面铺装的混凝土层内的钢箱梁、板钢筋或者钢桥面板和桥墩内部的用作引下线的钢筋直接焊接，桥面上的路灯灯杆，防护栏等金属设施可以作为接闪器网与钢箱梁等作直接焊接。由于桥面太长，所以每隔约12m需要对混凝土层内的钢筋网等在桥面横向的两端位置各用直径不小于16mm的圆钢作等电位连接。对桥两旁的防护栏和金属栏杆作等电位跨接处理。桥面上的其他金属物体，比如金属隔离带，大型的广告牌等等，其上端与下端也应该与桥面等电位连接带相连接。3.1.2 管理区和收费站从室外引入的导电线路均应在 LPZ0A 、LPZ0B 与 LPZ1 区的交界处设置等电位连接带。管理区监控室和计算机机房应该在LPZ1区和LPZ2区的交界面设置独立的等电位连接带，并且该等电位连接带通过等电位连接线和LPZ0A、LPZ0B与LPZ1区交界处设置的等电位连接带作可靠连接。入户线路，包括电源线和电缆在进出收费站和管理区等计算机机房的时应该穿金属管道埋地敷设，并且在金属管道两端都应该搭接在等电位连接带上。如果金属管道敷设距离过长，应该每隔大约25米就和桥面等电位连接带作多点电气连接。收费站的各种设备的金属外壳应该和上文提到的收费站基座内的地圈梁构成的等电位连接带直接焊接连接。位于室外的收费站专用配电柜四角都应与桥面等电位连接带作可靠的电气连接。图10 管理区等电位示意图3.2 供电系统部分3.2.1 管理区荆州长江大桥桥梁长度4KM，沿线有众多的监控设备、照明设备、通信设备以及管理区和收费站，所以供电负荷较大。为了防止雷电电流流经浪涌保护器时因电流过大直接击毁SPD从而导致设备被击穿、摧毁，并且为了防止输电线路、电缆遭受二次感应电流作用，管理区的供电系统应该采用多级保护。第一级防护，输电线路入户接入总配电柜后，在输出端安装电源浪涌保护器，这里我们选用型号为AM80/3P的浪涌保护器，最大通流量为80KA（8/20S）以防止雷电对变电所设备的危害； 第二级防护，分配电柜内电路接出并接入楼层分配电柜时，在输出端安装电源浪涌保护器，这里我们选用型号为AM60/3P的浪涌保护器，最大通流量为60KA（8/20S）以抑制过电流和残压；第三级防护，在设备间分配电柜接出电路给各个房间时，在输出端和UPS之间安装型号为AM40/3P的限压型电源浪涌保护器，最大通流量为40KA（8/20S）以保护下级线路， 第四级防护不是加装浪涌保护器，而是在收费站和管理区内重要电器设备接入电路时选择防雷插牌，实现对设备的精密保护。需要注意的是，浪涌保护器的连接线不应过长和细或者线路弯曲，总长度不应大于0.5m。在选用浪涌保护器时选用型号为HSU8-40的带有劣化指示装置的浪涌保护器，在上级和下级浪涌保护器之间线路距离小于5m时，浪涌保护器之间应该加装退耦装置。为了防止浪涌保护器的老化而导致短路现象的发生，浪涌保护器的安装线路上应该装有过电流保护装置，比如熔断器等。9图11 管理区供电系统示意图3.2.2 收费站收费站的供电配电系统和管理区同样采用多级雷电防护。第一级防护，在收费站专用配电柜，安装型号为DKL-60/3PN，通流量60kA（8/20s）的三相电源 SPD；第二级防护，在各收费亭的配电盒内，安装型号为DKL-40/3PN，通流量40kA（8/20s）的三相电源SPD； 图12 收费站供电系统示意图3.2.3 其他电源防雷对沿线照明设施，应在其配电盘处安装型号为AM20/3P，通流量20kA（8/20s）的电源 SPD；主塔上的航空障碍灯。为了保证其不会受到感应雷过电流的损害，需要在各主塔的航空障碍灯控制箱里安装型号为DKL-50/3PN，通流量为50KA（8/20s）的三相电源浪涌保护器。并且，在各个航空障碍灯的接线处需要加装型号为AM40/3P，通流量40KA（8/20s）的单相浪涌保护器。3.3 信号系统大桥上的信号系统包括视频信号、音频信号（包括对讲和电话）、网路信号和交通信号等，这里应该充分考虑到应用和各信号系统匹配的浪涌保护器。103.3.1 管理区管理区是各个信号系统的集成地点，摄像机的终端设备(硬盘录像机)、收费站内对讲系统的终端设备和室外各LED显示屏的信号控制器等等设备都安装在管理区之内。可以说，管理区是整个大桥的日常维护管理的心脏部位，所以做好管理区的信号系统防雷至关重要！前端设备有安装在室内的摄像机，也有安装在室外的摄像机。安装在室内的前端设备需要考虑到雷电感应对设备造成破坏，而室外的前端设备需要考虑直击雷的防护和感应雷的防护。大桥上室外前端设备的防雷有特殊的地方，大多是安装在路灯灯杆上。在做防直击雷的设计时，前端设备要在避雷针滚球半径之内。而前面已经提到，路灯灯杆可以作为接闪器使用，可利用路灯灯杆本身作为引下线，需要注意的是接地电阻应该小于10欧姆。在做防雷电感应的设计时，为了防止电磁感应对前端摄像机的侵害，应该将电源线和信号线都穿金属管沿着路灯灯杆内壁向上铺设。电源线、信号线是前段设备内主要的两根信号线。电源线从就近的配电柜中引出，信号传输线选用屏蔽效果较好的德系，型号为N901906.02的三芯屏蔽线。在前端设备和终端设备之间选择穿钢管埋地敷设。包括前端设备的信号通过埋地敷设的传输线在内的进入监控室的各种金属管线应该接入共用接地极上，这样不仅方便各金属管线的接地，更便于日常的维护和管理。11 监控中心在接入网络信号时不仅仅需要做好各种信号传输线的防雷设计，同时要配合使用信号浪涌保护器。具体做法如下，（1）服务器和交换机之间采用的是同轴线缆埋地敷设引入机房内部的方式，应该在服务器和光缆接入端安装一只型号为AS05JH，最大通流量为5KA（8/20s)的网络信号浪涌保护器保护服务器；（2）在集线器和收费站岗亭中的计算机之间的数据线两端都安装型号为DLP-BNC，最大通流量为5kA (8/20s)的数据线浪涌保护器保护收费亭内计算机和集线器；（3）电话线缆在接进调制解调器之前在线路上安装一台型号为AS05JH，最大通流量为5KA（8/20s)的信号浪涌保护器；（4）前端设备（摄像机等）信号通过视频电缆进入监控中心计算机设备时应该在视频电缆两端各安装一台型号为AS12B-4 ，通流量为10kA (8/20s)的视频信号浪涌保护器以保护前端设备和计算机设备；图13 管理区监控室各设备接线示意图3.3.2 收费站（1）收费站内计算机和服务器等设备的rj45端口处安装型号为AS05JH，最大通流量5KA（8/20s)的网络信号浪涌保护器；（2）在收费站岗亭和语音对讲系统的终端机两端各自安装一只型号为AS150Y-10，通流容量10kA（8/20s）的音频信号浪涌保护器；（3）收费站进出口的监控摄像机和终端机之间的视频传输线两端安装型号为AS12B-4 ，通流量为10kA (8/20s)的视频信号浪涌保护器保护收费站摄像机和终端机；（4）收费站每个车道两旁的摄像机和终端两端各安装型号为AS12Y，通流量为10kA (8/20s)的控制信号浪涌保护器；（5）LED显示屏内部的光端机和信号控制器两端安装型号为DLP-BNC，最大通流量为5kA (8/20s)的数据线浪涌保护器以保护光端机和信号控制器；图14 收费站内各设备和管理区联动接线示意图3.4 屏蔽3.4.1 管理区管理区域内主要包括变电站、监控室和通信站点，收费站等，这些控制室所在的建筑物混凝土的结构中的金属材料需要形成一个屏蔽的空间。对电磁场较为敏感的设备应该放置在该屏蔽空间内，设备在放置的时候要距离墙体约1m。3.4.2 电缆线我们知道，电缆的特性是它的转移阻抗越高，电缆的屏蔽效应越弱，因此我们在选用电缆的时候可以选用转移阻抗比较小的电缆。电缆在入户时应该采用全线穿金属管埋地电缆进入，全线进行多处接地。在埋地敷设的输电线路穿钢管入户时，应该将钢管作多点接地处理。由于荆州长江大桥地理位置特点，长江水底情况十分复杂。如果选择江底铺设电缆，施工难度会非常高，成本很大。因此可以采用桥面铺设的方法，为了减少桥面下方的电缆遭受到直击雷和电磁感应时遭受的损害，桥下的电缆应该穿钢管铺设，并且将钢管和混凝土层内的钢箱梁作可靠的多点焊接。并且在各个钢管的连接点应该作跨接线，在各个钢管之间作横向的连接线，这样钢管与桥面的防雷保护网就形成了等电位连接，电缆遭受雷击时可以将雷电流导入桥面防雷网，随后导入大地，将雷电电流泄放入大地。124. 结论 荆州长江大桥的重要性众所周知，做好荆州长江大桥的防雷保护设计利在千秋，对两湖地区的发展有重要作用。荆州长江大桥的雷电防护设计是十分困难和具有挑战性的，在整个防雷设计的过程中，最主要的就是对主桥的雷电防护设计。在采用了接闪器、接闪带、环形避雷带相结合的防雷方式，对主塔进行全方位的保护。经过滚球法计算得出，只利用主塔是无法对整个桥面进行防雷保护的，所以利用了路灯金属灯杆和防护栏做接闪器，与桥内钢箱梁作可靠的电气连接，并形成避雷网。同时，荆州长江大桥上的管理区、收费站都纳入了防雷保护的范畴。由于在设计的过程中发现，主塔上的避雷针安装高度太高，无法起到对建筑物的保护作用，所以只有对建筑物进行单独的防雷保护设计。 参考文献1. 伏绳武, 葛蕾