浅谈杜鹃山索道雷电防护措施

摘要：井冈山市杜鹃山风景区属于国家AAAA级旅游景点，索道全长5000余米，有上中下三个站房，文章通过对杜鹃山索道建设地点进行全面勘查，根据该单位实际发生雷灾情况和具体要求，主要针对索道缆车以及上中下站房直击雷防护以及电源信号线路闪电电磁感应防护，对测速传感器等微电子设备进行了全面的设计。

关键词：测速传感器；闪电感应；索道雷电防护；雷电危害；雷电防护设计

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）36-0125-02

杜鹃山风景区位距江西省井冈山市茨坪西南面三十五公里，海拔1357米，缆车索道由三个站房和26支架组成，为单线循环固定抱索器游览索道，行程一边上一边下的两条运输线。下站为驱动站，中站为转角站，上站为迂回站，杜鹃山属多雷区，根据井冈山气象局雷电活动资料表明，杜鹃山的年平均雷暴日高达87天，属于强雷区。杜鹃山索道的信息系统设备曾多次遭受雷击，带来了巨大的经济损失。因此，本系统建、构筑物的防雷措施按照第二类防雷建筑物的防雷原则进行设计。这里的地质情况均为花岗岩的矿物成分、结构构造复杂，风化程度不等。

一、雷电危害原因

我们通常将雷电的危害原因分为四类：

（一）直接雷击

在雷暴活动区域内，雷云直接通过人体、建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象，称之为直接雷击。此时雷电的主要破坏力在于电流特性而不在于放电产生的高电位，当建筑物顶部直击雷防护装置接闪时，按照《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-2010）提供的二类建筑物雷击参数，首次正雷击雷电流幅值为150kA，首次负雷击的雷电流幅值为75kA。

（二）闪电感应

从雷云密布到发生闪电放电的整个过程中，雷电活动区几乎同时出现三种物理现象，其中静电感应与电磁感应两种现象是可能造成感应雷击的危害形式。感应雷击虽然没有直接雷击猛烈，但其发生的几率比直接雷击高得多。高压架空线、馈线分别在雷电静电感应、电磁感应作用下将以如下方式造成雷害。

当雷电来临时，雷云底部分布着大量的负电荷，它们将产生静电场。高压架空线路上将感应出大量与雷云底部电荷符号相反的电荷，这种静电感应作用随着与雷云正下方高压架空线路的距离的增大而迅速减小（与距离的三次方成反比），如图1所示。在雷云对地面或另一雷云放电后，雷云上所带的电荷，通过闪击与异种电荷中和。此时，高压架空线路上虽未受到雷击，但已聚积的电荷却产生了很高的电压，它必然要放电。而由于高压架空线路与大地间的电阻比较大，感应电荷不能在同样短的时间内相应消失，这样就会形成高压架空线路上的感应高压。这样形成的感应高电压在高压架空线路可达300～400kV，电荷放电时，将产生一个很大的脉冲电流，其雷击效果虽然比直接雷击小一些，但由于电力线对雷电波的传输损耗小，雷电流几乎无衰减地沿电力线进入电源设备，也会造成设备损坏。

图1 高压架空线路雷电静电感应示意图

（三）闪电电涌侵入

当建筑物并不处于雷暴活动区域内，或者虽然在雷暴活动区域内，但设备已受到防直击雷的避雷装置的保护与屏蔽，有时仍会遭到雷害。其原因可能是在电力电缆、同轴电缆或金属管道上未采用防止雷电过电压侵入的措施。直击雷或闪电感应都可能使电力电缆产生过电压，如图2所示。这种过电压沿着电力线缆从远处雷区或防雷保护区域之外传来，侵入设备内部，使交、直流电源和整流器损坏。由于雷电过电压波沿电力电缆传播的距离远，扩散面大，特别是当地并无雷电活动，工作人员毫无准备的情况下，突然袭来，所以，雷电过电压侵入造成的损失也比较严重。

（四）高电位反击

在雷暴活动区域中，当雷电闪击到无线发射站的接闪装置上时，由于雷电流幅值大，波头陡度高，雷电流流过时也会使接地引下线和接地装置的电位聚升到上百万千伏。如果索道站房的接地引下线与各种金属管道或用电设备的工作地线间的绝缘距离未达到安全要求，则可能造成引下线与各种金属管道或用电设备的工作地线之间放电，从而使这些金属管道或用电设备的工作地线上引入反击电流，造成工作人员和设备雷击事故。因此，索道站的防雷既要防直击雷，又要防闪电感应，既要防止高电压电涌从金属线缆侵入，也要防止高电压反击。

二、雷电防护设计思路

（一）直击雷防护

根据现场勘测，下站、中站、上站的机房都安装了提前放电避雷针，建筑物机房已经处于直击雷保护范围以内，但是上站的避雷针安装的位置与人行道，游客活动区太近，没有符合《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中安全距离的要求，一旦发生雷击，会造成高电位反击以及跨步电压触电事故。支架上的避雷针能够保护到整个支架，但是连接的采用的抱箍连接，应当采用焊接的工艺。

（二）电源系统防护

对于连接下站至上站变电站架空电力线，宜采用避雷线进行防护。索道塔杆上接闪线应对电源线，信号线都能保护。室内的电源线路采用SPD进行防护，SPD分为三级安装，第一级安装在配电房出线柜，第二级安装在站房电源进线处，第三级安装在索道控制设备前端的控制柜中，通流容量分别为80kA，40kA，20kA，满足线上通流要求。SPD电压保护水平应该小于设备耐压冲击电压值。

（三）信号线路防护

索道的信号线有很多，主要有控制信号线、数据传输线、广播信号线和电话线等。控制信号线是通过操作台向索道控制系统发出指令的传输线路，是索道控制的核心，因雷电损坏会造成巨大的损失，缆车停运、导致旅客滞留在缆车内。对信号线闪电感应及闪电电涌侵入的预防，应根据信号传输种类、接口、特性阻抗、频率、带宽、插入损耗、工作电平等性能指标选择适配的信号SPD，信号SPD应安装在信号线路的前端和后端。

（四）屏蔽、等电位与接地

对于进入站房的电力线缆，采用穿金属管埋地引入，索道杆塔上的信号线缆及索道缆车应该在避雷线保护范围以内，信号线缆与避雷线采用绝缘连接，在杆塔上的信号线必须采用屏蔽线缆，屏蔽线缆在两端就近接地。

在线路支架托（压）索轮组上装设防雷接地滚轮或采用导电橡胶轮衬这种方法，可以将钢丝绳中感应的雷电在线路中就近导入支架接地体，避免将其引入站内而对电气设备造成损坏。将杜鹃山上站站房、中站站房、下站站房内的配电柜、金属柜体、金属管道、电缆金属屏蔽层等设备外壳等电位连接，并就近与共用接地装置相连。

上中下三个站房分别采用接地装置，对上、下站房建筑物因土质情况不同，可采用以下接地方法：

1．下站土壤电阻率较低，采用热镀锌角钢或镀锌钢管作为垂直接地体，接地体长度2.5米，距站房3米以外，按间隔5米垂直打入地下，水平接地体采用热镀锌扁钢，接地体数量按照实测接地阻值满足设计要求为准，接地体与接地连接线埋置深度应大于0.5米。

2．中站和上站土壤电阻率在较高，若采用上述方法，因为土质较难施工，很难达到接地阻值的要求或导致接地体数量过多导致无法施工。这时，采用深井接地的方法，直径110mm，深度16～20m，一个站房打3～4组深井，使接地电阻可以符合规范要求。

三、结论

杜鹃山风景区的防雷工作是一项综合性的工作，在做好雷击安全防护常识宣传普及、雷雨天气信息准确及时的同时，完善和保障雷电防护装置安全可靠运行、制定完善的防雷工作的管理制度，才能减少和避免雷击事故的发生。

参考文献

[1] 关象石．国内外雷电灾害事故案例[M]．北京：气象出版社，2009．

[2] 和伟．雷电对通信电源线的影响及通信局战的过电压保护的研究[D]．北京：北京邮电大学，2000．

[3] 架空索道工程技术规范（GBJ127-89）[S]．

作者简介：孙逊（1983-），男，江苏盐城人，江西信息应用职业技术学院助教，硕士，研究方向：雷电技术。