铁路站房防雷接地设计

铁路站房防雷接地设计（共4篇）

铁路站房防雷接地设计 篇1

1 前言

雷电是常见的自然灾害, 对人类的工作和生活环境造成很大影响, 据不完全统计, 我国每年因雷击造成人员伤亡达3 000~4 000人, 财产损失在50~100亿元人民币。近年来的铁路雷电事故造成了巨大的损失。以沪昆 (上海至昆明) 线某中间站为例, 针对建筑物防雷设计的外部防雷 (接闪器、引下线、等电位、屏蔽、接地) 和内部防雷 (电涌保护器) , 谈谈在铁路站房设计中的做法。

2 工程概况

站房近期高峰小时发送旅客量为3 290人/高峰小时, 最高聚集人数2 000人, 站房型式为线侧下式旅客车站。站房建筑面积14 905.76m2, 站房雨篷投影面积16 200m2, 为中型铁路旅客车站。

站房和雨棚的防雷类别计算如表1。

3 接闪器

接闪器是防护直击雷的重要措施, 其作用是吸引雷电流过来并通过其后端连接的引下线泄放入地, 从而保证在其防护范围内的建筑及人员免受直击雷侵害。其类型包括接闪杆、接闪带和接闪网。

混凝土屋面区域:采用明敷40mm×4mm热镀锌扁钢作接闪器, 混凝土屋顶接闪带网格按照《建筑物防雷设计规范》 (GB50057-2010) 4.3.1第二类防雷建筑≤10m×10m或12m×8m, 每跨由混凝土柱内引出两根≥Φ16钢筋与扁钢可靠焊接。

金属屋面区域:站房屋顶中间区域为板厚为0.8mm的铝镁锰合金板, 金属板厚度满足《建筑物防雷设计规范 (GB50057-2010) 5.2.7条关于金属屋面板作为接闪器的厚度的规定, 且屋面下无可燃物, 因此利用金属屋面作为接闪器。金属屋面板与柱内两根≥Φ16的主筋可靠焊接, 形成电气通路。凡突出屋面的所有金属构件, 均应与接闪带可靠焊接。

铁路四电机房屋面区域:站房右侧一层二层铁路信号、通信机房屋顶, 要求设计天网防雷, 根据《铁路通信设备雷电综合防护实施指导意见》 (铁运[2011]144号) 2.2.2条和《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》 (铁运[2006]26号) 3.1.1条, 采用40mm×4mm热镀锌扁钢交叉焊接构成≤3m×3m的接闪网格, 并将各端点与接闪带焊接连通。网格由40mm×4mm的热镀锌扁钢交叉焊接构成。

雨棚屋顶及屋檐为镀锌钢板, 板厚为1.0mm, 屋面下无可燃物, 故利用该金属板及钢屋架作为接闪器。金属屋面与雨棚钢柱可靠焊接, 形成电气通路。

根据《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》 (铁运[2006]26号) 3.1.2条规定:信号机房的建筑物屋顶不允许设置接闪杆。

4 引下线

引下线是接闪带与接地装置的连接线, 是雷电流泄放入大地的通道。引下线的粗细和数量直接影响分流效果, 引下线多, 每根引下线通过的雷电流就小, 其感应范围就小。引下线相互之间的距离不应小于《建筑物防雷设计规范》 (GB50057-2010) 4.3.3、4.4.3中的规定。当建筑物很高, 引下线很长时, 应在建筑物的中间部位增加均压环, 以减小引下线的电感电压降。这不仅可以分流, 而且还可以降低反击电压。

站房利用建筑物外侧混凝土柱子内两根Φ16以上主筋通长焊接作为引下线, 间距≤18m, 引下线上端与接闪带焊接, 下端与接地极相连, 接地极由建筑物基础底梁及基础底板轴线上的上下两层钢筋内的两根主筋和站房四周40mm×4mm镀锌扁钢组成。接闪带引下线与水平接地体的连接点处应设垂直接地体, 垂直接地体必须与水平接地体可靠焊接。

大部分地面式雨棚型式如图2所示, 雨棚利用雨棚钢柱为防雷引下线, 与雨棚柱下基础内40mm×4mm扁钢可靠联接。站台扁钢在站台两端分别引两处与站场综合接地相连。

本站雨棚坐落在轨道的桥墩上, 如图3所示, 利用雨棚柱为防雷引下线, 雨棚柱与站台面预留的接地端子可靠焊接, 通过站台基础内的两根≥Φ16主筋再与桥墩顶端预留的接地端子可靠连接, 通过桥墩的钢筋引下, 将所有引下线通过水平接地体40mm×4mm扁钢可靠联接。桥梁专业在桥墩上方预留贯通地线接地端子板, 站台扁钢在站台两端分别引两处 (间隔2~3m) 与站场综合接地相连。

5 等电位

建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位, 即等电位。

1) 钢筋混凝土结构的建筑物最具备实现等电位的条件, 其内部结构钢筋的大部分都是自然地焊接或绑扎在一起的。为满足防雷装置的要求, 把接闪装置与梁、板、柱和基础可靠地焊接、绑扎或搭接在一起, 同时再把各种金属设备和金属管线与之焊接或卡接在一起, 这就使整个建筑物成为良好的等电位体。

2) 本工程在变电所设置总等电位联结板, 总等电位板由紫铜板制成, 所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区防雷界面处做等电位连接。将建筑物内保护干线、设备进线总管、建筑物金属构件进行等电位联结;总等电位至接地极联结线采用2× (40mm×4mm) 镀锌扁钢, 局部等电位LEB至总等电位MEB、接地极联结线采用40mm×4mm镀锌扁钢。消防控制室、通信机房、信号机房、信息机房单独引下线采用2× (BV-1×25 PC50) 。

3) 带淋浴的卫生间采用局部等电位联结, 从地板及墙上适当的地方各引出一根>Φ16的结构钢筋至局部等电位箱LEB, 局部等电位箱暗装, 底距地0.3m。将卫生间内所有金属管道、构件及引入卫生间的PE线联结, 参考《等电位联结安装》 (02D501-2) -P16。

4) 配电间, 弱电机房, 配线间及电扶梯的等电位联接具体做法参考《等电位联结安装》 (02D501-2) -P13/P14/P21/P45。

5) 站房玻璃幕墙龙骨檩条与结构钢柱可靠连接, 形成电气通路。

6) 铁路站房四电机房的等电位联结设置如下:

根据《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》 (铁运[2006]26号) 3.4.1条规定:信号设备应设安全地线、屏蔽地线和防雷地线, 当有防静电地板时应设防静电地线, 有微电子设备时可设置逻辑地线。上述地线均由共用接地系统的地网引出。3.5条规定:以上接地线必须以最短距离分别就近与接地汇集线连接。控制室、继电器室、防雷分线室、机房和电源室应设置接地汇集线。接地汇集线宜采用>30mm×3mm紫铜排, 可相互连接成条形、环形或网格形, 环形设置时不得构成闭合回路。如图4所示。

通信、信号机房的电源接地汇集线应单独设置, 并分别与环形接地装置单点冗余连接。其余接地汇集线可采用截面积≥50mm2有绝缘外护套的多芯铜导线或30mm×3mm紫铜排相互连接后与环形接地装置单点冗余连接。

根据《民用建筑电气设计规范》 (JGJ16-2008) 23.4.2.3条, 对于电子信息设备机房内应做等电位联结, 对于工作频率较低且设备数量较少的机房, 可采用单点 (S型) 接地方式;对于工作频率较高且设备数量较多的机房, 可采用多点 (M型) 接地方式。所以本项目均采用多点接地方式。

6 电磁屏蔽

屏蔽的主要目的是使铁路站房内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。屏蔽主要有电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁屏蔽等, 本项目主要采用初级的法拉第笼式屏蔽系统来实现电磁屏蔽。

应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋, 即建筑物内地板、顶板、墙面、及梁、柱内的钢筋, 使其构成一个六面体的网笼, 即笼式接闪网, 从而实现屏蔽。由于结构构造的不同, 墙内和楼板内的钢筋有疏有密, 钢筋密度不够时, 设计应按各种设备的不同需要增加网格的密度。良好的屏蔽不仅能解决等电位和分流, 而且对防御雷电电磁脉冲也是最有效的措施。此外, 建筑物的整体屏蔽还能防球雷、侧击和绕击雷的袭击。

铁建设[2007]39号《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》4.4.3条要求“计算机房应根据需要采用电磁屏蔽和防静电措施, 通信、信号设备用房 (含电源室、机械室、计算机房) 应采用电磁屏蔽和防静电措施“。上述通信、信号用房均应安装法拉第笼。作法如下:

1) 在室内距地面0.05m、室外距地面0.3m处, 预留与混凝土框架内接地主筋 (与基础地网连接的主筋) 连接的接地端子板。预留接地端子相连的主筋不能与作为引下线的主筋为同一主筋, 如图5左图所示。各接地汇集线及接地汇集线间的连接导体、接地汇集线与地网的连接必须与墙体绝缘。接地汇集线一般在距地面200~300mm处设置;有防静电地板的机房, 接地汇集线可在地板下方距地面30~50mm处设置, 距墙面宜为100~150mm, 如图5右图所示;也可在地板下方设成条状或网格状。

2) 在混凝土框架内应设置Φ≥12mm的圆钢为主筋 (加强钢筋) , 主筋间用相同规格的圆钢相互焊接成≤5m×5m的网格, 并保证电气连接的连续性。主筋上端必须与接闪带焊接, 下端必须就近与基础接地网焊接。

3) 信号计算机房、信号电源及继电器室的墙、顶、底面内用Φ≥8mm圆钢焊接成≤600mm×600mm网格做法拉地笼, 如图6所示。600mm×600mm网格的钢筋网格与5m×5m的钢筋网格结合处焊接。门、窗四角处预留与接地主筋连接的室内端子板, 信号机房、信号电源及继电器室的门应采用防火、防撬金属门, 窗及玻璃隔断屏蔽应采用截面积≥9mm2、网孔<80mm×80mm的铝合金网。金属门及窗、玻璃隔断的铝合金网用≥16mm2的软铜线与预留的室内端子板可靠连接。

4) 信号电源及继电器室与信号计算机房之间应设置金属网玻璃隔断, 网格尺寸应≤80mm×80mm。金属网格应与房屋内法拉第笼可靠连接。

5) 防静电地板下的金属支架底部采用0.1mm×20mm铜箔带构成与支架一致的网格, 铜箔带交叉处用锡焊接。互相连接的网格铜箔带采用10mm2的铜带 (扁平铜网编织带) 与预留的室内端子板可靠连接, 至少4处, 铜带一端加线鼻后与预留端子板可靠栓接, 另一端用锡焊接。信号电源及继电器室与综合值班室防静电地板下的铜箔带采用10mm2的铜带穿过预留孔可靠连接。

根据铁路站房的设计分工:四周墙面的屏蔽网由建筑、结构专业设计并施工, 天网、地网由电气专业设计施工。

7 接地

良好的接地效果也是防雷成功的重要保证之一。距线路两侧20m范围内的铁路设备房屋的接地装置应接入综合接地系统。在综合接地系统中, 建筑物、构筑物及设备在贯通地线接入处的接地电阻不应>1Ω。本项目属于钢筋混凝土结构的建筑物, 应利用基础内的钢筋作为接地装置。当达不到规范中规定的条件或基础包在防水卷材层内时, 可做环形接地装置, 但应将周圈式接地装置预先埋在基础槽的最外边 (距建筑物3m以内) 。接地体靠近基础内的钢筋有利于均衡电位, 同时还可节省为挖深沟所花费的人力和物力。在基础完工后再挖深沟则易影响基础的稳定性。

本工程在站房外3m地下设置环形接地网, 站房四周40mm×4mm镀锌扁钢在地面下1.5m深, 在站房两端分别引两处采用一根50mm2镀锡铜与铁路综合接地系统相连。电气设备的保护接地:消防控制室、四电机房、设备机房等的接地共用统一接地体, 要求接地电阻≤1Ω, 实测不满足要求时, 增设人工接地极, 其间距宜为垂直接地体长度的2倍, 并均匀布置。根据《建筑物防雷设计规范》 (GB50057-2010) 5.4.3条, 人工钢质垂直接地体的长度宜为2.5m。其间距以及人工水平接地体的间距均宜为5m, 当受空间限制时可适当减小。

《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》 (铁建设[2007]39号) 5.2.5条规定, 通信、信号及其他信息系统接地干线在接地网上的引接点与电力、电气化接地干线、接闪带的引下线在环形接地装置上的连接点间距应>5m, 如图7所示。

当土壤电阻率大, 使用接地极较多时, 也可做周圈围式接地装置。环形接地装置的冲击阻抗较小, 而且有利于改善建筑物内的地电位分布, 减小跨步电压。

8 电涌保护器

根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 (GB50343-2004) 4.3节, 按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级, 如表2所示, 本工程属于A级火车枢纽站SPD选择对照表如表3所示。

通信机房的交流电源应设置两级或以上的电涌保护器, 设置地点如下:

第一级设在通信机房交流电源引入处 (配电箱处) ;

第二级设在高频开关电源、UPS的交流输入侧;

必要时在精密用电设备的电源前设置电涌保护器。

9 结束语

接闪器、引下线、等电位、屏蔽、接地、电涌保护器等防雷措施一定要合理并有效。拥有良好的接地系统才是电网安全稳定运行和人民安全的重要保证。鉴于本人知识水平和能力尚有不足, 加之时间仓促, 如有疏漏或错误之处, 还请专家和同行批评指正。

参考文献

[1]中华人民共和国住房与城乡建设部.JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社.

[2]中华人民共和国建设部.GB 50057-2010建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社.

[3]中华人民共和国建设部.GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社.

[4]中国航空工业规划设计研究院.王厚余著.建筑物电气装置500问[S].北京:中国电力出版社.

[5]《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》 (铁建设[2007]39号) .

[6]《铁路通信设备雷电综合防护实施指导意见》 (铁运[2011]144号) .

[7]《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》 (铁运[2006]26号) .

铁路站房接地与防雷设计总结 篇2

铁路站房是广大旅客候车与集散的空间, 属于人员密集场所, 相比一般建筑物其重要性更高一些, 而且属于一个地区的标志性建筑, 其安全性必须予以重视。另外, 站房内有许多信号设备用房, 担负铁路列车的正常运行, 要保持信号系统的准确运行, 不受外界干扰, 铁路站房需要构建有效的雷电防护系统。

本文以高铁安阳东站为例, 介绍防雷、接地、等电位联结、低压电源系统接地、信号机房的屏蔽措施等做法。

2 铁路综合接地系统概念

铁路综合接地系统是用贯通地线将铁路沿线所有接地系统进行等电位连接, 综合接地系统既是一个低电阻大地网, 又是一个大等电位体。如图1所示, 其中铁路站房、通信楼等建筑物的结构网接地又作为该综合接地系统的接地装置。

3 站房接地防雷系统

铁路站房内部必须采用总等电位接地系统, 一方面是人身安全的防护要求, 另一方面也是强弱电设备雷击电磁脉冲防护的要求。

通过将站房防雷系统接地、低压电源工作接地、建筑物基础基地、保护接地、弱电设备工作接地等通过等电位联结的方式构成联合接地系统, 达到有效的防护效果。下面介绍这几个方面的具体做法。

3.1 接地系统

为减少人体同时接触不同电位引起的电击危险, 在建筑物内部需对电气装置采用总等电位联结。主要通过在建筑物的电源进线处将下列可导电部分互相连通:

1) 进线处的PE母排或PE干线;

2) 接地极引入线;

3) 水道干管;

4) 燃气干管;

5) 采暖和空调干管;

6) 建筑物的金属结构。

图2所示为本工程联合接地的内容, 由图2可以看出, 除了上述各类内容外, 各类强弱电机房的接地, 防雷接地等均联结成一个大的等电位体, 并与铁路贯通接地线联结。

具体做法包括:

1) 利用桩、承台及基础底板内主钢筋相互焊通作为联合接地装置。在建筑物外墙四周的地下另设置环形接地装置, 该环形接地装置距外墙面1m, 埋深1m。环形接地装置采用60mmx6mm热镀锌扁钢, 镀层≥60μm, 与每处防雷引下线在地下连通。并在适当的位置与铁路贯通地线连接。

2) 凡有防雷引下线和电气接地引上线的结构柱, 要求该结构柱下方的桩内主筋 (至少四根, 且直径≥Φ10) 与承台的面筋焊接, 然后承台面筋再与所连接的基础梁面筋及所经过的接地连接线焊接连通。所有焊接长度须>6D。共用接地装置的接地电阻须≤1Ω。

3) 在与防雷引下线相对应的室外埋深1.0m处由被利用作为引下线的钢筋上焊出一根40mm X4mm热镀锌扁钢, 此扁钢伸向室外, 距外墙皮的距离≥1.5m, 供加打人工接地体用。

4) 进出建筑物的各种金属管道在进出处通过就近与防雷接地装置连接。

5) 各类专业机房的工作接地或保护接地均引自建筑物的基础钢筋接地网。

3.2 防雷系统

站房的防雷包含外部防雷系统和内部防雷系统。外部防雷系统是防直击雷的外部防雷装置, 内部防雷除了上述等电位联结外, 还要为建筑物内的电气和电子设备提供雷击电磁脉冲的防护。

铁路站房的防雷等级确定, 除了大型火车站直接按二类防雷设计外, 需经计算雷击次数确定, 注意要按人员密集场所考虑, 本工程预计雷击次数N=0.085, 应为二类防雷建筑建筑物。具体做法包括:

1) 屋顶沿女儿墙设周圈避雷带和避雷网格, 采用25mmx4mm热镀锌扁钢, 屋面避雷网格的间距≤10mx10m或12mx8m。避雷带在女儿墙或屋脊上明敷, 安装高度150mm, 直线段支架1 000mm, 拐角处支架间距300mm;避雷带在上人屋面暗敷设, 暗敷深度≤30mm;避雷带在不上人屋面明敷, 安装高度150mm。屋面避雷带搭接处焊接, 并做防腐处理。

2) 防雷引下线利用建筑周边的结构柱内两根>Φ16对角主筋, 防雷引下线顶端与避雷带相焊连, 底端与基础接地网相焊连, 防雷引下线间距≤18m。部分防雷引下线的结构柱在距室外地坪以上0.5m处做接地电阻测试点, 共4处。

3) 本工程主入口处, 结构柱的跨距达到24m, 此时不可能在跨距中间设引下线, 则首先在跨距两端均设引下线, 并在其他地方增加引下线的数量, 保证引下线的平均间距≤18m即可。

4) 屋面所有电气设备及其他正常不带电的设备金属外壳与避雷带均做≥2点的金属性焊接;屋面所有金属性装饰物或构造物均与避雷带做金属性焊接;幕墙、金属门窗等外墙金属件的金属预埋件就近与避雷系统做电气连通。

3.3 金属屋面防雷

本站房屋面局部采用压型钢板作为屋顶, 经核实, 钢板厚度为3mm, 且板下无可燃物。根据《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010, 可以采用该屋面钢板作为接闪器。但要保证屋面钢板之间的连接是持久的电气贯通, 一般采用卷边压接的办法, 可以同时满足防水要求。

如果屋面金属板厚度不能满足要求, 需在高出屋面的位置敷设网状接闪器。

3.4 金属雨棚防雷

雨棚屋面不单设防雷装置。利用雨棚金属屋面板互相连通作为防雷装置, 要求钢板厚度>0.5mm, 板下无易燃物品。

利用雨棚柱内上下相焊连的主筋作为防雷引下线, 上端与雨棚金属屋面连通, 下面与站台基础钢筋、贯通地线及站台通道结构钢筋网等互相连通。

引下线利用雨棚柱内两根大于Φ16对角主筋, 防雷引下线设于每个柱子处。

每个雨棚柱底端与站台钢筋及路基下方的贯通地线可靠连接40mmx4mm热镀锌扁钢。

3.5 电源系统接地

供电系统有两个接地, 一个是系统内电源端的带电导体的接地, 称作系统接地, 如变压器中性点的接地。另一个指保护接地, 如电气装置内电气设备金属外壳等导电部分的接地, 能有效防止人身电击。

1) 低压电源系统接地与保护接地共用

10/0.4k V变电所既是低压系统的电源端, 也是10k V系统的负荷端, 因此他既有变压器低压中性点的系统接地, 也有高低压电气设备外露导电部分的保护接地。

本工程10k V网络经小电阻接地系统, 10/0.4k V变电所设在站房左侧地下一层, 低压采用TN接地型式。变电所内将变压器中性点接地与设备外壳保护接地合为一体, 如图3所示。

从图3可知, 如果上级110/10k V总变电所采用小电阻接地, 在下级10/0.4k V变电所内高压侧发生接地故障时, 接地故障电流Id将通过设备外壳、RB、RB'和小电阻R等的通路返回电源, 这样Id值可达数百安以至近千安 (可以通过调节电阻R值来选择) 。在如此大的故障电流情况下, 电源侧的继电器和断路器将在很短的时间内迅速切断电源。由于10k V电源中性点接了地, 非故障相的对地电压虽然有所升高, 但不会像中性点不接地那样高至相电压的3倍, 此时由于继电保护将电源迅速切断, 所以大大降低了对10k V供电系统的元件绝缘水平要求。

变电所接地电阻RB上产生的电压降为Uf=Id.RB, 由于Id的增大Uf也将随之增大。如果低压系统电源中性点通过RB实现接地, 由于共用同一RB接地极, 此处上千伏的故障电压Uf将沿线路传导至低压电气装置内, 引起电气装置对地暂时过电压, 并引发各种电气事故。

故要求建筑物内采用总等电位联结, 不但站房内如此, 整个雨棚, 站台, 桥梁等均实现总等电位联结。由于采用总等电位联结, 建筑物内将不会出现上述工频暂时过电压, 但如果户外不具有等电位保护范围内的电气装置, 需采取其他措施, 如通过采取TT系统防人身电击及降低RB值防止其配电装置绝缘击穿。

2) 低压电源系统接地采用一点接地

低压电源系统接地采用正确的接地方式, 可以防止杂散电流引起电磁干扰。

对于电源中性点如何接地, 《交流电气装置的接地设计规范》GB 50065-2011第7.1节有相关描述。

对于单电源系统, 当采用TN-S系统, 整个系统全部采用单独的PE, 电源系统应有一点直接接地, 如图4箭头所示, 中性线上的不平衡电流直接流回电源中性点。

如果采用在装置的受电点低压柜内将PEN分离成PE和N的TN-C-S系统, 如图5所示, 中性线上的不平衡电流将有多条路径流回电源中性点, 产生杂散电流引起电磁干扰。

本工程采用两台变压器供电, 低压侧采用单母线分段中间设联络的配电方式。对于这种多电源的TN系统, 避免杂散电流可以采用具有单独PE和N的多电源TN-C-S系统, 如图6所示。图中应符合下列要求:

1) 不应在变压器的中性点直接对地连接;

2) 变压器的中性点之间相互连接的导体应绝缘, 且不得将其与设备外壳连接;

3) 中性点之间相互连接的导体与PE之间, 应只一点连接, 并应设在总配电屏内。

为杜绝杂散电流, IEC规定一建筑物内的PEN线需按可能遭受的最高电压加以绝缘, 而全建筑物内的PEN线只能在变电所低压配电盘内或在低压供电的建筑物电源进线处通过与PE线的连接作一点接地, 不得在其他处将PEN线或N线再接地。但对装置的PE导体则可以重复接地。

如果在建筑物内另有低压备用电源线路或自备柴油发电机电源, 则该电源线路的PEN线或发电机的中性线也都不得再接地, 他们都需通过与上述一点接地的接地处相连通而实现全建筑物内的一点接地。

附带说明, 变电所变压器中性点套管引出的是PEN线, 按IEC标准PEN线上是不允许装用开关电器来切断的, 因此变电所低压配电盘内的总开关和分段开关只能采用三极开关。

4 信号机房综合防雷接地方案

根据需要, 铁路线上会设置专用的铁路信号楼, 其具有较高的防雷接地要求。而本工程为一中型站房, 防雷要求远远达不到铁路信号楼防雷要求, 故只在一些专业性要求较高的信号机房做特殊防雷处理。这些房间包括信号计算机室、信号电源室、继电器室、综合值班室及电缆引入室等。

4.1 防屏蔽设计

信号机房防雷接地设计主要根据“法拉第笼”均压及防屏蔽原理。

法拉第笼是基于古典电学原理, 起着均压和屏蔽的作用。它可以保护笼内放置的设备, 不论金属笼体附加多高的电压, 其内置的设备都不会出现电压反击现象。

采用低阻抗等电位的搭接网络构筑两个完整的笼式屏蔽系统和一个完整的接地终端系统, 这就是“内外两笼, 上下两环及一立柱”, 即“221模式”综合防护系统。

“外笼”指整个站房顶面、外墙面大空间屏蔽笼, 它将整个建筑物屏蔽罩住, 可以全方位地接闪保护被罩住的建筑物顶部, 侧面免遭直击雷、感应雷及辐射电磁波干扰。它由基础地网 (网格尺寸≤3m×3m) 及四面墙体圈梁、立柱 (基础柱、构造柱) 、主筋 (构成≤5m×5m网格) 和屋顶面避雷网 (网格尺寸≤3m×3m) 的六面体构成。基础地网及屋顶面避雷网网格节点应进行焊接。如图7、图8所示。

外笼主要是对直击雷、感应雷电防护。同时, 对室内设备形成初级屏蔽, 初步改善室内设备电磁兼容环境。信号、信息及通信机房均设外笼。

“内笼”将信号机房内的信号设备罩住, 对置于其中的信号电子信息系统来说, 具有对电磁幅射干扰的屏蔽作用。其六面体由Φ8圆钢焊接成不大于600mm×600mm笼式网格, 其中门窗屏蔽 (包括室内微电子设备隔断墙) 均为铝网格型材, 截面积≥9mm, 网格尺寸≤80mm×80mm。

内笼是为了进一步改善信号电子设备电磁兼容环境条件而设。

上环“避雷带”为雷电接闪装置。它是连接屋顶面上部立柱主筋、避雷网和外墙干挂石材钢结构的纽带。

下环指“环形接地装置”。它通过连接立柱主筋与基础地网构成共用接地系统。下环外与立柱主筋、贯通地缆和外墙干挂钢结构连接, 内与引向室内功能接地汇集线连接, 所以下环是连接接地系统纽带。如图8所示。

立柱不仅是外笼主干, 又是暗设辅助引下线, 同时它还有连接内外两笼接地作用。机房周边的结构柱均作为外笼主干立柱。对于部分区域由于外墙为窗户, 需在两个柱子之间窗框内上下敷设一根结构主筋, 以满足外笼网格≤5mx5m。

4.2 信号机房接地设计

在铁路综合接地系统中, 应将强电设备与弱电设备分开接地。强电接地及防雷引下线接地均就近接至建筑物基础钢筋网, 通讯及信号系统接地均接至室外环形接地体, 并要保证各弱电系统之间的接地点距离>5m。如图8所示。

引入机房的功能地线均引自室外环形接地体。在机房内四角距离地面0.15m处 (在防静电地板下0.1m左右) 各设置接地端子 (采用综合接地用桥隧型接地端子, 表面与墙面平齐) , 接地端子应与机房屏蔽层及防静电地板下的金属支架等栓接。如图9所示。

信号机房防屏蔽立体示意图见图10, 内笼做法见表1。

5 雷击电磁脉冲的防护

在防雷击电磁脉冲的措施中, 建筑物自然屏蔽物及各种金属物之间采用等电位连接, 并合理选用和安装SPD, 具有这些合理的措施才能保证建筑物及内部设备的安全。

建筑物的雷电防护需划分为不同区域, 可能遭到直接雷击的划分为LPZ0A区, 不大可能遭到直接雷击或在防直击雷保护范围内, 但是雷击电磁场强度没有衰减的区域划分为LPZ0B区。其次, 在建筑物内部雷击电磁场强度进一步减弱的区域可以划分为LPZ1、LPZ2等后续防雷区。

强电设备通常抗干扰能力较强, 电子设备抗干扰能力较差, 应分别设置在LPZ1、LPZ2等区。本工程的信号机房等都置于LPZ2区。

进入内部防雷区的线路防雷击电磁脉冲主要通过设置SPD加以控制。从LPZ0区进入LPZ1区的线路和电缆, 如引入本建筑的外部电源, 应在LPZ1区的入口处安装相应的浪涌保护器;从LPZ1区进入LPZ2区的线路和电缆, 如从配电室引入弱电机房的电源, 应在机房的入口处配电箱内安装相应的浪涌保护器。

对于本工程电气设备, 为防止雷电入侵, 将浪涌保护器 (SPD) 主要设置在下列场所:

1) 在变电所变压器高压侧装设避雷器;在低压侧母线上装设I级试验的限压型浪涌保护器, 冲击电流值60k A, 电压保护水平2.5k V。

2) 在由楼内引出室外的配电箱、柜处 (屋顶风机、室外照明等) 加装II级试验的限压型浪涌保护器, 冲击电流值40k A, 电压保护水平2.5k V。

3) 在电梯配电箱以及消防、安防、通信、网络及有线电视等弱电机房的配电箱内加装II级试验的限压型浪涌保护器, 冲击电流值40k A, 电压保护水平2.5k V。

4) 在消防、安防、通信、网络及有线电视等电子系统的引入端弱电箱内装设的浪涌保护器由系统供应商负责提供。

对于电子系统的电涌保护器安装按下述要求:

1) 当电子系统的室外线路采用金属线时, 如电话电缆、有线电视同轴电缆等, 在引入的箱内安装D1类高能量试验类型的电涌保护器, 可以根据设备要求选择短路电流, 无法确定时短路电流可选用1.5k A;

2) 当电子系统的室外线路采用光缆时, 在引入的弱电箱内电气线路可以安装B2类慢上升率试验类型的电涌保护器, 可以根据设备要求选择短路电流, 当无法确定时短路电流可选用75A。

3) 铁路信号系统专用浪涌保护器需根据信号设备要求安装自带的产品。

6 结束语

完善的接地防雷措施, 需要采用多种方法从不同角度进行综合保护。针对具体工程, 需要仔细分析, 只有做好最基本的防护措施—总等电位联结, 再结合先进的防雷电子产品, 才能将雷害减少到最低限度。

摘要：本文以某铁路站房为例, 简述防雷与接地系统设计原则和要求。重点介绍信号机房的特殊防屏蔽措施。

关键词：防雷接地,等电位联结,信号系统,法拉第笼,SPD

参考文献

[1]中国航空工业规划设计研究院组编, 工业与民用配电设计手册 (3版) [M].北京:中国电力出版社, 2005.

[2]王厚余等.低压电气装置的设计安装和检验 (2版) [M].北京:中国电力出版社, 2007.

[3]铁运 (2006) 26号, 铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见.

铁路站房防雷接地设计 篇3

1 铁路站房照明设计前的重点准备工作

有过站房施工经验的管理人员都知道, 站房的“关门”工期是必须确保的。在整体上都是抢工的施工组织中, 技术准备工作的重要性首当其冲。主体结构施工期间, 项目部必须加强技术力量, 对后期的装修、照明、机电安装等进行周密策划及设计深化, 改变以往在工程施工中被动的等待图纸等传统方式, 与站房房建单位设计院共同完成精装修及照明的方案设计及报审工作, 为站房紧张的施工节约了宝贵的时间。通过对已完的站房工程的分析总结, 站房照明设计前需完成的各项准备工作如下:1) 选择综合实力较强的照明设计单位。a.由于照明设计具有自身的专业特性, 铁道部相关文件规定:站房照明设计要由有资质的设计单位承担设计工作, 综合设计院 (房建设计院) 必要时可将站房照明和室外景观照明委托给专门的照明设计单位。在实际操作中, 由于有专项照明设计资质的单位少之又少, 站房照明深化设计的配合工作一般由与设计院有长期合作关系、深谙站房照明设计及方案报审流程的灯具厂家配合设计院及房建施工单位完成, 铁道部报审的最终方案签章单位仍为房建设计的综合设计院。b.照明深化设计单位的选择:选择最好是在灯具招标的过程中完成。招标中, 摆脱以往的材料招标方式, 要求方案设计与灯具价格因素并重。通过招标, 投标厂家的技术实力、价格等将一目了然。c.为了不受制于灯具厂家的照明控制性方案设计中初选灯型及造价等方面的控制, 最好的办法就是方案与灯具供货单独考量, 单独计费。项目部可单独与灯具厂家签订委托设计合同, 不排除用质优价廉的灯具替代方案中初选灯具。通过这种方式, 打消灯具厂家有关“设计费用”顾虑的同时, 增强其积极性及紧迫感。2) 精装修控制性方案设计通过审批。a.站房照明控制性方案设计是建立在精装修控制性方案设计获批的基础上的, 装修设计应为照度计算、照明仿真、效果模拟图制作及灯具的选择等提供必要的三维装修效果图、平立面图及节点图。b.照明设计应与确定的精装修方案中的建筑风格相协调, 应符合建筑总体规划和建筑风格需要, 照明效果要舒适、美观, 与车站周围环境及当地历史文化相适应。c.根据精装修要求确定照明效果, 照明深化设计应校验是否满足设计输入条件, 达到预定效果, 在技术经济合理的前提下确定照明设计方案。3) 与各方相互沟通, 明确需求:照明控制性方案设计前, 应与建设单位、接管单位 (一般为车务段的预接入办) 、设计单位等充分沟通, 明确各方的需求, 为下一步正式设计工作的开始提供指导性意见及建议。4) 与照明设计有关的规范、图集及其他铁路站房工程照明控制性方案设计材料等的收集、整理与研究。除站房照明设计细则外, 对站房精装修的设计细则中对照明的要求也应熟悉。

2 铁路站房照明设计文件的编制

站房照明设计文件的编制是照明控制性方案设计的最终体现, 也是我们在设计过程中应遵从及注意的指导性文件。按“332号文件”要求:一般站房按照明控制性方案设计、照明实施方案设计两阶段设计编制文件 (特大型车站站房增加照明方案研究) 。照明实施方案设计是控制性方案的施工图体现 (由房建设计院完成) 。在这里, 我们所说的照明设计是指控制性方案设计。按一般的汇报材料编制要求, 主要包括以下几点。

2.1 总则

包括设计依据、设计指导思想、设计原则、站区设计范围、照明设计内容及目标等五个方面。1) 照明设计指导思想中, 注意如下几点:a.照明场所应以自然采光和人工照明相结合, 满足各区域功能要求。b.室内照明强调不同空间水平照度和垂直照度的基本要求, 以及均匀度、眩光、显色性、功率密度等标准值。c.室外照明应以交通优先为首要原则, 实现引导功能是城市公共交通广场空间设计的核心。2) 照明设计原则:a.室内照明应采用先进、成熟、节能、寿命长的技术和设备。b.照明设施运行可靠、安全、稳定、不得采用O类绝缘的灯具和其他电气设备;尽量选用高光效, 低功率的节能产品, 减少后期营运费的投入;注重照明设备防护性和安全性。c.室外照明:以平时及节假日等不同时段站房功能性照明为前提, 满足不同区域, 不同人群进出站视觉流线与引导性设计;通过合理的布光, 明暗的对比, 使功能性照明与景观照明有机的搭配。

2.2 设计分析

包括站房建筑简介及工程建设规模两方面内容。

2.3 方案总体设计

包含设计创意、照明亮度分级控制、车站各区照明设计、照明状态分级控制、照度控制、备用照明等方面的内容。1) 设计创意:在照明设计上, 应力求把握站房建筑自身特点, 充分展现地域性的现代化火车站, 以突出车站的门户形象。在色温控制上, 整体站房外立面大部分采用4 200 K暖白光, 高显色性光源。室内大空间照明采用4 200 K的陶瓷金卤灯照明, 创造宜人的室内候车氛围, 整体给人以和谐之感。2) 照明亮度分级控制:方案设计通过控制最大亮度的方法来控制照明效果, 达到使用空间亮度合理、明暗适宜、安全节能的目的。目标亮度与背景亮度比值一般确定在10∶1~20∶1之内。并结合区域功能特性, 对人流路线, 室内环境和户外空间环境进行分析, 确定照明亮度, 从而限制亮度攀比, 节约能源。3) 车站各区照明设计:本部分应对作为设计重点的旅客空间的装饰情况、设计照度标准、初步灯具选型及安装方式等进行阐述分析, 如:出站通道、出站大厅、进站大厅、站台层候车厅、高架候车厅、雨棚站台等。4) 照明状态分级控制:设计区域除了在亮度和光色上合理设置, 还可以通过控制系统对照明环境的明暗调节、控制方式等进行立体化控制;在亮灯模式上站房照明一般分为重大节假日、平时和深夜节能模式。5) 照度控制:铁路站房中, 各区域的照度控制标准如表1所示。6) 备用照明:执行设计细则中对“备用照明的水平照度值不应低于该场所一般照明照度的10%”的规定, 除雨棚外, 其余所有旅客空间如出站通道、出站大厅、售票厅、候车厅等均设置备用照明。备用照明一般采取“热备用”的方式, 将应急照明作为正常照明的一部分, 消除“盲管”导致应急时的设备失效。

2.4 室内照明

该部分是整个设计文件的重点, 其主要内容包括站房平面划分、剖面图、旅客空间照明等。1) 站房平面划分:对站房建筑布局及旅客流向等进行说明。2) 剖面图及照明设计范围:以最具代表性的剖面图为依托, 进行室内各层及室外照明的烘托, 明确范围。如图1所示, 除出站层外, 基本将整个站房的照明轮廓, 如雨棚站台、进站天桥、基本站台候车厅、高架候车厅、进站大厅顶棚、建筑立面、挑檐、屋面、屋脊等全部勾勒, 使人一目了然。3) 旅客空间照明:所谓旅客空间, 即正常情况下, 旅客在站房内可以到达的空间。如:站台、出站通道、出站大厅、售票厅、候车厅等, 旅客空间是照明设计的重点。其主要思路是根据精装修要求确定的照明效果及平面图进行灯具及光源选型, 通过空间建模、照度计算、照明仿真等来校验是否满足装修设计输入条件, 达到预定效果。如不能, 需重新调整灯型, 甚至微调装修方案。以漳州南站站台层候车厅照明设计为例进行说明:a.站台层候车厅照明标准照度值200 lx, 统一眩光值小于19, 显色指数大于80。光源初步选择2×26 W明装筒灯。b.站台层候车厅效果图及灯具平面布置图见图2, 图3。c.进行效果验证:建模、照明仿真、照度计算, 列出平均照度、最小照度及最大照度等 (见图4) 。d.照明参数列表:通过效果验证, 照明效果、照度标准、眩光等满足装修输入条件, 即初选灯具及光源满足区域照明设计要求。将选好的灯具、光源及安装方式、安装高度、数量、功率等一一列出 (见表2~表4) 。

2.5 建筑外立面照明设计

室外景观照明应根据建筑主体思想和结构特征进行设计, 在利用室内照明内透光的基础上, 可设置轮廓灯带, 实体墙、梁或柱体可采用泛光照明。景观照明一般慎用彩色光和动态光。

2.6 智能控制系统

目前, 站房内多采用智能灯控系统进行照明控制, 辅以手控 (办公空间) 、光控 (贵宾室) 、时控 (景观照明) 等方式, 并可以实现集中控制, 设置必要的控制模式, 一般为:平日前半夜、平日后半夜、一般节假日、重大节日等开灯控制模式。平日模式应节能, 慎用大面积泛光。

2.7 前期投资成本与后期营运成本分析

根据设计结果, 对照明方案的投资进行成本分析, 此分析中, 应从照明配电箱开始, 涵盖照明系统的各分项预算 (如配电箱柜、管线、灯具、智能控制系统等) , 附单位面积造价指标, 对站房、雨棚及景观照明分别统计;对照明系统进行负荷计算, 对照明系统的后期营运成本进行分析。

3 结语

站房照明设计是一个系统性较强的专业性工作, 对房建施工单位的电气技术人员来说, 捋清工作思路、熟悉设计及报审流程非常重要, 同时, 应通过细则、规范以及成功案例的学习, 增强站房照明施工的主动控制性。

摘要：以铁道部关于铁路客站站房的照明设计细则为基础, 具体介绍了照明控制性方案设计的准备工作及设计流程, 使电气技术人员对铁路站房照明工程的设计进行系统的认识, 为站房照明工程的施工管理提供一定的借鉴。

关键词：站房,照明设计,控制性方案

参考文献

[1]铁道部.铁路客站站房照明设计细则 (鉴电[2009]332号) [Z].2009.

[2]GB 50034-2004, 建筑照明设计标准[S].

[3]JGJ 16-2008, 民用建筑电气设计规范[S].

铁路站房防雷接地设计 篇4

关键词：铁路站房设计,标准化设计,运用

在铁路建设中,站房设计是铁路建设的重点,在进行设计时,需要坚持“服务运输、以人为本、系统优化”的基本原则,充分应用标准化设计的设计手段。在进行设计时,如何将建设先进性、功能性、经济性的建设要求体现出来,也已经成为了铁路站房设计的重点。

1 铁路站房标准化设计的定义及设计要求

1.1 标准化的定义

所谓的标准化指的是在一定范围内形成最佳的管理秩序,并采用共同规则对存在问题进行解决的活动。标准化所采用的形式通常具有简化性、统一性、通用性、系统性以及最优性等特点。在一定时期和范围内针对于所有通用产品并结合这些产品的共性形成统一的标准以及管理模式,展开通用性强与范围广的标准设计,而设计的标准应当满足技术成熟与经济合理以及市场空间大等基本要求。

1.2 标准化设计的要求

良好的标准化设计策略应当具备完善的约束机制才能保障标准化策略切实发挥真正的作用,因此可以将设计管理理论应用到标准化设计中去。铁路旅客站房是为旅客服务,因此在标准化设计过程中应当确保设计策略重视当前旅客出行的基本需求及生活方式,在设计时应当将旅客的生活方式与需求融入在设计方案中。对于同线路不同铁路旅客站房应当以标准化设计策略作为设计策略,铁路站房设计管理不仅能满足旅客出行的生活方式,还能创造出多样的设计产品。所以,铁路标准化设计和质量管理体系互相结合才能有效提升工作效率,减少建设成本以及节约人力资源等。

2 标准化设计实施遵循原则

2.1 确保站房设计原则标准化

铁路站房的总负责人主要负责制定铁路总体设计原则,而专业负责人主要负责制定自身专业的技术实施策略、设计图标模板以及设计图标准等,然后再通过各个阶层严格审查,最后再给予相应的专业设计人员,而设计人员只需要按照相关策略执行即可。这主要是为了杜绝设计意见不同与图面混乱等现象的发生,因此应当确保设计原则标准化。

2.2 保证站房平面设计标准化

因为铁路站房建设实施工期较短,项目设计的时间也相对短。因此铁路站房应选择实用标准化设计策略。以2500m2站房规模线侧式站房为例,其站型将分为三种类型,即线侧平式车站、线侧下式车站以及线侧上式车站。根据站房功能布局的需求,一般采用三段式,中部设为候车厅,左右两侧分别设置售票厅和出站厅,其余设备及旅客服务用房应分别设置在候车厅两侧。因此在进行平面设计的过程中只需根据这三种设计类型进行设计,只需对个别设备用房稍加改动。按照以上三种类型进行总体布局设计有助于设计专业工作有序开展。结合标准化站房平面布局,建筑师可以制定出不同风格且具有当地特色的站房外观,这样站房建筑不仅具有个性,共性的平面布局也能满足不同旅客出行习惯。

2.3 保障站房总体结构体系标准化

站房平面设计以标准化为指导方向,给站房总体结构体系标准化奠定基础。根据站房所在的地理位置并结合实际情况进行相应的修改,再结合屋顶形式进行结构构件,然后再设计出铁路总体结构图,使得铁路结构更加简化。

2.4 确保设备用房标准化

铁路站房设计是需要不同专业互相沟通和协作共同完成的一项项目工程,配套专业应当立足于本专业模块化、标准化以及系统集成化等,有效的缩短了铁路站房总体设计时间,对于提升站房设计综合质量起着重要的意义。比如强弱电系统、听风系统、给排水系统等设备都应当实行模块化配置,充分利用已有的设计成果,提高工作效率与工作质量。

2.5 使得细节构造更加标准化

在设计的过程中可以充分结合以往的设计资料以及设计成果,直接调用出通用的设计节点详图。而在共有的设计内容中应当根据站房规模与设计标准来确定实施与控制的标准化设计模板。比如售票厅、贵宾厅、出站通道等,并安排相应的专业人员设计详图与节点,然后再让各级人员审查合格后方可给予设计人员共享,而设计人员也可以直接调出通用详图与节点,各个站房的设计人员就只需要在图纸表明站点和符号即可。这样不仅保障了站房设计的质量,同时还有效的提升了设计的效率。

2.6 装修设计标准化

铁路站房是体现和塑造地域建筑文化的一个重要窗口,因此在设计时,要以地域文化为基础进行设计。但是近几年大规模的中小型旅客站房将是站房建设的重点,其数量多,分布广,投资受限,不可能延续大型铁路车站站房独立设计、造型力求标新立异的设计策略,因此在站房装修设计上也要实施标准化策略。

2.6.1 站房室内装修设计标准化

同一条线路中沿线诸多中、小型客站,可根据具体站型分类,开展内装修标准化设计。车站作为公共交通建筑,室内装修要满足功能性、系统性、舒适性、经济性、人性化等特点,在室内空间造型上要符合简洁大气统一的设计语言,因此,在公共区域地面铺装、墙面造型及吊顶装饰上要做到材质、色彩及规格尺寸统一中寻求变化。例如地面多采用量产大且经济实用的白麻和灰麻花岗石材,墙面也采用同色系花岗石材或者墙面砖,根据投资也可换做乳胶漆墙面,吊顶多采用铝条板离缝或者密缝吊顶。办公及设备区多采用简装修标准。制定标准化设计之后设计师对于中小型项目都可以有章可循,工作效率大大提高。

2.6.2 静态标识系统标准化

旅客静态标识导视系统是铁路车站的重要组成部分,合理的导视系统设计以实现整体布局、合理引导、明晰易辩、快速进出为出发点,为旅客提供人性化导向服务。因此,在静态标识系统设计时,应采用标准化的导视符号、色彩识别、信息内容、点位设置等。

2.6.3 站台、雨棚及跨线设施装修设计标准化

站台、雨棚及跨线设施作为站房组成不可分割的一部分,其主要功能解决旅客乘车,车辆停靠的作用,要满足安全、经济、耐用的原则,并且要延续站房本身的设计元素,因此其装修材质、色彩、规格尺寸必须采用标准化设计。

3 结束语

总而言之,标准化设计不但为旅客使用方便舒适和安全方面带来了相同的体验和保证,为车站带来统一的形象,也为建设和管理带来便利与高效,可以有效提高管理效率,从而节省造价,节约成本,带来可观的经济效益。因而,在铁路站房中采用标准化设计,不但是可行的,而且是必要的。

参考文献

[1]陈冠名.高铁站房设计阶段造价影响因素及相关性研究[D].华南理工大学,2015.

[2]赵牧冉.中、小型铁路旅客站房“标准化”设计策略的实践应用[J].铁路技术创新,2011(05):64-66.