景區(qū)觀光索道的防雷設(shè)計系統(tǒng)方案淺析
雷害一般有以下兩種形式
1、直接雷擊
這是指雷云與地面物體間直接放電。這種雷擊放電電流幅值極大，產(chǎn)生的破壞力也大，如果在索道上發(fā)生直接雷擊，不僅會對機電設(shè)備造成損壞.而且還會造成人員傷亡，采用的防護手段就是安裝避雷針、避雷帶與接地系統(tǒng)。
2、間接雷擊(感應(yīng)雷擊)
這種雷擊是由于雷云與地面間形成一個強大的電場，在距離雷云近的物體上會由于這電場的作用，感應(yīng)出大量與雷云帶電異號的電荷，當(dāng)這朵雷云在附近放電后，感應(yīng)的電荷失去束縛，將沿導(dǎo)體向低電位處流動，形成高電壓和大電流。這種雷擊最有可能造成索道抗雷擊薄弱環(huán)節(jié)一電氣控制系統(tǒng)的損壞由于直接雷擊破壞性嚴(yán)重，在進行索道防雷系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、維護時，必須要有完善及可靠的措施來避免直接雷擊的發(fā)生。
間接雷擊雖不會造成人身傷害，但會造成電氣控制系統(tǒng)的損壞。由于索道屬于種架空設(shè)備，線路要跨越山川、河流、峽谷及障礙物等，不少游客一坐上索道就有恐俱感，如果因為間接雷擊造成索道電氣控制系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn)，而被迫采取救護措施，就會加劇游客的恐懼感。若在救護過程中管理不善，游客也可能因自身的恐慌，采取一此不安全的行動而造成人身傷害。
因此，做好電氣控制系統(tǒng)防雷接地，對索道安全運營是非常重要的。
雷擊對索道可能造成的危害
1、直接雷擊的危害
由于索道上下站跨度大，且其鋼絲繩、纜車、架空電力線、各種信號電纜線均為裸露安裝。直接雷擊一旦發(fā)生，這些安裝部位很容易成為直接雷擊的目標(biāo)，給索道正常運行和旅客人身安全造成極大威脅。因此，對索道綜合防雷工程進行設(shè)計、安裝、維護時，必須要采取完善而可靠的防直擊雷措施。
2、感應(yīng)雷擊及雷電波侵入的危害
感應(yīng)雷擊及雷電波侵入對索道的危害，有如下三種途徑：
進入站房的各種信號線纜、架空電力線、索道鋼絲繩等物體，在遭受雷擊時引起感應(yīng)雷擊及雷電波侵入，可導(dǎo)致設(shè)備的電氣損壞；
由于索道控制系統(tǒng)的核心部件(如交直流變頻調(diào)速器等)含有繞組線圈，站房附近若發(fā)生雷擊，強大的瞬間雷電流會在周圍空間產(chǎn)生變化的電磁場，瞬間變化的磁場會在繞組線圈兩端產(chǎn)生極高的感應(yīng)電動勢，從而損壞控制設(shè)備；
索道站房占地面積一般較小，其所建位置的土壤電阻率較高，進行各種設(shè)備接地、動力接地、防雷接地處理較為困難，若處理不當(dāng)，雷擊發(fā)生時，易發(fā)生地電位反擊。對索道而言，感應(yīng)雷擊一般只有可能損壞其電氣控制系統(tǒng)，不會造成人身傷害。
對直擊雷的預(yù)防措施
1、上下站房建筑物直擊雷的預(yù)防
上站位于整個索道設(shè)備體系中的制高點，多建在山頂附近，最容易遭受直接雷擊。為了減少或避免上站房受到直接雷擊，一是要對上站建筑物做好防雷接地處理，其防雷網(wǎng)應(yīng)做在突出站房屋面一定高度的地方，該防雷網(wǎng)應(yīng)當(dāng)通過站房施工預(yù)留的接地引下鋼筋與站房周圍的接地極相連，若索道站房房頂為金屬屋面，則可將金屬屋面作為接閃器，整個屋面金屬板做可靠電氣連接，然后與接地網(wǎng)做可靠連接，建議采用避雷針、獨立避雷針、防生樹避雷針進行保護。
2、電力線路直擊雷的預(yù)防
對于從下站至上站開閉所(用于將10kV高壓轉(zhuǎn)換為380V電壓的房間)架空電力線，宜采用避雷線進行保護。索道塔桿上避雷線對邊導(dǎo)線的保護角應(yīng)在20度～30度之間。塔桿上兩根避雷線間距不應(yīng)超過導(dǎo)線與避雷線之間垂直距離的5倍。(3)索道纜車及信號線纜直擊雷的預(yù)防。索道纜車及信號線纜直擊雷的預(yù)防方法，與電力線路直擊雷預(yù)防方法相同。北武當(dāng)山索道纜車和各種信號線路，就是利用架設(shè)在索道支架頂端的鋼絲繩作為接閃器來達(dá)到使其免遭直擊雷目的的。
（一）纜車的防雷保護
為有效防止直擊雷對索道山下站的破壞，應(yīng)在站頂鋼構(gòu)棚中間頂端安裝一支先導(dǎo)放電避雷針。
位于索道上站與下站之間，纜車頂部做避雷線一根。
（二）通訊電纜及鋼絲繩的防雷保護
我索道采用的通訊電纜是48芯電纜，為保護電纜及承載鋼索，我們在上方架設(shè)2條防雷線，防雷線在9個支架和站房內(nèi)均設(shè)可靠落地點。按照電子系統(tǒng)防雷要求，我們將站房的基礎(chǔ)鋼筋、梁柱鋼筋、金屬框架以及建筑物防雷引下線等連接起來，形成接地電阻降至1歐姆以下的法拉第網(wǎng)。
感應(yīng)雷及雷電波侵入的預(yù)防措施
1、供配電感應(yīng)雷及雷電波侵入的預(yù)防
電源感應(yīng)雷及雷電波侵入的預(yù)防索道運行用電是由供電局變電站開閉所經(jīng)下站架空電力線路再經(jīng)變壓器變壓后送入室內(nèi)，其高壓進線端10kV)是長距離輸電線路、上下站高差大，在遭受直擊雷和感應(yīng)雷時易產(chǎn)生過電壓，低壓端(380—220V)易感應(yīng)半徑從幾百米到2000m范圍內(nèi)的雷擊電磁波而產(chǎn)生的過電壓，電子設(shè)備雷擊事故多由電源線路引起。因此，對索道電源線路，應(yīng)采取多級電源避雷器保護方式。實現(xiàn)對雷電流的逐級泄流。
(1)在變壓器高壓側(cè)安裝了高壓避雷器，若條件許可，在高壓線進入變壓器前端50m處將架空線改為地埋電纜引入；
(2)在變壓器低壓側(cè)安裝了三級電源避雷器，對電子設(shè)備實行多級保護，其避雷器參數(shù)應(yīng)滿足《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范))(2010年修訂版)中有關(guān)避雷器參數(shù)的要求，且不同級避雷器的啟動電壓、漏電流等技術(shù)參數(shù)和不同級避雷器之間的距離應(yīng)當(dāng)滿足能量配合。
在索道上站與下站總配電三相電源進線處加裝40KA／380電涌保護器，以及位于控制室內(nèi)電源進線處加裝20KA／220電涌保護器。電涌保護器接地導(dǎo)線截面積為10mm2的銅芯絕緣線。
索道電源防雷措施是：
(1)電源高壓側(cè)的高壓避雷器在線路布設(shè)時安裝到位；
(2)在上站變壓器低壓側(cè)安裝通流量為50kA(10／350μs)TSPD-A350的避雷器作為第一級防護，在站房配電柜總電源處安裝通流量為80kA(8／20μs)TSPD-B+C80RM的避雷器作為第二級防護，在設(shè)備配電柜前端安裝通流量為40kA(8／20μs)TSP-C40RM的避雷器作為第三級防護。
電源防雷安裝：
2、信號線路感應(yīng)雷及雷電波侵入的預(yù)防
索道的信號線很多，按功能可將其主要分為控制信號線、廣播信號線和電話線?？刂菩盘柧€是監(jiān)控索道運行以及操作臺(控制索道開／關(guān)、加速／減速等功能的裝置)向索道控制系統(tǒng)發(fā)出指令的傳輸線路，一旦因感應(yīng)雷及雷電波侵入造成通信中斷，索道將無法正常運行。
因此，控制信號線路的防護是整個信號線路感應(yīng)雷及雷電波侵入預(yù)防的重點。對信號線感應(yīng)雷及雷電波侵入的預(yù)防，可根據(jù)信號種類、接口、特性阻抗、頻率、帶寬、插入損耗、工作電平等性能指標(biāo)選擇合適的避雷設(shè)備器，避雷器應(yīng)安裝在信號線進入設(shè)備的前端。
索道信號系統(tǒng)防雷措施是，在傳輸控制指令的控制信號線進入設(shè)備的前端安裝24V直流避雷器，在監(jiān)控索道脫軌的U型針信號線進入設(shè)備的前端安裝12V直流避雷器，防止雷電流從架空線纜竄人設(shè)備。
接地措施
一、接地方法
1、垂直接地體材料
垂直接地體可采用燒制型YBD-01T非金屬接地體、銅包鋼接地棒、銅材、熱鍍鋅鋼材（鋼管、圓鋼、角鋼、扁鋼）、離子接地棒、鋅包鋼或其它新型接地材料。
2、水平接地體材料
水平接地體一般采用純銅線、鍍銅線、熱鍍鋅扁鋼、鋅包鋼等。
3、接地材料有以下要求：
a、采用熱鍍鋅鋼管時，鋼管壁厚不小于3.5m;
b、采用熱鍍鋅角鋼管，角鋼不小于50mm*50mm*5mm;
c、采用熱鍍鋅扁鋼時，扁鋼不小于40mm*4mm;
d、采用熱鍍鋅圓鋼時，圓鋼直徑不小于8m;
e、非金屬接地模塊分為燒制型與壓制型，常用規(guī)600mm*150mm*100mm,
f、銅包鋼接地棒，鍍銅厚度；≤0.25mm，ф16*1500mm型號：YBD-01B
g、離子接地棒時，YBD-Lф50*1500mm
h、采用物理降阻劑時，電阻率R=0.45，降阻率在60-95%之間，石墨含量70%，型號：YBD-Z25與YBD-Z10
4、地網(wǎng)施工布置
地網(wǎng)布置依據(jù)地形設(shè)計為L型、口型、一字、H型或圓型。
5、地網(wǎng)挖掘
接地地網(wǎng)挖掘深度大于0.8米，根據(jù)土壤如：石頭、沙土、建筑垃圾、黃土等情況，北方城市一定要達(dá)到凍土層以下。
6、焊接與防腐處理
接地體（線）的連接應(yīng)采用焊接，焊接處焊縫應(yīng)飽滿并有足夠的機械強度，常見的焊接分為：電焊與放熱焊接。焊接不得有夾渣、咬肉、裂紋、虛焊、氣孔等缺陷，焊接處的藥皮敲凈后，刷瀝青做防腐處理。
采用搭接焊時，其焊接長度如下：
1）鍍鋅扁鋼不小于其寬度的2倍，三面施焊。（當(dāng)扁鋼寬度不同時，搭接長度以寬的為準(zhǔn)）。敷設(shè)前扁鋼需調(diào)直，煨彎不得過死，直線段上不應(yīng)有明顯彎曲，并應(yīng)立放。
2）、鍍鋅圓鋼焊接長度為其直徑的6倍并應(yīng)雙面施焊（當(dāng)直徑不同時，搭接長度以直徑大的為準(zhǔn)）。
3）鍍鋅圓鋼與鍍鋅扁鋼連接時，其長度為圓鋼直徑的6倍。
4）鍍鋅扁鋼與鍍鋅鋼管焊接時，為了連接可靠，除應(yīng)在其接觸部位兩側(cè)進行焊接處，還應(yīng)直接將扁鋼本身彎成弧形與鋼管焊接
二、影響接地電阻原因
1)選擇地網(wǎng)接地線及導(dǎo)體截面不足，或?qū)ο到y(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的短路電流分析結(jié)果偏差較大，使接地線及導(dǎo)體的截面不能滿足熱穩(wěn)定校驗的要求。
2)對接地裝置施工防機械損傷、防腐蝕問題重視不夠，或根本沒有采取必要的防腐措施。
3)接地裝置敷設(shè)時埋設(shè)深度不夠，垂直接地體間距過小，焊接質(zhì)量不合格，沒按設(shè)計規(guī)定進行規(guī)范施工，防雷地網(wǎng)材料選用了不合格的接地材料。
4)接地體(線)連接不正確，在一個接地線中串接了幾個需要接地的電氣設(shè)備，直接接地或經(jīng)消弧線圈接地的變壓器，沒有采用專用的接地線。
5)獨立避雷針沒有設(shè)獨立的集中接地裝置，或該接地裝置與主接地網(wǎng)的地下連接點至35kV及以下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點，沿接地體的長度小于15m。
6)土壤電阻率偏高，沒有按規(guī)程要求正確選用高效降阻劑。降阻劑現(xiàn)在市場價格混亂，建議采用石墨含量高的YBD-Z25物理降阻劑。
三、具體施工方案
1、索道站房及站內(nèi)設(shè)備的防雷接地
對索道站內(nèi)的設(shè)備，必須采取避雷針或金屬屋面接地保護，才能減少或避免設(shè)備直接遭受雷擊?？紤]到整個索道設(shè)備均通過鋼絲繩連接為一體，上(下)站內(nèi)設(shè)備的接地，主要通過驅(qū)動輪及迂回輪內(nèi)鑲嵌銅質(zhì)襯塊，再經(jīng)設(shè)備鋼筋混凝土基礎(chǔ)內(nèi)施工預(yù)留的接地裝置(引下鋼筋)與站房。
周圍的接地極相連，這樣就可將沿著線路鋼絲繩傳進上(下)站內(nèi)的雷電侵入波導(dǎo)入上(下)站接地網(wǎng)中。按《架空客運索道安全規(guī)范》中的規(guī)定，上(下)站內(nèi)設(shè)備接地電阻值應(yīng)小于4歐姆。
2、索道線路支架、鋼絲繩、避雷線的接地
索道線路的支架一般是通過支架基礎(chǔ)中的接地鋼筋直接與大地連接。只要滿足《客運架空索道安全規(guī)范》中的相關(guān)
規(guī)定，即其接地電阻小于10歐姆。如果接地電阻值不能滿足規(guī)定要求，則可借助高效降阻劑來解決，降阻劑應(yīng)埋置在支架附近另挖的一個坑內(nèi)，且盡量使用高效長效降阻劑。
四、索道防雷接地的一般做法
客運架空索道一般由索道線路、上站、下站三個部分組成
1、上、下站建筑物的防雷接地
索道上站是整個索道中的制高點，一般均位于山頂附近，最容易遭受直接雷擊卜站建筑物防雷接地的處理，一般均采用站房屋面突出一定高度做防雷網(wǎng)，防雷網(wǎng)通過站房柱角施工預(yù)留的接地引下鋼筋與站房周圍的接地極相連，
索道下站且標(biāo)高較低，相對于上站遭受雷擊的可能性小，但為保險起見，下站建筑物的防雷接地采用和上站同樣的做法。
上、下站接地電阻值按索道安全規(guī)范規(guī)定應(yīng)小于5歐姆。
2、站內(nèi)設(shè)備的防雷接地
索道站內(nèi)設(shè)備一般均罩于站房內(nèi)，沒有直接遭受雷擊的可能。但由于整個索道設(shè)備均通過鋼絲繩連接為一體，因此，上、下站內(nèi)設(shè)備的接地主要是通過驅(qū)動輪及迂回輪內(nèi)鑲嵌銅質(zhì)襯塊，然后經(jīng)過設(shè)備鋼筋混凝土基礎(chǔ)內(nèi)施工預(yù)留的接地裝置引下鋼筋與站房周圍的接地極相連，將沿線路鋼絲繩傳進上、下站的雷電侵人波導(dǎo)人上、下站接地網(wǎng)中。上、下站內(nèi)設(shè)備接地電阻值按索道安全規(guī)范規(guī)定應(yīng)小于4歐姆
3、線路支架、鋼絲繩接地
索道線路支架一般均通過支架基礎(chǔ)中的接地鋼筋直接與大地連接。只要接地電阻值滿足索遺安全規(guī)范規(guī)定的10歐姆以內(nèi)，般不做特殊處理，如果接地阻值不滿足要求，一般采用在支架附近另挖一個坑埋置高效長效降阻劑來解決
五、索道防雷接地的綜合措施
以上所述是國內(nèi)大多數(shù)索道所采用的防雷接地通用做法，但僅僅采用這些做法，對保證索道長期安全運營還是不夠的。盡管每一條索道從設(shè)計、施工到安裝都考慮了防雷接地措施，但國內(nèi)很多索道都或多或少的發(fā)生了一些因雷擊而導(dǎo)致的事故。究其原因，管理方而的麻痹大意是重要因素之一，但更重要的是對索道遭受雷擊損壞的原因沒有進行有針對性的分析和采用相應(yīng)的處理措施。
據(jù)大量索道運營過程中的統(tǒng)計，采用以上防雷接地處理方法后，在檢測各部分接地電阻值達(dá)到國家規(guī)范或設(shè)計要求的情況下，雖然可以確保人身安全，機械設(shè)備也基本未受影響，但電氣控制系統(tǒng)中的很多部分，從電源到檢側(cè)元器件(如感應(yīng)式接近開關(guān)、脈沖發(fā)生器)，直至控制系統(tǒng)的核心部分（如可編程控制器、交流變頻調(diào)速器或直流可控硅整流裝置}，仍會遭到不同程度的破壞。囚此對索道電氣設(shè)備的接地還必須采取更為詳細(xì)和嚴(yán)格的處理方法，才能徹底消除需害對索道的影響。
通過對一些采用防雷接地處理并經(jīng)檢測接地電阻值也達(dá)到國家規(guī)范或設(shè)計要求，但仍發(fā)生雷擊電氣系統(tǒng)的索道進行的調(diào)查研究，提出幾種解決電氣系統(tǒng)防雷擊的方法，并在多條索道中采用，證明其效果明顯。
1、防止雷電從電源進、出口引入
在主電源進、出線端裝設(shè)避雷器，防止雷電侵人波從外部供電線路進入索道控制系統(tǒng)。各路控制電源除安裝隔離開關(guān)和空氣開關(guān)外，還應(yīng)在其輸出端增設(shè)壓敏電阻及阻容保護裝置，以防止索道線路中支架或鋼絲繩感應(yīng)雷電，通過電氣控制系統(tǒng)中的感應(yīng)裝置(如感應(yīng)式接近開關(guān)、脈沖發(fā)生器等)損壞控制電源
2、因地制宜采取措施，降低線路及上、下站房和設(shè)備的接地阻值，減少雷電侵入的危害
分析索道電氣控制系統(tǒng)遭受雷擊的原因，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)是由于索道站房及線路中的雷電感應(yīng)通過鋼絲繩及站內(nèi)機械設(shè)備傳人電氣控制或感應(yīng)兀件而間接導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)的損壞，因此，降低線路及上、下站房和設(shè)備的接地阻值，對減少雷電侵人是非常重要的。
3、上、下站房建筑物及設(shè)備接地
對上、下站房建筑物因十質(zhì)情況不同，可采用以下一種接地方法：
(1)土壤電阻率≤300歐姆*米的地區(qū)，可采用鍍鋅角鋼或鋼管作為接地休，接地體長度應(yīng)不小于2m，在站房周圍(離站房各外墻線距離均不小于5m)，按間隔3-5m垂直打人地下接地體數(shù)量按照實測接地阻值滿足設(shè)計要求為準(zhǔn)，各接地休之間用鍍鋅扁鐵焊接連接，各接地體與接地連接線埋置深度應(yīng)大于800m。
(2)土壤電阻率在300-2000歐姆*米的地區(qū)，若采用上述方法很難達(dá)到接地阻值的要求或接地體數(shù)量過多。這時，應(yīng)在站房周圍土壤電阻率較低處采用1個或數(shù)個平面尺寸大于lmxlm的銅板作接地體，與站房及機械設(shè)備用鍍鋅扁鐵焊接連接，銅板的埋置深度應(yīng)大于2m。
(3)上壤電阻率在300歐姆*米以上時，可采用多個放射形接地體，或連續(xù)延長接地體。放射形接地體可采用長短結(jié)合的方式。共累計長度按照實側(cè)接地阻值滿足設(shè)計要求為準(zhǔn)，各接地體與接地連接線理置深度應(yīng)大丁800mm。
4、線路支架接地：
山于線路支架多處于山區(qū)巖石地層或上壤電阻率很高的位置，盡管索道安全規(guī)范考慮到這種情況，放大了支架的接地阻值要求，但在實際處理過程中，其接地電阻值仍很難達(dá)到30R.降低支架接地阻值的方法有：
(1)首先應(yīng)考慮其周圍自然環(huán)境中是否有_L壤電阻率低的地方，若有，應(yīng)采用鍍鋅扁鐵接地線由支架引至此處，再采用燒制接地模塊或銅板接地休
(2)若支架附近相當(dāng)遠(yuǎn)的距離內(nèi)(200m以上)仍沒有土壤電阻率較低的地方可考慮以下兩種方法：
①在支架附近挖坑埋放高效長效降阻劑(采用此種方法降阻劑必須經(jīng)常檢查并定期更換)；
②采用置換土壤的辦法，即用土壤電阻率較低的粘土來代替接地體周圍電阻率較高的巖石或土壤，此種方法效果也不能持久，盡量不采用通過支架頂端的起重架，在索道全線路架設(shè)避雷鋼線?采用燒制非金屬接地模塊并排連接。
