长跨度桥梁防雷装置雷击风险评估必要性分析.pdfVIP

2010年福建省气象学会学术年会——省科协第十届学术年会卫星会议防雷论文集 长跨度桥梁防雷装置雷击风险评估必要性分析 张烨方林立 (福建省防雷中心，福州350001) 摘要：论文在分析雷击风险评估技术意义的基础上，以长跨度桥梁防雷装置设计的内容为基 础，就长跨度桥梁雷电防护的易损性展开分析，分别从技术、法律层次对长跨度桥梁防雷装置的雷 击风险评估必要性进行了讨论，并在结论中提出合理可行的管理性建议． 引 言 随着我国社会主义经济的快速发展，各地的道路交通建设如雨后春笋般在祖国各地开放，在这 些基础设施中，桥梁与隧道占据着重要的支撑地位，桥梁与隧道工程对于缩短交通路程，改善交通 环境有着积极的意义。由于桥梁所处位置、桥梁机电、照明设施的的特殊性，桥梁遭受雷击的概率 大大增加，然而对桥梁进行完整的雷电防护设计又是一项需要一定耗资的工程，如何在桥梁的雷电 防护与安全之间做出合理的技术、经济的判断是桥梁防雷工程的一项新的研究内容。文章则在此基 础上，以长跨度桥梁为分析对象，对其在防雷装置设计过程中的雷击风险评估必要性进行了基于技 术与法律上的分析． 1长跨度桥梁雷电防护易损性分析 1．1地理位置的特殊性导致桥梁的高雷击易损性 由于桥梁用途的特殊性，桥梁的布设一般都位于湖、河、江、海的交界处或山脉之间。对于跨 湖、河、江、海的交界的桥梁而言，由于水陆交界的地方土壤电阻率都比较小，所在位置的地势都 比较空旷，孤立在其中的桥梁就越容易遭受雷击，这是因为从雷击的选择性分析可知，孤立在水边 的高架突出物体更能吸引雷电，而水陆交界区域的大气环境更容易生成积雨云(雷暴云)，雷雨时空 中移动的积雨云(雷暴云)对地形成空间电场，该电场在积雨云(雷暴云)下部相对突出的桥梁感生电 荷，电场的逐步积垒形成向上雷电先导，当先导电荷与发展的雷暴云向下先导电荷会合时，形成雷 电放电通道，雷电放电时形成的高电压，对过流的构筑物产生雷电冲击力，若雷电流通过无接地或 接地不好的构筑物时电流流过物体产生高温，同时产生极大的冲击力使人员伤亡、树木和电子设备 毁坏．同时瞬变的电场在桥梁的金属线路上产生电磁场感应，称为感应雷击，造成桥梁控制系统的 建筑物预计雷击次数中的校正系数K的取值为2；位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较 小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物以及特别潮湿的建筑物取1．5【1l，可见跨 河、湖、江的桥梁所处位置的高雷击概率。 对于一些跨界山与山之间的桥梁，此时桥梁的周围多为岩石，土壤电阻率基本都在1000Q．m 以上，若桥塔、桥面、拉索及避雷装置的接闪器接收到的雷电不能由大桥自然接地体迅速地泄入大 地．雷电在构筑上形成瞬间高压，尤其在入地处因土壤电阻率大时，电荷积蓄时间长．产生雷电反 击。过高反击电压施加于桥上的电子、电器设备和金属导线，容易造成桥上的电子电器设备损坏， 同时由于高电阻率导致的桥面地电位抬高，位于桥上的行人很容易因此遭受闪络或跨步电压伤害， 因此，跨界山脉的桥梁也存在高雷击易损性。 1．2电气、电子设备布线的复杂性引起的雷击易损性 在现代化的一些桥梁中，特别是针对我们分析的长跨度桥梁，出于交通控制与维护的需要，在 桥梁上往往存在着不少的电子信息控制设备及其敷设线路．如交通监控系统、服务管理系统、紧急 电话系统、消防监控系统、气象保障服务系统、通信系统等，由于它们自身的电磁兼容性以及耐过 2010年福建省气象学会学术年会——省科协第十届学术年会卫矍会议防雷论文集 电压能力的特殊要求，很容易在雷电环境下发生雷击电磁感应、雷电波侵入、雷电地电位拜高等对 各类信息设备和网络系统的危害。同时长跨度桥梁工程中各类线缆敷设比较复杂且长度长，有屏蔽 电缆，有非屏蔽电缆，还有光缆。各类线缆都有可能遭直接雷击，也可能受雷电感应形成雷电过电 压，同样殃及信息设备和网络，这就是桥梁上电气、电子设备布线的复杂性引起的雷击易损性。 长跨度桥梁在自身建筑、土建结构上的特点也容易为此带来雷击损害。首先，由于长跨度桥梁 的长度较长，接地引入线的引线阻抗(电阻、电感)较大，增大了雷电流的泄放阻力，导致雷击时的 地电位抬高严重．危及桥梁上的设备或行人：其次，长跨度桥梁上包含的主体桥梁、引桥、桥面、 索道及有关附属设施、附属建(构)筑物等，都有可能因为其比桥面更加突出而成为雷电先导。大手。 的选择雷电释放通道，特别是一些斜吊桥的拉索，更需要