1、浅谈放电间隙型防雷器在轨道交通高架区间雷电防护中的应用摘要：本文主要提出了在轨道交通高架区间防雷设计中处理杂散电流腐蚀防护与雷电防护这一矛盾的解决办法，即采用放电间隙型防雷器达到同时满足绝缘隔离与临时导通的要求。关键词：轨道交通；高架区间；放电间隙型防雷器；杂散电流一、前言随着城市区域的不断扩大及轨道交通技术的飞速发展，地铁已开始倾向于由城市中心区域向远郊区域延伸，轨道交通技术的应用已不再满足于传统的地下轨道建设，愈来愈多的地面铁路和高架轻轨铁路成为连接城郊与城市中心区域的纽带，进而形成地下、地面与高架桥相互交错的多层次地铁布线格局。由于大面积的地面与高架轻轨铁路架设在户外，不可避免地会遭受雷
2、击，特别是高架轻轨铁路，大都建设在郊区，属于孤立高耸建筑物，极易遭受雷击，同时由于地铁杂散电流的存在，城市轨道交通高架区间的防雷设计既不同于普通建筑物，也有异于地下建设的地铁。本文就轨道交通高架区间雷电防护的特殊性，提出合理应用放电间隙型防雷器的解决办法，以供大家参考。二、传统高架区间的防雷高架轻轨铁路一般都铺设于城郊空旷区域，必须针对其结构特性进行必要防雷技术设计，以保障人身、设备及建筑物在遭遇雷电威胁时的安全。传统防雷设计中，高架区间构筑物按三类防雷设计，沿高架区间敷设的声屏障和灯杆属于易落雷击点，客观上形成了天然的接闪器，雷电击中声屏障或灯杆时，雷电流顺着声屏障或灯杆而下，先将热镀锌扁钢
3、一端与声屏障和灯杆的金属导体可靠焊接，然后将热镀锌扁钢沿梁缝引下，另一端与桥墩上部（接近盖梁位置）预埋钢板焊接，利用桥墩结构钢筋作引下线，并且每个桥墩都做引下，接地电阻小于 10。图 1 传统双墩柱高架桥防雷立面图此种设计虽能很好的解决高架区间的防雷设计要求，却有碍于在高架轻轨铁路设计中杂散电流腐蚀防护的要求。三、杂散电流对高架区间桥墩主体结构钢筋的电化学腐蚀（1）杂散电流的定义及危害目前地铁列车牵引动力一般用直流电，由设置在沿线的牵引变电所通过架空线或第三轨向列车馈送电量，并利用钢轨作为回流线路。直流供电的地铁系统的钢轨本身具有电阻且钢轨对地做不到完全绝缘，所以有一部分电流从钢轨泄漏到大地。
4、这部分从钢轨漏出的电流被称为杂散电流又叫迷流。图 2 地铁杂散电流的产生地铁杂散电流对环境的影响主要是对金属产生电化学腐蚀，而地铁杂散电流防腐蚀的保护是分层次的，可分为四类：钢轨、道床钢筋、埋地金属管道及线缆铠装外皮、车站和高架区间主体钢筋结构。钢轨埋设在地表面，易于发现损坏状况,且便于更换，而道床钢筋从结构上讲也是可以重修，所以杂散电流腐蚀对前两者的危害不是很大，但是对于后两者，它不仅会缩短金属管线的使用寿命，降低地铁钢筋混凝土主体结构的强度和耐久性，而且由于其腐蚀情况不易察觉，若不加以重视与防范，可能会酿成灾难性的事故。例如在北京地铁一期工程的主体机构中的钢筋已发现有严重的杂散电流腐蚀，北
5、京、天津地铁都有水管被侵蚀穿孔的情况，香港也曾因杂散电流腐蚀煤气管道引起煤气泄漏，在一些地铁运行历史较长的发达国家，杂散电流腐蚀同样严重，如英国曾发生过因为杂散电流腐蚀而发生的钢筋混泥土塌方事故。（2）杂散电流大小影响因素及流通路径钢轨通常铺设在轨枕、道碴或整体道床上，虽然采取了对地绝缘措施，但是钢轨与轨枕或整体道床之间不可能处于完全绝缘状态，钢轨对地泄露电阻一般在 5100km 范围，同时随着地铁运营时间的推移，由于受到不可避免的污染、潮湿、渗水、漏水等影响，使绝缘性能降低，势必增大由钢轨泄露的杂散电流，另杂散电流的流通路径首先从钢轨泄露至道床结构，再从道床结构向其他机构钢筋如车站或高架桥墩
6、结构钢筋泄露。按照杂散电流防护措施，一般利用整个道床内结构钢筋的纵向联通形成电气连续的杂散电流主收集网，为杂散电流提供第一电气通路，而高架区间的声屏障和灯杆不可避免的会与道床内结构钢筋存在电气连接，所以道床结构钢筋应尽量与高架桥墩结构钢筋保持绝缘。高架桥一般采用现浇混凝土筒支箱梁结构形式，桥梁与桥墩之间通过板式橡胶支座安装，起到绝缘安装的效果，避免杂散电流扩散，而传统防雷设计仅简单采取镀锌扁钢焊接是有待商榷的，因为若采用镀锌扁钢直接与桥墩引下线钢筋焊接，就必然形成某“点”的集中接地，成为防护杂散电流的薄弱环节，其起到的效果势必破坏了桥梁与桥墩绝缘的”桥建分离“的结构型式。综上所述，在高架区间防
7、雷设计中，考虑到杂散电流腐蚀防护的要求，高架桥梁结构钢筋与桥墩既要保证平时的绝缘，又须在雷电流到来后临时导通，通过引下线将雷电流泄放到大地，为解决这一对矛盾，可以选用放电间隙型防雷器，同时起到绝缘隔离和临时导通的作用。四、放电间隙型防雷器按防雷器中非线性元件的分类，常用的可分为火花间隙、压敏电阻、瞬态抑制二极管，火花间隙原理为两个相隔一定间隙的电极，由绝缘材料分开，彼此间有很短的距离（如图示） ，当瞬时过电压袭来时，两个电极间的电位差达到一定程度时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地。两电极之间的距离大小决定了该火花间隙的工作电压，常由两片或更多的电极片串联在一起组成的。它的优点是放电能
8、力强，通流量大（可做到 100KA 以上） ，无漏电流。电极绝缘垫片G图 3 间隙型防雷器结构示意图新型放电间隙型防雷器（地极保护器）的特征：1）可以承受直接雷击，通过 10/350s 雷电流波形测试。2）通流量特别大，最大可承受 100KA 的直接雷击而不会损坏。3）采用钨铜电极，抗老化性强，寿命大大增长。4）外壳采用环氧压膜复合物，密闭性更强。5）采用密封设计，动作时无外泄电弧，因而不需特定的安装空间，也不会引起火灾事故，安全性更高。6）完全免维护，由于其通流量特别大，一般不会因雷击而损坏；另外由于其采用新型钨铜电极，绝缘阻抗高，无漏流，内部无需设计监控报警装置，完全是一款免维护的产品。7
9、）安装方便，自带连接端子，可直接通过螺栓安装。五、高架区间放电间隙型防雷器的设计原则在高架区间防雷设计中，由于杂散电流对高架区间桥墩主体结构钢筋具有一定的腐蚀性，因而高架桥结构中的钢筋需与桥墩部分做绝缘处理，以防止杂散电流的扩散，而在高架区间防雷中又通常需要利用桥墩作为引下线，将雷电流就近泄放入大地，为了解决这一矛盾，则需要采用放电间隙型防雷器将高架桥梁上部的声屏障钢立柱或区间灯杆（防雷接闪器）与桥墩（防雷引下线）进行可靠连接。在桥墩部位设置防雷引下线的做法是利用桥墩内不少于两根主钢筋由垂直方向焊接连通，并与承台、桩基内钢筋焊接连通作为桥墩内防雷引下线，同时在桥墩上部（接近盖梁位置）对预埋钢板
10、与防雷引下线进行可靠焊接，区间防雷接地电阻不大于 10 欧姆。图 4 新型双墩柱高架桥防雷立面图六、结论在高架区间防雷设计中，与传统方法用镀锌扁钢将高架桥梁结构钢筋与桥墩钢筋连接相比，采用新型的放电间隙型防雷器替换镀锌扁钢直接连接，能够同时达到防雷设计与杂散电流腐蚀防护设计的要求，为城市轨道交通安全运行提供了保障。因为在平常状态下，由于放电间隙两端作用的电位差很小，不足以使间隙放电击穿，间隙处于断开状态，杂散电流不会泄露到桥墩钢筋上对其产生电化学腐蚀。在高架区间遭受时，放电间隙将击穿导通，将原来的隔离状态转变为临时的电气连接状态，起到将泄放雷电流入地的作用。参考文献：1 建筑物防雷设计规范- GB50057-94（2000 年版）2 浅谈杂散电流腐蚀机理及防护措施-铁道机车车辆 2005 许建国3 地铁杂散电流腐蚀及其防护措施-西部探矿工程 2006 张春苗; 王昌吉4 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程 -4992
