浅谈铁路站房及雨棚防雷接地
[摘 要]：全面分析铁路站房雷电防护措施和影响，提出铁路站房的防雷接地设计施工原则和要求，指出等电位联结是综合站房防雷、接地与安全的关键措施。论述接地电阻中，工频接地电阻、冲击接地电阻、高频低阻抗的各自特性和要求及铁路站房雨棚的实际施工。 [关键字]：铁路站房 防雷 接地 雷击电磁脉冲
1 引言
雷电是发生在地球大气中的一种猛烈的放电现象，是自然界存在的自然现象，自古以来雷电灾害给人身安全和经济带来的损失时很严重的。根据保守估计，我国每年因雷电灾害造成的直接经济损失达到数亿元，而由此造成的间接经济损失则难以估计，其产生的社会影响也越来越大。 1.1 雷电灾害的特点
由于现代建筑物中建筑材料的多样化、建筑物智能化程度的提高、计算机与通讯信息系统及电子控制系统的广泛应用，使雷电对建筑物的破坏，尤其是雷击电磁脉冲对微电子控制系统破坏的事件时有发生，灾害造成的损失逐年扩大，是联合国公布的最严重的十种自然灾害之一。
我国雷电灾害事故数柱状图（1997-2006）
从1997-2006年我国“雷电灾害事故数柱状图”可以看出：10年来我国雷灾
事故统计数呈逐步上升的态势，从1997到2006年，上报的雷电灾害事故从556例上升到6265例。一方面雷灾上报数的增加与各地雷电灾害上报渠道和制度的日益完善和规范有关；另一方面随着办公自动化、信息网络相关的电子设备在各地各部门大量普及应用，雷击损伤电子设备的事故也在增加。
从“不同雷击环境事件数百分比”统计数据可以看出，不同雷击环境下发生雷击灾害的比例是不相同的。农田、在建的建筑物、开阔地、水域等环境发生雷击灾害的比例最高，这是因为，在农田、开阔地、水域等，人们往往单独劳作或行动，而且地势平坦，相对而言人体位置可能较高，因而更容易被雷击中，雷电流可能会从头部进入人体，再从两脚流入大地。由于直接雷击时电流很大，很容易使被雷击者受到伤害。 在建的建筑物一般没有防雷设备，钢筋、铁管等电导体很多，因而也容易遭受雷电袭击。 农村是雷灾主要发生地区，农民是雷灾的主要受害者从上表“我国1997年-2006年10年间56起重大雷灾伤亡事件的特征统计”可见，农村民居、教室、窝棚、亭子、庙宇、窑洞等建筑物里共发生了30例重大雷击灾害，占54%，而这些建筑大多是没有防雷装置的；值得强调的是，有7例雷灾发生在教室里，占13%。学校是人员密集的地方，但我国很多教室没有完善的防雷措施，尤其是在农村，例如2007年5月23日 重庆开县义和镇兴业村小学教室遭遇雷电袭击，造成四、六年级学生7人死亡，44人受伤。因此可见，完善的建筑物防雷装置对保证用户的人身安全有着至关重要的作用。
1.2 雷电灾害的成因
雷电破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气之间的电位差达到一定程度（25—30KV/cm）时所发生的猛烈的放电现象。通常雷击有两种形式，直雷击、感雷击。
直雷击是带电的云层和大地某一点之间发生的迅猛的放电现象。当雷电直接击到建筑物上，强大的雷电流使建筑物水份受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或爆炸。另外，当雷电击中建筑物接闪器，电流沿引下线向大地泄放，这时对地点位升高，有可能向邻近的物体跳击，称为雷电“反击”，从而造成火灾或人员伤亡。
感应雷（雷击电磁脉冲）也称为二次破坏，是当直击雷发生以后，由于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交叉磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，发生高电压，这种电流可能向周围物体放电，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。
2 铁路综合站房的特点
铁路综合站房作为广大旅客候车和集散的空间，有大量人员滞留。为了给旅客创造舒适和安全的候车环境，站房设置电气系统和建筑智能化系统。
站房电气系统有：10KV变配电所和10KV电力远动间，站房变电所10KV采用不接地系统；为高速铁路信号、通信设备供电的10KV电力远动间，贯通线为10KV电缆，采用小电阻接地系统。
站房建筑智能化系统有：消防报警系统、机电设备监控系统、电扶梯控制系统、广播系统、疏散系统、公共信息发布等弱电系统。
同时综合铁路站房又作为列车管理调度的场所，设置大量的通信、信号、信息化、售检票等列车运营管理系统。通信、信号等电子系统与铁路行车安全直接相关，根据《建筑物电子信息系统防雷接地技术规范》（GB50343-2004）规定，属A级雷电防护等级。通信、信号的大量线缆出入综合站房，增加了雷击电磁脉冲的防护难度。
为了防止直击雷电危害，保证旅客的人生及财产安全；防止雷击电磁脉冲引发的电气和电子信息系统的破坏，铁路综合站房需要构建有效的雷电防护系统。
铁路综合站房的雷电防护包含外部防雷系统和内部防雷系统。外部防雷系统是防止直击雷造成的危害。内部防雷系统是在外部防雷系统的基础上，为建筑物内的电气和电子设备提供雷击电磁脉冲防护。
3 站房直击雷的防护
3.1接闪器的设置
根据防雷规范，特大型、大型火车站属于二类防雷建筑物。铁路综合站房和雨棚多采用金属屋面，对于采用钢筋混凝土屋顶的站房，应在女儿墙和钢筋混凝土的屋面明敷设扁钢，作为接闪器，不宜利用混凝土屋面内的钢筋作为接闪器。因为雷击时，可能导致女儿墙上钢筋上的混凝土脱落，掉下来砸伤人员。南充北站站房及雨棚工程中，站房预计年累计次数为0.1844，站房建筑为中型旅客站房（属于人员密集场所）并考虑雷击次数 ，按第二类防雷建筑物做防雷设计，而雨棚按第三类防雷建筑物做防雷设计。
南充北站站房接闪器设置是在屋面两侧区域沿女儿墙明敷?12镀锌圆钢避雷带作为接闪器，在接闪带施工时，将接闪带设在外墙表面垂直面上，且屋面避雷网格不大于（10m×10m或8m×12m）；在屋面中间区域利用屋面镁铝锰合金板作为接闪器，相互之间可靠焊接。利用剪力墙内两根?16主筋作为引下线，利用桩基础内主筋，承台梁内主筋及扁钢接地网作为接地极，作为接地极的桩基内主筋利用扁钢接地网联成一体，作为防雷装置的钢筋之间的连接均应焊接。引下线接上端与避雷带焊接，下端与基础接地网焊接。雨棚则是在屋面明敷?12镀锌圆钢避雷带作为接闪器，接闪带设在雨棚屋面边沿内侧，屋面避雷网作为接闪器，利用结构柱内两根?16主筋作为引下线。
3.2引下线的要求
铁路综合站房引下线应解决引下线的间距问题。2010版《建筑物防雷设计规范》要求，第一类、第二类、第三类防雷建筑的引下线的间距不得大于12m、18m、25m。第一类防雷建筑为炸药库等危险建筑，铁路上很少用到；特大型、大型站房为第二类防雷建筑，通过计算小型站房一般为第三类防雷建筑，其中，第二类、第三类建筑物防雷引下线的间距，规范要求是黑体字，即强制性条款，
必须满足。上述强条是参照IEC62305防雷标准，第一类、第二类、第三类防雷建筑物引下线的间距为10m、15m、25m制定的。
建筑物防雷引下线的传统做法是利用建筑物的柱内钢筋作为引下线。对于中小型站房而言，其柱间距不大，且第三类防雷建筑物的引下线间距25m，易满足规范要求。
特大型、大型站房空间大，柱间距大，利用常规柱内钢筋做引下线已不能满足规范要求。通过实例及分析可知，站房四周必须有墙体对内部空间进行围合，大柱距围合墙体主要为两种，玻璃幕墙和干挂石材的实体墙。玻璃幕墙和干挂石材有二次钢结构支持，防雷引下线充分利用二次结构的金属构件作为引下线。
防雷规范要求引下线，圆钢最小直径8mm，钢绞线最小截面50mm2（每股线直径1.7mm）。由于玻璃幕墙是透明的玻璃体，无法增设圆钢作为一下线，幕墙钢索直径从8mm至40mm均有，直径10mm及以上就能满足建筑物引下线需要。对于干挂石材墙面，既可以利用支撑石材的钢桁架作为引下线，又可以在石材和墙体间隔内敷设接地引下线。
上述做法需要注意接口问题，墙体装修图（含二次结构图）经常滞后于防雷接地施工图。为此，防雷接地施工图中，需预先在屋面或屋顶横梁处按照接地引下线的间距要求预留引下线连接板，一层地面对应预留接地连接板。同时，向装修专业提出防雷接地的要求和示意图。在南充北站站房设计中，均利用柱内两个对角主筋作为引下线，利用桩基础内主筋，承台梁内主筋及扁钢接地网作为接地极，作为接地极的桩基内主筋利用扁钢接地网联接成一体。在建筑物四角引下线距地面0.8m处设测试连接板供测试用，其余引下线在室外地坪下0.8m处，应设有?12，长3米的外甩钢筋。
3.3接地
低压配电系统的接地形式采用（TN-S）系统，所有配电回路设专用保护线（PE线），凡正常不带电而绝缘损坏时可能带电的电气设备的金属外壳，金属支架等物体均应与PE线可靠联接。南充北站站房及雨棚工程采用联合接地系统，变压器中性点接地，防雷接地，电子信息系统接地等均与总等电位端子板连接。在站房一层及地下一层设总等电位箱，总等电位端子箱通过不少于两处与接地装