高速公路的防雷方案(一)

1、高速公路的防雷方案(一)高速公路的防雷方案（通信、監(jiān)控、收費系統(tǒng)）一、概述當(dāng)今社會電子計算機技術(shù)、微波通信技術(shù)日益發(fā)展，各類電子設(shè)備大量應(yīng)用，雷擊電感應(yīng)到附近的導(dǎo)體中形成過電壓，可高達(dá)幾千伏，對微電子設(shè)備的危害極大。LEMP的主要侵入通道有電源線路、各類信號傳輸線路、天饋路線和進(jìn)入系統(tǒng)的管、纜、橋架等導(dǎo)體侵入設(shè)備系統(tǒng)，造成電子設(shè)備失效或永久性損壞。因此，雷擊脈沖的防護(hù)是在入侵通道上將雷電流泄放入地，從而達(dá)到保護(hù)電子設(shè)備的目有。其主要方法是采用隔離、等位、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓過流保護(hù)、接地等方法將雷電過電壓、過電流及雷擊電磁脈消除在設(shè)備外圍，從而有效地保護(hù)各類設(shè)備。目前主要采用氣體放電管

2、、放電間隙、高頻二極管、壓敏電阻、瞬態(tài)二極管、晶閘管、高低通濾波器等元件根據(jù)不同頻率、功率、傳輸速率、阻抗、駐波、插損、帶寬、電壓、電流等要求，組合成電源線、天饋線、信號線系列電涌保護(hù)器（SPD）安裝在微電子設(shè)備的外連線路中，地線按共用接地原則接入系統(tǒng)的地線，才不至于造成地電位反擊。只要設(shè)計合理、安裝合格，電涌保護(hù)器就能有效的防御雷電。因此，采用完善的綜合防雷手段構(gòu)成一套完整的防雷體系，這就是現(xiàn)代防雷的新理論：綜合防雷理論。目前高速公路建設(shè)發(fā)展迅速，為了使高速公路暢通無阻，保證高速公路通信、監(jiān)控、收費系統(tǒng)正常運行，將雷電災(zāi)害降低到最低限度，防雷工程技術(shù)人員應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行全面規(guī)劃、綜合治理、制定完

3、善的綜合防雷設(shè)計方案。二、高速公路綜合防雷設(shè)計方案的依據(jù)高速公路綜合防雷在設(shè)計時主要采用以下標(biāo)準(zhǔn)，供設(shè)計時參照。1、IEC61024建筑物防雷2、IEC61312雷電電磁脈沖的防護(hù)3、ITUK25光纜的防雷4、ITUK27電信大樓內(nèi)的連接結(jié)構(gòu)和接地5、GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范6、GB50343-2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范7、GB50174-93電子計算機機房設(shè)計規(guī)范8、GB50198-94民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范9、GB/T50311-2000建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范10、YD5078-98通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范11、XQ3-2000氣象信息

4、系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范三、高速公路通信、監(jiān)控、收費系統(tǒng)的基本組成1、每一條高速公路在其管理的區(qū)間內(nèi)均設(shè)有一監(jiān)控中心大樓。監(jiān)控中心一般設(shè)在高速公路的出、入口處，也有設(shè)在管理區(qū)間的中心部位。中心一般設(shè)置有大型地圖板和監(jiān)控電視系統(tǒng)，并配有多畫面切換控制設(shè)備、視頻監(jiān)視器、低速錄象設(shè)備及自動轉(zhuǎn)換裝置。中心配備有計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、負(fù)責(zé)管理各收費站的收費信息、緊急電話的控制、公路出入口及中間各大型電子顯示屏的控制和公路沿線的小型電子提示牌的控制等。中心大樓內(nèi)還有程控交換機系統(tǒng)、中心控制臺、光纜通信的兩個或四個8Mbit/s接口的光端機、電端機及上網(wǎng)設(shè)備、無線電話系統(tǒng)、UPS供電系統(tǒng)等多種電子設(shè)備。2、在每個

5、收費站配備有光纜通信設(shè)備，收費用的計算機局域小網(wǎng)，收費站信號燈控制系統(tǒng)，監(jiān)視、攝像、記錄系統(tǒng)，控制操作臺，站內(nèi)電話控制臺、無線對講電話等。3、在每個收費亭內(nèi)配備有收費計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作站專用計算機，收費票據(jù)打印機，收費指示板，指示燈，車道控制機，自動欄桿，語音提示系統(tǒng)，車輛過境自動計數(shù)器，對講電話和空調(diào)及供電系統(tǒng)等設(shè)備。4、在公路沿線及收費站廣場設(shè)置了多個監(jiān)控攝像頭，將攝像頭的視頻信號通過光纜、同軸電纜、對稱電纜或通過微波傳輸系統(tǒng)，將視頻信號或語音信號傳到中心監(jiān)控室，以利控制中心掌握公路沿線的車輛行駛運行情況，便于指揮調(diào)度。5、道路LED指示牌。LED指示牌發(fā)布高速公路即時信息，位于空曠的環(huán)境

6、中，其控制信號線一般由光纖組成，系統(tǒng)電源采用就地變壓（主要是使用開關(guān)電源）的措施，由電源引起的雷擊事故較為普遍。四、高速公路的綜合防雷原則高速公路的綜合防雷設(shè)計應(yīng)考慮環(huán)境因素、雷電活動規(guī)律、系統(tǒng)設(shè)備的重要性、發(fā)生雷災(zāi)后果的嚴(yán)重程度，分別采取相應(yīng)的防護(hù)措施。1、在進(jìn)行綜合防雷設(shè)計時，應(yīng)堅持全面規(guī)劃、綜合治理、優(yōu)化設(shè)計、多重保護(hù)、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、定期檢測、隨機維護(hù)的原則，進(jìn)行綜合設(shè)計及維護(hù)。2、高速公路綜合防雷系統(tǒng)的防雷設(shè)計應(yīng)采用直擊雷防護(hù)、等電位連接、屏蔽、合理布線、其用接地系統(tǒng)和安裝電涌保護(hù)裝置等措施進(jìn)行綜合防護(hù)。必須堅持預(yù)防為主，安全第一的指導(dǎo)方針。3、高速公路綜合防雷系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)

7、雷暴等級、設(shè)備放置在雷電防護(hù)區(qū)的位置不同，采用不同的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。為確保防雷設(shè)計的科學(xué)性、先進(jìn)性，高速公路建設(shè)工程在設(shè)計前宜做高速公路沿線現(xiàn)場雷電環(huán)境評估。五、高速公路建筑物直擊雷防護(hù)措施1、監(jiān)控中心大樓一般設(shè)置在高速公路的出入端或控制管理區(qū)域的中心位置。由于周圍地形比較空曠，樓層一般都在六層以上，高度超過20m且樓頂還安裝有各類通信天線、有的還架設(shè)有鐵塔，這些都是直擊雷的重要目標(biāo)。由于樓內(nèi)有大量實時運行的電子、微電子設(shè)備，又是整個機場的指揮高度中心，根據(jù)GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，可定為二類防雷建筑。按滾球法（滾球法半徑45m）設(shè)計避雷針。設(shè)計方法請參照建筑物防雷設(shè)計規(guī)范附錄四

8、的要求，決定避雷針的數(shù)目、布局、高度，在設(shè)計時應(yīng)考慮避雷針抗當(dāng)?shù)?0年最大風(fēng)的抗風(fēng)強度，并留有一定余量。2、為了減少避雷針的維護(hù)，防止酸雨對避雷針的腐蝕，應(yīng)在監(jiān)控中心大樓樓頂安裝不銹鋼避雷針，其高度和數(shù)量根據(jù)滾球法計算其保護(hù)范圍能覆蓋整幢中心大樓的天面和各類天線，使其能有效防止直接雷擊以保護(hù)大樓的樓頂和各類通信天線的安全。3、在公路沿線安裝監(jiān)控攝像頭的云臺桿頂、收費站廣場云臺桿頂以及LED指示牌頂各安裝一套不銹鋼避雷針，以保護(hù)云臺攝像頭等設(shè)備免遭直擊雷危害。4、在高速公路收費站鋼架屋頂上和大型室外電子顯示屏頂端左右對稱各安裝一套不銹鋼避雷針，以保護(hù)收費站鋼架屋頂和電子顯示屏框架結(jié)構(gòu)免遭直擊雷危

9、害。5、避雷針的引下線最好利用鋼結(jié)構(gòu)柱做泄流線，條件不允許時，也可以單獨用25mm2以上的銅絞線穿鍍鋅鋼管屏蔽，并做絕緣處理，從避雷針尖直接以最短路徑入地，以減少泄流時的雷擊電磁脈沖輻射而損壞微電子設(shè)備和室外大型電子顯示屏編碼控制系統(tǒng)。六、雷擊電磁脈沖（LEMP）的防護(hù)措施雷擊電磁脈沖（LEMP）所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過侵入通道疊加在線路信號上產(chǎn)生瞬間高電壓，擊毀各類用電設(shè)備和微電子芯片，因此在實施防雷工程時必須將感應(yīng)雷擊作為重點，進(jìn)行有效的防御。在設(shè)計綜合防雷時，應(yīng)從以上通道進(jìn)行重點防護(hù)，同時做好等電位連接和共用接地系統(tǒng)。1、電源系統(tǒng)的防雷措施在監(jiān)控中心大樓的總配電盤上安裝一套雷電通流容量Ii

10、mp25kA（波形10/350s）；響應(yīng)時間Ta50ns的三相電涌保護(hù)器SPD1，型號為：DK-380AC50G，作為一級保護(hù)。在樓層分盤上安裝一套雷電通流量Imax40kA（波形8/20s）；響應(yīng)時間Ta25ns的三相電涌保護(hù)器SPD2，型號為：DK-380AC80II型，作為二級保護(hù)。在UPS電源前安裝一套雷電通流容量Imax20kA（波形8/20s）；響應(yīng)時間Ta50ns的單相電涌保護(hù)器SPD3，型號為：DK-220AC40II型，作為三級保護(hù)。在UPS電源后或設(shè)備前安裝一套雷電通流容量Imax10kA（波形8/20s）；響應(yīng)時間Ta50ns的單相電涌保護(hù)器SPD4，型號為：DK-220

11、AC10B型，作為四級精細(xì)保護(hù)。在強雷區(qū)應(yīng)設(shè)SPD1SPD4。四級防護(hù)；在多雷區(qū)和高雷區(qū)可選擇SPD1、SPD2和SPD3三級作為電源系統(tǒng)防護(hù)選擇標(biāo)準(zhǔn)；在少雷區(qū)可選擇SPD1和SPD3二級作為電源系統(tǒng)防護(hù)選擇標(biāo)準(zhǔn)。SPD連接導(dǎo)線應(yīng)短而直，SPD連接導(dǎo)線不宜大于0.5m，當(dāng)長度大于0.5m時應(yīng)適當(dāng)加粗線徑。當(dāng)SPD1SPD2的線距小于10m、SPD2SPD3的線距小于5m、SPD3SPD4的線距小于5m時，應(yīng)在兩SPD間加裝退耦裝置。為防止SPD老化造成短路，要求SPD安裝線路上應(yīng)有過流保護(hù)裝置，應(yīng)選用有劣化顯示功能的SPD.在收費亭內(nèi)的供電線路上各安裝一套雷電通流量Imax20kA（波形8/2

12、0s）；響應(yīng)時間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD，型號為：DK-220AC40D30型，保護(hù)各亭收費計算機、票據(jù)打印機、收費指示板、指示燈、自動攔桿、車道控制器、語音提示系統(tǒng)、對講機等電源線路安全。廣場攝像頭頭部低壓直流供電線路兩端各安裝一只通流容量In5kA（波形8/20s）；響應(yīng)時間Ta25ns的低壓電涌保護(hù)器SPD，以保護(hù)低壓直流供電線路安全，型號為：DK-DC2024型。在公路沿線的云臺攝像頭供電線路配電盤輸出端各安裝一套雷電通流量Imax40kA（波形8/20s）；響應(yīng)時間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD1，型號為：DK-220AC80II型，作為一級保護(hù)。在直流整流供電設(shè)備前安

13、裝一套雷電通流量Imax20kA（波形8/20s）；響應(yīng)時間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD2，型號為：DK-220AC40II型，作為二級保護(hù)。在攝像頭直流供電線路上安裝一只通流容量Imax5kA（波形8/20s）；響應(yīng)時間Ta25ns的低壓電涌保護(hù)器SPD3以保護(hù)攝像頭供電線路安全，型號為：DK-2DC2024型。在進(jìn)、出高速公路兩端和中間的大型電子顯示屏電源線路配電盤上各安裝一套雷電通流量Imax40kA（波形8/20s）；響應(yīng)時間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD1，型號為：DK-220AC80II型，作為一級保護(hù)；在穩(wěn)壓整流器設(shè)備前安裝一套雷電通流量Imax20kA（波形8/20s

14、）；響應(yīng)時間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD2，型號為：DK-220AC40II型，作為二級保護(hù)；在未級設(shè)備供電處安裝防雷插座，通流容量Imax5kA（波形8/20s）；響應(yīng)時間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD3，型號為：DK-220AC10b型，作為三級電源保護(hù)。2、視頻信號傳輸線路的防護(hù)措施（1）在廣場攝像頭到控制中心和收費亭車道的監(jiān)控攝像頭到控制中心的視頻傳輸電纜兩端應(yīng)安裝視頻信號SPD各一只，型號為：DK-10f/BNC，以保護(hù)攝像頭。（2）在公路沿線云臺的攝像頭上各安裝一只視頻信號電涌保護(hù)器，型號為：DK-DSX/m，以保護(hù)攝像頭。（3）在收費電腦視頻卡視頻輸入、輸出BNC端口安裝視頻信號SPD各1個，型號為：DK-10f/BNC，保護(hù)收費電腦。3、收費系統(tǒng)信號線的防護(hù)措施（1）在監(jiān)控中心機房計算機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器至網(wǎng)絡(luò)交換機（HUB）間安裝一只計算機網(wǎng)絡(luò)信號SPD，型號為：DK-nDCt/RJ455-8s，以保護(hù)服務(wù)器。（2）在監(jiān)控中心機房網(wǎng)絡(luò)交換機至收費亭的微機間的數(shù)據(jù)線兩端各安裝一只計算機網(wǎng)絡(luò)信號SPD，型號為：DK-nDCt/RJ455-8s，以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)交換機和收費亭微機網(wǎng)絡(luò)端口。（3）在電子顯示屏的光、電端機編碼器之后至控制器兩端各安裝一只數(shù)據(jù)線SPD，型號為：DK-nDCp12型，以保護(hù)光、電端機、編碼器和控