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(fèi)系統(tǒng)）一、概述當(dāng)今社會(huì)電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、微波通信技術(shù)日益發(fā)展，各類(lèi)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(guò)電壓，可高達(dá)幾千伏，對(duì)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(lèi)信號(hào)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(guò)壓過(guò)流保護(hù)、接地等方法將雷電過(guò)電壓、過(guò)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(lèi)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(hào)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(jì)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(wú)阻，保證高速公路通信、監(jiān)控、收費(fèi)系統(tǒng)正常運(yùn)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(duì)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(jì)方案。二、高速公路綜合防雷設(shè)計(jì)方案的依據(jù)高速公路綜合防雷在設(shè)計(jì)時(shí)主要采用以下標(biāo)準(zhǔn)，供設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)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(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)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(jì)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(fèi)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(huà)面切換控制設(shè)備、視頻監(jiān)視器、低速錄象設(shè)備及自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置。中心配備有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、負(fù)責(zé)管理各收費(fèi)站的收費(fèi)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(jī)系統(tǒng)、中心控制臺(tái)、光纜通信的兩個(gè)或四個(gè)8Mbit/s接口的光端機(jī)、電端機(jī)及上網(wǎng)設(shè)備、無(wú)線電話系統(tǒng)、UPS供電系統(tǒng)等多種電子設(shè)備。2、在每個(gè)

5、收費(fèi)站配備有光纜通信設(shè)備，收費(fèi)用的計(jì)算機(jī)局域小網(wǎng)，收費(fèi)站信號(hào)燈控制系統(tǒng)，監(jiān)視、攝像、記錄系統(tǒng)，控制操作臺(tái)，站內(nèi)電話控制臺(tái)、無(wú)線對(duì)講電話等。3、在每個(gè)收費(fèi)亭內(nèi)配備有收費(fèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作站專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，收費(fèi)票據(jù)打印機(jī)，收費(fèi)指示板，指示燈，車(chē)道控制機(jī)，自動(dòng)欄桿，語(yǔ)音提示系統(tǒng)，車(chē)輛過(guò)境自動(dòng)計(jì)數(shù)器，對(duì)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(fèi)站廣場(chǎng)設(shè)置了多個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭，將攝像頭的視頻信號(hào)通過(guò)光纜、同軸電纜、對(duì)稱(chēng)電纜或通過(guò)微波傳輸系統(tǒng)，將視頻信號(hào)或語(yǔ)音信號(hào)傳到中心監(jiān)控室，以利控制中心掌握公路沿線的車(chē)輛行駛運(yùn)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(shí)信息，位于空曠的環(huán)境

6、中，其控制信號(hào)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(kāi)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(jì)應(yīng)考慮環(huán)境因素、雷電活動(dòng)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(jì)時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持全面規(guī)劃、綜合治理、優(yōu)化設(shè)計(jì)、多重保護(hù)、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、定期檢測(cè)、隨機(jī)維護(hù)的原則，進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)及維護(hù)。2、高速公路綜合防雷系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)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(jiān)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(jí)、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(jì)的科學(xué)性、先進(jìn)性，高速公路建設(shè)工程在設(shè)計(jì)前宜做高速公路沿線現(xiàn)場(chǎng)雷電環(huán)境評(píng)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?chē)匦伪容^空曠，樓層一般都在六層以上，高度超過(guò)20m且樓頂還安裝有各類(lèi)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(shí)時(shí)運(yùn)行的電子、微電子設(shè)備，又是整個(gè)機(jī)場(chǎng)的指揮高度中心，根據(jù)GB50057-94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，可定為二類(lèi)防雷建筑。按滾球法（滾球法半徑45m）設(shè)計(jì)避雷針。設(shè)計(jì)方法請(qǐng)參照建筑物防雷設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)應(yīng)考慮避雷針抗當(dāng)?shù)?0年最大風(fēng)的抗風(fēng)強(qiáng)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(duì)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(jì)算其保護(hù)范圍能覆蓋整幢中心大樓的天面和各類(lèi)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(lèi)通信天線的安全。3、在公路沿線安裝監(jiān)控?cái)z像頭的云臺(tái)桿頂、收費(fèi)站廣場(chǎng)云臺(tái)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(tái)攝像頭等設(shè)備免遭直擊雷危害。4、在高速公路收費(fèi)站鋼架屋頂上和大型室外電子顯示屏頂端左右對(duì)稱(chēng)各安裝一套不銹鋼避雷針，以保護(hù)收費(fèi)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(shí)，也可以單獨(dú)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(shí)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(dòng)勢(shì)通過(guò)侵入通道疊加在線路信號(hào)上產(chǎn)生瞬間高電壓，擊毀各類(lèi)用電設(shè)備和微電子芯片，因此在實(shí)施防雷工程時(shí)必須將感應(yīng)雷擊作為重點(diǎn)，進(jìn)行有效的防御。在設(shè)計(jì)綜合防雷時(shí)，應(yīng)從以上通道進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)，同時(shí)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(pán)上安裝一套雷電通流容量Ii

10、mp25kA（波形10/350s）；響應(yīng)時(shí)間Ta50ns的三相電涌保護(hù)器SPD1，型號(hào)為：DK-380AC50G，作為一級(jí)保護(hù)。在樓層分盤(pán)上安裝一套雷電通流量Imax40kA（波形8/20s）；響應(yīng)時(shí)間Ta25ns的三相電涌保護(hù)器SPD2，型號(hào)為：DK-380AC80II型，作為二級(jí)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(shí)間Ta50ns的單相電涌保護(hù)器SPD3，型號(hào)為：DK-220AC40II型，作為三級(jí)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(shí)間Ta50ns的單相電涌保護(hù)器SPD4，型號(hào)為：DK-220

11、AC10B型，作為四級(jí)精細(xì)保護(hù)。在強(qiáng)雷區(qū)應(yīng)設(shè)SPD1SPD4。四級(jí)防護(hù)；在多雷區(qū)和高雷區(qū)可選擇SPD1、SPD2和SPD3三級(jí)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(jí)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(zhǎng)度大于0.5m時(shí)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(shí)，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(guò)流保護(hù)裝置，應(yīng)選用有劣化顯示功能的SPD.在收費(fèi)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(shí)間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD，型號(hào)為：DK-220AC40D30型，保護(hù)各亭收費(fèi)計(jì)算機(jī)、票據(jù)打印機(jī)、收費(fèi)指示板、指示燈、自動(dòng)攔桿、車(chē)道控制器、語(yǔ)音提示系統(tǒng)、對(duì)講機(jī)等電源線路安全。廣場(chǎng)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(shí)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(hào)為：DK-DC2024型。在公路沿線的云臺(tái)攝像頭供電線路配電盤(pán)輸出端各安裝一套雷電通流量Imax40kA（波形8/20s）；響應(yīng)時(shí)間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD1，型號(hào)為：DK-220AC80II型，作為一級(jí)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(shí)間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD2，型號(hào)為：DK-220AC40II型，作為二級(jí)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(shí)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(hào)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(pán)上各安裝一套雷電通流量Imax40kA（波形8/20s）；響應(yīng)時(shí)間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD1，型號(hào)為：DK-220AC80II型，作為一級(jí)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(shí)間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD2，型號(hào)為：DK-220AC40II型，作為二級(jí)保護(hù)；在未級(jí)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(shí)間Ta25ns的單相電涌保護(hù)器SPD3，型號(hào)為：DK-220AC10b型，作為三級(jí)電源保護(hù)。2、視頻信號(hào)傳輸線路的防護(hù)措施（1）在廣場(chǎng)攝像頭到控制中心和收費(fèi)亭車(chē)道的監(jiān)控?cái)z像頭到控制中心的視頻傳輸電纜兩端應(yīng)安裝視頻信號(hào)SPD各一只，型號(hào)為：DK-10f/BNC，以保護(hù)攝像頭。（2）在公路沿線云臺(tái)的攝像頭上各安裝一只視頻信號(hào)電涌保護(hù)器，型號(hào)為：DK-DSX/m，以保護(hù)攝像頭。（3）在收費(fèi)電腦視頻卡視頻輸入、輸出BNC端口安裝視頻信號(hào)SPD各1個(gè)，型號(hào)為：DK-10f/BNC，保護(hù)收費(fèi)電腦。3、收費(fèi)系統(tǒng)信號(hào)線的防護(hù)措施（1）在監(jiān)控中心機(jī)房計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（HUB）間安裝一只計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)SPD，型號(hào)為：DK-nDCt/RJ455-8s，以保護(hù)服務(wù)器。（2）在監(jiān)控中心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)至收費(fèi)亭的微機(jī)間的數(shù)據(jù)線兩端各安裝一只計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)SPD，型號(hào)為：DK-nDCt/RJ455-8s，以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和收費(fèi)亭微機(jī)網(wǎng)絡(luò)端口。（3）在電子顯示屏的光、電端機(jī)編碼器之后至控制器兩端各安裝一只數(shù)據(jù)線SPD，型號(hào)為：DK-nDCp12型，以保護(hù)光、電端機(jī)、編碼器和控