高速公路收費(fèi)站綜合防雷設(shè)計(jì)方案

1、高速公路收費(fèi)站綜合防雷設(shè)計(jì)方案引言高速公路收費(fèi)站既有強(qiáng)電設(shè)備,又有大量的監(jiān)控、通信、傳感設(shè)備等弱電設(shè)施,同時(shí),它一般多位于郊外,周?chē)貏?shì)空曠,其建筑物常常為附近至高點(diǎn),電力線(xiàn)路往往要翻山越嶺,信息傳輸和控制線(xiàn)路則需穿越復(fù)雜的地質(zhì)層面,并且由于高速公路的路基、路面施工造成了公路沿線(xiàn)的土壤電阻率變化,極易遭雷電侵害，特別是感應(yīng)雷和地電位反擊。但是，目前我國(guó)在高速公路設(shè)計(jì)和施工中對(duì)防雷問(wèn)題一直重視不夠，高速公路配套建筑及其機(jī)電系統(tǒng)防雷缺少統(tǒng)一規(guī)劃、綜合設(shè)計(jì)，建筑物、路基、照明、監(jiān)控、通信、收費(fèi)等系統(tǒng)往往由多家單位設(shè)計(jì)、施工完成，防雷薄弱環(huán)節(jié)較多，遭雷擊損毀的事故時(shí)有發(fā)生。輕者部分設(shè)備被雷電擊壞，系統(tǒng)

2、喪失部分功能，重者全系統(tǒng)癱瘓，經(jīng)濟(jì)損失慘重，特別是高速公路收費(fèi)站被雷擊后，收費(fèi)系統(tǒng)癱瘓，無(wú)法進(jìn)行計(jì)重收費(fèi)，手工收費(fèi)不僅緩慢，還會(huì)因?yàn)槭召M(fèi)不能客觀計(jì)重引發(fā)爭(zhēng)議或糾紛，造成高速公路收費(fèi)站車(chē)輛堵塞、影響高速公路暢通。隨著智能交通的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和集成化程度不斷提高，雷電對(duì)高速公路電子設(shè)備的危害程度還將不斷增加，因此，加強(qiáng)高速公路收費(fèi)站的防雷工作刻不容緩。一、概述雷電的危害形式主要有以下幾個(gè)方面： 直擊雷、感應(yīng)雷、雷電波侵入、雷電電磁脈沖。直擊雷是指雷電直接擊在地面某物體上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力者。感應(yīng)雷是指雷電放電時(shí)，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生

3、火花。雷電波侵入是指由于雷電對(duì)架空線(xiàn)路或金屬管道的作用，雷電波可能沿著這些管線(xiàn)侵入屋內(nèi)，危及人身安全或設(shè)備安全。雷擊電磁脈沖是指作為干擾源的直接雷擊和附近雷擊所引起的效應(yīng)。絕大多數(shù)是通過(guò)連接導(dǎo)體的干擾，如雷電流或部分雷電流，被雷電擊中的裝置的電位升高，以及電磁輻射干擾等。由于機(jī)電、電子設(shè)備絕大部分位于室內(nèi)，即位于lpz1或lpz2區(qū)，受到直擊雷雷擊的機(jī)會(huì)較少，主要危害在于靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、雷電波侵入、電磁脈沖輻射，也就是說(shuō)機(jī)電、電子設(shè)備受到雷電的危害主要來(lái)源于：電源系統(tǒng)、信號(hào)傳輸通道引入的雷電波、地電位反擊，以及屏蔽措施不完善而造成的雷擊電磁脈沖、接地電阻偏大引起的局部高電位等。為了確保各系

4、統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行以及室內(nèi)工作人員有安全的工作環(huán)境，除了有良好的直擊雷防護(hù)措施（避雷針、避雷帶、網(wǎng)）外，還必須在設(shè)備的電源系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等方面進(jìn)行可靠有效的感應(yīng)雷防護(hù)措施，采用攔截、分流、均壓、屏蔽、接地、合理布線(xiàn)等六方面的雷電防護(hù)措施全方位、多層次的防護(hù)。二、.高速公路收費(fèi)站綜合防雷措施及設(shè)計(jì)思路高速公路收費(fèi)站包括監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。高速公路收費(fèi)站的綜合防雷主要包括對(duì)建筑物直擊雷防護(hù),收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)三大系統(tǒng)的電源和信號(hào)系統(tǒng)以及輔助設(shè)施的感應(yīng)雷防護(hù)和各種接地處理。 2.1建筑物直擊雷防護(hù)高速公路收費(fèi)站所有建(構(gòu))筑物基本上

5、在土建工程中已實(shí)施了直擊雷防雷措施，但大多直擊雷防雷措施相對(duì)gb50057-94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定要求有這樣或那樣的不符（足），主要表現(xiàn)在：一、收費(fèi)站各建構(gòu)筑物防直擊雷設(shè)計(jì)和施工缺乏綜合整體考慮，往往各自為政，各單個(gè)建構(gòu)筑物防直擊雷設(shè)計(jì)可能都達(dá)到了防雷規(guī)范要求，但總體防雷效果不佳，沒(méi)有綜合考慮地形地貌和雷電來(lái)向，如果地網(wǎng)又沒(méi)有聯(lián)成整體，還會(huì)增加雷電反擊的隱患；二、沒(méi)有考慮空曠地帶的直擊雷防護(hù)，收費(fèi)站工作人員的人身安全存在雷擊隱患；三、是沒(méi)有考慮雷電對(duì)各個(gè)建筑物內(nèi)部電子設(shè)備的次生影響。綜合上述情況，對(duì)收費(fèi)站的防直擊雷設(shè)計(jì)，應(yīng)該整體綜合設(shè)計(jì)，并須在設(shè)計(jì)時(shí)按gb50057-94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)

6、范中二類(lèi)防雷建筑防直擊雷防護(hù)措施完善之。為了避免和減少收費(fèi)站站內(nèi)落雷，另考慮其建(構(gòu))筑物內(nèi)設(shè)備眾多,擺放的位置沒(méi)有更寬暢的自由空間,其中較多設(shè)備可能要擺放在靠近外墻或梁柱旁，設(shè)備與接閃器引下線(xiàn)及建(構(gòu))筑物內(nèi)鋼筋之距離達(dá)不到規(guī)范要求的0.83m的凈距離,故在每個(gè)收費(fèi)站辦公場(chǎng)地和收費(fèi)亭之間雷電的主要來(lái)向方較高地勢(shì)處視具體情況設(shè)計(jì)安裝一到兩支提前放電避雷針，一方面使空曠地帶處于直擊雷保護(hù)范圍之內(nèi)，另一方面盡可能將可能落在收費(fèi)站辦公場(chǎng)地建(構(gòu))筑物和收費(fèi)亭的直擊雷引至提前放電避雷針處，從而盡可能避免收費(fèi)站建(構(gòu))筑物遭直擊雷后防雷引下裝置產(chǎn)生電磁感應(yīng)、電磁脈沖輻射對(duì)建(構(gòu))筑物內(nèi)設(shè)備的危害, 提前

7、放電避雷針之接地體與收費(fèi)站原有接地體可靠焊接,聯(lián)合接地體接地電阻不大于1。2.2系統(tǒng)設(shè)備綜合防雷（監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)）監(jiān)控系統(tǒng)由前端系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)及終端系統(tǒng)組成。前端系統(tǒng)包括收費(fèi)亭、車(chē)道、收費(fèi)廣場(chǎng)及沿線(xiàn)各種監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，因在室外容易遭受直擊雷和感應(yīng)雷，同時(shí)傳輸系統(tǒng)本身各金屬管道、線(xiàn)路對(duì)雷電的感應(yīng)，又會(huì)從兩頭將雷電傳輸?shù)奖O(jiān)控中心和前端設(shè)備損壞設(shè)備，破壞控制系統(tǒng)。因此監(jiān)控系統(tǒng)三部分（監(jiān)控室及終端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和外場(chǎng)的前端系統(tǒng)）的防雷必須同時(shí)考慮多種雷擊情況的防護(hù)措施。2.2.1監(jiān)控室及終端系統(tǒng)防雷a 接地的好壞是一項(xiàng)防雷工程成敗之關(guān)鍵,高速公路收費(fèi)站各系統(tǒng)應(yīng)采用聯(lián)合接地。監(jiān)控室的接地可利

8、用辦公大樓自然接地體（接地電阻不大于1）或在監(jiān)控室周?chē)欣貛в?404mm鍍鋅扁鋼埋設(shè)環(huán)形地網(wǎng)，垂直接地體采用l5051500mm鍍鋅角鋼，如受地形、地質(zhì)限制，可考慮使用接地模塊或接地極，并與收費(fèi)站其它接地體可靠連接，為避免接地網(wǎng)相互斷裂，并達(dá)到最佳效果，地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)參照國(guó)外先進(jìn)做法，設(shè)計(jì)成屋面防雷接閃器避雷網(wǎng)格的形式，聯(lián)合接地接地電阻不宜大于1；b 監(jiān)控系統(tǒng)的電源線(xiàn)、信號(hào)傳輸線(xiàn)按其功能不同和它們各自的特性，選取不同電壓箝位值的防雷器；電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)四級(jí)防雷器，第一級(jí)根據(jù)各地情況設(shè)計(jì)雷電通流為100ka-150ka的電源防雷器（spd），安裝在總配電房；第二級(jí)設(shè)計(jì)60-80ka的spd，安裝在監(jiān)

9、控機(jī)房建筑物總配電箱處或監(jiān)控機(jī)房所在樓層配電箱處（其它辦公或動(dòng)力、照明等用電至少設(shè)計(jì)二級(jí)防雷）；第三級(jí)設(shè)計(jì)20-40ka的spd，安裝在ups輸入處；第四級(jí)設(shè)計(jì)5ka的spd插板，替換原有的電源插座。信號(hào)spd（視頻信號(hào)、控制信號(hào)）安設(shè)在各信號(hào)線(xiàn)連接室內(nèi)接收設(shè)備前。c 監(jiān)控室應(yīng)在除靜電地板下用-404mm銅排設(shè)置環(huán)型匯流排，機(jī)房?jī)?nèi)所有的工作地、安全地、防雷地、屏蔽地等以及金屬門(mén)窗和管道、電纜屏蔽層的接地根據(jù)監(jiān)控機(jī)房面積采取s或m接線(xiàn)方式接至匯流排。環(huán)型匯流排對(duì)角兩處用50mm2的銅線(xiàn)與監(jiān)控機(jī)房梁柱內(nèi)主筋可靠焊接或用50mm2的銅纜直接接至地網(wǎng)。監(jiān)控室所在辦公大樓高于45m還需考慮側(cè)擊雷防護(hù)措施

10、。2.2.2傳輸系統(tǒng)的防雷監(jiān)控設(shè)備的電源、信號(hào)線(xiàn)應(yīng)采取屏蔽、接地措施。機(jī)電系統(tǒng)的金屬導(dǎo)線(xiàn)，包括電力電纜、通信電纜和信號(hào)線(xiàn)均采用屏蔽線(xiàn)或穿金屬管屏蔽，用以防止靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電磁脈沖輻射的干擾。2.2.3外場(chǎng)設(shè)備的防雷a 外場(chǎng)攝像頭架設(shè)在獨(dú)立金屬桿上如無(wú)直擊雷防護(hù)措施則易遭直擊雷擊。條件允許的話(huà)最好在金屬桿3米外設(shè)置一避雷針，避雷針的保護(hù)范圍覆蓋攝像頭，次之可直接在金屬桿上焊接一避雷針，利用其獨(dú)立金屬桿做為引下線(xiàn)，接地與收費(fèi)站各系統(tǒng)接地相連。攝像機(jī)的云臺(tái)和設(shè)備箱應(yīng)與金屬立柱可靠連接。當(dāng)采用混凝土立柱時(shí)，宜用12的鍍鋅圓鋼做接閃器的引下線(xiàn)，云臺(tái)和設(shè)備箱就近與引下線(xiàn)連接。設(shè)備箱中視頻光端機(jī)的同軸

11、電纜外屏蔽層應(yīng)與設(shè)備箱有良好的電氣連接；b 由于攝像機(jī)裝在高空，被雷電干擾的幾率較大。一旦受到干擾，導(dǎo)線(xiàn)上感應(yīng)浪涌電流將進(jìn)入前端設(shè)備和監(jiān)控機(jī)房，為了防止攝像機(jī)電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)上的感應(yīng)雷電流、雷電波入侵設(shè)備，電源和各信號(hào)線(xiàn)攝像機(jī)端（監(jiān)控機(jī)房接收設(shè)備端在2.2.1.b已考慮）加裝浪涌保護(hù)裝置；2.3收費(fèi)系統(tǒng)收費(fèi)系統(tǒng)的防雷涉及收費(fèi)主系統(tǒng)（包括后增加的計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)）、收費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)各收費(fèi)亭以及它們之間傳輸線(xiàn)路的防雷。2.3.1收費(fèi)亭防雷（1）收費(fèi)亭天棚的防雷a 收費(fèi)亭多數(shù)地處空曠地帶，其收費(fèi)天棚非金屬架構(gòu)時(shí)，棚頂首選避雷帶，次選避雷針，其避雷帶敷設(shè)或避雷針高度應(yīng)能使整個(gè)天棚處于直擊雷保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)天棚系金屬

12、架構(gòu)時(shí)，可不設(shè)避雷針，金屬架構(gòu)與立柱須有良好的電氣連接。棚頂?shù)慕饘侔鍨榉浪鴫|有橡膠墊時(shí)，金屬板互相間均須做電氣連接，采用焊接方式使收費(fèi)棚的金屬板電氣連接；b 收費(fèi)亭必須設(shè)法解決跨步電壓,因此收費(fèi)亭建筑物人行便道的地面之下須做等電位連接，在每個(gè)收費(fèi)島外圍內(nèi)用-404mm的鍍鋅扁鋼設(shè)置一閉合回路，把島內(nèi)的預(yù)埋鋼管和收費(fèi)亭基礎(chǔ)的鋼筋都和扁鋼閉合回路做電氣連接。地網(wǎng)埋深1米以下，受條件限制地網(wǎng)埋深不夠地網(wǎng)上面應(yīng)采取絕緣措施。（2）車(chē)道設(shè)備的防雷由于地網(wǎng)面積較大，落雷時(shí)雖然能起均壓作用。但在地網(wǎng)上兩點(diǎn)間距較大時(shí)，仍然有相當(dāng)大的電位差，收費(fèi)亭內(nèi)的設(shè)備外殼在亭內(nèi)就近與接地網(wǎng)連接，以保證收費(fèi)員人身安全，收費(fèi)

13、站的設(shè)備和每個(gè)收費(fèi)亭的設(shè)備采取電纜屏蔽層接地的防護(hù)措施。由于弱電設(shè)備的抗雷性能較差，如弱電系統(tǒng)的視頻、數(shù)據(jù)、話(huà)音用光纖傳送，只需在電源線(xiàn)上加裝防雷器即可，否則各條線(xiàn)路均須在收費(fèi)站機(jī)房端和收費(fèi)亭端加裝相應(yīng)的各型號(hào)防雷器。電源系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)參照監(jiān)控室電源防雷的做法設(shè)計(jì)。（3）收費(fèi)主系統(tǒng)防雷a 收費(fèi)站內(nèi)收費(fèi)監(jiān)控室和通訊機(jī)房適宜采用聯(lián)合接地，其各設(shè)備供電系統(tǒng)每條總線(xiàn)路不少于四級(jí)電源防雷，各設(shè)備金屬外殼可靠接地。信號(hào)系統(tǒng)各線(xiàn)路收費(fèi)亭端及收費(fèi)監(jiān)控室和通訊機(jī)房端各一級(jí)信號(hào)防雷； b 收費(fèi)站目前增加計(jì)重收費(fèi)項(xiàng)目，每個(gè)車(chē)道增加了一套衡器設(shè)備，其中衡器設(shè)備的計(jì)重彎板（路面為鋼板，鋼板下為感應(yīng)設(shè)備）不在原有直擊雷

14、防雷保護(hù)范圍內(nèi)，必須將鋼板和設(shè)備金屬外殼可靠接地，衡器設(shè)備供電線(xiàn)路室外計(jì)重柜和收費(fèi)亭技術(shù)柜兩端各增加一級(jí)電源防雷，衡器設(shè)備感應(yīng)信號(hào)線(xiàn)路室外穿鋼管并接地，計(jì)重柜和收費(fèi)亭技術(shù)柜兩端各一級(jí)信號(hào)防雷。2.4通訊系統(tǒng)2.4.1所有進(jìn)出通訊站的電纜和光纜的金屬鎧裝層（件）在電纜檢修井內(nèi)就近與大樓總接地排做可靠電氣連接。2.4.2 所有電纜（無(wú)論是鎧裝或非鎧裝）一律加鋼管防護(hù)，鋼管埋地引人長(zhǎng)度15m，所有鋼管作電氣連接并接地。2.5輔助設(shè)施的防雷2.5.1 收費(fèi)車(chē)道各電動(dòng)及手動(dòng)金屬道卡攔桿可靠接地；2.5.2 收費(fèi)站高桿燈的直擊防護(hù)可以利用自身的金屬桿體作引下，并與收費(fèi)站的接地網(wǎng)相連接，高桿燈電源線(xiàn)路的兩端加裝相應(yīng)的電源防雷器以防感應(yīng)雷。2.6應(yīng)特別注意的事項(xiàng)由于絕大多數(shù)收費(fèi)站防雷工程是