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◆背景描述

雷電的危害具有很強的破壞性，主要危害途徑有直擊雷、雷電感應、雷電波侵入和地電壓反擊四種形式。從我國第一條高速公路投運至今，高速公路（收費站）的機電系統(tǒng)都不同程度地遭受雷電侵害。輕者部分設(shè)備被雷電擊壞，系統(tǒng)喪失部分功能，重者全系統(tǒng)癱瘓，經(jīng)濟損失慘重，更有甚者，因系統(tǒng)頻繁遭受雷電侵擾，系統(tǒng)不能正常運行，全部系統(tǒng)功能盡失，給交通安全帶來極大隱患。

高速公路（收費站）的機電設(shè)備特點是點多、面廣、線長，既有強電設(shè)備，又有大量的監(jiān)控、通信、傳感等弱電設(shè)備，曠野區(qū)域往往有突出的設(shè)備點，電力線路往往要翻山越嶺，傳輸和控制線路往往經(jīng)常穿越復雜的地質(zhì)層面，這些都是易遭雷擊或雷電感應的薄弱點。如何有效地預防雷害對高速公路機電系統(tǒng)設(shè)備的侵害和確保工作人員的安全，必須根據(jù)實際情況設(shè)計高速公路（收費站）機電系統(tǒng)設(shè)備的防雷系統(tǒng)，實施針對性的防雷措施。

◆挑戰(zhàn)與需求

1、高速公路機電系統(tǒng)雷電電磁脈沖干擾的入侵途徑主要為：

1）直擊雷侵害途徑：公路經(jīng)過的地區(qū)一般地勢平緩，收費站的建筑物常常為附近最高點，加上安裝高桿燈后，更易遭直擊雷雷擊的侵害。

2）雷電侵入波途徑：收費站地處郊外，供電線路一般均均采用架空電纜，雷電波會經(jīng)由供電線路侵入用電系統(tǒng)損壞終端電子設(shè)備。

3）地電位反擊：公路的路基、路面施工造成了沿路一線的封導電率的變化，使公路沿線、收費站建筑物附近區(qū)域成為易落雷的區(qū)域，當雷電瞬間落在地面（或通過高聳的金屬導體引下）時閃絡(luò)的雷電流流入大地會在附近地面間產(chǎn)生非常高的瞬時電壓，形成雷電侵害態(tài)勢造成接觸電壓和跨步電壓傷及人身安全，地電位的瞬時升高會與工作接地間存在電位差形成地電位反擊態(tài)勢足以損壞收費站內(nèi)（沿線）的微電子設(shè)備。

2、通信（移動）基站雷電防護思想：

1）直擊雷防護措施：高速公路（收費站）外部防雷是利用沿線的監(jiān)控設(shè)施桿（高桿燈）提供直擊雷防護措施和直擊雷雷電流泄流通道體，使直擊雷不會直接擊在監(jiān)控設(shè)施和電源設(shè)備。外部防雷裝置包括三部分：接閃器、引下線、接地裝置。

2）雷電感應防護措施：在高速公路（收費站）的電源系統(tǒng)、微電子線路和終端設(shè)備加裝相對應的防雷器（SPD）有效地防護雷電波（電磁脈沖）對傳輸電纜和微電子設(shè)備的干擾和侵害。

3）地電位反擊措施：把直擊雷防護裝置的引下線以及防雷器的接地線都必須良好的接地以達到快速泄流的作用并且引下線裝置都需連接到公共接地網(wǎng)（等電位）。

◆方案與解決

1、高速公路（收費站）防雷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：

1）電源系統(tǒng)（高、低壓）配電室。

2）機電設(shè)備配電室。

3）電子信息設(shè)備系統(tǒng)機房（交換機、服務器、打印機和收費計算機、車道計重設(shè)備和車道監(jiān)控系統(tǒng)）。

4）車道設(shè)備（收費計算機、車道計重設(shè)備、車道攝像機）。

2、高速公路（收費站）雷電防護內(nèi)容：

1）直擊雷裝置

2）雷電電磁脈沖防護裝置

3）均壓（等電位）裝置

4）泄流裝置

3、高速公路（收費站）雷電及過電壓防護措施技術(shù)依據(jù)：

1）直擊雷裝置：依據(jù)建筑物防雷標準GB50057-2010《附錄D：滾球法確定接閃器的保護范圍》第D.0.2條技術(shù)參數(shù)確定接閃器高度的計算公式，作為有效保護半徑技術(shù)措施。直擊雷防護裝置材料需符合GB11032-89防雷器材指標要求。

2）雷電電磁脈沖防護裝置：根據(jù)GB50057-2010建筑物防雷設(shè)計規(guī)范和GB50343-2012建筑物電子信息系統(tǒng)的防雷設(shè)計規(guī)范（第5.4.條規(guī)定，參照5.4.1-1圖、5.4.1-1表和5.4.1-2表、5.4.2條、5.4.2-1表、5.4.2-2表、5.4.3條、5.4.4條、5.4.5條、5.4.6條、5.4.7條、5.4.8條、5.4.9條之技術(shù)參數(shù)）的要求，依據(jù)GA267-2000計算機信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護規(guī)范的第8.3.1（表1參數(shù)）、第8.3.2.1（表2參數(shù)）、第8.4.1（表3參數(shù)）、第8.4.2.2（表4參數(shù)）、第8.5.1（表5參數(shù)）、第8.5.2.2（表6參數(shù)）的技術(shù)要求在高速公路（收費站）電源系統(tǒng)、微電子（信號）系統(tǒng)的線路和終端設(shè)備加裝相對應的防雷器（SPD）防止傳輸線路中感應雷的雷電波/流侵害機電（微電子）設(shè)備及人員的操作安全。

3）均壓（等電位）裝置：根據(jù)GB50343-2012 建筑物電子信息系統(tǒng)的防雷設(shè)計規(guī)范的要求，參照規(guī)范第5.1.2條、第5.2.1之規(guī)定和GA267-2000計算機信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護規(guī)范的附錄A雷電防護區(qū)等電位連接圖、附錄B計算機機房導電物體等電位連接圖之要求設(shè)計等電位（均壓環(huán)）保護措施。

4）泄流裝置：依據(jù)防雷規(guī)范GB50057-2010/GB50343-2012/GA267-2000要求設(shè)計接地裝置的阻抗值，接地裝置安裝實施流程參照接地裝置示意圖D501-1～4建筑物防雷設(shè)施安裝規(guī)范。   

4、高速公路（收費站）雷電及過電壓防護具體措施：

1）直擊雷防護：直擊雷防護裝置是高速公路（收費站）不可或缺的雷電防護重要基礎(chǔ)條件，是高速公路（收費站）的防雷系統(tǒng)保護不可忽視的重要組成部分之一。高速公路（收費站）的收費棚和電源（機電設(shè)備）配電房建筑物（體）直擊雷防護裝置可采用φ10的圓鋼（刷銀粉漆）在樓頂構(gòu)筑接閃帶，另外用φ10的圓鋼做接閃帶支撐，支撐高度15cm，每隔1m設(shè)一支撐，并用40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網(wǎng)（地網(wǎng)電阻應小于規(guī)范技術(shù)參數(shù)要求）連接，引下線的間距應不大于25米（或采用接閃器作為直擊雷防護措施，用40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網(wǎng)連接，接閃器的高度、安裝位置應根據(jù)滾球法進行計算）。

2）安防系統(tǒng)與照明系統(tǒng)直擊雷防護：高速公路（收費站）安防監(jiān)控系統(tǒng)（室外）攝像機、照明系統(tǒng)（室外）高桿燈應置于接閃器（或其它接閃導體）有效保護范圍之內(nèi)。采用將接閃器架設(shè)在攝像機和高桿燈的支撐立桿上，引下線可直接利用攝像機和高桿燈本身的金屬立桿（也可采用Φ8的鍍鋅圓鋼或30×3鍍鋅扁鋼），但為了防止電磁感應，沿桿引上攝像機和高桿燈的電源線和信號線應穿金屬管敷設(shè)，金屬管應可靠接地。

3）車道設(shè)備直擊雷防護：高速公路（收費站）機電設(shè)備分別布設(shè)在機電設(shè)備配電房和收費棚的車道之間，布設(shè)在機電配電房內(nèi)的設(shè)備一般不會遭受直擊雷，而布設(shè)在收費棚車道之間的機電設(shè)備，多數(shù)處于相對的開闊地帶，直擊雷風險較大，則必須考慮直擊雷防護問題。

4）機電設(shè)備電源浪涌保護措施：按照電源系統(tǒng)浪涌分級泄放原理和依據(jù)GB50057/GB50343防雷規(guī)范要求在低壓配電房、機電設(shè)備配電房（UPS電源）、收費棚（車道設(shè)備）電源裝置的電源輸入與輸出端口安裝相對應的電源浪涌保護器作為電源線路、機電設(shè)備的電涌保護裝置。

5）微電子設(shè)備信號浪涌保護措施：按照微電子（信號）系統(tǒng)浪涌分級泄放原理和依據(jù)GB50343-2012防雷規(guī)范第5.5.2條、第5.5.3條、第5.5.4條、第5.5.5條、第5.5.6條、第5.5.7條的技術(shù)參數(shù)要求在網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備（路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機、服務器、PC機）、計量系統(tǒng)終端設(shè)備（傳感器、接線盒、稱重儀表、微機）、監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備（視頻矩陣、硬盤錄像機、攝像機、解碼器和電源線、控制線、視頻線）和火災自動報警裝置、消防聯(lián)動控制系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)的終端設(shè)備輸入與輸出端口安裝相對應的信號浪涌保護器作為微電子（信號）設(shè)備的電涌保護裝置。

6）高速公路（收費站）傳輸線路直擊雷防護：為了使傳輸線路免遭直擊雷侵害造成的雷電感應，傳輸線路應盡量避免架空敷設(shè)，最好是穿金屬管埋地敷設(shè)，金屬管的兩端應可靠接地。

7）防雷接地系統(tǒng)：高速公路（收費站）防雷系統(tǒng)所有防雷裝置系統(tǒng)均應有可靠、有效的接地，接地系統(tǒng)亦是收費站運行機電設(shè)備防雷保護的必要組成部分之一（機電設(shè)備系統(tǒng)前端、終端均應有良好的防雷接地，相應接地系統(tǒng)應符合規(guī)范要求。無論前端還是終端設(shè)備的接地系統(tǒng)相互之間應做等電位連接）。接地裝置的布置與實施應根據(jù)防護對象和防護參數(shù)確定，接地阻抗值應符合防雷規(guī)范（設(shè)計）要求和使用條件。

8）敷設(shè)布線注意事宜：在機電設(shè)備施工中許多布線人員因?qū)Ψ览字�識了解有限或者圖簡單方便，習慣于將戶外走線線路與建筑物接閃帶、引下線（高桿燈立桿、攝像機立桿）相互捆綁。方便了工程施工與影響美觀的同時，也帶來了較大的防雷安全隱患。這一點是值得重視和注意的，為減小雷害風險，任何導線/金屬線路均應盡可能避免與直擊雷防護系統(tǒng)平行捆扎（布線應實施屏蔽措施），而應依有關(guān)規(guī)范要求合理布線。

◆方案實施 （產(chǎn)品選型）

1、直擊雷防護裝置

1）GFL系列接閃塔。

2）普通接閃器： LR02系列。

3）優(yōu)化接閃器： LR01系列。

4）提前放電接閃器： LRT系列。

2、雷電電磁脈沖防護裝置（SPD）

3、泄流（接地）裝置

1）銅包鋼接地極：EP01系列。

2）離子接地極：EP02系列。

3）石墨接地模塊：EP03/P2系列。

4）等電位連接器：EP04系列。

2018-10-02