防雷技術
引言
高速公路收費站一般由建筑物、供配電系統、收費系統、監(jiān)控系統和通信系統組成，大都建立與空曠區(qū)域，且站內部分設施孤立、較高，雷雨天氣時，容易引發(fā)雷電，從而對機電系統造成損壞，導致整個系統癱瘓。按照《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50050-2010）和《建筑物電子信息系統防雷技術規(guī)范》相關規(guī)定，建筑物應該有防直擊雷措施，電源系統應有防浪涌保護裝置。電子信息系統設備由TN交流配電系統供電時配電線路必須采用TN-S系統的接地方式，計算機網絡系統、監(jiān)控系統、通信系統等信息系統應有雷電防護措施，接地系統應采用公共接地系統，接地系統不大于其中最小值1Ω。
雷電侵害高速公路征管所機電系統設備的途徑很多，主要包括直擊雷、感應雷、高電壓反擊、雷電波侵入及電磁波輻射等途徑。
1高速公路機電系統外部防雷方案
1.1避雷針
1）根據《建筑物防雷規(guī)范設計》（GB50057-2010）的規(guī)定。監(jiān)控中心大樓和征管所監(jiān)控樓為二類防雷建筑。按滾球法(滾球半徑45m)設計避雷針。設計方法請參照《建筑物防雷設計規(guī)范》附錄四的要求，決定避雷針的數目、布局、高度，在設計時應考慮避雷針的抗風。
2）為了減少避雷針的維護，防止避雷針的腐蝕，應在監(jiān)控中心大樓和征管所辦公監(jiān)控樓頂安裝不銹鋼避雷針，其高度和數量根據滾球法計算其保護范圍能覆蓋整棟中心大樓和各類天線，使其能有效防止直接雷擊以保護大樓樓頂和各類通訊天線的安全。
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、高桿燈頂以及LED情報板頂各安裝一套不銹鋼避雷針，以保護云臺攝像頭等設施避免遭直擊雷危害。
4）在高速公路收費站鋼架屋頂上和LED情報板頂左右對稱各安裝一套不銹鋼避雷針，以保護收費站屋頂和LED情報板框架結構免遭直擊雷危害。
5）避雷針的引下線最好利用鋼結構柱做泄流線，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備和室外大型電子顯示屏編碼控制系統
1.2屏蔽
1）所有與建筑物組合在一起的大尺寸金屬部件都應等電位連接在一起，并與接地裝置連接。屋頂為金屬表面、面金屬表面、混凝土內鋼筋和金屬門窗框架，都必須進行等電位連接后接地。在需要保護的空間內，當采用屏蔽電纜時其蔽層
至少在兩端和在雷電防護區(qū)交界處做等電位聯結。當微電子設備只要求在一端做等電位連接時，可將屏蔽電纜穿金屬管引入，金屬管在一端做等電位連接。建筑物之間的電纜應敷設在金屬管內，這些金屬管道從一端到另一端必修電氣貫通，并連到各個等電位的連接帶上，電纜屏蔽層也連接到這些帶上。
2）實踐中建筑物或房間的大空間屏蔽是由金屬支撐物、金屬框架或鋼筋混凝土的鋼筋這些自然構建組成的。這些構件構成一個格柵形大空間屏蔽。穿入這類屏蔽的導電金屬物應就近與其等電位連接后接地。
3）監(jiān)控系統設備位置應選擇在LPZ最高級區(qū)和避免設在建筑物的頂層內；當建筑物天面部分的避雷尺寸不符合系統抗干擾的要求時，應在天面加裝屏蔽層；使用非屏蔽電纜，入戶前應穿金屬管并埋入地中水平距離10m以上。如受條件限制無法穿金屬管埋地入戶，則應加長入戶屏蔽管或棧橋長度，金屬管或棧橋的兩端以及在雷電防護區(qū)交界處要做等電位連接和接地。
4）監(jiān)控設備為金屬外殼時，應用最短導線將其與等電位連接。如是非金屬外殼時，當設備所在建筑物屏蔽未達到設備的電磁兼容性要求時，應加裝金屬網或其他屏蔽體對設備屏蔽，金屬網應與等電位連接帶進行連接。
1.3等電位連接
1）將征管所監(jiān)控辦公樓各層所有可以利用的粱、柱、樓板、墻體的鋼筋和金屬管線等與建筑物組合在一起的大尺寸金屬管件都應該等電位連接在一起，并與個層的金屬門、窗連接形成的水平閉合均壓環(huán)連接在一起與防雷裝置相連，做到幾乎處處電位相等。這樣在閃電電流通過時樓內所有設施立即形成一個“等電位島”，保證導電部分不產生有害電壓差，不發(fā)生旁側閃絡放電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產生的反擊。
2）征管所征費亭多數地處空曠地帶，征費亭之間需解決跨步電壓，征費亭至辦公樓的通道應建成鋼結構防雨走廊并建等電位連接，每個收費島外圍內應用40×4的鍍鋅扁鋼連成一個閉合回路，與島內的票亭金屬外殼、預埋金屬管件、混凝土的鋼筋及金屬行架頂棚，也連接成“等電位島”保護區(qū)；為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差，就特別需要實行等電位連接，電源線、信號線等都要通過過電壓保護器（SPD）進行等電位連接，各個內層保護區(qū)的界面處同樣要進行局部等電位連接，并最后與等電位連接母排連接。
1.4接地
1）將進入監(jiān)控大樓的各類管線的屏蔽層、機架等在進入在進入大樓前進行等電位連接并接地。在進入設備前進行二次等電位連接后接地。將廣場攝像頭輸出的同軸電纜的外層和其它管線外層在進入大樓前進行等電位連接后接地。
2）將分開的外導電裝置用等電位連接導體連接后接地，以減少系統所在的建筑物金屬構件與設備之間或設備與設備之間因雷擊產生的電位差。利用鋼筋混凝土結構的建筑物內所有金屬構件的多重連接建立一個三維的連接網絡是實現等電位連接的最佳選擇（為方便等電位連接施工，應在一些合適的地方預埋等電位連接預留件）。進入系統所在建筑物的各類水管、空調管道等金屬管道的金屬外層在進入建筑物處應做等電位連接，并與建筑物組合在一起的大尺寸金屬件連接在一起，按GB50054的要求做等電位連接之后，接向總等電位連接帶，并可靠連通接地。
3）在建筑物入口處，即LPZOB與LPZ1區(qū)交界進行總等電位連接后接地，在后續(xù)的雷電防護區(qū)交界處按總等電位連接的方法進行局部連接，連接主體包含系統本身。
4）利用建筑物的基礎鋼筋地網作為共用接地系統。如建筑物沒有基礎鋼筋地網，在建筑物四周埋設人工垂直接地體和水平環(huán)形接地體。
5）埋于土壤中的人工垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或圓鋼；埋于土壤中的接地體宜采用圓鋼或扁鋼。圓鋼直徑不小于10mm2扁鋼截面不小于100mm2；其厚度不應小于4mm；角鋼不應小于40×40×40mm；鋼管壁厚不小于3.5mm。人工垂直接地體長度宜為2.5m。人工垂直接地體間距宜為5m，當受條件限制可減少。
6）在高土壤電阻率的地區(qū)，降低接地電阻宜采用如下方法：
①采用多支線外引裝置，外引長度不應大于60m；
②適當使用降阻劑；
③換土法。
7）在監(jiān)控辦公樓周圍應做一環(huán)形閉合接地電阻小于10Ω的復式混合地網，澆灌長效降阻劑。
8）收費廣場兩端的高桿燈可視為獨立避雷針，其接地系統應做成輻射形，接地電阻小于10Ω。
9)在高速公路沿線云臺桿下各做小于4歐姆聯合地網，每個地網做兩根引地極，極間距宜大于5m一根作為防直擊雷，一根作為設備安全接地。
2.1監(jiān)控信號系統防雷
1）在監(jiān)控中心機房計算機網絡服務器至網絡交換機間安裝一只計算機網絡信號SPD以保護服務器。
2）在監(jiān)控中心機房網絡交換機至收費亭的微機間的數據線兩端各安裝一只計算機網絡信號SPD，以保護網絡交換機和收費亭微機網絡端口。
3）在電子顯示屏的光端機編碼器之后至控制器兩端各安裝一只數據SPD，以保護光端機、編碼器和控制器。
4）收費亭與監(jiān)控中心有線對講系統兩端各安裝音頻信號避雷器1個，通流容量5KA.
5）在程控電話傳輸線兩段安裝程控電話保護器。
2.3電源系統防雷
1）在監(jiān)控監(jiān)控中心大樓和征管所辦公樓總配電箱安裝一套（WJA60／100KA）的三相電源保護器做為Ⅳ級防雷。
2)在樓層分盤上安裝一套(WJA20\40KA)的三相保護器SPD，做為Ⅲ級保護。
3）在UPS電源前安裝一套（WJA20\40KA）的三相保護器SPD做為Ⅱ級保護。
4）在UPS電源后或設備電源前安裝一套（WJA10\20KA）的單相保護器做為Ⅰ級保護。
5）在收費亭供電線路上安裝一套(WJA20\40KA)的保護器
6）廣場攝像頭頭部低壓直流供電線路兩端各安裝（WJA10\20KA）的保護器。
7在高速公路沿線監(jiān)控攝像頭供電線路配電盤輸出端各安裝一套（WJA20\40KA）的保護器。
8）在高速公路電子顯示屏供電電源上個安裝一套（WJA20\40KA）的保護器。
結束語
通過對高速公路征管所及各系統設備遭受雷電襲擊途徑進行分析，設計出了高速公路供配電照明系統、收費系統、監(jiān)控系統、通信系統和建筑物相結合的防雷系統?？赏軌虼_保高速公路的安全運行，最大限度地預防和減輕雷電災害對高速公路造成的危害和損失。
陜西偉信防雷科技有限公司
