高速公路收费站防雷方案

1 高速公路收费站的防雷方案 摘要：某国家级高速公路收费站位于某地区东部，雷电日年平均 27.1日，属于多雷区， 雷灾事故发生机率大。例如：2007年 8月 10日上午 8：00时左右，该地区出现大雨并伴有 强雷暴（当地气象资料显示 8月 9日 20：00时至次日 11：00时左右，该地区出现阴雨、大 雨及雷暴天气）。8：10时许，一声巨响，一道闪电直接击中收费站 4号、5号车道的西边（离 收费亭约 2米），隔了一会儿，又一道闪电直接击中收费站东北方向的小桥。随后收费站内 信号系统发生工作异常（所有车道发卡系统出现故障、部分计重收费系统失效、下道广场摄 像也出现故障等），严重影响了该收费站的正常运营。 郑州普天防雷公司技术人员利用 K-8290数字式剩磁测试仪对收费站区内的二处接地点 进行了剩磁测量分析：1、收费罩棚 4#车道附近构造柱内钢筋；2、收费站东北方向的小桥 附近广场照明灯金属基座； 分别进行测试。测量到剩磁强度分别达到：1.44mT 、1.8mT， 表明站区遭受较大雷电流的侵袭。 综合现场雷击点勘察情况、闪电定位监测资料分析、环 境气象要素记录、剩磁测量报告、现场目击证人调查笔录等进行综合分析，认为，这二次雷 闪间隔时间很短，雷击电流较大，峰值电流分别为-43.6KA、-59.8KA，在闪电回击通道瞬 间产生的磁场效应作用下，而致使收费站广场机电设施雷击受损严重。 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 2 为此，我们郑州普天防雷公司技术人员针对上述勘测情况，对收费站进行全面规划、制 定完善的综合防雷设计方案。 1、收费站的基本组成 在收费站配备有光缆通信设备，收费用的计算机局域小网，收费站信号灯控制系统，监 视、摄像、记录系统，控制操作台，站内电话控制台、无线对讲电话等。 在每个收费亭内配备有收费计算机网络系统工作站专用计算机，收费票据打印机，收费 指示板，指示灯，车道控制机，自动栏杆，语音提示系统，车辆过境自动计数器，对讲电话 和空调及供电系统等设备。 在收费站广场设置了多个监控摄像头，将摄像头的视频信号通过同轴电缆，将视频信号 或语音信号传到中心监控室，以利控制中心掌握出入高速公路的车辆行驶运行情况，便于指 挥调度。 2、防雷原则 收费站防雷系统的防雷设计坚持全面规划、多重保护、技术先进、经济合理的原则，进 行综合设计。采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、共用接地系统和安装电涌保 护装置等措施进行综合防护。 3、建筑物直击雷防护措施 3.1监控中心大楼 办公大楼楼层最高为三层，高度超过 18m 且楼顶还安装有各类通信天线，这些都是直 击雷的重要目标。由于楼内有大量实时运行的电子、微电子设备，又是整个机场的指挥高度 中心，根据 GB50057-94《建筑物防雷设计规范》的规定，可定为二类防雷建筑。 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 3 监控中心大楼楼顶安装镀锌避雷带，保护整幢大楼的天面。各类天线采用避雷针（普天 PTZ-1.5）进行保护。 3.3监控系统 在监控摄像头的杆顶安装一套不锈钢避雷针 PTZ-1.0，以保护摄像头免遭直击雷危害。 3.4收费广场 收费广场的金属顶棚沿着四条立柱做有效接地，接地材料为接地模块 PTD-3，电阻值 <10欧。 4、感应雷雷击电磁脉冲（LEMP）的防护措施 雷击电磁脉冲（LEMP）所产生的感应电动势通过侵入通道叠加在线路信号上产生瞬间 高电压，击毁各类用电设备和微电子芯片，因此在实施防雷工程时必须将感应雷击作为重点， 进行有效的防御。在设计综合防雷时，应从以上通道进行重点防护，同时做好等电位连接和 共用接地系统。 4.1、电源系统的防雷措施 在监控中心大楼的总配电盘上安装一套雷电通流容量 Iimp≥40kA；响应时间 Ta≤25ns 的三相电涌保护器 PT380-60，作为一级保护。 在楼层分盘上安装一套雷电通流量 Imax≥40kA；响应时间 Ta≤25ns的三相电涌保护器 PT220-40，作为二级保护。 在 UPS 电源前安装一套雷电通流容量 Imax≥20kA；响应时间 Ta≤25ns 的单相电涌保 护器 PT205，作为三级保护。 SPD连接导线应短而直，SPD连接导线不宜大于 0.5m，当长度大于 0.5m时应适当加 粗线径。当两 SPD间的线距大于 5米时，应在两 SPD间加装退耦装置。为防止 SPD老化 造成短路，要求 SPD安装线路上应有过流保护装置，应选用有劣化显示功能的 SPD。 在收费亭内的供电线路上各安装一套雷电通流量 Imax≥20kA；响应时间 Ta≤25ns的单 相电涌保护器 PT220-40，保护各亭收费计算机、票据打印机、收费指示板、指示灯、自动 拦杆、车道控制器、语音提示系统、对讲机等电源线路安全。 摄像头头部低压直流供电线路两端各安装一只通流容量 In≥5kA；响应时间 Ta≤25ns的 低压电涌保护器 FCS/2DC10R48，以保护低压直流供电线路安全。 在摄像头供电线路上安装一只通流容量 Imax≥5kA；响应时间 Ta≤25ns的低压电涌保护 器 PT-DM20/2以保护摄像头供电线路安全。 4.2、视频信号传输线路的防护措施 所有监控摄像头到控制中心的视频传输电缆两端应安装视频信号 PT-BNC 各一只，以 保护摄像头。在收费电脑视频卡视频输入、输出 BNC端口安装视频信号 PT-BNC各 1个， 保护收费电脑。在监控中心机房计算机网络服务器至网络交换机（HUB）间安装一只计算 机网络信号 PT-RJ45，以保护服务器。 5、屏蔽措施、等电位连接与共用接地 5.1屏蔽措施、等电位连接是现代防雷技术重要的防护措施之一。 为减少电磁干扰，所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属部件都应等电位连接在一起， 并与接地装置相连。监控系统设备的金属外壳，应用最短的导线将其与等电位连接带连接。 计算机、通信、监控机房的设备应与建筑物外墙保护 1m左右距离。以防止大楼遭到直击雷 时沿外墙泄流入地的引下线周围产生较强的电磁场而损坏微电子设备。 将进入监控中心大楼的各类电缆的金属外皮和各类金属管道在进入大楼前与接地装置 相连接。将摄像头输出的同轴电缆的金属外层在进入大楼前与接地装置相连接。 5.2利用建筑物的基础钢筋地网作为共用接地系统。 在监控中心大楼四周埋设人工接地体。接地体的接地电阻不宜大于 4Ω。人工垂直接地 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 4 体宜采用普天接地模块 PTD-3，数量为 20块。人工水平接地体宜采用 40X4mm镀锌扁钢。 人工垂直接地体间的距离宜为 2m，当受条件限制时可适当减小。人工接地体在土壤中的埋 设深度不应小于 0.5m。接地电阻值<4欧。 此地网作为监控中心大楼和收费亭所有防雷装置的共用接地系统。 接地网制作图 参考文献 1、IEC61312 《雷电电磁脉冲的防护》 2、GB50057-94《建筑物防雷设计规范》（2000年版） 3、GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 4、GB50174-93《电子计算机机房设计规范》 5、GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》 6、GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.