高速公路收费站防雷设计方案

高速公路收费站防雷设计方案

一、防雷原理

１、直击雷经过接闪器[如避雷针（带）]、引下线和接地装置而直接泄放入地，导致地网地电位上升。高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。

２、雷电流沿引下线入地时，在引下线周围产生磁场，引下线周围的各种金属管（线）上经感应而产生过电压。

３、进出大楼或机房的电源线和信号线等在大楼外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线窜入，入侵电子设备。因此，我们对以上三种途径对整个入侵的雷击过电压及过电流进行防护。

完整系统防雷方案包括外部防雷和内部防雷两个方面:

1、外部防雷包括接闪器（避雷针、带、线）、引下线（建筑物钢筋、人工引下线）、接地装置（接地体、地网）等等，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线、接地体等，泄放入大地。

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2、内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。在需要保护设备的前端安装合适的避雷器，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地，确保后接设备的安全。

当雷电发生在距离建筑物较近的地方，通过避雷针将可能击中于建筑物本体的雷电吸引并通过避雷针泄放入大地时，所产生的感应电动势会对内部所有的金属线路均产生具破坏作用的感应电流，正是由于电源、网络、通讯等线路出现感应雷电流，增加了建筑物内部较为敏感的计算机等设备破坏的可能性，安装避雷针时没有做好完备的内部防护感应雷的措施，将会大大增加雷击损坏事故的机会，此时的避雷针就真正成为了引雷针。

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当所在的建筑物附近出现雷雨云时，雷电不通过建筑物顶部的避雷带等泄放雷电流时，也会在建筑物内部设备的电源和网络系统中产生感应雷电流，导致设备的损坏。因此建筑物内部通过电源、网络和通讯线路相连接的计算机系统，期望通过较为传统的方法：安装避雷针以避免感应雷击的事故是不可能的，作为内部系统的防雷，只做避雷针等外部防雷，其作用是不充分的。只有针对感应雷击损坏设备的特性，采用防范感应雷击的解决方法，才能避免雷电对设备的侵袭。

由于感应雷产生的途径有许多种，在距离带电雷雨云较近所有的金属回路中均会产生破坏性的可能，只是有些的雷电过电压较小，不会对设备产生明显的破坏力而已，但过电压的存在对设备的长期使用的寿命必然产生影响，因此感应雷防范的难度远大于直击雷的防范，而且所需要投入的费用也高于直击雷的防护。

针对于系统的防雷，从可能引雷的两个途径：电源线路、信号线路，根据每一类设备的特性、需要的防雷等级程度，选用性价比合适的防雷产品，做到以合理的价格达到充分的防护。确保设备对直击雷和感应雷以及线路操作过电压的全面防护。

二、具体防雷保护方案

（一）、设计依据

⑴GB50057-94(2000版) 《建筑物防雷设计规范》

⑵JGJ/T16-92 《民用建筑电气设计规范》

⑶GB 50174-93 《电子计算机机房设计规范》

⑷（99D562）《建筑物、构筑物防雷设施安装》

⑸GB50343-2004 《建筑物信息系统防雷技术规范》

⑹IEC 1312-1-2-3 《雷电电磁肪冲的防护》

（二）、现场环境分析

高速公路收费站既有强电设备,又有大量的监控、通信、传感设备等弱电设施,同时,它一般多位于郊外,周围地势空旷,其建筑物常常为附近至高点,电力线路往往要翻山越岭,信息传输和控制线路则需穿越复杂的地质层面,并且由于高速公路的路基、路面施工造成了公路沿线的土壤电阻率变化,极易遭雷电侵害，特别是感应雷和地电位反击。但是，目前我国在高速公路设计和施工中对防雷问题一直重视不够，高速公路配套建筑及其机电系统防雷缺少统一规划、综合设计，建筑物、路基、照明、监控、通信、收费等系统往往由多家单位设计、施工完成，防雷薄弱环节较多，遭雷击损毁的事故时有发生。轻者部分设备被雷电击坏，系统丧失部分功能，重者全系统瘫痪，经济损失惨重，特别是高速公路收费站被雷击后，收费系统瘫痪，无法进行计重收费，手工收费不仅缓慢，还会因为收费不能客观计重引发争议或纠纷，造成高速公路收费站车辆堵塞、影响高速公路畅通。

随着智能交通的不断发展，电子设备的广泛应用和集成化程度不断提高，雷电对高速公路电子设备的危害程度还将不断增加，因此，加强高速公路收费站的防雷工作刻不容缓。

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高速公路收费站包括监控系统、收费系统、通信系统等。收费站的综合防雷主要包括对建筑物直击雷防护,网络收费系统、监控系统、通信系统三大系统的电源和信号系统以及辅助设施的感应雷防护和各种接地处理。由于收费站所有建(构)筑物基本上在土建工程中已实施了直击雷防雷措施，大多直击雷防雷措施相对GB50057-94《建筑物防雷设计规范》的规定要求基本满足，因此本方案不涉及收费站的直击雷防护。

（三）、具体方案

1、网络系统防雷方案

a.网络中心

计算机中心机房所在建筑物总电源安装三相电涌保护器，通流容量60KA，带雷击计数器，箱体结构，也可使用大通流量模块防雷器,计算机中心机房总开关安

装三相电涌保护器，通流容量40KA（如果是单相电则选择单相电源防雷器），如果配电箱内有安装空间，可以使用模块防雷器电脑或其他设备取电处需要使用防雷PDU插座，具体型号为：可直接安装在网络机柜上。

网络中心的进出线需要根据实际情况配备，网络进线为光纤的信号无需另外安装防雷器，但光纤加强筋必须接地良好；ADSL宽带线进入分离器的前端使用进线为专线的根据专线类型加装相应专线防雷器,交换机所有端口如果需要防雷的可采用多口电脑网络避雷器.共16口；交换机所连的高风险终端加装单口网络防雷器。

b. 外部高风险网络端口

电脑中心往各收费点的网络线多数为普通网线，这些网线因为铺设较远，有些还没有良好屏蔽，极易受雷击感应电压的破坏，这些线路雷击风险程度非常高，需要安装网络信号防雷器，该信号防雷器通流量达5KA,可有效保护网络线路。此类端口对应的就是网络中心的高风险端口。

c. 接地处理

所有避雷器均利用其现有接地设施，不再加地网。（依抽样检测地阻结果，接地电阻均可达到要求）。

2、监控系统防雷方案

监控系统的综合防雷设计应考虑环境因素、雷电活动规律、系统设备的重要性、发生雷灾后果的严重程度，分别采取相应的防护措施。

(1) 在进行综合防雷设计时，应坚持全面规划、综合治理、优化设计、多重保护、技术先进、经济合理、定期检测、随机维护的原则，进行综合设计及维护。(2) 监控综合防雷系统的防雷设计应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、其用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护。必须坚持预防为主，安全第一的指导方针。

(3) 监控综合防雷系统应根据所在地区雷暴等级、设备放置在雷电防护区的位置不同，采用不同的防护标准。

A、监控中心防雷方案

a.电源方面：建议该中心侧总电房处安装三相交流电源避雷器（并联，通流容量60KA），作为第一级防雷，箱体结构，也可使用大通流量模块防雷器中心总电

源开关处安装单相交流避雷器（并联，通流容量40KA），型号为：作为第二级防雷（如果是三相电则选择三相电源防雷箱），如果配电箱内有安装空间，可以使用模块防雷器每台设备供电用之插座采用多功能插座，作为电源第三级防雷，以便达到三级防雷的效果。如果是机架式安装的PDU,需要将其更换为防雷PDU。

b.信号线路方面：由于引入监控中心的信号线只有视频信号和云台控制信号，所有室外摄像机引入线需对视频信号进行防雷，每条视频线路在进入机房视频卡前均采用视频信号避雷器，以达到防雷作用，如果视频信号较多，可以使用集线式多路视频防雷器，有12路、16路多种形式。对云台控制线路，由于该线路采用编码控制方式，信号在引入前可能已经合并，这样只需对合并后将要进入电脑的剩余线路进行防雷保护，可采用相应对数的控制线路避雷器保护云台控制信号。

c. 室外摄像机防雷

1)对室外摄像机，每支摄像机视频线路均采用视频信号避雷器，对室外云台，每条线路均采用控制线路避雷器。

每支摄像枪电源线路均安装摄像枪专用电源避雷器，如果摄象机电源是从控制中心拉过去的12伏或24伏直流电，则可使用万有公司直流电源防雷器或对前后端的电源端子进行防感应雷击防护。

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以上1、2、3点为典型的室外监控摄像机所需要使用的避雷器，属于独立安装，如果采用集成式的，这里可使用监控三合一防雷器，满足上面三种防雷器的参数，使用起来更方便。如果是枪式固定摄像机，则可以使用监控二合一防雷器，全部安装在摄像机前端。

4)由于摄像机分布于室外，所安装避雷器均需安装于防水盒内，防水盒为胶盒，安放于杆内。

5)摄像机必须已在防直击雷保护范围内,否则需要安装杆顶避雷针。

d. 所有避雷器接地均利用已有接地设施，不再另造地网。

3、通信系统防雷方案

（1）组成方式

目前，高速公路通信系统大多选择了光纤传输，早期建设的高速公路通信系统部分已经改造，部分依然沿用原来的有线传输形式。

(2)防雷器选型及安装

通信系统的防雷同样包含电源系统和信号线路.

对于电源，可以直接将其看成等同网络机房看待，采用与网络机房相同的防雷方式。当然，其中有可能重复的电源防雷器就无需安装，但最后一级的电源防雷肯定是不会共用的，对于最后这一级电源，我们直接使用防雷排插或防雷PDU 。对于信号线路，光纤引进的线路只需将光纤加强筋做好良好接地；而对于采用普通电话线引进的通信线路尽量使用单口电话防雷器，如果是配线架接线且线路路数很多，如20条以上一般就采用多口电话防雷排，一条可保护10门电话。交换机出线一般采用多口电话防雷排；如果在交换机出线处没有安装电话防雷排，则在电话使用终端比如收费站窗口就有必要安装电话防雷器。重要电话机、传真机线路使用单口电话防雷器。

(3)接地处理

所有避雷器均利用其现有接地设施，不另加地网。（依抽样检测地阻结果，接地电阻均可达到要求）。