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◆背景描述

雷電的危害具有很強(qiáng)的破壞性，主要危害途徑有直擊雷、雷電感應(yīng)、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(yùn)至今，高速公路（收費(fèi)站）的機(jī)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(jì)損失慘重，更有甚者，因系統(tǒng)頻繁遭受雷電侵?jǐn)_，系統(tǒng)不能正常運(yùn)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(fèi)站）的機(jī)電設(shè)備特點(diǎn)是點(diǎn)多、面廣、線長，既有強(qiáng)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(diǎn)，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(fù)雜的地質(zhì)層面，這些都是易遭雷擊或雷電感應(yīng)的薄弱點(diǎn)。如何有效地預(yù)防雷害對(duì)高速公路機(jī)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(shí)際情況設(shè)計(jì)高速公路（收費(fèi)站）機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的防雷系統(tǒng)，實(shí)施針對(duì)性的防雷措施。

◆挑戰(zhàn)與需求

1、高速公路機(jī)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(fèi)站的建筑物常常為附近最高點(diǎn)，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(fèi)站地處郊外，供電線路一般均均采用架空電纜，雷電波會(huì)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(dǎo)電率的變化，使公路沿線、收費(fèi)站建筑物附近區(qū)域成為易落雷的區(qū)域，當(dāng)雷電瞬間落在地面（或通過高聳的金屬導(dǎo)體引下）時(shí)閃絡(luò)的雷電流流入大地會(huì)在附近地面間產(chǎn)生非常高的瞬時(shí)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(shí)升高會(huì)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(fèi)站內(nèi)（沿線）的微電子設(shè)備。

2、通信（移動(dòng)）基站雷電防護(hù)思想：

1）直擊雷防護(hù)措施：高速公路（收費(fèi)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(hù)措施和直擊雷雷電流泄流通道體，使直擊雷不會(huì)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(yīng)防護(hù)措施：在高速公路（收費(fèi)站）的電源系統(tǒng)、微電子線路和終端設(shè)備加裝相對(duì)應(yīng)的防雷器（SPD）有效地防護(hù)雷電波（電磁脈沖）對(duì)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(hù)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(dá)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(fèi)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(jī)電設(shè)備配電室。

3）電子信息設(shè)備系統(tǒng)機(jī)房（交換機(jī)、服務(wù)器、打印機(jī)和收費(fèi)計(jì)算機(jī)、車道計(jì)重設(shè)備和車道監(jiān)控系統(tǒng)）。

4）車道設(shè)備（收費(fèi)計(jì)算機(jī)、車道計(jì)重設(shè)備、車道攝像機(jī)）。

2、高速公路（收費(fèi)站）雷電防護(hù)內(nèi)容：

1）直擊雷裝置; 2）雷電電磁脈沖防護(hù)裝置; 3）均壓（等電位）裝置; 4）泄流裝置

3、高速公路（收費(fèi)站）雷電及過電壓防護(hù)措施技術(shù)依據(jù)：

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

2）雷電電磁脈沖防護(hù)裝置：根據(jù)GB50057-2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范和GB50343-2012建筑物電子信息系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護(hù)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(fèi)站）電源系統(tǒng)、微電子（信號(hào)）系統(tǒng)的線路和終端設(shè)備加裝相對(duì)應(yīng)的防雷器（SPD）防止傳輸線路中感應(yīng)雷的雷電波/流侵害機(jī)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(jì)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(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護(hù)規(guī)范的附錄A雷電防護(hù)區(qū)等電位連接圖、附錄B計(jì)算機(jī)機(jī)房導(dǎo)電物體等電位連接圖之要求設(shè)計(jì)等電位（均壓環(huán)）保護(hù)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(jì)接地裝置的阻抗值，接地裝置安裝實(shí)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(fèi)站）雷電及過電壓防護(hù)具體措施：

1）直擊雷防護(hù)：直擊雷防護(hù)裝置是高速公路（收費(fèi)站）不可或缺的雷電防護(hù)重要基礎(chǔ)條件，是高速公路（收費(fèi)站）的防雷系統(tǒng)保護(hù)不可忽視的重要組成部分之一。高速公路（收費(fèi)站）的收費(fèi)棚和電源（機(jī)電設(shè)備）配電房建筑物（體）直擊雷防護(hù)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(yīng)小于規(guī)范技術(shù)參數(shù)要求）連接，引下線的間距應(yīng)不大于25米（或采用接閃器作為直擊雷防護(hù)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(yīng)根據(jù)滾球法進(jìn)行計(jì)算）。

2）安防系統(tǒng)與照明系統(tǒng)直擊雷防護(hù)：高速公路（收費(fèi)站）安防監(jiān)控系統(tǒng)（室外）攝像機(jī)、照明系統(tǒng)（室外）高桿燈應(yīng)置于接閃器（或其它接閃導(dǎo)體）有效保護(hù)范圍之內(nèi)。采用將接閃器架設(shè)在攝像機(jī)和高桿燈的支撐立桿上，引下線可直接利用攝像機(jī)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(yīng)，沿桿引上攝像機(jī)和高桿燈的電源線和信號(hào)線應(yīng)穿金屬管敷設(shè)，金屬管應(yīng)可靠接地。

3）車道設(shè)備直擊雷防護(hù)：高速公路（收費(fèi)站）機(jī)電設(shè)備分別布設(shè)在機(jī)電設(shè)備配電房和收費(fèi)棚的車道之間，布設(shè)在機(jī)電配電房內(nèi)的設(shè)備一般不會(huì)遭受直擊雷，而布設(shè)在收費(fèi)棚車道之間的機(jī)電設(shè)備，多數(shù)處于相對(duì)的開闊地帶，直擊雷風(fēng)險(xiǎn)較大，則必須考慮直擊雷防護(hù)問題。

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

5）微電子設(shè)備信號(hào)浪涌保護(hù)措施：按照微電子（信號(hào)）系統(tǒng)浪涌分級(jí)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(jī)、服務(wù)器、PC機(jī)）、計(jì)量系統(tǒng)終端設(shè)備（傳感器、接線盒、稱重儀表、微機(jī)）、監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備（視頻矩陣、硬盤錄像機(jī)、攝像機(jī)、解碼器和電源線、控制線、視頻線）和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置、消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)的終端設(shè)備輸入與輸出端口安裝相對(duì)應(yīng)的信號(hào)浪涌保護(hù)器作為微電子（信號(hào)）設(shè)備的電涌保護(hù)裝置。

6）高速公路（收費(fèi)站）傳輸線路直擊雷防護(hù)：為了使傳輸線路免遭直擊雷侵害造成的雷電感應(yīng)，傳輸線路應(yīng)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(yīng)可靠接地。

7）防雷接地系統(tǒng)：高速公路（收費(fèi)站）防雷系統(tǒng)所有防雷裝置系統(tǒng)均應(yīng)有可靠、有效的接地，接地系統(tǒng)亦是收費(fèi)站運(yùn)行機(jī)電設(shè)備防雷保護(hù)的必要組成部分之一（機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)前端、終端均應(yīng)有良好的防雷接地，相應(yīng)接地系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)做等電位連接）。接地裝置的布置與實(shí)施應(yīng)根據(jù)防護(hù)對(duì)象和防護(hù)參數(shù)確定，接地阻抗值應(yīng)符合防雷規(guī)范（設(shè)計(jì)）要求和使用條件。

8）敷設(shè)布線注意事宜：在機(jī)電設(shè)備施工中許多布線人員因?qū)Ψ览字R(shí)了解有限或者圖簡單方便，習(xí)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(jī)立桿）相互捆綁。方便了工程施工與影響美觀的同時(shí)，也帶來了較大的防雷安全隱患。這一點(diǎn)是值得重視和注意的，為減小雷害風(fēng)險(xiǎn)，任何導(dǎo)線/金屬線路均應(yīng)盡可能避免與直擊雷防護(hù)系統(tǒng)平行捆扎（布線應(yīng)實(shí)施屏蔽措施），而應(yīng)依有關(guān)規(guī)范要求合理布線。

◆方案實(shí)施 （產(chǎn)品選型）

1、直擊雷防護(hù)裝置

1）GFL系列接閃塔; 2）普通接閃器：NPS01-LR02系列; 3）優(yōu)化接閃器：NPS01-LR01系列; 4）提前放電接閃器：NPS01-LRT系列。

2、雷電電磁脈沖防護(hù)裝置（SPD）

3、泄流（接地）裝置

1）銅包鋼接地極：NPS01-EP01系列; 2）離子接地極：NPS01-EP02系列; 3）石墨接地模塊：NPS01-EP03/P2系列; 4）等電位連接器：NPS01-EP04系列。