高速公路防雷工程设计方案

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    一、 概述：

    当今社会电子计算机技术、微波通信技术日益发展，各类电子设备大量应用，雷击电感应到附近的导体中形成过电压，可高达几千伏，对微电子设备的危害极大。LEMP的主要侵入通道有电源线路、各类信号传输线路、天馈路线和进入系统的管、缆、桥架等导体侵入设备系统，造成电子设备失效或永久性损坏。因此，雷击电磁脉冲的防护是在入侵通道上将雷电流泄放入地，从而达到保护电子设备的目的。其主要方法是采用隔离、等位、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压过流保护、接地等方法将雷电过电压、过电流及雷击电磁脉冲消除在设备外围，从而有效地保护各类设备。目前主要采用气体放电管、放电间隙、高频二极管、压敏电阻、瞬态二极管、晶闸管、高低通滤波器等元件根据不同频率、功率、传输速率、阻抗、驻波、插损、带宽、电压、电流等要求，组合成电源线、天馈线、信号线系列电涌保护器（SPD）安装在微电子设备的外连线路中，地线按共同接地原则接入系统的地线，才不至于造成地位反击。只要设计合理、安装合格，电涌保护器就能有效的防御雷电。

    目前高速公路建设发展迅速，为了使高速公路畅通无阻，保证高速公路通信、监控、收费系统正常运行，将雷电灾害降低到最低限度，防雷工程技术人员应对系统进行全面规划、综合治理、制定完善的综合防雷设计方案。

    系统防雷是一项综合性工程，主要包括外部防雷和内部防雷两个方面:

    外部防雷包括：避雷针、避雷带、引下线、接地极等等，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、引下线等，泄放入大地。

    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。主要以空间屏蔽、等电位连接、减少接近耦合、过电压保护等措施，通过在需要保护设备的前端安装合适的避雷器即过电压保护，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。

    武汉高速公路收费站，地处较空旷地带，年雷暴日大于36.9天，属于多雷区，尽管征管所曾做过部分弱电防雷工程，但仍然有许多通讯及监控设备在雷雨天气中，时常有被雷击受损现象，这更让人们重视防雷工程的系统性、综合性及必要性。

    二、 设计依据：

    （1）IEC61024《建筑物防雷》

    （2）IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》

    （3）ITU K25《光缆的防雷》

    （4）ITU K27《电信大楼内的连接结构和接地》

    （5）GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

    （6）GB50174-93《电子计算机机房设计规范》

    （7）GB50200-94《有线电视系统工程技术规范》

    （8）GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》

    （9）GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》

    （10）YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规范》

    三、 设计方案：

    1、 外部防雷：

    高速公路征管所及收费站地处空旷的海边，属于多雷区地带。就其建筑物本身来说，无论是征管所还是收费站，其占地面积都不小，根据防雷规范的规定，并结合高速公路信息指挥中心的重要性，按二类防雷建筑物来设计本工程方案。

    高速公路征管所是一个框架建筑，指挥中心机房设在二楼，楼顶是平顶，没有避雷带等接闪设施，且楼顶有摄像设备。而收费站虽然是金属桁架顶棚，但其支撑的金属框架柱却未做接地处理

    由上述可以看出外部防雷设施不完善，对建筑物本身及设备的安全，存在不可忽视的隐患。对以上建筑的外部防雷不完善之处，建议如下整改：

    a) 高速公路征管所办公楼外部防雷整改措施：

    在办公楼二楼楼顶，沿女儿墙四周铺设直径为10毫米的热镀锌圆钢，每隔1m用支撑卡子固定在女儿墙上。支撑卡子为L型，用直径10cm的热镀锌圆钢， 长度为21cm，其中嵌入砼5cm, 露在女儿墙上高10cm, 与避雷带焊接长度不小于6cm(采用双面焊)。

    另外 避雷带沿女儿墙四周铺设时，在建筑物四周每个框架柱位置处（椭圆形四周），应用直径为10mm的热镀锌圆钢，将其与建筑结构柱内主筋相焊接，每个焊接处的平均距离不超过18米。即引下线数量不小于六根。并在该楼楼顶四角处设四根1米长的避雷针，且与避雷带相连。

    b) 高速公路收费站外部防雷整改措施：

    因收费站是金属框架结构，所以其建筑本身就是一个接闪装置，只是其没有做好接地处理。方法是将收费站四个外包不锈钢柱子表面金属开挖一个50cm*50cm的口子，用截面50*5的热镀锌扁钢一端与收费站金属框架柱相焊接，另一端沿收费站内地沟与收费亭内地沟中接地扁钢（其接地电阻值经检测为1.5欧姆）相焊接。

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    2 、 内部防雷：

    （ 3-2-1 ）电源系统防雷

    根据 IEC1312 防雷及过电压规范中有关防雷分区的划分，针对重要系统的防雷应分为三个区，分别加以考虑。只做单级防雷可能会带来，因雷电流过大而导致的泄流后残压过大破坏设备或者保护能力不足引起的设备损坏。电源系统多级保护，可防范从直击雷到工业浪涌的各级过电压的侵袭。

    第一级电源防雷：

    根据国家有关低压防雷的有关规定，外接金属线路进入建筑物之前必须埋地穿金属管槽 15 米以上的距离进入建筑物，且要在建筑物的线路进入端加装低压避雷器。必须做到在电源的进入端安装低压端的总电源防雷器，将由外部线路可能引入的雷击高电压引至大地泄放，以确保后接设备的安全。

    作为系统电源进线端的主级防雷器，在雷击多发地带至少应有 60-100KA 的通流容量，可将数万甚至数十万伏的雷击过电压限制到数千伏，防雷器可并联安装在办公楼的总配电柜内的电源进线处或配房低压输出端。

    具体措施：

    ◇ 在高速公路征管所配电房低压输出端并联安装壹套 B 级电源防雷箱，用于征管所整体设备的电源第一级的防雷初级保护。或采用 ASP 电源防雷模块，并联安装在配电房低压输出端。

    ◇ 在高速公路收费站的三相电源总进线端，并联安装壹套电源防雷模块，用于收费广场中所有电气设备的电源前级防雷保护。

    第二级电源防雷：

    分配电柜的电源防雷器，对通过电源初级防雷器的雷电能量进一步泄放，可将几千伏的过电压进一步限制到 1 点几千伏，雷电多发地带需要具有 40KA 的通流容量，防雷器可并联安装在分配电柜处。

    具体措施：

    ◇ 在高速公路征管所二楼监控中心办公室电源总进线处，并联安装壹套电源二级防雷箱 , 用于征管所二楼重要办公室内设备的电源第二级防雷保护。或采用电源防雷模块。

    ◇ 在高速公路收费各站的单相电源进线端，并联安装壹套电源二级防雷箱 , 用于收费广场中所有电气设备的电源二级防雷保护。或采用电源防雷模块。

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