机电系统避雷情况刍议

机电系统雷害入侵分析

机电系统所在建筑物雷害入侵由于部分收费站建筑物使用多年，外部防护设施已失效，且个别收费站接地阻值偏高；直击雷蕴含极大的能量，发生时间极短，这就存在着雷击瞬间损坏建筑物的可能性，易引起建筑物火灾事故及建筑物内工作人员的人身安全事故。供配电系统雷害入侵由直击雷、感应雷、传导雷、供电系统中大型的电感性和电容性负载开启或断开、地极短路、电源线路短路等引起的过电压，入侵机电系统的供配电线路；虽然早期防雷工程已在总配电柜、广场配电柜以及收费岛单相配电箱安装电源防雷器，其防雷器残压高，保护不全面（缺少横向保护）。雷击过电压或操作过电压经此防雷器泄放后，仍有高大2.5kV的高电压进入设备，这就存在着设备损坏的可能性。通信系统雷害入侵光纤不具导电性能，可以不考虑防雷；而超五类双绞线，由于其工作电平低，耐过电压能力极其有限，强弱电并行布设时，极易造成工控机网卡损坏。监控系统雷害入侵当广场摄像头附近发生直击雷或杆塔遭受直击雷，会在视频线和电源线（虽埋地敷设，但没有导管屏蔽）上感应过电压（感应雷击），雷电沿视频线和电源线两端分流，造成与之相连设备的损坏；由于原摄像头视频线路所安装的防雷器老化或者衰减使得监控画面模糊，部分已经拆除，存在感应过电压损坏摄像头解码器或监控室监视器设备的可能；另外广场监控摄像头的电源防雷器通流量小，即使防雷器没被损坏，通流量小，无法抵御较大感应过电压，一旦电源线路感应过高的过电压，易使防雷器和解码器、摄像头损坏。车道摄像头雷害入侵主要在监控室监视器设备至收费亭内画中画字符叠加器的同轴线上，其在埋地敷设中，当监控室所在建筑物或收费广场顶棚遭受直击雷，一部分雷电沿引下线流入大地，一部分雷电流会感应到包括视频线在内的有源线路和管道上，雷电流沿感应点向线路两端传输，易造成两端设备的损坏。收费系统雷害入侵收费系统线路较短存在感应的可能极小，只要做好合理布线和电源线路考虑防雷即可。其它各个收费站的监控机房、通信机房内设备和收费岛内的车道摄像头立杆、自动栏杆机外壳、收费亭金属壳等设备、设施没有进行良好的接地处理；当其上空有带电雷云出现时，由于静电感应作用，使这些物体带上异种电荷，雷云短时间消失后，感应电荷不能在同样短的时间内相应消失，这样就出现局部感应高电位（其幅值可高达几十kV～几百kV），极易发生闪络现象，危及其间工作人员人身安全或造成设备的损坏。

相应对策

原则上尽量避免采用避雷针，作为接闪装置，原因：避雷针是把雷电引到本身上，将雷电流导入大地，从而保护建筑物；它是一种主动性的接闪装置。在接闪雷电时，会在其空间产生很大的电磁场，容易干扰自动化设备正常工作，故建议采用避雷带或避雷网。避雷带（网）沿屋角、屋脊、屋檐等易受雷击的部分明敷，如有天线、太阳能装置、空调室外机等设施，则必须设置避雷针加以保护。供配电系统的防护将原安装的防雷器更换为残压低（低于700V）、保护全面的电源防雷器；在总配电屏处安装放电电流≥60kA（8/20us）的三相电源防雷器，作为总保护；在楼层配电箱处安装放电电流≥25kA（8/20us）的电源防雷器,作为楼层用电设施的细保护；在监控机房和通信机房的UPS电源前安装放电电流≥25kA（8/20us）的电源防雷器；在广场配电柜处安装放电电流≥40kA（8/20us）的三相电源防雷器；而在车道配电箱和广场摄像头电源上安装放电电流≥25kA（8/20us）的电源防雷器，作为收费岛设备的细保护。考虑到电源负荷电流容量较大或者以后用户的负载扩容，电源系统的防雷，原则上均选用并联型电源避雷器。监控、通信系统的防护为了防止雷电过电压损坏监控室的监视器设备、解码器和画中画字符叠加器；设计在进入监控室的视频同轴线上串联安装视频防雷器，避免影响视频画质，选择视频防雷器时应注意，防雷器的衰减应不大于0.2dB，驻波比应小于1.1，且通流容量应大于10kA。通信系统的光缆可不考虑防雷；其金属加强筋应与导电物体保持足够的安全距离（0.5米以上），距离不够时应对其进行良好接地处理。而超五类双绞线与强电线路在收费亭地下沟槽并行布线，重新布设的难度极大，故设计在工控机端的超五类双绞线上串联安装网络防雷器；为了防止对信号的影响，网络防雷器必须满足衰减应小于0.2dB,数据率不低于100Mbps。收费系统的防护由于线路较短存在感应的可能极小，对与引下线和强电线路距离较近的数据线进行分开布设或保证适当距离即可，其电源均取至车道配电箱，前已经考虑电源防雷。等电位接地的改造设计接地是防雷工程的基本，不管是外部防护装置，还内部防雷装置，均是将雷电流分流入大地，没有一个良好的接地系统，防雷就无从说起。因此，对接地阻值偏高或独立接地的收费站进行接地改造，保证地阻小于4Ω以下。为了避免静电感应作用，出现局部感应高电位，危及其间工作人员人身安全或造成设备的损坏；对机房和收费内设备、金属门窗、静电地板、摄像头立杆等进行良好的接地处理。

功能保证和预期效果

保证内部防雷安全，避免引发火灾事故的发生可抗击150KA（10/350us）的雷击电流，其中内部防雷系统和外部防雷系统各分担50％（即75KA）的雷击电流。无论是电源线路还是配电设备的耐压及绝缘均得到可靠保护，保证后续设备不因雷击造成设备损坏事故的发生。保证机电系统的全天候使用所有机电系统设备可在雷暴的环境下使用而不受损坏，通过综合保护措施的实施对设备绝缘保护，可以延长系统的整体寿命。技术前瞻性、领先性整体防雷保护工程的设计施工标准，满足中国GB防雷标准，符合国际IEC和IEEE标准，避免重复投资。

作者：陈裕 单位：广深珠高速公路有限公司