电子信息工程在高速公路防雷设计的探讨

摘要：本文围绕电子信息工程在高速公路防雷设计中的应用，详细阐述了防雷设计中电源防护、信号防护、等电位连接，接地等在设计中应注意的问题，并针对性的提出预防和改进的措施，全方位的做好高速公路中的防雷设计。

关键词: 电子信息系统；高速公路；防雷设计

Abstract: this paper focus on electronic and information engineering in highway design of the application of the lightning protection, and expounds the design of power supply prevents thunder protection, signal protection, equipotential connection, grounded in the design problems should be paid attention to, and puts forward corresponding prevention and improvement measures and the full well the highway lightning protection design.

Keywords: electronic information systems; Highways; and Lightning protection design

中图分类号：U412.36+6文献标识码： A 文章编号：

0引言

高速公路防雷路多数收费站的沿线地形较为空阔，根据我国防雷规范应属二类防雷建筑，但是大多数收费站收费站、收费亭、配电室、办公楼等建筑物的外部没有采取防直击雷措施或避雷设施损坏、倒伏、断裂严重，急需修建和整改。屏蔽措施方面部分监控机房窗户孔洞很大，没有采取屏蔽防护格栅处理，不能有效防护空间雷电电磁脉冲的侵袭。供电系统的电涌保护方面根据国家防雷规范要求，对不间断运行的电子设备的供电系统一般应采取三到四级防护措施。而我们大部分收费站只在机房UPS输入端加装了一级单相电涌保护器，不能把沿电源线路传输的雷电过电压抑制到电子设备的可耐受程度(1000V左右)。系统内运行的网络电子设备、信号监控设备及传输线路大部分进行了雷电保护，部分需要完善。收费亭各种金属设施、支架、棚体、设备的接地没有进行等电位连接，容易产生电位差、造成设备损坏或人员损伤。

由上述问题，下面本文主要浅析了高速道路在收费站中通过对监控系统做了分析，提意较全面的雷电防护措施，并对传统的雷电防护方式提出改进。

1高速公路电子信息系统雷电防护的基本原则

高速公路电子信息系统的防雷必须按综合防雷系统的要求进行设计，坚持预防为主、安全第一的指导方针。高速公路电子信息系统的防雷应考虑环境因数、雷电活动规律、雷击事故受损原因、系统设备的重要性及发生雷灾后果的严重程度等因素综合考虑。在进行高速公路电子信息系统防雷工程设计时，应认真调查建筑物所在地的地理、地质、土壤、气象、雷电活动规律等资料，根据高速公路各电子信息系统的特点等因素，进行全面规划、综合治理、多重保护，做到安全可靠、技术先进、经济合理、施工维护方便。

高速公路电子信息系统的防直击雷措施。应按GB50057(

高速公路电子信息系统综合布线应按GB／T503ll《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规

范》的要求进行设计与施工。

2设计方案

2．1电源防护

根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343．2004第4．3．1条规定，高速公路监控系统的雷电防护等级为B级。电源系统应该加装三级防雷保护。即在变电室配电柜里加装标称放电电流不小于60KA(8/20μs)的电源避雷器作为一级保护；在UPS的输入端加装标称放电电流不小于40KA(8/20μs)的电源避雷器作为二级保护；在UPS的输出端加装标称放电电流不小于20KA(8/20μs)的电源避雷器作为三级保护。

高速公路收费站多数位于郊区空旷地带，电源为高压线架空引入，然后通过变压器转换为低压因此线路遭受雷击的概率比较大，一旦击中架空导线，陡度很大的电流将沿着线缆流向变压器，持续较大的雷电流最终使避雷器前端的空气开关动作，导致避雷器无法正常工作。

为避免上述情况发生，可将变电室标称放电电流不小于60KA(8/20μs)的电源避雷器换成标称放电电流不小于15KA(10/350μs)的，而避雷器前面的保护装置小型断路器的标称电流也增加到100A。

另外，虽然采取了三级保护，雷雨天气时还是有设备损坏的情况出现，究其原因是避雷器两端接线过长，导致残压过大造成的。安装时可以采用凯文接线法(图1)。

图1凯文接法示意图

该方案投入使用后防雷效果明显，一级避雷器前端的小型断路器不再跳闸。

2．2信号防护

高速公路常规监控系统的信号拓扑结构如下(图2)：

图2高速公路常规监控系统的信号拓扑结构图

收费亭内的摄像机视频线直接从票厅引入到监控机房的视频分配器；外场云台监控摄像机的视频线和控制线也是直接引入到监控机房的视频分配器和矩阵控制器。因此需要在视频分配器的进线端和矩阵控制器的进线端分别安装视频信号避雷器和控制信号避雷器。

2.3等电位连接

监控机房面积一般很小，等电位采用S型即可。应在监控机房防静电地板下做等电位接地端子排。将监控机柜的金属外壳，静电地板的金属支架、信号避雷器的接地均接在等电位接地板上。以往的工程中，为了省事，工程人员往往把机房内所有的接地点，包括电源避雷器的接地点都接在等电位接地端子排上，而这种接法的弊端却较多(图3)。

当采用共用地线串联一点接地时，各段电路的等效电路如下(图4)：

I1

图4共用地线串联一点接地等效电路图

设备1、设备2、设备3注入地线的电流分别依次为I1，I2，I3，R1，R2，R3分别依次为接地点G至A点、A点至B点、B点至C点之间的一段地线GA段、AB段、BC段的地线阻抗。则共用地线上A点的电位为：

(1)UA=(I1+I2+I3)R1

共用地线上B点的电位为：

(2)UB=(I1+I2+I3)R1+(I1+I3)R2

共用地线上C点的电位为：

(3)UC=(I1+I2+I3)R1+(I2+I3)R2+I3R3

通常地线的直流电阻不为零，特别是在高频情况下，地线的交流电阻比其直流电阻大，因此共用地线上A，B，C点的电位不为零，并且各点电位受到所有电路注入地线电流的影响。从抑制角度考虑，这种接地方式是不合适的，特别是设备中安装有避雷器的，由于避雷器接地线泄放的电流往往比较大，所以造成各点电位不同，无法达到真正的等电位，各设备之间容易发生反击。因此等电位不建议采用这种接地方式。当机房设备不多，且无高频设备的情况下可以采用以下接地方式(图5)。

图5独立地线并联一点接地

2．4接地

接地有两个因素至关重要：即接地电阻和接地装置的类型(人工接地体和自然接地体)。在防雷接地与交流工作地、直流工作地、安全保护接地共用一组接地装置的情况下，其接地电阻值应考虑以接入设备的要求最小值来确定。而实际工程中，由于监控机房所在的建筑物多为框架结构或混凝土砖混结构，因此接地可以优先采用自然接地体。而作为自然接地体，其接地电阻一般小于1Ω，接地阻值完全达到规范要求。

3结论

处于特殊地理环境和具有设备自身特点的高速公路收费站监控系统的防雷应全方位设防，从雷电防护的综合性、系统性、科学性及经济实用性的观点出发，采取针对性强的现代雷电防护技术措施，解决工程中遇到的实际问题，使得防雷措施的防护效果得到进一步提升。

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