高速公路防雷工程设计方案

第一篇：高速公路防雷工程设计方案

高速公路防雷工程设计方案 返回

目 录

一、概述：

二、设计依据：

三、设计方案： 3-1.外部防雷：

a)高速公路征管所办公楼外部防雷整改措施： b)高速公路收费站外部防雷整改措施： 3-2.内部防雷：

（3-2-1）电源系统防雷

（3-2-2）网络系统保护

（3-2-3）监控系统防护

（3-2-4）工控机设备的防护

四、选用产品性能简介:

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。

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。

第二篇：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。

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。

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

⑴ GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》 ⑵ JGJ/T16-92 《民用建筑电气设计规范》 ⑶ GB 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》 ⑸ GB50343-2004 《建筑物信息系统防雷技术规范》 ⑹ IEC 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。

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。

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）。

第三篇：防雷工程设计方案格式

封面

目录

1、雷电概述

[说明]：简述雷电的发展历史、雷电的危害、雷电的基本性质、雷电防护的法规政策。

2、雷电防护原理

[说明]：需依据具体情况，分外部防护系统、配电系统、计算机网络系统、监控与传输系统等系统，针对项目的类型和实际情况进行讲述。

3、项目概述

A、工程标的现状及工程需求

场所地点、功能、存在的问题、工程需求

B、项目勘察的具体情况

[说明]：依据工程勘察记录表各项内容对项目进行描述。

首先，确定保护对象（是做整个建筑整体的外部、内部防护，还是只做建筑内的一部分，如：一个机房或者仅仅配电系统的防护）。其次，确定项目周围的环境和需做防护的项目目前的状况；

最后，标明甲方的具体要求（关于：接闪器、引下线、接地装置、等电位连接、均压装置、屏蔽措施、电源系统、信号传输系统、天线馈线系统九项具体的要求）。

C、雷暴区及危险等级

[说明]：依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》中的要求，在本企业网站查找该地区年平均雷暴日，评估其所属雷暴区域（少雷区、中等雷暴区、强雷暴区），然后依据公式计算起危险等级。

D、设计需达到的保护等级

[说明]：此项为我公司全面评估其雷电灾害、危险程度后提出的设计方案中所应该达到的保护等级。属全面系统的防护要求。

E、甲方要求达到的保护等级

[说明]：此项为客户方的要求，如其只要求我公司对其部分区域进行防护，那我公司仅对所防护的区域负责，由于区域外未防护的线路、通道、引下线、地线等引入的雷电对其线路、设备等产生的损坏，我公司不与赔偿。

4、设计方案

A、引用标准

[说明]：凡被引用的标准必须在方案中出现。

B、设计方案

[说明]：本部分为整个工程方案的重点部分。

1）、将其分为：（外部）接闪器、引下线、接地装置、等电位连接，（内部）均压装置、屏蔽措施、电源系统、信号传输系统、天线馈线系统九个部分（项目不涉及的部分可以不写入）。

2）、标明每个部分中a、标准的设计要求（注出标准的条文），b、甲方的要求，c、设计方案所能达到的要求，d、所选产品所能达到的技术指标（注出产品说明书中所列该型号产品的技术参数）。

3）、在每个部分中简要的叙述完成该工程各部分的具体施工措施（包括：避雷针用什么品牌、什么型号、依据什么标准架设多高；避雷带

用什么材料、什么规格、依据什么标准安装；接地装置用什么材料、什么规格、依据什么标准施工，地槽开挖多宽、多深，用什么品牌降阻剂等；等电位连接、均压装置、屏蔽措施用什么材料、什么规格、依据什么标准施工；电源系统用什么颜色的线、线径多少、怎么布线、依据什么标准安装、安装位置等；信号传输系统、天线馈线系统用什么线、怎么打线、怎么布线、依据什么标准安装、安装位置等）。

5、工程施工进度表

[说明]：用图表简略说明每个项目预计需要的天数；因天气、能源等因素所可能延期的天数。最后用文字标注需要甲方配合的项目（包括：人员、动力、食宿、交通、通讯、运输、监理等等）

6、工程验收

[说明]：标出是单方验收、双方验收还是第三方验收；验收的具体方式、时间及测试方法；验收依据的文件和标准；需要由谁出具验收报告；验收费用由谁承担等。阶段验收和总体竣工验收，验收相关表格和材料。

7、材料、设备汇总表

[说明]：标明各个项目的名称和此项目所选用的材料、设备的规格、型号、数量、产地，并备注其用途。

8、工程预算明细表

[说明]：此表套用当地国家定额，项目包括：材料费、加工费、运费、安装费等。

9、工程报价汇总表

[说明]：此表为所有设备、材料、施工、服务、财务的总报价。其中设备报价：依据公司定价原则；材料报价：参考市场定价原则；施工报价：套用当地定额（参照施工明细表）；服务包括：项目管理费、资质使用费、工程验收费、产品保险费等（可酌情删减）；财务包括：设备税和工程税两部分。

10、提供的服务

[说明]：包括保修、保换期限，保险单，定期的检测和维护服务等。运行时甲方承担的义务及注意事项。

11、企业简介

[说明]：企业简介、资质、业绩举例。

12、参考工程

[说明]：提供与本项目有关的同类型的工程名称（最好有简介和用户意见）供甲方参考。

封底

第四篇：加气站防雷工程整改设计方案

加气站防雷工程整改设计方案

一、加气站简介

加气站内主要建筑物为营业间、加气区大棚和室外独立设备间等一些金属构件物。本次防雷整改工程主要依据国家标准防雷规范和设计院的设计图纸，进行防雷设计。南京地区的雷暴日为31.5d/a。

二、设计依据

1、国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-20102、国家标准《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004

三、工程范围1、2、3、电源系统，根据现场实际情况进行三级防护，安装匹配的电源浪涌保护器； 监控系统电源和信号部分安装与之相匹配的信号浪涌保护器； 按照设计院确定的避雷针位置，安装避雷针，并确认保护范围。

四、设计方案

1、在配电间低压侧的低压电源总进线端安装1套一级电源浪涌保护器，型号：CFD1-385B/4-80，计1套；在辅房配电箱内的照明电源进线端和动力电源进线端各安装1套电二级源浪涌保护器，型号：CFD1-385C/4-40，计2套；在值班室电源总进线端安装1套三级电源浪涌保护器，型号：CFD1-385D/2-20，计1套；

2、在办公室内监控系统视频线上各安装1套视频信号浪涌保护器，型号：CLT-BNC/75FM，计4套；在办公室内监控系统控制线上安装1套控制信号浪涌保护器，型号：CLS1-J/2，计3套；在办公室内的监控系统的电源插座上安装1套电源防雷插座，型号：CFC-320D/4，计1套；

3、在加气站内西北角制作1根独立避雷针。独立避雷针采用GH环型钢管杆避雷针，高11m，其组装及基础做法详见国标图集99D501-1《建筑物防雷设施安装》P16及国标99(03)D501-1《建筑物防雷设施安装2003部修改版》。避雷针另做1组独立的接地装置，其冲击接地电阻不大于6欧，否则增设人工接地极；基础周围在1m深处须做0.5m-0.5m-1m的均压带。独立避雷针及其接地装置与工艺设备、工艺管道及其接地装置的地上地下距离均不得小于3.0m。

第五篇：高速公路通信监控收费系统的防雷设计方案

高速公路

通信、监控、收费系统

防雷设计方案

河北德实科技有限公司

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有。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，地线按共用接地原则接入系统的地线，才不至于造成地电位反击。只要设计合理、安装合格，电涌保护器就能有效的防御雷电。

因此，采用完善的综合防雷手段构成一套完整的防雷体系，这就是现代防雷的新理论：综合防雷理论。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。

二、高速公路综合防雷设计方案的依据

高速公路综合防雷在设计时主要采用以下标准，供设计时参照。

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、GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

7、GB50174-93《电子计算机机房设计规范》

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》

11、XQ3-2000《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》

三、高速公路通信、监控、收费系统的基本组成

1、每一条高速公路在其管理的区间内均设有一监控中心大楼。监控中心一般设在高速公路的出、入口处，也有设在管理区间的中心部位。中心一般设置有大型地图板和监控电视系统，并配有多画面切换控制设备、视频监视器、低速录象设备及自动转换装置。中心配备有计算机网络系统、负责管理各收费站的收费信息、紧急电话的控制、公路出入口及中间各大型电子显示屏的控制和公路沿线的小型电子提示牌的控制等。中心大楼内还有程控交换机系统、中心控制台、光缆通信的两个或四个8Mbit/s接口的光端机、电端机及上网设备、无线电话系统、UPS供电系统等多种电子设备。

高速公路每个收费站还相应配套建立了一个监控分中心，分中心设置了监控电视系统和计算机网络系统，负责管理监视本收费站的收费信息和车辆信息等。

2、在每个收费站配备有光缆通信设备，收费用的计算机局域小网，收费站信号灯控制系统，监视、摄像、记录系统，控制操作台，站内电话控制台、无线对讲电话等。

3、在每个收费亭内配备有收费计算机网络系统工作站专用计算机，收费票据打印机，收费指示板，指示灯，车道控制机，自动栏杆，语音提示系统，车辆过境自动计数器，对讲电话和空调及供电系统等设备。

4、在公路沿线及收费站广场设置了多个监控摄像头，将摄像头的视频信号通过光缆、同轴电缆、对称电缆或通过微波传输系统，将视频信号或语音信号传到中心监控室，以利控制中心掌握公路沿线的车辆行驶运行情况，便于指挥调度。

5、道路LED指示牌。LED指示牌发布高速公路即时信息，位于空旷的环境中，其控制信号线一般由光纤组成，系统电源采用就地变压（主要是使用开关电源）的措施，由电源引起的雷击事故较为普遍。

四、高速公路的综合防雷原则

高速公路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、高速公路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、高速公路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。为确保防雷设计的科学性、先进性，高速公路建设工程在设计前宜做高速公路沿线现场雷电环境评估。

五、高速公路建筑物直击雷防护措施

1、监控中心大楼一般设置在高速公路的出入端或控制管理区域的中心位置。由于周围地形比较空旷，楼层一般都比较高且楼顶还安装有各类通信天线、有的还架设有铁塔，这些都是直击雷的重要目标。由于楼内有大量实时运行的电子、微电子设备，又是整个高速路的指挥中心，根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》的规定，可定为二类防雷建筑。按滚球法（滚球法半径45m）设计避雷针、避雷带或者避雷网等。设计方法请参照《建筑物防雷设计规范》附录四的要求，决定避雷装置的数目、布局、高度，在设计时应考虑避雷针抗当地30年最大风的抗风强度，并留有一定余量。

2、为了减少避雷装置的维护，防止酸雨对避雷针的腐蚀，应在监控中心大楼楼顶安装不锈钢或者镀锌避雷装置，其高度和数量根据滚球法计算其保护范围能覆盖整幢中心大楼的天面和各类天线，使其能有效防止直接雷击以保护大楼的楼顶和各类通信天线的安全。

3、在公路沿线安装监控摄像头的云台杆顶、收费站广场云台杆顶以及LED指示牌顶各安装一套不锈钢避雷针，以保护云台摄像头等设备免遭直击雷危害。

4、在高速公路收费站钢架屋顶上和大型室外电子显示屏顶端左右对称各安装一套不锈钢避雷针，以保护收费站钢架屋顶和电子显示屏框架结构免遭直击雷危害。

5、避雷针的引下线最好利用钢结构柱做泄流线，条件不允许时，也可以单独用25mm2以上的铜绞线穿镀锌钢管屏蔽，并做绝缘处理，从避雷针尖直接以最短路径入地，以减少泄流时的雷击电磁脉冲辐射而损坏微电子设备和室外大型电子显示屏编码控制系统。

六、雷击电磁脉冲（LEMP）的防护措施

雷击电磁脉冲（LEMP）所产生的感应电动势通过侵入通道叠加在线路信号上产生瞬间高电压，击毁各类用电设备和微电子芯片，因此在实施防雷工程时必须将感应雷击作为重点，进行有效的防御。在设计综合防雷时，应从以上通道进行重点防护，同时做好等电位连接和共用接地系统。根据国标GB50343《建筑物电子信息系统防雷技术规范》4.3按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级，高速公路监控和收费雷电防护等级为B级。

1、电源系统的防雷措施

在监控中心大楼的总配电盘上安装一套雷电通流容量Iimp≤25kA（波形10/350μs）；响应时间Ta≤100ns的三相电涌保护器SPD1，型号为：MG-50/4，作为一级保护；在楼层分盘上安装一套雷电通流量Imax≤80kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的三相电涌保护器SPD2，型号为：M-80/4，作为二级保护；在UPS电源前安装一套雷电通流容量Imax≤40kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的三相电涌保护器SPD3，型号为：M-40/4，作为三级保护。在UPS电源后或设备前安装若干套雷电通流容量Imax≤20kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD4，型号为：1P20AS-7，作为四级精细保护。

在每个收费站对应的监控分中心大楼的总配电盘上安装一套雷电通流容量Imax≤120kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的三相电涌保护器SPD1，型号为：M-120/4，作为一级保护；在楼层分盘上安装一套雷电通流量Imax≤80kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的三相电涌保护器SPD2，型号为：M-80/4，作为二级保护；在UPS电源前安装一套雷电通流容量Imax≤40kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD3，型号为：M-40/4，作为三级保护。在UPS电源后或设备前安装若干套雷电通流容量Imax≤20kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD4，型号为：1P20AS-7，作为四级精细保护

SPD连接导线应短而直，SPD连接导线不宜大于0.5m，当长度大于0.5m时应适当加粗线径。当SPD1～SPD2的线距小于10m、SPD2～SPD3的线距小于5m、SPD3 ～SPD4的线距小于5m时，应在两SPD间加装退耦装置。为防止SPD老化造成短路，要求SPD安装线路上应有过流保护装置，应选用有劣化显示功能的SPD 在收费亭内的供电线路上各安装一套雷电通流量Imax≤40kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD，型号为：M-40/2，保护各亭收费计算机、票据打印机、收费指示板、指示灯、自动拦杆、车道控制器、语音提示系统、对讲机等电源线路安全。

在进、出高速公路两端和中间的大型电子显示屏电源线路配电盘上各安装一套雷电通流量Imax≤80kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD1，型号为：M-80/2，作为一级保护；在稳压整流器设备前安装一套雷电通流量Imax≤40kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD2，型号为：M-40/2，作为二级保护；在末级设备供电处安装防雷插座，通流容量Imax≤20kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD3，型号为：1P20AS-7，作为三级电源保护。如果大型电子显示屏通过信号线路供电，那么在信号线进大屏前加装一套型号PT-POE的防雷器，电源Un48V，线脚4，8；信号Un5V，线脚1，2，3，6。电源部分通流容量Imax≤5kA（波形8/20μs）信号部分通流容量Imax≤2.5kA（波形8/20μs）

在视频信号及控制信号进入主控机房或者分控机房设备的前端加装相对应的浪涌保护器对其主控机房内的设备进行防雷电保护，在硬盘录象机的前端一一对应的加装视频防雷设备：12TB075-DH；在控制总线的进线端或分线端加装控制信号浪涌保护器对其主控机房内的控制信号发射设备进行防雷电保护，控制信号防雷设备：24TC302-D防雷器。、监控系统的前端设备：

《信息系统技术管理规范》第三条规定：“各类通信线路和设备宜增加相应的防雷措施。” 任何一个监控系统均由前端系统，终端系统，传输系统及控制系统四个子系统组成，前端系统一般在室外，容易遭受直击雷和感应雷，同时通过传输系统及传输系统本身对雷电的感应，将雷电传输到监控中心，损坏终端设备，破坏控制系统。在监控线路的各条进线端加上相对应的防雷保护，如距离较远，建议两端都加装防雷器。在普通摄像机进线端加装二合一防雷器，型号：PT-CCTV2。组合方式为220AC+BNC或24DC+BNC；在带有云台摄像机进线端加装三合一防雷器，型号：PT-CCTV3。组合方式为24DC+24DC+BNC或220AC+24DC+BNC

3、收费系统信号线的防护措施（1）在监控中心主机房计算机网络服务器至网络交换机（HUB）间安装一只计算机网络信号SPD，型号为：8TR4508-LH，以保护服务器。

（2）在监控分中心机房网络交换机至收费亭的微机间的数据线两端各安装一只计算机网络信号SPD，型号为：8TR4508-LH，以保护网络交换机和收费亭微机网络端口。

（3）在电子显示屏的光、电端机编码器之后至控制器两端各安装一只数据线SPD，型号为：24TC304-D，以保护光、电端机、编码器和控制器。

（4）收费亭与监控分中心有线对讲系统两端各安装音频控制信号避雷器1个，通流容量5KA（波形8/20μs），型号为：170TC302-D。

（5）宜在程控电话和紧急电话传输线两端安装程控电话电涌保护器，其标称导通电压为Un≤1.5Uc ；雷电通流量Imax≤5kA（波形8/20μs）；响应时间Ta≤50ns 的程控电话SPD，型号为：170TR1102-DT。

七、屏蔽措施

1、屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，宜采取以下措施：外部屏蔽措施、线路敷设于合适的路径、线路屏蔽，这些措施宜联合使用。

为改善电磁环境，所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属部件都应等电位连接在一起，并与接地装置相连。屋顶为金属表面、立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架，都必须进行等电位连接后接地。

在需要保护的空间内，当采用屏蔽电缆时其屏蔽层至少在两端并宜在雷电防护区交界处做等电位连接。当微电子设备系统要求只在一端做等电位连接时，可将屏蔽电缆穿金属管引入，金属管在一端做等电位连接。

建筑物之间的连接电缆应敷设在金属管道内，这些金属管道从一端到另一端应全线电气贯通，并连到各建筑物的等电位连接带上。电缆屏蔽层也应连到这些带上。

2、实践中建筑物或房间的大空间屏蔽是由金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋这些自然构件组成的。这些构件构成一个格栅形大空间屏蔽。穿入这类屏蔽的导电金属物应就近与其做等电位连接后接地。

3、监控系统设备机房位置应选择在LPZ最高级区和避免设在建筑物的顶三层内；当建筑物天面部分的避雷网格尺寸不符合系统抗干扰的要求时，应在天面加装屏蔽层。使用非屏蔽电缆，入户前应穿金属管并埋入地中水平距离10m以上。如受条件限制无法穿金属管埋地入户，则应加长入户屏蔽管或栈桥长度，金属管或栈桥的两端以及在雷电防护区交界处要做等电位连接和接地。

4、监控系统设备为金属外壳时，应用最短的导线将其与等电位连接带连接。如是非金属外壳，当设备所在建筑物屏蔽未达到设备的电磁兼容性要求时，应加装金属网或其它屏蔽体对设备屏蔽，金属网应与等电位连接带进行等电位连接。

5、计算机、通信、监控机房的设备应与建筑物外墙保护1m左右距离。以防止大楼遭到直击雷时沿外墙泄流入地的引下线周围产生较强的电磁场而损坏微电子设备。

八、等电位连接

1、等电位连接是现代防雷技术重要的防护措施之一。将进入监控中心大楼的各类管线的屏蔽层、机架等在进入大楼前进行等电位连接后接地。在进入设备前再进行二次等电位连接后接地。将广场摄像头输出的同轴电缆的外层和其它管线外层在进入大楼前进行等电位连接后接地。

2、将分开的外导电装置用等电位连接导体连接后接地，以减少系统设备所在的建筑物金属构件与设备之间或设备与设备之间因雷击产生的电位差。利用钢筋混凝土结构的建筑物内所有金属构件的多重连接建立一个三维的连接网络是实现等电位连接的最佳选择。为方便等电位连接施工，应在一些合适的地方预埋等电位连接预留件。

进入系统所在建筑物的各类水管、采暖和空调管道等金属管道的金属外层在进入建筑物处应做等电位连接，燃气管道入户后应在法兰盘连接处插入一块绝缘两端用开关型SPD连接后户内金属管道可参加等电位连接，并与建筑物组合在一起的大尺寸金属件连接在一起，按GB50054的要求做总等电位连接之后，接向总等电位连接带，并可靠连通接地。

3、在建筑物入口处，即LPZ0B与LPZ1区交界进行总等电位连接后接地，在后续的雷电防护区交界处按总等电位连接的方法进行局部等电位连接，连接主休应包含系统设备本身（含外露可导电部分）、PE线、机柜、机架、电气和电子设备的外壳、直流工作地、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、管道、屏蔽槽、电涌保护器SPD的接地等均应以最短的距离就近与这个等电位连接带直接连接。连接基本方法应采用网型（M）结构或星型（S）结构。网型结构的环行等电位连接带应每隔5m经建筑物墙内钢筋、金属立面与接地系统连接。当采用S型等电位连接网络时，系统的所有金属组件除在接地基准点，即ERP处连接外，均应与共用接地系统的各组件有足够的绝缘（大于10KV, 1.2/50μs）。

九、共用接地

1、宜利用建筑物的基础钢筋地网作为共用接地系统。如建筑物没有基础钢筋地网，宜在建筑物四周埋设人工垂直接地体和水平环型接地体。接地体的接地电阻不宜大于1Ω。原则上应在各雷电防护区界面处做等电位连接，但由于工艺要求或其它原因，被保护设备的安装位置不会正好设在界面可能发生的电涌电压时，电涌保护器安装在被保护设备处，而线路的金属保护层或屏蔽层宜首先在界面处做一次等电位连接接地。

2、埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或圆钢；埋于土壤中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢。圆钢直径不应小于10mm扁钢截面不应小100mm²,其厚度不应小于4mm；角钢不应小于40 X 40 X 4mm；钢管壁厚不应小于3.5mm。人工垂直接地体的长度宜为2.5m。人工垂直接地体间的距离及人工水平接地体间的距离宜为5m，当受条件限制时可适当减小。人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m，在冻土区人工接地体应埋设在冻土层以下。接地体应远离由于砖窑、烟道等高温影响土壤电阻率升高的地方。

3、在高土壤电阻率地区，降低接地装置接地电阻宜采用下列方法：

A、采用多支线外引接地装置，外引长度不应大于30m； B、为了有效降低接地电阻，可适当使用降阻剂； C、换土法。

4、在监控中心大楼周围应做一环型闭合接地电阻小于1Ω的复式混合地网，浇灌长效降阻剂，以保证地阻常年稳定。此地网主要用于监控中心大楼和收费亭的安全保护接地。并与大楼并网作为共用接地系统。该地网引出极应用40 X 4mm镀锌扁钢制作，用截面积大于25 mm²的BR铜线从引出极引出至各收费亭供接地专用。一根以最短路径引入主机房接地母排上供机房接地专用。

在公路沿线云台杆下面各做一个小于1Ω的联合地网，每个地网两端做两个引出极，极间距宜大于5m，一根引出极作为防直击雷接地，一根引出极作设备安全接地用。每根地线穿1.5英寸镀锌钢管屏蔽后，引到云台杆顶和设备间供两种接地用。各分散的地网通过电源系统的安全保护地连通全线达到等电位连接的目的。

十、运行维护

（1）避雷器安装之后，应检查所有接线是否正确安装，然后运行测试，看系统和设备是否正常工作，有无异常情况，如有，应及时检查，直至整个系统均正常运作。

（2）每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。

（3）接地网的接地电阻宜每年进行一次测量。

（4）每年雷雨季节前应对运行中的避雷器进行一次检测，雷雨季节中要加强外观巡视，如检测发现异常应及时处理。

十一、竣工验收

（1）防雷工程施工单位须按设计要求精心施工，工程建设管理部门应有专人负责监督。对于隐蔽工程应实行随工验收，重要部位应进行拍照和专用设备项记录。

（2）设计资料和施工记录应由相应的防雷主管部门妥善存档备查。

十二、销售服务及质量保证（1）由本公司销售的产品和施工的工程均由保险公司承担产品质量和工程责任保险。

（2）工程中所使用的防雷器件，从工程验收合格之日起一年内免费保修，超过保修期两年内维修只收取工本费，终身负责维修。（3）根据用户需求，免费提供防雷知识或防雷技术讲座；（4）保修期内，若防雷系统出现故障，公司技术人员在接到通知后的24小时内赶到现场。