鹰瑞高速公路石城段综合防雷措施
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【摘 要】通过对鹰瑞高速公路石城段的基本组成的讨论，分析雷电对高速公路各系统的危害，讨论分析鹰瑞高速公路石城段综合防雷措施，具体从防直击雷和防感应雷两个方面对鹰瑞高速公路石城段的各设备及设施进行防雷保护。
【关键词】鹰瑞高速；电气设备；感应雷；等电位连接
1.引言
高速公路具有大量的监控、通信、传感等弱电设备，具有路线长、布设面广等特点。特别是监控等设备遍布全路段，电力线路往往要翻山越岭，传输和控制线路需要穿越复杂的土壤层面，这些都是易遭雷击或雷电感应的薄弱点。近年来，由于高速公路遭受雷击的事故时有发生，特别是收费系统遭受雷击后，造成收费系统瘫痪，影响正常工作。由此可见，高速公路的防雷措施是必不可少。就高速公路防雷措施的施工、使用和管理的实际情况来看，要消除高速公路系统的雷害，应从技术和管理两个方面着手，采用先进的防雷设备，加上严格而合理的施工和维护措施，这样才能减少雷击事故的发生。
2.鹰瑞高速公路石城段的基本情况
鹰瑞高速公路石城段56公里，设有石城南、北两个收费站，途径石城管理范围内设有一个监控中心大楼，监控中心设在高速公路收费站管理用房内。监控中心内部设有：大型地图板、监控电视系统、计算机网络系统、程控交换机系统、无线电话系统、UPS供电系统等多种电子设备。收费站内配有光缆通信设备，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、无线对讲电话和收费用的计算机局域小网等弱电设备。高速公路沿线及收费站广场设置了多个监控摄像头和道路LED指示牌，位于空旷地带。
3.鹰瑞高速公路石城段各系统遭受雷击可能造成的危害
中央监控系统遭雷击，弱电设备的线路板击坏，部分接口击坏，多个监控子系统失控，无法监控路面状况。供电系统的高压、低压线路遭雷击，配电设备损坏，造成各系统停电无法正常工作等。闭路电视系统遭雷击，首先是电源控制器被击坏，监视器线路板损坏，造成一些区段无图像，达不到监控作用。火灾报警系统遭雷击，报警系统瘫痪，不起防火报警作用。隧道通风系统遭雷击，自动控制失效，只能手动控制或停止工作。紧急电话系统遭雷击，部分电话击坏，造成不能通话，通信不畅。
4.鹰瑞高速公路石城段各系统的综合防雷保护措施
针对鹰瑞高速公路石城段各系统与设备所处地理位置、设备的重要性等，依据GB50057-2010及GB50343-2004等规范要求，分以下几个方面来进行防护。
4.1防直击雷的保护措施
石城监控中心管理用房、收费站、公路沿线监控摄像头等直击雷的防护。监控中心管理用房属三类防雷，利用其本身基础钢筋、承台钢筋相连接作为自然接地体，管理用房共设置4根引下线，分别设在房屋四个角，利用构造柱内主钢筋做引下线，并与基础承台钢筋焊接，再将楼板、梁内钢筋与柱筋焊接，这样就形成一个极小的电阻、极小引下线阻抗、立体的法拉第笼和平面的等电位自然防雷网络框架，屋面安装避雷带来防护直击雷，避雷带与作为引下线的柱内主钢筋可靠连接，引下线间距不大于25m。收费站利用金属顶棚安装避雷短针来防护，避雷针的引下线利用钢结构柱做泄流通道，从避雷针尖直接以最短路径泄入大地。高速公路沿线设置了多个监控摄像头，都处于公路路侧，位置突出，极易遭直击雷的破坏，应在监控摄像头杆项上安装不锈钢避雷短针，利用金属杆作引下线泄雷电流。道路LED指示牌顶端两侧安装一套不锈钢避雷短针，以保护电子显示屏框架免遭直击雷破坏。
4.2防感应雷的保护措施
4.2.1电源系统的防感应雷的措施
石城收费、监控、通信和计算机网络设备的电源防雷一般可以分为三级保护：第一级保护为直击雷保护；第二级保护为过电压保护；第三级保护为浪涌吸收保护，各级应相互配合使用。
在监控中心大楼的总配电盘上安装一套三相电涌保护器SPD，作为一级保护。在楼层分盘上安装一套三相电涌保护器SPD，作为二级保护。在UPS电源前安装一套的单相电涌保护器SPD，作为三级保护。在收费亭内的供电线路上各安装一套单相电涌保护器SPD。SPD的接地线应采用10mm2多股铜芯线，且接地长度应小于50cm。通过合理的多级泄流能量配合，避免单级防护随过大的雷击电流而出现损坏概率高和产生高残压，保证浪涌保护器有较长的使用寿命和设备电源端口的残压低于设备端口的雷电冲击电压，确保设备的安全。
4.2.2石城监控中心大楼、收费站架空入户线路的防护措施
一是引入石城监控中心大楼、收费站、道路LED指示牌的电力线应用屏蔽电缆或穿铁管，埋地15米以上并埋深0.8米以上进机房，屏蔽层或铁管两端应有良好的接地。二是石城监控中心电源线和信号传输电缆分开穿金属管道进入建筑物。三是石城监控中心机房总接地线缆穿金属管沿墙体敷设，并在地中与监控中心大楼接地体可靠连接。
4.2.3石城收费站信号线路防感应雷的保护措施
在每台摄像机视频输出端口和监控主机外线入口处安装两个视频避雷器，采用铜导线与防雷接地网相连接。在收费电脑视频卡视频输入、输出端口安装视频信号避雷器，以保护收费电脑。在监控机房计算机网络服务器至网络交换机间安装一个计算机网络信号避雷器，以保护服务器。在监控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避雷器，以保护网络交换机和收费亭微机网络端口。
4.2.4监控机房各设备的防感应雷保护措施
主要采取等电位连接措施，将机房中所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳进行电气连接。收费车道、监控机房、配电房的地网连为一体，相互间用4×40mm扁钢不少于两处连接，实现地网均压等电位，防止地电位反击。收费车道、监控机房、配电房接地系统应尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接起来作为地网，尽量以自然接地物为基础辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合。在监控中心机房静电地板下增设等电位铜排，机房电子信息设备的金属外壳和机柜、机架、金属屏蔽线缆外层、直流工作地、安全保护地，均以最短距离与等电位连接网络直接连接，形成S型结构。机房内各种电子电气设备与墙体，特别是作为引下线的柱子要保持一定的距离，以防止大楼遭直击雷或附近遭雷击时产生的感应雷电流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。
5.结束语
总之，鹰瑞高速公路石城段防雷工程是一项非常复杂的系统工程，实际工程设计和施工过程中，在防雷施工方案的优化，技术参数的确定，防雷产品选型，施工材料的选取，施工工艺考究，避雷器安装技巧，防雷装置维护管理等方面都值得我们继续深入的研究和探讨，同时还应当因地制宜，结合防雷工程施工实际情况，细致的周密的设计相应的防雷方案，力争取得防雷工程投资少、防护全面、配置合理、性能优良、维护管理方便，保障整个高速公路系统运行稳定可靠。
参考文献
[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
[2]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB50343-2004
[3]梅卫群，江燕如.《建筑防雷工程与设计》气象出版社，2004
[4]肖稳安，张小青.《雷电与防护技术基础》气象出版社，2006
[5]施广全.《信息系统的雷电防护》南京信息工程大学雷电防护教研室