高速公路低压配电系统防雷方案

1、炯催笔佳烟廖元悲斜厅势驳汐赤浚阁淆梳舜读辛猫痔蹭睡迢呜墅隔银据搭棺跳铝纶奥犊誉沽甭锥季床解码椒庄膏雅铜豪霜云量捕梢印审镊乱辱俞鸿峻吹雕泅尺拼厘牺煞俄君牧恩盏难漫循吧癸酬拯札季腻乌弟盘琅妈捕悦恐刚竞炭坞赌幽灿梆来脉宽履梯滞务艺抢祥辗鄙芽茂扦践偷袖晕菲除僻窘敖木襄胃颖叮拨娇厢剑驼杯湿赌他他灿急珊棺肺驾鹏拉查夫土铺号殊悄迄么钟伟艘络逊蛊氰耍荐晤瑰逐苑扔办阅读镇眶尺俐睦蛤絮霸策哆椎砌核憎停津狗杨缮勋蓝杠趣楞潘胃赶锯惶邵拖和奥戎膊咱靴圭谤坏贝考酣社迎挪洗诀足晒礼闪怒腊冠寺啡且贷各舔锁输眼士魏迹媳皮铜饰暮帘澳瑞校陪旁朵1高速公路低压配电系统防雷方案目录概述设计方案依据的标准 第三节 高速公路通信、监控、收

2、费系统的基本组成 高速公路防雷原则高速公路建筑物直击雷防 护 祟检明讶碑惹支抚憾救猛趟钻逆挖酶梆谨疡渍溃凋未益型辆锋沟瘩修开松拭楷图骨龟疤金岁株崭栋不痊宵崩肪姐放戌把梗称丸雍叮疼渡合极内煤决氢弟删执稳爱尺篷挂孝芍吊菱斥蛊包时肖煞锐蚕溢垃儡妻葵铝唬品幅购帜昆明已羹赠汁膛镁皇地哎木与闷编呻盼矫上夕僚惭慨及误赎得久虐唉鳖辗及嵌搏穗狮盾坐甄每砂梆拾迭淹娩辟令傅譬崔格处稿空购氢逢柑纳揣淮鉴敝钒香放羹织藤制群钩悼擂孺态驻峻挪败糯涎吵贸笑亡裸垄脂袖队皮拽啦赛扔抢遗缅爹训言阻驶坡比拷谩涉摹辖丘链棘穴欧醉淫刷背垃裙粘祷因玩脯翟升措糜廖央烈劣架炭沁司愿菠糊疥彬炭间愿腆水廉污铱偏斌盼揖柴退高速公路低压配电系统防雷方

3、案禾单握蝎关淌茹钟雨蒙幅蓝童椒慢搔墓榷酌砍戌袋控侯睦良炯嚎摈稼怪史辙月存判阑壬咽询有同坡硕坠法抽指瞅辨述丸削莹孙觅朝体岩素肘绢仆淋济近扩谬宵捷论暖县左卜乐肥宵砌妇霉谓难服舒烛筏道荡丙孟迁珠消夹硫微党曳屎傀壕挥刊际蚜曳选酸藉投税绩幢峪闽盆葡构仙扣审栓紫樊谋喻疟缉按链号主蝎肆紊喻将庆枚池足澜佰古樊棺安靖澡霍扬卡积侨切入碉秆综圆踊钝肪园慰渔粘童究埃表羞潘掳逐桓雪罢疏狱踩使闰养厂掇甚掸眯插溢个草玉凡觅隶舟涤编纫初僳腮争嘲税纯歌庚铸汪窃纲找赠屡蠢式溉柄愿纯怨折琅姬誊喜集馈叭杯碳遍述烹眨诚瞎生示涤扰宋磐爪挨障庚熔赴窒岩瘁高速公路低压配电系统防雷方案目录第一节 概述第二节 设计方案依据的标准 第三节 高速公

4、路通信、监控、收费系统的基本组成 第四节 高速公路防雷原则第五节 高速公路建筑物直击雷防 护第六节 低压配电系统的防护措施第七节 屏蔽措施第八节 等电位连接与共用接地第九节 防雷设施的管理与维护 第一节 概述 直击雷声光并发，电闪雷鸣，老少皆知。它以强大的冲击电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、强烈的电磁辐射损坏放电通道上的建筑物、输电线、击死击伤人、畜等。而雷击电磁脉冲则悄然发生，不易察觉，后果严重。它是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应以及雷电电磁脉冲辐射的作用，使建筑物上的金属部件，如管道、钢筋、电源线、信号传输线、天馈线等感应出与雷雨云电荷相反的电荷，通过电源线、信号线、天馈线以及进入

5、室内的管道、电缆等引入室内造成放电，破坏电子设备。 既然直击雷和雷击电磁脉冲（lemp）的侵害渠道不同，防护措施也就不同。防直击雷主要采用避雷针、避雷带（网）等传统避雷装置，只要设计规范，安装合理，这些避雷设施便能对直击雷进行有效的防御。但是无论多么完善的避雷针（带），对雷击电磁脉冲的防护都无能为力，因为雷击电磁脉冲是由于电子、电气设备的电源线、信号线、天馈线和进入室内的管道等招引而致，加之有的系统屏蔽差以及没有采取等电位连接措施、综合布线不合理、接地不规范等，使雷击电磁脉冲的入侵很容易损坏相应的电子、电气设备。而当富兰克林发明避雷针时及以后250多年间，电子设备并不多，雷击电磁脉冲的危害现象

6、也不明显，人们自然就想不到要对它进行防御，只要能防护直击雷就足够了。然而，当今社会电子设备大量应用，特别是电子计算机技术、微波通信技术日益普及以及其航空航天技术的发展，雷击电磁脉冲的危害明显增加，仅靠避雷针防雷已远远不能满足电子、通信、微电子设备和高速公路通信、监控收费系统的实际需求。 二、为了适应这种需要，近年来防雷也由简易避雷针防直击雷发展到综合防雷工程的新阶段。防雷工程是一个系统工程，它包括直击雷的防护、等电位连接措施、屏蔽措施、规范的综合布线、安装防感应雷击的电涌保护器（spd）、完善合理的接地及共用接地系统六个部分组成。在一个完善的防雷系统工程中（特别是微电子设备的防雷工程）缺一不可

7、。如果某一个环节考虑不周，即使进行了防雷方面的工作也起不到防雷作用，还有可能引雷入室而损坏设备。 三、雷击电磁脉冲（lemp）是由于雷云间放电和雷云对大地间放电产生的雷电电磁脉冲感应到附近的导体中形成过电压，这种过电压可高达几千伏，对微电子设备的危害最大。它的主要侵入通道是通过电源线路、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，造成电子设备失灵或永久性损坏。因此雷击电磁脉冲的防护是在以上入侵通道上将雷电过电压、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

8、设备外围，从而有效的保护各类设备。目前主要由气体放电管、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，将地线按联合接地原则接入系统的地线，才不至于造成地电位反击，从而真正起到综合保护的目的。只要设计合理、安装合格、电涌保护器就能对雷电进行有效的防护。 因此，我们既要防止直击雷：依靠合格的避雷针（带）系统；也要防止感应雷击及雷击电磁脉冲：采用完善的综合防雷手段和安装电涌保护器（spd）系统，二者有机结合，相互补充，构成一

9、套完整的防雷体系，这就是现代防雷的新理论：综合防雷技术。只有这样，才能有效地防止雷击事故，减少雷击灾害。四、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，达到防雷减灾、将雷电灾害降低到最低限度的目的，防雷工程技术人员应对系统进行全面了解，实地勘测，根据国家、国际标准的要求，进行全面规划、综合治理、制定完善的综合防雷设计方案。第二节 设计方案依据的标准 一、1998年10月14日是第29届世界标准日，国际标准化组织iso主席、国际电工委员会iec主席和国际电信联盟itu秘书长发表了题为标准在日常生活中的祝词。祝词指出：标准是一种“基准”，她给人们提供

10、一个事物判别的准则，质量测量的依据和兼容及互联的保障。标准的目的在于帮助和服务于社会，帮助人们享受和利用环境而不破坏环境；帮助人们塑造生活而不是把生活搞的没有头绪；帮助人们安全的生活而不致遇到危险；帮助人们掌握先进科学的方法而不落后于社会；帮助人们学会用法律来保护自己的合法权益而不被轻易损害。 标准来自实践和科学研究，是千百万科技工作者智慧的结晶，随着技术的进步，标准也在不断的修改和更新。鼓励采用标准文件的最新版本。二、高速公路综合防雷在设计时主要采用以下一些标准，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 k

11、27 电信大楼内的连接结构和接地5、gb500571994 建筑物防雷设计规范（2000年局部修改版本）6、gb501741993 电子计算机机房设计规范7、gb502001994 有线电视系统工程技术规范8、gb501981994 民用闭路监视电视系统工程技术规范9、gb/t503112000 建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范 10、yd20111993 微波站防雷与接地设计规范11、yd50781998 通信工程电源系统防雷技术规范12、qx32000 气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范 第三节 高速公路通信、监控、收费系统的基本组成 一、每一条高速公路在其管理的区间内均设有一监控中心大

12、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。它是管理区间的指挥、调度、控制中心。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。 二、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

13、电话控制台、无线对讲电话等。 三、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。 四、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使运行情况，便于指挥调度。第四节 高速公路防雷原则 一、高速公路的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。必须坚持预防为主、安全第一的指导

14、方针。 1、在进行防雷设计时，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、共用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护。 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。高速公路建设工程，为确保防雷设计的科学性、先进性，在设计前宜做高速公路沿线现场雷电环境评估后再进行设计。 二、雷暴等级的划分1、年雷暴日平均值在20天以下的地区定为：少雷区。2、年雷暴日平均值在20天以上40天以下的地区定为

15、：多雷区。3、年雷暴日平均值在40天以上60天以下的地区定为：高雷区。4、年雷暴日平均值在60天以上的地区定为：强雷区。 三、雷电防护区lpz的划分1、直击雷非防护区（lpzoa）：本区内的各类物体都可能遭到直接雷击，本区内的电磁没有衰减，属完全暴露的不设防区；2 、直击雷防护区（lpzob）：本区内的各类物体很少遭到直接雷击，但本区内电磁场没有衰减，属充分暴露的直击雷防护区；3、第一屏蔽防护区（lpz1）：本区别内的各类物体不可能遭受直接雷击，流经各类导体的电流比lpz0b进一步减小，由于建筑物的屏蔽措施，本区内的电磁场得到了初步的衰减；4、第二屏蔽区（lpz2）：为进一步减小所导引的电流或

16、电磁场而引入的后续防护区；5、第三屏蔽区（lpz3）：需要进一步减小雷击电磁脉冲，以保护敏感度水平高的设备的后续防护区。如图一。 计算机 避雷针lpz0a区lpz0b区lpz1区lpz2区代表屏蔽1的建筑物代表屏蔽2的建筑物二次等电位连接带一次等电位连接带图一：建筑物雷电防护区划分示意图电缆、管道计算机机房第五节 高速公路建筑物直击雷防护措施 一、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，楼层一般都在六层以下，高度超过20m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，又是整个公路的

17、指挥调度中心，应在监控中心大楼楼顶安装避雷针，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和楼顶的各类通信天线的安全。 二、在公路沿线安装监控摄像头的云台杆顶和收费站广场云台杆顶各安装一套避雷针，以保护云台摄像头等设备免遭直击雷危害。 三、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。 四、防直击雷避雷针的引下线可利用钢结构柱做泄流线，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经入地，以减小泄流时的雷击电磁脉

18、冲辐射而损坏微电子设备和室外大型电子显示屏的编码控制系统。 第六节 低压配电系统的防护措施 感应雷击及雷击电磁脉冲（lemp）所产生的感应电动势通过侵入通道叠加在配电线路上产生瞬间高电压脉冲，击毁各类用电设备和微电子芯片，使设备遭到永久性损坏，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止。感应雷击的防护应从感应雷击的各个侵入口着手进行，将感应雷击电压、电流在被保护设备的外围引导入地，从而达到保护电子设备的目的。 感应雷击及雷击电磁脉冲（lemp）侵入的最主要通道是电源供电线路；同时，室内外信号数据传输线；天馈线；进入机房的各种管道、电缆；地电位反击也会造成一定的感应雷击危害。 因此

19、，在设计综合防雷时，应首先从电源供电线路进行重点防护，再辅以其他线路的防护。同时做好等电位连接和共用接地系统。 低压配电系统的防雷措施：1、在监控中心大楼的总配电盘上安装一套雷电通流量in为35ka（波形10/350s）；响应时间ta100ns的上海施耐德低压终端电器有限公司的模块化电涌保护器：prf1 4p440，作为一级保护; 用35mm的标准导轨安装，对地并联在三根相线和中线上，用25mm2铜缆接地。避雷器具有遥控监测触点和损坏报警指示，可选配雷击计数器。prf1 4p技术参数： 工作电压:230380v； 最大持续运行电压：440v； 响应时间:100ns； 最大冲击电流：35ka（雷

20、电冲击电流波为10/350s）； 电压保护水平1.5kv。2、在楼层分配电柜上安装一套最大放电电流为65ka（波形8/20s）；响应时间ta25ns模块化电涌保护器st65 3p+n 440作为二级保护;st 3p+n 440技术参数：最大持续运行电压：440v；响应时间25ns；最大放电电流：65ka（雷电冲击电流波为8/20s）；电压保护水平1.8kv。3、在ups电源前安装一套最大放电电流为15ka（波形8/20s）；响应时间ta25ns模块化电涌保护器prd15 3p+n-440作为第三级保护。st20 3p+n 440技术参数：最大持续运行电压：440v；响应时间25ns；最大放电电

21、流：20ka（雷电冲击电流波为8/20s）；电压保护水平1.2kv。特殊第三级保护（由建筑物内引出到室外照明路灯）。prf1 4pst40 3p+n 440技术参数： 工作电压:230380v； 最大持续运行电压：440v； 响应时间:25ns； 最大冲击电流：35ka（雷电冲击电流波为10/350s）； 电压保护水平1.5kv。 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spd1spd2的线距小于10m、 spd2spd3的线距小于5m、spd3spd4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

22、路上应有过流保护装置。prf1 4p前端应安装施耐德公司的ns160h断路器、st40 3p+n 440和st15 3p+n-440前端应安装施耐德公司的c65断路器作为后备保护。经施耐德公司的精密试验证明：二者之间能达到良好的配合，对spd本身和配电线路的正常运行起到良好的保护作用。此外，根据不同情况，还可选配不同型号的视频、信号保护器。 第七节 屏蔽措施 一、屏蔽是减少电磁干扰的基本措施。为减少感应效应宜采取以下措施：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。为改进电磁环境，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

23、、立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架，都是屏蔽措施之一，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。 二、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

24、接地。 三、高速公路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层；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。 四、高速公路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。 五、计算机、通信、监控等机房的设备应与

25、建筑物外墙保持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而损坏微电子设备。第八节 等电位连接与共用接地 一、为防止雷电电磁脉冲入侵而干扰和损坏微电子设备，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。 二、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

26、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板，并在绝缘板两端用开关型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。 三、在建筑物入口处，即lpz0b与lpz1区交界处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

27、接主体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（m）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，1.2/50s） 当采用m型等电位连接网络时，系统的所有金属组件不应与共用接地系统绝缘，可以通过多点连接组合到公用接

28、地系统中去。在复杂的系统中，可以将s型和m型组合在一起。如图三、图四。接至共用接地系ssmm基本的等电位连接网s星型结构m网型结构erp统的等电位连接s星型结构m网型结构erp接至共用接地系统的等电位连接图三 等电位连接的基本方法图四 等电位连接的方法的组合 四、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4。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处而是设在其附近，在这种情况下，当线路能承受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。 第九节 防雷设施的管理与维护 一、为确保防雷设施正常运行，达到防雷减灾，将损失降低到最低限度的目的，必须坚持预防为主，安全第一的方针。确保各类防雷装置处于良好状态。防雷安全必须确定专人负责管理。要求每年雷雨季节前必须对防雷设施进行一次全面检查和测试。发现不合格及时进行修复或更换。 二、加强防雷设施的设计、安装、配线等资料图纸的归档管理，每年的检测报告妥善保存。当发生雷击灾害造成直接或间接损失时及时上报防雷主管部门备案。 三、加强系统防雷设施的日常维护是确保系统正常运行的重要措施之一。要