高速公路低压配电系统防雷方案

高速公路低压配电系统

防

雷

方

案

目录

第一节概述

第二节设计方案根据的原则

第三节高速公路通信、监控、收费

系统的基本构成

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、火热时高温、剧

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。它是由于雷雨云时静电感应或放电

时时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、信号传播线、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、

天馈线以及进入室内的管道、电缆等引入室

内导致放电，破坏电子设备。

既然直击雷和雷击电磁脉冲（LEMP）

的侵害渠道不一样，防护措施也就不一样。

防直击雷重要采用避雷针，避雷带（网）等

老式避雷装置，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。不过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，由于雷击

电磁脉冲是由于电子、电气设备的I电源线、

信号线、天馈线和进入室内日勺管道等招引而

致，加之有日勺系统屏蔽差以及没有采用等电

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I入侵很轻易损坏对应

的电子、电气设备。而当富兰克林发明避雷

针时及后来250数年间，电子设备并不多，

雷击电磁脉冲的危害现象也不明显，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，尤其是电子计算机技术、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长，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、监控收费系统欧J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。防雷工程是一种系统工程，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H勺电

涌保护器（SPD）、完善合理的接地及共用接

地系统六个部分构成。在一种完善的防雷系

统工程中（尤其是微电子设备的防雷工程）

缺一不可。假如某一种环节考虑不周，虽然

进行了防雷方面的工作也起不到防雷作用，

尚有也许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I雷

电电磁脉冲感应到附近日勺导体中形成过电

压，这种过电压可高达几千伏，对微电子设

备日勺危害最大。它日勺重要侵入通道是通过电

源线路、各类信号传播线路、天馈路线和进

入系统的管、缆、桥架等导体侵入设备系统,

导致电子设备失灵或永久性损坏。因此雷击

电磁脉冲日勺防护是在以上入侵通道上将雷

电过电压、电流泄放入地，从而到达保护电

子设备的目的。其重要措施是采用隔离、等

位、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压过流保

护、接地等措施将雷电过电压、过电流及雷

击电磁脉冲消除在设备外围，从而有效日勺保

护各类设备。目前重要由气体放电管、放电

间隙、高频二极管、压敏电阻、瞬态二极管、

晶闸管、高下通滤波器等元件根据不一样频

率、功率、传播速率、阻抗、驻波、插损、

带宽、电压、电流等规定，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，才不至于导致

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：依托合

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,两者有机

结合，互相补充，构成一套完整的防雷体系,

这就是现代防雷口勺新理论：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，到达防雷减灾、将雷电

灾害减少到最低程度的目的，防雷工程技术

人员应对系统进行全面理解，实地勘测，根

据国家、国际原则的规定，进行全面规划、

综合治理、制定完善的综合防雷设计方案。

第二节设计方案根据的原则

一、1998年10月14日是第29届世

界原则日，国际原则化组织ISO主席、国际

电工委员会IEC主席和国际电信联盟ITU秘

书长刊登了题为《原则在平常生活中》的祝

词。祝词指出：原则是一种“基准”，她给

人们提供一种事物鉴别的准则，质量测量的

根据和兼容及互联日勺保障。原则日勺目的J在于

协助和服务于社会，协助人们享有和运用环

境而不破坏环境；协助人们塑造生活而不是

把生活搞日勺没有头绪；协助人们安全的生活

而不致碰到危险；协助人们掌握先进科学日勺

措施而不落后于社会；协助人们学会使用方

法律来保护自己的合法权益而不被轻易损

害。

原则来自实践和科学研究，是千百

万科技工作者智慧的结晶，伴随技术的进步,

原则也在不停的修改和更新。鼓励采用原则

文献的I最新版本。

二、高速公路综合防雷在设计时重要采用

如下某些原则，供设计时参照。

1.IEC61024《建筑物防雷》

2.IEC61312《雷电电磁脉冲日勺

防护》

3.ITUK25《光缆日勺防雷》

4.ITUK27《电信大楼内日勺连

接构造和接地》

5.GB50057—1994《建筑物防雷设计规

范》（局部修改版本）

6.GB50174—1993《电子计算机机房设

计规范》

7、GB50200—1994《有线电视系统工

程技术规范》

8、GB50198—1994《民用闭路监视电

视系统工程技术规范》

9、GB/T50311—《建筑与建筑群综合布

线系统工程设计规范》

10、YD—1993《微波站防雷与接地

设计规范》

11.YD5078—1998《通信工程电源系统

防雷技术规范》

12.QX3—《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、

收费系统的基本构成

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楼。监控中心一般设

在高速公路的出、入口处，乜有设在管理区

间日勺中心部位。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。中心配置有计算机网络系统、负责管理

各收费站的收费信息、紧急电话的I控制、公

路出入口及中间各大型电子显示屏欧I控制

和公路沿线的小型电子提醒牌日勺控制等。中

心大楼内尚有程控互换机系统、中心控制

台、光缆通信时光端机、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、在每个收费站配置有光缆通信设

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。

三、在每个收费亭内配置有收费计算

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；语音提醒系统；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

多种监控摄像头，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播

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

运行状况，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

原因、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，分别采用对应时

防护措施。必须坚持防止为主、安全第一的

指导方针。

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、随机维护日勺原则，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

置不一样，采用不一样的防护原则。高速公

路建设工程，为保证防雷设计的科学性、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天如下的地区定

为：少雷区。

2.年雷暴日平均值在20天以上40天如下

的地区定为：多雷区。

3、年雷暴日平均值在40天以上60天如下

时地区定为：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日勺划分

1.直击雷非防护区（LPZ0A）:本区内的

各类物体都也许遭到直接雷击，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（LPZ0B）: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，属充足暴露的直击雷防护区；

3.第一屏蔽防护区（LPZ1）：本区别内的

各类物体不也许遭受直接雷击，流经各类导

体日勺电流比LPZ0B深入减小，由于建筑物的

屏蔽措施，本区内H勺电磁场得到了初步日勺衰

减；

4、第二屏蔽区（LPZ2）:为深入减小所

导引的电流或电磁场而引入的后续防护区;

5、第三屏蔽区

(LPZ3)：需要深

入减小雷击电磁

脉冲，以保护敏感

度水平高出J设备

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，楼层一般都在六层如

下，高度超过201n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

的重要目的。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

屏框架构造免遭直击雷危害。

四、防直击雷避雷针时引下线可运用钢构

造柱做泄流线，也可以单独月25nlm2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

时日勺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的编码控制系统。

第六节低压配电系统的I防护措

施

感应雷击及雷击电磁脉冲（LEMP）

所产生日勺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，因此在实行防雷工程时必须将感应雷

击作为重点进行有效时防止。感应雷击日勺防

护应从感应雷击的各个侵入口着手进行，将

感应雷击电压、电流在被保护设备日勺外围引

导入地，从而到达保护电子设备的目H勺。

感应雷击及雷击电磁脉冲（LEMP）侵入时

最重要通道是电源供电线路；同步，室内外

信号数据传播线；天馈线；进入机房的多种

管道、电缆；地电位反击也会导致一定的感

应雷击危害。

因此，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

路日勺防护。同步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：

L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10/350us）；

响应时间Ta<100ns的上海施耐德低压终端

电器有限企业的模块化电涌保护器：PRF14P

—440,作为一级保护；用35mm日勺原则导轨

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。

PRF14P技术参数：

工作电压:230/38OV；

最大持续运行电压：440V；

响应时间：V100ns；

最大冲击电流：35KA（雷电冲击电流波为

10/350us）；

电压保护水平WL5KV。

2.在楼层分派电柜上安装一套最大放电电

流为65KA（波形8/20us）；响应时间TaW

25ns模块化电涌保护器ST653P+N-440

作为二级保护；

ST3P+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

8/20us）；

电压保护水平W1.8KV。

3.在UPS电源前安装一套最大放电电流为

15KA（波形8/20us）；响应时间TaW25ns

模块化电涌保护器PRD153P+N-440作为第

三级保护。

ST203P+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：20KA（雷电冲击电流波为

8/20us）；

电压保护水平W1.2KV。

特殊第三级保护（由建筑物内引出到室外照

明一路灯）。

PRF14P+ST403P+N-440技术参数：

工作电压:230/380V；

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

10/350口s）；

电压保护水平W1.5KV。

SPD连接导线应短而直，SPD连接导线

不适宜不小于0.5m,当长度不小于0.5m时

应合适加粗线径。当SPD1—SPD2aJ线距不

不小于10m、SPD2—SPD3的线距不不小于

5m、SPD3—SPD4的线距不不小于5m时，应

在两SPD间加装退耦装置。为防止SPD老

化导致短路，规定SPD安装线路上应有过流

保护装置。

PRF14P前端应安装施耐德企业的

NS160H断路器、ST403P+N-440和

ST153P+N-440前端应安装施耐德企业的

C65断路器作为后备保护。经施耐德企业的

精密试验证明：两者之间能到达良好的配合,

对SPD自身和配电线路时正常运行起到良

好的保护作用。

此外，根据不一样状况，还可选配不

一样型号曰勺视频、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用如下措施：外部

屏蔽措施、线路敷设于合适日勺途径、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

起日勺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

规定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。

建筑物之间时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

电气贯穿，并连到各建筑物日勺等电位连接带

上。电缆屏蔽层也应连到这些带上。

二、实践中建筑物或房间日勺大空间屏蔽

是由金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土H勺

钢筋这些自然构件构成的。这些构件构成一

种格栅形大空间屏蔽。穿入此类屏蔽的导电

金属物应就近与其做等电位连接后接地。

三、高速公路系统设备机房位置应选择

在LPZ最高级区和防止设在建筑物的顶层；

当建筑物天面部分的避雷网格尺寸不符合

系统抗干扰的规定期，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，金属管或栈桥时两端以及在

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I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到

达设备的电磁兼容性规定期，应加装金属网

或其他屏蔽体对设备屏蔽，金属网应与等电

位连接带进行等电位连接。

五、计算机、通信、监控等机房口勺设备

应与建筑物外墙保持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

雷技术重要日勺防护措施之一。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他管线外

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。运用钢筋混凝土构造

的建筑物内所有金属构件的多重连接建立

一种三维的连接网络是实现等电位连接日勺

最佳选择。为以便等电位连接施工，应在某

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日勺金属外层在进入建

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

参与等电位连接，并与建筑物组合在一起的

大尺寸金属件连接在一起，按GB50054日勺规

定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LPZOB与LPZ1

区交界处进行总等电位连接后接地，在后续

时雷电防护区交界处按总等电位连接的措

施进行局部等电位连接，连接主体应包括系

统设备自身（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日勺接地等均

应以最短时距离就近与这个等电位连接带

直接连接。连接基本措施应采用网型（M）

构造或星型（S）构造。网型（M）构造H勺环

行等电位连接带应每隔5m经建筑物墙内钢

筋