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浅议高速公路机电系统防雷措施

郭笑妤

摘要: 高速公路防雷工程是一项非常复杂的系统工程,应在实际工程设计和施工过程中,综合考虑整个机电系统的防雷方案,在技术参数的确定、防雷产品选型、施工材料的选取、施工工艺考究、防雷器安装技巧等方面都值得我们深入的研究和探讨,同时还应当因地制宜,结合实际情况,细致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、维护方便,使整个高速公路机电系统运行稳定可靠。

关键词: 高速公路；机电系统；防雷技术

近年来高速公路机电系统防雷已经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) 、完善合理的接地及公用接地系统六部分组成。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,构成一套完整的防雷体系。

1 设计方案依据

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) GB50057 - 1994:《建筑物防雷设计规范》(2000年局部修改版本) ;

(4) GB50174 - 1993:《电子计算机机房设计规范》;

(5) GB /T50311 - 2000:《建筑与建筑群落综合布线系统工程设计规范》

2 高速公路综合防雷的原则

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、共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。

3 高速公路建筑物直击雷防护措施

(1)监控分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,楼层一般都在三层以上,由于楼内有大量运行的电子、微电子设备,又是整个公路的调度中心,根据《建筑物防雷设计规范》GB50057—94 ( 2000 )的规定,监控分中心大楼、收费亭、大型显示屏一般都属于预计雷击次数大于0. 06次/年的重要或人员密集的建筑物。按滚求法(滚球半径45m)来计算设计直击雷防护避雷针。

(2)为了减少避雷针的维护,防止酸雨对避雷针的腐蚀,应在监控分中心大楼楼顶安装不锈钢避雷针,高度和数量根据滚球法计算器保护范围能覆盖整幢中心大楼的天面和各类天线,使其能有效防止直击雷击以保护大楼和楼顶的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和收费站广场云台杆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受直击雷危害。

(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受直击雷危害。

4 感应雷击及雷击电磁脉冲(LEMP )的防护措施

感应雷击及电磁脉冲(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治。因此,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。

4. 1 电源系统的防雷措施

在监控分中心大楼的总配电盘上安装一套雷电通流量In≤60KA (波形8 /20μs) 、标称导通电压Un≤4UC (UC: 最大工作电压) 、响应时间Ta ≤100ns的三相电涌保护器SPD1作为一级保护;在楼层分盘上安装一套雷电通流量In ≤ 40KA (波形8 /20μs) 、标称导通电压Un≤3UC、响应时间Ta≤50ns的三相电涌保护器SPD2作为二级保护;在UPS电源前安装一套雷电通流量In ≤ 20KA (波形8 /20μs) 、标称导通电压Un≤2. 5UC、响应时间Ta≤50ns的三相电涌保护器SPD3作为三级保护; 在UPS电源后或设备前安装一套雷电通流量In ≥10KA (波形8 /20μs) 、标称导通电压Un≤2. 2UC、响应时间Ta≤50ns的三相电涌保护器SPD4作为四级精细保护。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。为防治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In ≤20KA (波形8 /20μs) 、标称导通电压Un ≤2. 5UC、响应时间Ta≤50ns的单相电涌保护器SPD,保护各亭收费计算机、票据打印机、费额显示器、指示灯、自动栏杆、车道控制器、语音提示系统、对讲机等电源线路安全。

4. 2视频信号传输线路的防护措施

(1)在广场摄像头到控制中心和收费亭的监控摄像头到控制中心的视频传输电缆两端应安装视频信号SPD各一只,以保护摄像头。

(2)在公路沿线云台的摄像头上各安装一只视频信号电涌保护器以保护摄像头。

4. 3数据信号线的防护措施

(1)在监控中心计算机网络服务器至集线器(HUB)间安装一只数据线SPD,以保护服务器。

(2)在监控中心机房集线器至收费亭的微机间的数据线两端各装一只数据线SPD以保护集线器和收费亭微机。

(3)在电子显示屏的光、电端及编码器之后至控制器两端各安装两个数据线SPD,以保护光、电端机编码器和控制器。

(4)使用含有金属部件的光缆,如供抗拉强度用的加强金属芯、金属挡潮层、防啮齿动物外层或修理维护时使用的金属通信设施等均应可靠接地,应接通光缆沿线的所有接头,再生器等处的挡潮层(金属层) ,并在光缆长度每一端的终端进行直接埋地。其标称导通电压Un≤1. 5UC、雷电通流量In≤5KA (波形8 /20μs) 、响应时间Ta≤50ns的SPD。

5 结束语

高速公路的通信、监控、收费与通风照明系统是一个功能强大的电器、电子系统,简称高速公路机电系统。从如何减少雷击对高速公路机电系统造成的危害考虑,文章分析了高速公路机电系统的基本组成、高速公路综合防雷的原则,以及对直接雷击和感应雷击的防护措施。