1、概述

避雷系统和接地改造的主要功能是防范雷击造成的直接和间接危害，保护人员和设备的安全。

由于本项目所处地区受雷击影响比较严重，为确保高速公路信息系统安全运行，保障人员和财产安全，按照建筑物电子信息系统防雷规范要求，对电源避雷器（电源浪涌保护器），视频线避雷器（同轴电缆浪涌保护器），内部对讲等避雷器，机房、收费岛、收费广场区的设备接地和等电位连接改造等。

2、防雷原理

2.1雷的危害

雷击是年复一年的严重自然灾害之一。在电子化时代，繁忙庞杂的服务通过高速电脑、自动化设备及通讯设备得以井然有序，而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低，其数量和规模不断扩大，因而它们受到过压特别是雷电袭击而受到损害的可能性就大大增加，其后果可能使整个系统的运行中断，并造成难以估算的经济损失，雷电和浪涌电压成了电子化时代的一大公害。因此，避雷防过压已成为具有时代特点的一项迫切要求.

2.2雷击的分类

雷击的产生主要有两种形式：

a．直接雷击：

雷云之间或雷云对地面某一点（包括建筑物、构架、树木、植物等迅猛放电现象称之为直接雷击，它因电效应、热应、和机械力效应等造成物体损坏和人员伤亡。

b．感应雷击：

雷云放电时，在附近导体上（包括架空电缆、埋地电缆、钢水管等）产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。它因过电压、过电流易对微电子设备造成损坏、伤害工作人员、使传输或储存的信号或数据（模拟或数字）受到干扰或丢失。

2.3 雷电传播途径

雷电过压对大楼内部电子设备的损害主要有以下三个途径:

a直击雷经过接闪器（如避雷针、避雷带、避雷网等）而直放入地，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。

b电流经引下线入地时，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。

c大楼或机房的电源线和通信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。

2.4 雷击的防护

一个完整的防雷系统包括两个方面：直接雷击的防护和感应雷击的防护。缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潜在危险的。直接雷击的防护主要使用避雷针，包括避雷带和接地系统。根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-2010）的要求，直接雷击的防护应采用传统的避雷针，避雷带应均匀分布在建筑物的四周并与建筑物的框架结构及金属管等相连，地网的接地电阻不大于10欧姆。感应雷击的防护主要是通过安装SPD来阻止感应过电压的入侵及等电位连接。从我们多年来对高速公路收费站遭受雷击的现场勘测发现：大多数受到雷击损坏的电气、电子设备所在建筑物屋顶中央多装有铁塔或避雷针，建筑物为框架结构，铁塔基座、避雷针、避雷带与建筑物主框架钢筋相连，并通过建筑物主钢筋作为避雷引下线。由此看来，建筑物本身防雷状况良好的同时，并不能保证建筑物内部电子设备不受影响。因此，当前电子设备受到雷电袭击的主要途径是：电源线路、信号线路因感应雷电而产生瞬态过电压，于是损坏设备。最佳的解决方法是在上述设备前端安装防雷器、进行等电位连接，使电设备处于不被雷电损坏的范围之内。 

2.5绝缘配合

为了减少电磁干扰的感应效应，根据GB50057-2010第6.3.1条宜在建筑物和房间的外部设屏蔽措施，选择合适的路径敷设线路或线路屏蔽。而建筑物内屏蔽、接地、和等电位连接等措施GB50057-2010的第6.3.1、6.3.2、6.3.3、都作了具体的规定。

但对电源系统保护选择的避雷器(SPD)不仅必须能承受预期通过它们的雷电流和有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流，还要考虑通过电涌电流时的最大钳位电压与所安装处设备的绝缘等级的配合GB50057-2010第6.4.4条，各种设备的绝缘情况如下表：

     230/400V三相系统各种设备耐冲击过电压额定值

注：Ⅰ类——需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备；

Ⅱ类——如家用电器、手提工具和类似负荷；

    Ⅲ类——如配电盘、断路器、布线系统（包括电缆、母线、分线盒、开关、

插座），应用于工业的设备和一些其他设备（例如永久接至固定装

置的固定安装的电动机）；

Ⅳ类——如电气计量仪表、一次线过流保护设备、波纹控制设备。

本次井泰高速公路信息系统设备防雷改造项目涉及禾市、碧溪、拿山、井冈山四个收费站。全线位于江西省境内，各收费站均处于山区空旷地区，附近无其他建筑物，建筑物比较容易遭受雷击。站内有相关的车道摄像机、车辆识别设备、计重设备、车牌设备及用于通讯的计算机系统等，当发生雷击时，其强大的雷电流产生交变电磁场，在附近（方圆1.5km-2.0km以内）产生感应雷击，经视频、信号线和电源线传导，在站内电子设备感应出极高的过电压，从而很容易损坏设备。

3具体设计方案

收费站及服务中心的防雷主要划分为直击雷防护，电源线路部分防雷，信号线路部分防雷及等电位连接和接地四个部分，下面就根据相关标准对这四部分来设计防雷方案。

3.1收费站防雷措施

3.1.1直击雷保护

办公楼屋面女儿墙上的接闪带已锈蚀弯曲，需要进行修复及除锈刷漆，在屋面阳角位需要增加避雷短针，材料采用Φ16mm镀锌圆钢，避雷短针长度为不小于0.6m；屋面每间隔25m还需增设接闪网格，材料采用Φ10mm镀锌圆钢，接闪网格与原接闪带焊接做电气连接；屋面上的其他金属构件需与接闪网格做等电位连接。

3.1.2电源线路保护

按照IEC1312—1和国标GB50057-2010版相关规定，应将需要保护的空间划分为不同的防雷区（LPZ），以确定各部分空间不同的LEMP（雷闪电磁脉冲）的严重程度和选择相应的防雷器（SPD），各区以其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。具体划分情况如下图所示：

根据以上划分，在收费站机房配电柜、UPS输出配电盘、广场配电箱、收费亭配电盘等设备电源进线等处分别设置各级电源过电压保护器，形成多级保护。

Ø 收费站机房配电柜、UPS输出配电盘等处安装一级电源避雷器。

Ø 广场市电配电箱与广场UPS配电箱安装二级电源避雷器。

Ø 收费亭配电盘等安装三级电源避雷器。

收费站机房配电箱处于LPZⅠ区，此处雷击电磁脉冲强度很大，能发生较强的瞬态放电过程，设计安装一级电源避雷器。广场市电配电箱与广场UPS配电箱处于LPZⅠⅠ区，虽然这个区域里雷击电磁脉冲已有所减弱，但根据绝缘配合原理，此区域内的电气设备耐压值较小，设计安装二级电源防雷器。收费站内的通讯主机等集成度很高的设备，其耐压值进一步降低，且这些设备是整个收费站的心脏部分，起着至关重要的作用，这些设备一旦遭受雷击，会使整个收费系统瘫痪，因此需要在其前端安装电源三级保护器以达到精细保护的目的。

 依据以上原则，在收费站配电房市电开关柜内并联安装一套DKLB-25/3PN电涌保护器作为第一级保护，安装时需在电涌保护器前端串联3P100A的漏电开关；

 在发电房发电机电源输出端并联安装一套DKL-80/3PN电源电涌保护器，安装时需在电涌保护器前端串联3P63A的漏电开关；

 在办公楼电源机房每台UPS电源处安装并联安装一套DKL-40/3PN电源电涌保护器，安装时需在电涌保护器前端串联3P32A的漏电开关；配电箱内已安装的防雷器因时间太久，已出现劣化，漏电流大、残压大需要进行更换成DKL-40/3PN电源电涌保护器。

 在收费亭配电箱内已安装的单相电源电涌保护器需要更换成DKL-40/1PN电源电涌保护器。

3.1.3信号线路保护

在收费亭计重设备的DB串口端串接一个DKL-DB/9信号防雷器；

收费亭摄像监控系统包括三个部分：电源线、控制线和视频信号线，对监控系统的防雷及浪涌保护应分别从此三条线路进行保。

Ø 电源方面，摄像头是收费站的终端设备，防雷区域属于LPZⅡ级防雷区。摄像头的工作电压必须在一个稳定的范围内，否则稍高些的电压也会将摄像头烧坏，在这一区域，很容易产生感应过电压，所以摄像头的感应电流一般比较大，仍能够超出摄像头工作电压很多，所以摄像头电源进线处必须加装电源防雷器。

Ø 摄像机的通讯部分属于包括控制和视频部分，是通讯中耐压最弱的部分，若发生雷击，稍大的感应雷便会烧坏视频线甚至将视频系统烧坏，所以设计在摄像机的视频接口处和控制线接口处各安装相应信号防雷器，以作通信信号的过电压保护器。

在收费亭每个摄像枪线路中串接一个DKL-2IN1/24二合一视频监控防雷器。

3.1.4等电位连接和接地处理

为保证整个收费站电位处于同一个水平，应对收费站进行等电位处理：

Ø 将收费亭内的设备接地利用专用接地线与原有收费亭接地汇流排。

Ø 对收费岛的所有设备，包括电动栏杆、通信信号灯、费额显示器、计重设备、车道摄像机、车牌识别设备等所有设施做等电位连接，保证金属外壳的机电设备可靠接地，确保收费岛上人员、设备、车辆的安全。

Ø 办公楼二楼监控机房内的设备金属外壳都需做等电位连接。

科锐技术声明:本解决方案仅供参考作用。