高速公路收费站综合防雷设计方案引言高速公路收费站既有强电设备,又有大量的监控、通信、传感设备等弱电设施,同时,它一般多位于郊外,周围地势空旷,其建筑物常常为附近至高点,电力线路往往要翻山越岭,信息传输和控制线路则需穿越复杂的地质层面,并且由于高速公路的路基、路面施工造成了公路沿线的土壤电阻率变化,极易遭雷电侵害，特别是感应雷和地电位反击但是，目前我国在高速公路设计和施工中对防雷问题一直重视不够，高速公路配套建筑及其机电系统防雷缺少统一规划、综合设计，建筑物、路基、照明、监控、通信、收费等系统往往由多家单位设计、施工完成，防雷薄弱环节较多，遭雷击损毁的事故时有发生轻者部分设备被雷电击坏，系统丧失部分功能，重者全系统瘫痪，经济损失惨重，特别是高速公路收费站被雷击后，收费系统瘫痪，无法进行计重收费，手工收费不仅缓慢，还会因为收费不能客观计重引发争议或纠纷，造成高速公路收费站车辆堵塞、影响高速公路畅通随着智能交通的不断发展，电子设备的广泛应用和集成化程度不断提高，雷电对高速公路电子设备的危害程度还将不断增加，因此，加强高速公路收费站的防雷工作刻不容缓一、概述雷电的危害形式主要有以下几个方面： 直击雷、感应雷、雷电波侵入、雷电电磁脉冲。
直击雷是指雷电直接击在地面某物体上，产生电效应、热效应和机械力者感应雷是指雷电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花雷电波侵入是指由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或设备安全雷击电磁脉冲是指作为干扰源的直接雷击和附近雷击所引起的效应绝大多数是通过连接导体的干扰，如雷电流或部分雷电流，被雷电击中的装置的电位升高，以及电磁辐射干扰等由于机电、电子设备绝大部分位于室内，即位于LPZ1或LPZ2区，受到直击雷雷击的机会较少，主要危害在于静电感应、电磁感应、雷电波侵入、电磁脉冲辐射，也就是说机电、电子设备受到雷电的危害主要来源于：电源系统、信号传输通道引入的雷电波、地电位反击，以及屏蔽措施不完善而造成的雷击电磁脉冲、接地电阻偏大引起的局部高电位等为了确保各系统稳定可靠运行以及室内工作人员有安全的工作环境，除了有良好的直击雷防护措施（避雷针、避雷带、网）外，还必须在设备的电源系统、天馈系统、信号传输系统、程控交换系统、监控系统及计算机网络等方面进行可靠有效的感应雷防护措施，采用拦截、分流、均压、屏蔽、接地、合理布线等六方面的雷电防护措施全方位、多层次的防护。
二、.高速公路收费站综合防雷措施及设计思路高速公路收费站包括监控系统、收费系统、通信系统等高速公路收费站的综合防雷主要包括对建筑物直击雷防护,收费系统、通信系统、监控系统三大系统的电源和信号系统以及辅助设施的感应雷防护和各种接地处理 2.1建筑物直击雷防护高速公路收费站所有建(构)筑物基本上在土建工程中已实施了直击雷防雷措施，但大多直击雷防雷措施相对GB50057-94《建筑物防雷设计规范》的规定要求有这样或那样的不符（足），主要表现在：一、收费站各建构筑物防直击雷设计和施工缺乏综合整体考虑，往往各自为政，各单个建构筑物防直击雷设计可能都达到了防雷规范要求，但总体防雷效果不佳，没有综合考虑地形地貌和雷电来向，如果地网又没有联成整体，还会增加雷电反击的隐患；二、没有考虑空旷地带的直击雷防护，收费站工作人员的人身安全存在雷击隐患；三、是没有考虑雷电对各个建筑物内部电子设备的次生影响综合上述情况，对收费站的防直击雷设计，应该整体综合设计，并须在设计时按GB50057-94《建筑物防雷设计规范》中二类防雷建筑防直击雷防护措施完善之为了避免和减少收费站站内落雷，另考虑其建(构)筑物内设备众多,摆放的位置没有更宽畅的自由空间,其中较多设备可能要摆放在靠近外墙或梁柱旁，设备与接闪器引下线及建(构)筑物内钢筋之距离达不到规范要求的0.83m的净距离,故在每个收费站办公场地和收费亭之间雷电的主要来向方较高地势处视具体情况设计安装一到两支提前放电避雷针，一方面使空旷地带处于直击雷保护范围之内，另一方面尽可能将可能落在收费站办公场地建(构)筑物和收费亭的直击雷引至提前放电避雷针处，从而尽可能避免收费站建(构)筑物遭直击雷后防雷引下装置产生电磁感应、电磁脉冲辐射对建(构)筑物内设备的危害, 提前放电避雷针之接地体与收费站原有接地体可靠焊接,联合接地体接地电阻不大于1Ω。
2.2系统设备综合防雷（监控系统、收费系统、通信系统）监控系统由前端系统，传输系统及终端系统组成前端系统包括收费亭、车道、收费广场及沿线各种监控系统设备，因在室外容易遭受直击雷和感应雷，同时传输系统本身各金属管道、线路对雷电的感应，又会从两头将雷电传输到监控中心和前端设备损坏设备，破坏控制系统因此监控系统三部分（监控室及终端系统、传输系统和外场的前端系统）的防雷必须同时考虑多种雷击情况的防护措施2.2.1监控室及终端系统防雷a 接地的好坏是一项防雷工程成败之关键,高速公路收费站各系统应采用联合接地监控室的接地可利用办公大楼自然接地体（接地电阻不大于1Ω）或在监控室周围有利地带用-40×4mm镀锌扁钢埋设环形地网，垂直接地体采用L50×5×1500mm镀锌角钢，如受地形、地质限制，可考虑使用接地模块或接地极，并与收费站其它接地体可靠连接，为避免接地网相互断裂，并达到最佳效果，地网设计时参照国外先进做法，设计成屋面防雷接闪器避雷网格的形式，联合接地接地电阻不宜大于1Ω；b 监控系统的电源线、信号传输线按其功能不同和它们各自的特性，选取不同电压箝位值的防雷器；电源系统设计四级防雷器，第一级根据各地情况设计雷电通流为100KA-150KA的电源防雷器（SPD），安装在总配电房；第二级设计60-80KA的SPD，安装在监控机房建筑物总配电箱处或监控机房所在楼层配电箱处（其它办公或动力、照明等用电至少设计二级防雷）；第三级设计20-40KA的SPD，安装在UPS输入处；第四级设计5KA的SPD插板，替换原有的电源插座。
信号SPD（视频信号、控制信号）安设在各信号线连接室内接收设备前c 监控室应在除静电地板下用-40×4mm铜排设置环型汇流排，机房内所有的工作地、安全地、防雷地、屏蔽地等以及金属门窗和管道、电缆屏蔽层的接地根据监控机房面积采取S或M接线方式接至汇流排环型汇流排对角两处用50mm2的铜线与监控机房梁柱内主筋可靠焊接或用50mm2的铜缆直接接至地网监控室所在办公大楼高于45m还需考虑侧击雷防护措施2.2.2传输系统的防雷监控设备的电源、信号线应采取屏蔽、接地措施机电系统的金属导线，包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽，用以防止静电感应、电磁感应、电磁脉冲辐射的干扰2.2.3外场设备的防雷a 外场摄像头架设在独立金属杆上如无直击雷防护措施则易遭直击雷击条件允许的话最好在金属杆3米外设置一避雷针，避雷针的保护范围覆盖摄像头，次之可直接在金属杆上焊接一避雷针，利用其独立金属杆做为引下线，接地与收费站各系统接地相连摄像机的云台和设备箱应与金属立柱可靠连接当采用混凝土立柱时，宜用φ12的镀锌圆钢做接闪器的引下线，云台和设备箱就近与引下线连接设备箱中视频光端机的同轴电缆外屏蔽层应与设备箱有良好的电气连接；b 由于摄像机装在高空，被雷电干扰的几率较大。
一旦受到干扰，导线上感应浪涌电流将进入前端设备和监控机房，为了防止摄像机电源线和信号线上的感应雷电流、雷电波入侵设备，电源和各信号线摄像机端（监控机房接收设备端在2.2.1.b已考虑）加装浪涌保护装置；2.3收费系统收费系统的防雷涉及收费主系统（包括后增加的计重收费系统）、收费现场各收费亭以及它们之间传输线路的防雷2.3.1收费亭防雷（1）收费亭天棚的防雷a 收费亭多数地处空旷地带，其收费天棚非金属架构时，棚顶首选避雷带，次选避雷针，其避雷带敷设或避雷针高度应能使整个天棚处于直击雷保护范围之内当天棚系金属架构时，可不设避雷针，金属架构与立柱须有良好的电气连接棚顶的金属板为防水而垫有橡胶垫时，金属板互相间均须做电气连接，采用焊接方式使收费棚的金属板电气连接；b 收费亭必须设法解决跨步电压,因此收费亭建筑物人行便道的地面之下须做等电位连接，在每个收费岛外围内用-40×4mm的镀锌扁钢设置一闭合回路，把岛内的预埋钢管和收费亭基础的钢筋都和扁钢闭合回路做电气连接地网埋深1米以下，受条件限制地网埋深不够地网上面应采取绝缘措施2）车道设备的防雷由于地网面积较大，落雷时虽然能起均压作用但在地网上两点间距较大时，仍然有相当大的电位差，收费亭内的设备外壳在亭内就近与接地网连接，以保证收费员人身安全，收费站的设备和每个收费亭的设备采取电缆屏蔽层接地的防护措施。
由于弱电设备的抗雷性能较差，如弱电系统的视频、数据、话音用光纤传送，只需在电源线上加装防雷器即可，否则各条线路均须在收费站机房端和收费亭端加装相应的各型号防雷器电源系统的防雷设计应参照监控室电源防雷的做法设计3）收费主系统防雷a 收费站内收费监控室和通讯机房适宜采用联合接地，其各设备供电系统每条总线路不少于四级电源防雷，各设备金属外壳可靠接地信号系统各线路收费亭端及收费监控室和通讯机房端各一级信号防雷； b 收费站目前增加计重收费项目，每个车道增加了一套衡器设备，其中衡器设备的计重弯板（路面为钢板，钢板下为感应设备）不在原有直击雷防雷保护范围内，必须将钢板和设备金属外壳可靠接地，衡器设备供电线路室外计重柜和收费亭技术柜两端各增加一级电源防雷，衡器设备感应信号线路室外穿钢管并接地，计重柜和收费亭技术柜两端各一级信号防雷2.4通讯系统2.4.1所有进出通讯站的电缆和光缆的金属铠装层（件）在电缆检修井内就近与大楼总接地排做可靠电气连接2.4.2 所有电缆（无论是铠装或非铠装）一律加钢管防护，钢管埋地引人长度》15m，所有钢管作电气连接并接地2.5辅助设施的防雷2.5.1 收费车道各电动及手动金属道卡拦杆可靠接地；2.5.2 收费站高杆灯的直击防护可以利用自身的金属杆体作引下，并与收费站的接地网相连接，高杆灯电源线路的两端加装相应的电源防雷器以防感应雷。
2.6应特别注意的事项由于绝大多数收费站防雷工程是在土建工程和设备安装完毕后进行的,在作防雷设计时要特别注意了解清楚收费站整个系统的布线情况根据我们所做防雷工程的五个高速公路收费站的布线情况来看，可能有很多收费站的布线不规范，如电源线和信号线同槽（管）并行、相交而净距达不到要求或电源线和信号线沿墙角和天面女儿墙走线而无任何保护措施等所以在防雷工程设计时对布线不规范的地方依据实际情况考虑整改措施，如分线、穿金属管等，在布线不规范线路容易产生电磁感应和反击段考虑在各线路两端加装相应的SPD。