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高速公路(收費站)雷電及過電壓防護

 

◆背景描述

雷電的危害具有很強的破壞性,主要危害途徑有直擊雷、雷電感應、雷電波侵入和地電壓反擊四種形式。從我國第一條高速公路投運至今,高速公路(收費站)的機電系統都不同程度地遭受雷電侵害。輕者部分設備被雷電擊壞,系統喪失部分功能,重者全系統癱瘓,經濟損失慘重,更有甚者,因系統頻繁遭受雷電侵擾,系統不能正常運行,全部系統功能盡失,給交通安全帶來極大隱患。

高速公路(收費站)的機電設備特點是點多、面廣、線長,既有強電設備,又有大量的監控、通信、傳感等弱電設備,曠野區域往往有突出的設備點,電力線路往往要翻山越嶺,傳輸和控制線路往往經常穿越復雜的地質層面,這些都是易遭雷擊或雷電感應的薄弱點。如何有效地預防雷害對高速公路機電系統設備的侵害和確保工作人員的安全,必須根據實際情況設計高速公路(收費站)機電系統設備的防雷系統,實施針對性的防雷措施。

 

◆挑戰與需求

1、高速公路機電系統雷電電磁脈沖干擾的入侵途徑主要為: 

1)直擊雷侵害途徑:公路經過的地區一般地勢平緩,收費站的建筑物常常為附近最高點,加上安裝高桿燈后,更易遭直擊雷雷擊的侵害。

2)雷電侵入波途徑:收費站地處郊外,供電線路一般均均采用架空電纜,雷電波會經由供電線路侵入用電系統損壞終端電子設備。

3)地電位反擊:公路的路基、路面施工造成了沿路一線的封導電率的變化,使公路沿線、收費站建筑物附近區域成為易落雷的區域,當雷電瞬間落在地面(或通過高聳的金屬導體引下)時閃絡的雷電流流入大地會在附近地面間產生非常高的瞬時電壓,形成雷電侵害態勢造成接觸電壓和跨步電壓傷及人身安全,地電位的瞬時升高會與工作接地間存在電位差形成地電位反擊態勢足以損壞收費站內(沿線)的微電子設備。

2、通信(移動)基站雷電防護思想:

1)直擊雷防護措施:高速公路(收費站)外部防雷是利用沿線的監控設施桿(高桿燈)提供直擊雷防護措施和直擊雷雷電流泄流通道體,使直擊雷不會直接擊在監控設施和電源設備。外部防雷裝置包括三部分:接閃器、引下線、接地裝置。

2)雷電感應防護措施:在高速公路(收費站)的電源系統、微電子線路和終端設備加裝相對應的防雷器(SPD)有效地防護雷電波(電磁脈沖)對傳輸電纜和微電子設備的干擾和侵害。

3)地電位反擊措施:把直擊雷防護裝置的引下線以及防雷器的接地線都必須良好的接地以達到快速泄流的作用并且引下線裝置都需連接到公共接地網(等電位)。

 

◆方案與解決

1、高速公路(收費站)防雷系統結構組成:

1)電源系統(高、低壓)配電室。

2)機電設備配電室。

3)電子信息設備系統機房(交換機、服務器、打印機和收費計算機、車道計重設備和車道監控系統)。

4)車道設備(收費計算機、車道計重設備、車道攝像機)。

2、高速公路(收費站)雷電防護內容:

1)直擊雷裝置; 2)雷電電磁脈沖防護裝置; 3)均壓(等電位)裝置; 4)泄流裝置

3、高速公路(收費站)雷電及過電壓防護措施技術依據:

1)直擊雷裝置:依據建筑物防雷標準GB50057-2010《附錄D:滾球法確定接閃器的保護范圍》第D.0.2條技術參數確定接閃器高度的計算公式,作為有效保護半徑技術措施。直擊雷防護裝置材料需符合GB11032-89防雷器材指標要求。

2)雷電電磁脈沖防護裝置:根據GB50057-2010建筑物防雷設計規范和GB50343-2012建筑物電子信息系統的防雷設計規范(第5.4.條規定,參照5.4.1-1圖、5.4.1-1表和5.4.1-2表、5.4.2條、5.4.2-1表、5.4.2-2表、5.4.3條、5.4.4條、5.4.5條、5.4.6條、5.4.7條、5.4.8條、5.4.9條之技術參數)的要求,依據GA267-2000計算機信息系統雷電電磁脈沖安全防護規范的第8.3.1(表1參數)、第8.3.2.1(表2參數)、第8.4.1(表3參數)、第8.4.2.2(表4參數)、第8.5.1(表5參數)、第8.5.2.2(表6參數)的技術要求在高速公路(收費站)電源系統、微電子(信號)系統的線路和終端設備加裝相對應的防雷器(SPD)防止傳輸線路中感應雷的雷電波/流侵害機電(微電子)設備及人員的操作安全。

3)均壓(等電位)裝置:根據GB50343-2012 建筑物電子信息系統的防雷設計規范的要求,參照規范第5.1.2條、第5.2.1之規定和GA267-2000計算機信息系統雷電電磁脈沖安全防護規范的附錄A雷電防護區等電位連接圖、附錄B計算機機房導電物體等電位連接圖之要求設計等電位(均壓環)保護措施。

4)泄流裝置:依據防雷規范GB50057-2010/GB50343-2012/GA267-2000要求設計接地裝置的阻抗值,接地裝置安裝實施流程參照接地裝置示意圖D501-1~4建筑物防雷設施安裝規范。    

4、高速公路(收費站)雷電及過電壓防護具體措施:

1)直擊雷防護:直擊雷防護裝置是高速公路(收費站)不可或缺的雷電防護重要基礎條件,是高速公路(收費站)的防雷系統保護不可忽視的重要組成部分之一。高速公路(收費站)的收費棚和電源(機電設備)配電房建筑物(體)直擊雷防護裝置可采用φ10的圓鋼(刷銀粉漆)在樓頂構筑接閃帶,另外用φ10的圓鋼做接閃帶支撐,支撐高度15cm,每隔1m設一支撐,并用40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網(地網電阻應小于規范技術參數要求)連接,引下線的間距應不大于25米(或采用接閃器作為直擊雷防護措施,用40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網連接,接閃器的高度、安裝位置應根據滾球法進行計算)。

2)安防系統與照明系統直擊雷防護:高速公路(收費站)安防監控系統(室外)攝像機、照明系統(室外)高桿燈應置于接閃器(或其它接閃導體)有效保護范圍之內。采用將接閃器架設在攝像機和高桿燈的支撐立桿上,引下線可直接利用攝像機和高桿燈本身的金屬立桿(也可采用Φ8的鍍鋅圓鋼或30×3鍍鋅扁鋼),但為了防止電磁感應,沿桿引上攝像機和高桿燈的電源線和信號線應穿金屬管敷設,金屬管應可靠接地。

3)車道設備直擊雷防護:高速公路(收費站)機電設備分別布設在機電設備配電房和收費棚的車道之間,布設在機電配電房內的設備一般不會遭受直擊雷,而布設在收費棚車道之間的機電設備,多數處于相對的開闊地帶,直擊雷風險較大,則必須考慮直擊雷防護問題。

4)機電設備電源浪涌保護措施:按照電源系統浪涌分級泄放原理和依據GB50057/GB50343防雷規范要求在低壓配電房、機電設備配電房(UPS電源)、收費棚(車道設備)電源裝置的電源輸入與輸出端口安裝相對應的電源浪涌保護器作為電源線路、機電設備的電涌保護裝置。

5)微電子設備信號浪涌保護措施:按照微電子(信號)系統浪涌分級泄放原理和依據GB50343-2012防雷規范第5.5.2條、第5.5.3條、第5.5.4條、第5.5.5條、第5.5.6條、第5.5.7條的技術參數要求在網絡終端設備(路由器、網絡交換機、服務器、PC機)、計量系統終端設備(傳感器、接線盒、稱重儀表、微機)、監控系統終端設備(視頻矩陣、硬盤錄像機、攝像機、解碼器和電源線、控制線、視頻線)和火災自動報警裝置、消防聯動控制系統、移動通信系統的終端設備輸入與輸出端口安裝相對應的信號浪涌保護器作為微電子(信號)設備的電涌保護裝置。

6)高速公路(收費站)傳輸線路直擊雷防護:為了使傳輸線路免遭直擊雷侵害造成的雷電感應,傳輸線路應盡量避免架空敷設,最好是穿金屬管埋地敷設,金屬管的兩端應可靠接地。

7)防雷接地系統:高速公路(收費站)防雷系統所有防雷裝置系統均應有可靠、有效的接地,接地系統亦是收費站運行機電設備防雷保護的必要組成部分之一(機電設備系統前端、終端均應有良好的防雷接地,相應接地系統應符合規范要求。無論前端還是終端設備的接地系統相互之間應做等電位連接)。接地裝置的布置與實施應根據防護對象和防護參數確定,接地阻抗值應符合防雷規范(設計)要求和使用條件。

8)敷設布線注意事宜:在機電設備施工中許多布線人員因對防雷知識了解有限或者圖簡單方便,習慣于將戶外走線線路與建筑物接閃帶、引下線(高桿燈立桿、攝像機立桿)相互捆綁。方便了工程施工與影響美觀的同時,也帶來了較大的防雷安全隱患。這一點是值得重視和注意的,為減小雷害風險,任何導線/金屬線路均應盡可能避免與直擊雷防護系統平行捆扎(布線應實施屏蔽措施),而應依有關規范要求合理布線。

 

◆方案實施 (產品選型)

1、直擊雷防護裝置

1)GFL系列接閃塔; 2)普通接閃器:NPS01-LR02系列; 3)優化接閃器:NPS01-LR01系列; 4)提前放電接閃器:NPS01-LRT系列

2、雷電電磁脈沖防護裝置(SPD)

序號

1

電源防雷器

NPS01-FA50/275/4P

供電電源配電室低壓端總開關

2

電源防雷器

NPS01-FB80/420/4P

供電電源配電室低壓端支回路

3

電源防雷器

NPS01-FA50/420/4P

機電設備配電房電源總開關

4

電源防雷器

NPS01-FB80/420/4P

中心機房電源柜總開關

5

電源防雷器

NPS01-FB80/420/4P

UPS電源IN端、機電設備電源箱

6

電源防雷器

NPS01-F40/385/4P

UPS電源OUT端、機電設備電源

7

電源防雷器

NPS01-FA50/275/4P

車道機電設備總電源柜總開關

8

電源防雷器

NPS01-FB80/420/4P

車道重要機電設備電源裝置

9

電源防雷器

NPS01-F40/385/2

車道重要電源設備(220V

10

PDU電源裝置

NPS01-Z8X

機房、車道微電子末端電源防護

11

信號防雷器

NPX01-C1000/24

機房網絡核心交換機IN

12

信號防雷器

NPX01-C100

機房路由器、服務器線纜端口

13

信號防雷器

NPX01-V40/16

機房視頻矩陣IN

14

信號防雷器

NPX01-V485

機房控制機線纜端口

15

信號防雷器

NPX01-AVC

監控攝像機(定位槍機)

16

信號防雷器

NPX01-AVC

監控攝像機(高速全球)

17

信號防雷器

NPX01-CH24/12/6V

計重傳感器、接線盒端子口

3、泄流(接地)裝置

1)銅包鋼接地極:NPS01-EP01系列; 2)離子接地極:NPS01-EP02系列; 3)石墨接地模塊:NPS01-EP03/P2系列; 4)等電位連接器:NPS01-EP04系列

                                                                                                                                                              方案編制: 南京寧普防雷技術有限公司

南京寧普防雷乙級資質公司主營: 普天防雷 業內領先的雷電預警監測雷電風險評估、雷電及電磁脈沖防護整體解決方案研發生產銷售普天防雷器浪涌保護器防雷模塊電子電氣系統嵌入式過電壓保護模塊模擬雷電沖擊電流發生器測試設備電源系統防雷器信號系統防雷器石油石化儀表系統防雷器光伏系統防雷器風力發電系統防雷器防爆防雷箱防雷插座及PDU避雷針、泄流線接地極二合一防雷器視頻監控防雷器控制系統防雷器、廣電戶外防雷器、天饋防雷器、同時提供專業防雷工程及電磁脈沖防護系統的設計防雷施工和技術咨詢服務。 


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