高速公路机电系统整体防雷解决方案

调整公路机电系统的特点是点多、面广、线长，既有强电设备，又有大量的监控、通信、传感等弱电设备，旷野区域往往有突出的设备点，电力线路往往要翻山越岭，传输和控制线路往往经常穿越复杂的地质层面，这些都是易遭雷击或雷电感应的薄弱点。同时在调整公路机电设计和施工中强电和弱电系统的防雷问题一直不被重视，接地的要求也不统一，弱电系统的接地处理更为简单。由于上述原因，调整公路机电系统的防雷薄弱环节相对来说较多，因此易遭雷害，特别是感应雷害和反击雷害。

调整公路、二级公路收费站的电子系统遭雷电侵袭的概率较高，主要有如下几个原因：

1、  公路经过的地区一般地势平缓，收费站的建筑物常常为附近最高点，加上安装高杆灯后，更易引雷；

2、  公路的路基、路面施工造成了沿路一线的封导电率的变化，使公路沿线成为易落雷的区域；

3、  收费站地处郊外，供电线路一般均均采用架空电缆，雷电波会经由供电线路侵入用电系统；

以上几点造成了公路收费站附近雷电活动频繁，对收费计算机系统、监控系统的影响极大。为确保人身、设备安全，根据实际情况，设计如下方案。

高速公路路面机电系统防雷示意图：

高速公路隧道机电系统防雷示意图：

一、 电源线路防雷

1、10KV高压供电线路的末端采用有金属护套或绝缘护套电缆穿钢管埋地引入配电房，金属护套和钢管两端就近可靠接地。

2、10KV高压线末端接入电源变压器处，每相对地均应安装氧化锌避雷器。

3、电源变压器的机壳、电源低压侧零线、电缆的金属护套均应就近接地。

4、由电源变压器到配电房之间的低压输电线路应埋地布线，其长度不宜小于15米。

5、在配电房的低压配电屏上安装ZS150E-400:100KA电源防雷箱，将电源线上出现的巨大浪涌电流吸收。

6、由配电房到监控楼的供电电缆采用屏蔽电缆埋地引入。楼内配电箱的零线不作重复接地，电缆两端的屏蔽层就近接地。

7、在监控楼内的配电箱里，安装PRAC-380B:40KA电源防雷箱。该防雷箱自带远程告警干节点，便于远程监控。

8、收费系统的供电处理采用屏蔽电缆并埋地布线，电缆两端均安装ZSPD TT20KC单相电源防雷器，即监控机房UPS输出配电箱处和收费车道内配电箱处。

9、在每台户外摄像机（如广场摄像机、车道摄像机）的电源输入端，串联安装ZSPDTT20KC电源防雷器。

二、监控系统的防雷

公路收费站的监控系统一般有6-8路摄像机，应采取如下防雷措施：

在每台摄像机的视频输出端口，安装COAXB-CCTV，防雷器就近接机壳或接地。

在每间台摄像机控制线处安装RS485/422，防雷器应就近接机壳或接地。

视频线的敷设应穿金属管埋地布线。摄像机的电源输入端安装电源防雷器（见前述）。

视频线、控制线进入监控机房后，在每个视频、控制线输入端口处，安装COAXB-CCTV、RS485/422，防雷器就近接机壳或接地。

三、收费计算机网络防雷

收费计算机网络系统的防雷措施如下：

在连接监控机房和收费车道HUB间的同轴电缆两端，各安装RJ45接口RJ45-E100防雷器；

由HUB到收费计算机间的双绞线上，在计算机的网卡端口处各安装RJ45接口RJ45-E100防雷器；

各防雷器就近接机壳或接地。

四、 接地与屏蔽措施

一个良好的接地系统是保护人身、设备安全、系统稳定工作的重要保证，也是防雷系统的重要基础。特别是在强雷区，一个合理的接地系统能更快地泄放雷电流，降低残压，防止地电位反击事故，有效地降低雷害威胁。

在《电子计算机房防雷设计规范》（GB50174-93）中，第6.4.3条明确提出：交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值，并应按现行国标《建筑防雷设计规范》要求采取防止反击措施。

《雷电电磁脉冲的防护》（IEC1312-1）第3-2条：如果在互相邻近的建筑物之间有电力线和通讯电缆通过，应将其接地系统互相连接，并且这样有利于采用多条并行路径以减少电缆中的电流，一个网状接地系统可满足这种要求。

在收费站系统中，主要有以下几个建筑物：配电房、监控楼、收费车道，建议其接地系统的构筑采用如下措施：

在监控楼和配电房地基外围，沿散水点外用40×4MM镀锌扁钢埋设环形地网，同时每隔3-5米打一地桩，地桩采用50×50×5MM角钢，长2.5米。避雷针的引下线沿对角方向布设，不少于2根。同时建筑物梁、柱内钢柱不少于2根与地网想连。

在监控楼和配电房之间的空地上建设地网，网络为5×5MM，用料是40×4MM镀锌扁钢和50×50×5MM镀锌角钢，两端与监控楼、配电房的环形地多相连，连接点不少于两处。

如新建收费站，监控楼与收费车道宜利用建筑物梁柱内的钢筋网作为暗装避雷网。梁与柱、墙与楼板间的钢筋要真正做到绑扎或搭接，如有些地方无法绑扎或搭接，应每隔20M左右焊接一点。当建筑物只有很少几条作主引下线的柱子时，其内部钢筋应由上到下焊接两根主筋，并由基础引出不少于两根钢筋焊接到地网上。建筑物内部所有金属物体作电气连通，构成统一的导体并接地。

收费车道的基础钢筋应与公路路面的钢筋网相连接。

收费广场两端的高杆灯可视为独立避雷针，其接地系统宜做成辐射型，接地电阻小于10欧姆。

如有条件，配电房、监控楼、收费车道的地网应连为一体，相互间用40×4MM扁钢不少于两处连接。如果相互距离太远，也可以不连接，只需要将电缆的屏蔽层式金属套管两端分别接地即可。

收费车道的所有金属件均应接地。可利用地基的钢筋网，收费亭、自动栏杆、红绿灯等等均在安装时与钢筋网相连，形成等电位状态。

在监控机房的防静电地板下，用40×4MM的望见钢沿墙面四周设一环型接地汇流排，将机房内所有的工作地、安全地、防雷地、金属门窗和管道、电缆屏蔽层等等，均接在该汇流排上，形成联合接地。同时，用35MM2-90MM2的铜缆作为引下线接至地网，联接点距避雷针的引下线联结点5M以上。

所有暴露于室外的供电电缆、信号电缆均应采取屏蔽措施，如采用屏蔽电缆，穿金属管屏蔽等，并采用埋地走线的形式。屏蔽层两端就近接地。