高速公路电子系统雷电电磁脉冲的防护

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1、升威高速公路电子系统雷电电磁脉冲防护2010年12月28日******************公司升威高速公路电子系统雷电电磁脉冲的防护高速公路是全立交往制出入的快速干道，其线路走向、出人口和管理区大多分布在较恶劣的野外暴露环境中，易遭受到雷电危害，特别是高速公路的电子系统（包括通信系统、监控系统、电脑收费和闭路电视系统等）由于金属线缆连接的设备端口雷电浪涌耐受能力非常弱，极易遭受雷电电磁脉冲而引起设备损坏，甚至威胁到交通系统的正常运行，给社会带来很大的危害。近年来，福建省高速公路电子系统每年均发生多次因雷击造成系统故障的现象，例如厦门某收费站2002年6月30日遭一次雷击，导致收费系统几乎瘫

2、痪，损坏设备类型8种，累计金额达20余万元；2010年泉州某收费站遭受雷击导致收费站陷入“瘫痪”，影响正常交通达7小时之久。本文主要针对于雷电电磁脉冲对高速公路电子系统造成的巨大危害，从影响的方式和途径入手，提出雷电电磁脉冲防护的要求，同时提出高速公路电子系统防雷管理工作的几点建议，希望能够为高速公路的防雷工作提供一定的参考和指导。1雷电电磁脉冲在信号电缆上的耦合机理根据近代国内外雷击造成的危害表明，即使在距离雷击点2km处，电子设备对于感应或者传导的浪涌电压或者浪涌电流仍旧很敏感。这样大面积的危害除了有现代电子设备比较脆弱的原因以外，主要是由于雷电电磁脉冲通过四通八达的连接电缆耦合产生过电压

3、、过电流传导到电子设备端口造成设备损害。浪涌电流在电缆中流动时，将会产生纵向电压和横向电压。芯线和电缆金属屏蔽层之间产生的纵向电压施加在所连接的设备输入端和接地外壳之间（共模电压）；芯线之间的横向电压施加在所连接设备的输入电路上（差模电压）。下面就简要说明雷电电磁脉冲如何通过阻性耦合、感性耦合、容性耦合耦合到连接电缆上的。20升威1.1阻性耦合如图1所示，雷击建筑物1，在其接地电阻上产生约100kV的电位差，该幅值足以击穿设备1和设备2的绝缘。这样浪涌电流通过设备1沿着信号线流到设备2以及建筑物2的地网上，造成建筑物2的地电位抬升。图1阻性耦合如果信号电缆屏蔽层两端接地，浪涌电流沿着屏蔽层流到

4、建筑物2的地网上，同样造成其地电位升。建筑物2的地电位升又加到与其连接的其他电缆上，可能造成其他设备损害。1.2感性耦合由于雷电流具有很大的幅值和波头上升陡度，能在所流经的路径周围产生很强的瞬态脉冲电磁场。根据电磁感应定律，这种变化的脉冲电磁场交链导体回路时，能在回路中感应出电动势，产生过电压和过电流。图2和图3给出了信号电缆可能发生电磁感应的例子。20升威图2感性耦合（信号线的芯线之间组成感应环）图3感性耦合（信号线与地之间组成感应环）1.3容性耦合20升威当各类电缆上空有雷云生成并向下发展为下行先导时，由于雷云和先导通道的感应作用，在各类电缆内将出现反极性的感应电荷，如图4.4所示。该图中

5、示出的是常见的负雷云对地放电，雷云以及下行先导的电荷为负，而在电缆中感应的电荷为正，而电缆中的负电荷经泄漏电导入地。这些感应电荷的聚积速度取决于先导发展的速度，由于先导发展速度比回击速度小100以上。在雷击发生时，雷云以及下行先导的电荷迅速中和消散，而反极性感应电荷将失去束缚，但是这些电荷不能以与回击发展同样的速度来消散，因此形成了对地的过电压，如果在设备处发生闪络，将在电缆中形成浪涌电流。显然，电缆越长，对地电容越大，越易形成容性耦合产生过电压。图4容性耦合2、防雷接地实施方案2.1直击雷防护安全要求高速公路各类站点的直击雷防护措施应满足《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2000）第二

6、类防雷建筑物的相关规定。对于野外单独的机柜或者监控摄像头等设施应装设独立避雷针，并应设置简易地网用于雷电流的泄放。对于建筑物可在屋顶设置不大于10m×10m或12m×8m的避雷网格，避雷网应用直径不小于8mm的圆钢，避雷网引下线不得少于2根，并沿四周均匀或对称布置，其间距不得大于18m，接地点不得少于两处。对于屋顶的卫星接收器、天线等设施应架设避雷针进行保护。2.2地网实施要求20升威1）高速公路各类站点应采用联合接地，即将各个机房建（构）筑物的地网、配电设施（变压器等）接地装置等连为一体。当两建（构）筑物之间有电力、信号等线缆连接时，两者接地装置之间的间距在30米以内时，必须采用热镀锌扁钢将

7、两接地装置联为一体。2）机房建筑物地网宜采用围绕机房建筑物的环行接地体，有建筑物基础地网时，环行接地体应与建筑物基础地网每隔5m～10m相互作一次连接。3）接地体埋深宜不小于0.7m(接地体上端距地面的距离)。水平接地体宜采用热镀锌扁钢，扁钢规格不小于40mm×4mm。垂直接地体宜采用长度不小于2.5m（特殊情况下可根据埋设地网的土质及地理情况决定垂直接地体的长度）的热镀锌钢材，垂直接地体间距为垂