浅析高速公路收费站监控系统防雷电技术

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1、浅析高速公路收费站监控系统防雷电技术摘要：本文就高速公路收费站监控系统防雷电技术进行了详细分析研究，具有一定的理论意义和实用价值。　　关键词：收费站监控系统防雷电技术　　　　高速公路收费站一般都位于近郊的开阔地带，部分收费广场经常设计成轻型钢结构建筑，雨季到来时受到雷电的可能性增加。因此寻求一种可操作的收费监控系统雷电防护技术，确保整个收费系统安全渡过雷雨季节是重要的课题。本文总结了在高速公路收费监控系统的一些防雷电体会，供同行参考。　　一、收费监控系统遭受雷击损害的原因分析　　经过分析研究，收费监控系统遭受雷击损坏的原因主要有五

2、个方面：　　1.1直击雷：　　雷电直接击中室外的车辆监控摄像机上，造成摄像机内部电器元件损坏；直击雷在击中收费站的建筑后，有5%左右的能量可能通过各种通信线路（馈线、线、X络线、数据专线等）传入系统而损坏设备；　　1.2感应雷：　　雷击中建筑物或雷击放电时会在空中产生较强的电磁场，使周围的金属导体产生高电压（即电磁感应），雷击瞬间使电位迅速抬高，影响了接地设备的安全，而强大的交变电磁场会使视频监控系统X络环路中生成瞬态过电压而造成内部电路损坏。　　当建筑物上方出现带电雷云，使供电线路和设备通讯线路上会感应出与雷云相反的高电荷，即静

3、电感应。静电感应方式引起的浪涌强过电磁感应产生的浪涌，也会造成设备损坏。　　1.3地电位反击：　　外部防雷系统遭受直接雷击，使接地电阻两端形成过电压，过电压通过设备的接地线、外部防雷系统或其各连接设备的金属管线导入设备，造成设备的损坏。　　二、防雷系统方案须坚持的原则　　防雷设计的总原则是人身安全与设备安全并重；室外设施与室内设施的统筹规划。具体原则如下：　　2.1将整个系统作为一个整体保护对象来考虑防雷保护。既考虑各个子系统的防雷保护，又考虑各个弱电子系统之间及其与供配电子系统之间的有效衔接，做到安全可靠、经济合理。　　2.2根

4、据雷电保护区的划分原则，确立高速公路机电系统雷电过电压分级保护的思路。　　2.3根据雷电的3种途径分别采取措施，并结合传统防雷手段（保护、屏蔽、分流、均压、接地），实施重点防雷。根据目前高速公路机电系统的实际情况，将防护感应雷作为重点防护方案。　　2.4根据高速公路所处的地理环境特点以及机电设备所处的雷电保护区域范围，选择合理的SPD电气性能参数和产品功能。　　三、雷电防护系统的组成　　收费监控系统的雷击防护工作应按系统工程来进行规划。根据国内外防雷专家提出的解决方案，结合笔者多年的工作实践，采取操作性较强的“回避—分流—均压—屏

5、蔽—接地”方案，做为监控系统防雷电和雷电电磁脉冲的首选方法，具有较高的可靠性。　　雷电防护系统一般由外部保护、过渡保护、内部保护三部分组成。这三部分相互独立、相互渗透又相互配合，都起着重要的作用。它与ADBSG方案的关系如图1所示。　　图1雷电防护系统框图　　3.1外部防雷　　外部防雷主要指直击雷的防护，它是防雷技术的主要组成部分。一个良好的外部防雷系统，可以大大减小内部防雷的压力。外部防雷的有效措施主要包括　　3.1.1回避（A）应尽量避开在理论上、经验上和实践中证实的雷击区或雷击点：一是监控机房尽可能选择在雷击少的位置，并尽量

6、放在远离楼顶；二是各类摄像探头尽量不安放于最高处；三是各种线管（电源线、X线、专线等）尽可能埋地而不高架入室。　　3.1.2分流（D）的技术是根据实际情况装设两种避雷针及避雷X带后，分流技术可以起到分流50%和降低电位的作用。另外，在楼面有完善的避雷带的情况下，可以考虑以屋面作为相对地面，必要时进行搭接处理。　　3.2内部防雷　　内部防雷就是分层次对入侵的雷电能量进行均衡泄放，以减弱或消除瞬间所产生的电位差，保证系统设备与人员的安全。其有效的技术措施就是屏蔽（S）与均压（B），其中均压又叫等电位连接。　　3.2.1屏蔽（S）　　屏

7、蔽就是利用各种金属屏蔽体，阻挡和衰减施加在系统设备上的电磁干扰或过电压能量。因此，必须从以下几个方面，做好线路屏蔽。　　（1）所有金属线缆（包括电源线、各种通信数据线等）在引入建筑物时，宜采用金属屏蔽线缆或穿金属管埋地引入方式，并将金属屏蔽层至少在两头做可靠的接地，并且要求在入户前埋地的水平长度≥15m。（2）由于雷电流的“集肤效应”，使得相当大的一部分电流沿屏蔽层接地端口泄入大地。　　3.2.2均压（B）　　系统设备防雷击电磁脉冲（LEMP）的另一重要技术措施就是均压。　　（1）等电位连接的目的及方法　　等电位连接的目的，就是减

8、少系统设备所在建筑物金属构件与设备之间，或设备与设备之间因雷击产生的电位差。将分开的导电装置进行等电位连接的方法有二种：一是用金属导体直接连接；二是用浪涌保护器（SPD）间接连接。　　（2）等电位连接带的设置　　一般等电位连接带应设置在防护区的交界