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高速公路通信、監控、收費係統防雷設計方案
發表時間:2016-12-21     閱讀次數:     字體:【

高速公路通信、監控、收費係統防雷設計方案

一、概述當今社會電子計算機技術、微波通信技術日益發展,各類電子設備大量應用,雷擊電感應到附近的導體中形成過電壓,可高達幾千伏,對微電子設備的危害極大。LEMP的主要侵入通道有電源線路、各類信號傳輸線路、天饋路線和進入係統的管、纜、橋架等導體侵入設備係統,造成電子設備失效或永久性損壞。因此,雷擊脈衝的防護是在入侵通道上將雷電流泄放入地,從而達到保護電子設備的目有。其主要方法是采用隔離、等位、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓過流保護、接地等方法將雷電過電壓、過電流及雷擊電磁脈消除在設備外圍,從而有效地保護各類設備。目前主要采用氣體放電管、放電間隙、高頻二極管、壓敏電阻、瞬態二極管、晶閘管、高低通濾波器等元件根據不同頻率、功率、傳輸速率、阻抗、駐波、插損、帶寬、電壓、電流等要求,組合成電源線、天饋線、信號線係列電湧保護器(SPD)安裝在微電子設備的外連線路中,地線按共用接地原則接入係統的地線,才不至於造成地電位反擊。隻要設計合理、安裝合格,電湧保護器就能有效的防禦雷電。因此,采用完善的綜合防雷手段構成一套完整的防雷體係,這就是現代防雷的新理論:綜合防雷理論。目前高速公路建設發展迅速,為了使高速公路暢通無阻,保證高速公路通信、監控、收費係統正常運行,將雷電災害降低到最低限度,防雷工程技術人員應對係統進行全麵規劃、綜合治理、製定完善的綜合防雷設計方案。

二、高速公路綜合防雷設計方案的依據高速公路綜合防雷在設計時主要采用以下標準,供設計時參照。1、 IEC61024《建築物防雷》2、 IEC61312《雷電電磁脈衝的防護》3、 ITU K25《光纜的防雷》4、 ITU K27《電信大樓內的連接結構和接地》5、 GB50057-94《建築物防雷設計規範》6、 GB50343-2004《建築物電子信息係統防雷技術規範》7、 GB50174-93《電子計算機機房設計規範》8、 GB50198-94《民用閉路監視電視係統工程技術規範》9、 GB/T50311-2000《建築與建築群綜合布線係統工程設計規範》10、YD5078-98《通信工程電源係統防雷技術規範》11、XQ3-2000《氣象信息係統雷擊電磁脈衝防護規範》

三、高速公路通信、監控、收費係統的基本組成1、每一條高速公路在其管理的區間內均設有一監控中心大樓。監控中心一般設在高速公路的出、入口處,也有設在管理區間的中心部位。中心一般設置有大型地圖板和監控電視係統,並配有多畫麵切換控製設備、視頻監視器、低速錄象設備及自動轉換裝置。中心配備有計算機網絡係統、負責管理各收費站的收費信息、緊急電話的控製、公路出入口及中間各大型電子顯示屏的控製和公路沿線的小型電子提示牌的控製等。中心大樓內還有程控交換機係統、中心控製台、光纜通信的兩個或四個8Mbit/s接口的光端機、電端機及上網設備、無線電話係統、UPS供電係統等多種電子設備。2、在每個收費站配備有光纜通信設備,收費用的計算機局域小網,收費站信號燈控製係統,監視、攝像、記錄係統,控製操作台,站內電話控製台、無線對講電話等。3、在每個收費亭內配備有收費計算機網絡係統工作站專用計算機,收費票據打印機,收費指示板,指示燈,車道控製機,自動欄杆,語音提示係統,車輛過境自動計數器,對講電話和空調及供電係統等設備。4、在公路沿線及收費站廣場設置了多個監控攝像頭,將攝像頭的視頻信號通過光纜、同軸電纜、對稱電纜或通過微波傳輸係統,將視頻信號或語音信號傳到中心監控室,以利控製中心掌握公路沿線的車輛行駛運行情況,便於指揮調度。5、道路LED指示牌。LED指示牌發布高速公路即時信息,位於空曠的環境中,其控製信號線一般由光纖組成,係統電源采用就地變壓(主要是使用開關電源)的措施,由電源引起的雷擊事故較為普遍。

四、高速公路的綜合防雷原則高速公路的綜合防雷設計應考慮環境因素、雷電活動規律、係統設備的重要性、發生雷災後果的嚴重程度,分別采取相應的防護措施。1、在進行綜合防雷設計時,應堅持全麵規劃、綜合治理、優化設計、多重保護、技術先進、經濟合理、定期檢測、隨機維護的原則,進行綜合設計及維護。2、高速公路綜合防雷係統的防雷設計應采用直擊雷防護、等電位連接、屏蔽、合理布線、其用接地係統和安裝電湧保護裝置等措施進行綜合防護。必須堅持預防為主,安全第一的指導方針。3、高速公路綜合防雷係統應根據所在地區雷暴等級、設備放置在雷電防護區的位置不同,采用不同的防護標準。為確保防雷設計的科學性、先進性,高速公路建設工程在設計前宜做高速公路沿線現場雷電環境評估。

五、高速公路建築物直擊雷防護措施1、監控中心大樓一般設置在高速公路的出入端或控製管理區域的中心位置。由於周圍地形比較空曠,樓層一般都在六層以上,高度超過20m且樓頂還安裝有各類通信天線、有的還架設有鐵塔,這些都是直擊雷的重要目標。由於樓內有大量實時運行的電子、微電子設備,又是整個機場的指揮高度中心,根據GB50057-94《建築物防雷設計規範》的規定,可定為二類防雷建築。按滾球法(滾球法半徑45m)設計避雷針。設計方法請參照《建築物防雷設計規範》附錄四的要求,決定避雷針的數目、布局、高度,在設計時應考慮避雷針抗當地30年最大風的抗風強度,並留有一定餘量。2、為了減少避雷針的維護,防止酸雨對避雷針的腐蝕,應在監控中心大樓樓頂安裝不鏽鋼避雷針,其高度和數量根據滾球法計算其保護範圍能覆蓋整幢中心大樓的天麵和各類天線,使其能有效防止直接雷擊以保護大樓的樓頂和各類通信天線的安全。3、在公路沿線安裝監控攝像頭的雲台杆頂、收費站廣場雲台杆頂以及LED指示牌頂各安裝一套不鏽鋼避雷針,以保護雲台攝像頭等設備免遭直擊雷危害。4、在高速公路收費站鋼架屋頂上和大型室外電子顯示屏頂端左右對稱各安裝一套不鏽鋼避雷針,以保護收費站鋼架屋頂和電子顯示屏框架結構免遭直擊雷危害。5、避雷針的引下線最好利用鋼結構柱做泄流線,條件不允許時,也可以單獨用25mm2以上的銅絞線穿鍍鋅鋼管屏蔽,並做絕緣處理,從避雷針尖直接以最短路徑入地,以減少泄流時的雷擊電磁脈衝輻射而損壞微電子設備和室外大型電子顯示屏編碼控製係統。

六、雷擊電磁脈衝(LEMP)的防護措施雷擊電磁脈衝(LEMP)所產生的感應電動勢通過侵入通道疊加在線路信號上產生瞬間高電壓,擊毀各類用電設備和微電子芯片,因此在實施防雷工程時必須將感應雷擊作為重點,進行有效的防禦。在設計綜合防雷時,應從以上通道進行重點防護,同時做好等電位連接和共用接地係統。1、電源係統的防雷措施在監控中心大樓的總配電盤上安裝一套雷電通流容量Iimp≥25kA(波形10/350μs);響應時間Ta≤50ns的三相電湧保護器SPD1,型號為:DHPA25M,作為一級保護。在樓層分盤上安裝一套雷電通流量Imax≥40kA(波形8/20μs);響應時間Ta≤25ns的三相電湧保護器SPD2,型號為:DHPA40M,作為二級保護。在UPS電源前安裝一套雷電通流容量Imax≥20kA(波形8/20μs);響應時間Ta≤50ns的單相電湧保護器SPD3,型號為:DHPA20M,作為三級保護。在UPS電源後或設備前安裝一套雷電通流容量Imax≥10kA(波形8/20μs);響應時間Ta≤50ns的單相電湧保護器SPD4,型號為:DHPB-10C,作為四級精細保護。在強雷區應設SPD1-SPD4。四級防護;在多雷區和高雷區可選擇SPD1、SPD2和SPD3三級作為電源係統防護選擇標準;在少雷區可選擇SPD1和SPD3二級作為電源係統防護選擇標準。

SPD連接導線應短而直,SPD連接導線不宜大於0.5m,當長度大於0.5m時應適當加粗線徑。當SPD1~SPD2的線距小於10m、SPD2~SPD3的線距小於5m、SPD3 ~SPD4的線距小於5m時,應在兩SPD間加裝退耦裝置。為防止SPD老化造成短路,要求SPD安裝線路上應有過流保護裝置,應選用有劣化顯示功能的SPD(如下圖)

 
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