高速公路防雷设计方案汇编.docx
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高速公路防雷设计方案汇编
1．概述
1.1雷电危害途径
1.2雷电防护分区
1.3雷击案例
2．设计原则和指导思想
3．设计依据
4．现场勘测和分析
5．直击雷的防护
5.1隧道监控中心防雷保护
5.2监控前端防雷保护
5.3收费站防雷保护
6．雷电电磁脉冲的防护
6.1电源系统的防护措施
6.2视频信号传输线路的防护措施
6.3收费系统信号线的防护措施
7．屏蔽措施
8．等电位连接
9．运行维护
10．竣工验收
11．SPD型号（附）
12．工程预算（附）
13．图纸（附）
邵怀高速公路洞口路段
防雷设计方案
1.概述
目前高速公路建设发展迅速，邵怀高速是湖南迄今条件最艰苦、施工最困难、平均每公里造价最高的高速公路项目。
众所周知，当今社会电子计算机技术、微波通信技术日益发展，各类电子设备大量应用，雷击电感应到附近的导体中形成过电压，可高达几千伏，对微电子设备的危害极大。
LEMP的主要侵入通道有电源线路、各类信号传输线路、天馈路线和进入系统的管、缆、桥架等导体侵入设备系统，造成电子设备失效或永久性损坏。
因此，雷击脉冲的防护是在入侵通道上将雷电流泄放入地，从而达到保护电子设备的目有。
其主要方法是采用隔离、等位、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压过流保护、接地等方法将雷电过电压、过电流及雷击电磁脉消除在设备外围，从而有效地保护各类设备。
目前主要采用气体放电管、放电间隙、高频二极管、压敏电阻、瞬态二极管、晶闸管、高低通滤波器等元件根据不同频率、功率、传输速率、阻抗、驻波、插损、带宽、电压、电流等要求，组合成电源线、天馈线、信号线系列电涌保护器（SPD）安装在微电子设备的外连线路中，地线按共用接地原则接入系统的地线，才不至于造成地电位反击。
只要设计合理、安装合格，电涌保护器就能有效的防御雷电。
1.1雷电危害途径：
雷电分为直击雷、感应雷和球雷。
直击雷是带电积云接近地面至一定程度时，与地面目标之间的强烈放电。
直击雷的每次放电含有先导放电、主放电、余光三个阶段。
大约50％的直击雷有重复放电特征。
每次雷击有三、四个冲击至数十个冲击。
感应雷也称作雷电感应，分为静电感应雷和电磁感应雷。
静电感应雷是由于带电积云在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷，在带电积云与其他客体放电后，感应电荷失去束缚，以大电流、高电压冲击波的形式，沿线路导线或导电凸出物的传播。
电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场在邻近的导体上产生的很高的感应电动势。
球雷是雷电放电时形成的发红光，橙光、白光或其他颜色光的火球。
从电学角度考虑，球雷应当是一团处在特殊状态下的带电气体
此外，直击雷和感应雷都能在架空线路或在空中金属管道上产生沿线路或管道的两个方向迅速传播的雷电冲击波。
1.2雷电防护分区：
按照IEC1312-1及GB50057-94要求，应将保护空间划分为不同的雷电防护区以规定各部分空间不同的LEMP的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置，各分区以在其交接处的电磁环境有明显改变，作为划分不同LPZ的特征。
LPZ0A：
电磁场没有衰减，各类物体都可能遭到直接雷击，属完全暴露的不设防区。
LPZ0B：
电磁场没有衰减，各类物体很少遭受直接雷击，属充分暴露的直接雷防护区。
LPZ01：
由于建筑物的屏蔽措施，流经各类导体的雷电流比直击雷防护区减少，电磁场得到了初步的衰减，各类物体不可能遭受直接雷击。
LPZ02：
进一步减少所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区。
1.3雷击案例
2007年4月1日晚7时许，重庆市垫江至忠县高速公路13标段边坡施工队伍工人在工棚内遭遇雷击，造成5人死亡，5人受伤。
2007年6月24日14时30分许，浙江上三高速公路上虞路段雷雨交加，一辆苏州至台州温岭的大客车突遭雷击，车载电视机爆炸，导致大客车起火。
2007年6月27日电 27日下午，位于常德市鼎城区斗姆湖镇的湖南常张高速公路建设工程三标段，发生一起雷击事故，造成1死5伤。
2007年6月28日下午两点30分，在朋普镇平锁高速公路上发生雷击事件，一名冒雨驾驶三轮摩托车的男子遭遇雷击，当场死亡。
2007年7月31日凌晨，位于侯台附近的津沪高速公路收费站的电子设备、计算机网络遭雷击损坏，致使收费一度被迫暂停。
2007年8月3日16时20分左右，嘉定区徐泾中路765号莘砖收费站上海嘉金高速公路有限公司遭雷击。
因此，采用完善的综合防雷手段构成一套完整的防雷体系，这就是现代防雷的新理论：
综合防雷理论。
为了使高速公路畅通无阻，保证高速公路通信、监控、收费系统正常运行，将雷电灾害降低到最低限度，防雷工程技术人员应对系统进行全面规划、综合治理、制定完善的综合防雷设计方案。
2.设计原则和指导思想
2．1认真执行国家政策,法令和有关规定,严格按照国家规范和地方标准进行设计,并按照《中华人民共和国标准化法》的有关要求，积极采纳国际标准,提高设计技术要求。
2．2在进行综合防雷设计时，应坚持全面规划、综合治理、优化设计、多重保护、技术先进、经济合理、定期检测、随机维护的原则，进行综合设计及维护。
2．3高速公路综合防雷系统的防雷设计应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、其用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护。
必须坚持预防为主、安全第一的指导方针。
2．4高速公路综合防雷系统应根据所在地区雷暴等级、设备放置在雷电防护区的位置不同，采用不同的防护标准。
为确保防雷设计的科学性、先进性，高速公路建设工程在设计前宜做高速公路沿线现场雷电环境评估。
2．5根据相应的防雷规范要求、地方标准及有关技术负责人员的介绍和现场实地勘察设计防雷方案。
3.设计依据
∙《建筑物防雷设计规范》GB50057-94
∙《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004
∙《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94
∙《雷电电磁脉冲的防护》IEC-61312
∙《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》GB/T50311-2000
∙《电子计算机机房设计规范》GB50174-93
∙《建筑物防雷》IEC61024
∙《电信大楼内的连接结构和接地》ITUK27
∙《光缆的防雷》ITUK25
∙《通信工程电源系统防雷技术规范》YD5078-98
∙《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》XQ3-2000
4.现场勘测和分析
4．1邵怀高速公路地处较空旷地带，年雷暴日大于50.7天，属于高雷区。
该公路起于邵潭高速公路终点，途经隆回县、洞口县，在洪江市塘湾镇与铁山乡之间越穿雪峰山。
4．2雪峰山隧道全长近7公里，位于邵阳市与怀化市交界区域的雪峰山脉，隧道岩石由断层破裂带、变质砂岩和硅化板岩组成，土壤电阻率比较高，因此该隧道容易受到雷击。
该隧道中设有摄像机、交通信号灯、可变情报板和高杆灯等外场设备。
4．3监控中心大楼楼顶没有避雷带等接闪设施，且安装有摄像设备。
大楼内还有程控交换机系统、中心控制台、光缆通信光端机、电端机及上网设备、无线电话系统、UPS供电系统等多种电子设备。
4．4指挥中心机房设在二楼，楼内有大型地图板和监控电视系统，并配有多画面切换控制设备、视频监视器、低速录象设备及自动转换装置，同时还包括计算机网络系统、负责管理各收费站的收费信息、紧急电话的控制、公路出入口及中间各大型电子显示屏的控制和公路沿线的小型电子提示牌的控制等。
4．5收费站配备包括光缆通信设备，收费用的计算机局域小网，收费站信号灯控制系统，监视、摄像、记录系统，控制操作台，站内电话控制台、无线对讲电话等。
4．6公路沿线设置了多个监控摄像头以及公路LED指示牌，指示牌的控制信号线由光纤组成，系统电源采用就地变压。
5.直击雷防护措施
由于监控中心内有大量实时运行的电子、微电子设备，根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》的规定，可定为二类防雷建筑。
5.1隧道监控中心防雷保护
5.1.1接闪器
在监控中心大楼及变电所的顶上，沿女儿墙四周铺设直径为10毫米的热镀锌圆钢，每隔1m用支撑卡子固定在女儿墙上。
支撑卡子为L型，用直径10cm的热镀锌圆钢， 长度为21cm，其中嵌入砼5cm露在女儿墙上高10cm与避雷带焊接长度不小于6cm（采用双面焊）。
5.1.2引下线
避雷带沿女儿墙四周铺设时，在建筑物四周每个框架柱位置处（椭圆形四周），应用直径为10mm的热镀锌圆钢，将其与建筑结构柱内主筋相焊接，每个焊接处的平均距离不超过18米，即引下线数量不小于六根。
5.1.3接地装置
隧道接地网由电源的工作接地、防雷接地、安全接地、信号设备的接地组成，是一个综合的接地体，接地电阻要求小于1Ω。
因此可以采用新型的防腐长效接地极，共有220根，垂直接地极洞口段的长度方向上为40根；在每个横向通道上为5根，共计为20根；在变电所的横向通道上为20根；在端部接地网为140根，用扁钢焊接起来。
5.2收费站防雷保护
5.2.1接闪器
高速公路收费站是金属框架结构，利用建筑本身作为一个接闪装置。
5.2.2引下线
利用收费站四个外包不锈钢柱子作为引下线。
在其表面金属开挖一个50cm*50cm的口子，用热镀锌扁钢一端与收费站金属框架柱相焊接，另一端沿收费站内地沟与收费站的基础钢筋相焊接。
5.2.3接地装置
建筑物本身的接地电阻不满足规范要求，所以应采用人工接地体。
6.雷击电磁脉冲（LEMP）的防护措施
雷击电磁脉冲（LEMP）所产生的感应电动势通过侵入通道叠加在线路信号上产生瞬间高电压，击毁各类用电设备和微电子芯片，因此在实施防雷工程时必须将感应雷击作为重点，进行有效的防御。
在设计综合防雷时，应从以上通道进行重点防护，同时做好等电位连接和共用接地系统。
6.1电源系统的防护措施
在监控中心大楼的总配电盘上安装一套雷电通流容量Iimp≥25kA（波形10/350μs），响应时间Ta≤100ns的三相电涌保护器SPD1，型号为：
REP-XEL385B25，作为一级保护。
在楼层分盘上安装一套雷电通流量Imax≥40kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的三相电涌保护器SPD2，型号为：
REP-D380M2，作为二级保护。
在UPS电源前安装一套雷电通流容量Imax≥20kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD3，型号为：
REP-D216，作为三级保护。
在UPS电源后或设备前安装一套雷电通流容量Imax≥10kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD4，型号为：
REP-D220CK，作为四级精细保护。
在收费亭内的供电线路上各安装一套雷电通流量Imax≥20kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD，型号为：
REP-D116，保护各亭收费计算机、票据打印机、收费指示板、指示灯、自动拦杆、车道控制器、语音提示系统、对讲机等电源线路安全。
广场摄像头头部低压直流供电线路两端各安装一只通流容量In≥5kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的低压电涌保护器SPD，以保护低压直流供电线路安全，型号为：
REP-GVD-220VAC。
在公路沿线的云台摄像头供电线路配电盘输出端各安装一套雷电通流量Imax≥40kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD1，型号为：
REP-D220M2，作为一级保护；在直流整流供电设备前安装一套雷电通流量Imax≥20kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD2，型号为：
REP-D220CK，作为二级保护；在摄像头直流供电线路上安装一只通流容量Imax≥5kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的低压电涌保护器SPD3以保护摄像头供电线路安全，型号为：
REP-GVD-220VAC，作为三级保护。
在进、出高速公路两端和中间的大型电子显示屏电源线路配电盘上各安装一套雷电通流量Imax≥40kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD1，型号为：
REP-D220M2，作为一级保护；在稳压整流器设备前安装一套雷电通流量Imax≥20kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD2，型号为：
REP-D220M3，作为二级保护；在末级设备供电处安装防一套通流容量Imax≥15kA（波形8/20μs），响应时间Ta≤25ns的单相电涌保护器SPD3，型号为：
REP-D220CK，作为三级电源保护。
（具体见SPD型号附表）
6.2视频信号传输线路的防护措施
6．2．1在广场摄像头到控制中心和收费亭车道的监控摄像头到控制中心的视频传输电缆两端应安装视频信号SPD各一只，型号为：
REP-CCTV，以保护摄像头。
6．2．2在公路沿线云台的摄像头上各安装一只视频信号电涌保护器，型号为：
REP-XO4-YT，以保护摄像头。
6．2．3在收费电脑视频卡视频输入、输出BNC端口安装视频信号SPD各一只，型号为：
REP-CCTV，保护收费电脑。
6.3收费系统信号线的防护措施
6．3．1在监控中心机房计算机网络服务器至网络交换机（HUB）间安装一只计算机网络信号SPD，型号为：
REP-X06-RJ45E100，以保护服务器。
6．3．2在监控中心机房网络交换机至收费亭的微机间的数据线两端各安装一只计算机网络信号SPD，型号为：
REP-X06-RJ45E100，以保护网络交换机和收费亭微机网络端口。
6．3．3在电子显示屏的光、电端机编码器之后至控制器两端各安装一只数据线SPD，型号为：
REP-X04-ZX，以保护光、电端机、编码器和控制器。
6．3．4收费亭与监控中心有线对讲系统两端各安装音频信号避雷器一只，通流容量5KA（波形8/20μs），型号为：
REP－X04－AU。
6．3．5宜在程控电话和紧急电话传输线两端安装程控电话电涌保护器一只，通流容量5KA（波形8/20μs），型号为：
REP-X02-CZ。
7.屏蔽措施
7．1屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，宜采取以下措施：
外部屏蔽措施、线路敷设于合适的路径、线路屏蔽，这些措施宜联合使用。
为改善电磁环境，所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属部件都应等电位连接在一起，并与接地装置相连。
屋顶为金属表面、立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架，都必须进行等电位连接后接地。
在需要保护的空间内，当采用屏蔽电缆时其屏蔽层至少在两端并宜在雷电防护区交界处做等电位连接。
当微电子设备系统要求只在一端做等电位连接时，可将屏蔽电缆穿金属管引入，金属管在一端做等电位连接。
建筑物之间的连接电缆应敷设在金属管道内，这些金属管道从一端到另一端应全线电气贯通，并连到各建筑物的等电位连接带上。
电缆屏蔽层也应连到这些带上。
7．2由于雷电波主要是通过电磁感应和静电感应，在各种电源线和信号线上产生过电压波，并沿电缆向两端传送冲击，使得电气设备被破坏。
因此，所有电源线和信号线要进行屏蔽，即将电源线和信号线分别敷设于镀锌线槽内，线槽每隔一定距离接地。
7．3监控系统设备采用最短的导线将其与等电位连接带连接。
计算机、通信、监控机房的设备应与建筑物外墙保护1m左右距离，以防止大楼遭到直击雷时沿外墙泄流入地的引下线周围产生较强的电磁场而损坏微电子设备。
8.等电位连接
8．1等电位连接是现代防雷技术重要的防护措施之一。
将进入监控中心大楼的各类管线的屏蔽层、机架等在进入大楼前进行等电位连接后接地。
在进入设备前再进行二次等电位连接后接地。
将广场摄像头输出的同轴电缆的外层和其它管线外层在进入大楼前进行等电位连接后接地。
8．2将分开的外导电装置用等电位连接导体连接后接地，以减少系统设备所在的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。
利用钢筋混凝土结构的建筑物内所有金属构件的多重连接建立一个三维的连接网络是实现等电位连接的最佳选择。
为方便等电位连接施工，应在一些合适的地方预埋等电位连接预留件。
进入系统所在建筑物的各类水管、采暖和空调管道等金属管道的金属外层在进入建筑物处应做等电位连接，燃气管道入户后应在法兰盘连接处插入一块绝缘两端用开关型SPD连接后户内金属管道可参加等电位连接，并与建筑物组合在一起的大尺寸金属件连接在一起，按GB50054的要求做总等电位连接之后，接向总等电位连接带，并可靠连通接地。
8．3在建筑物入口处，即LPZ0B与LPZ1区交界进行总等电位连接后接地，在后续的雷电防护区交界处按总等电位连接的方法进行局部等电位连接，连接主休应包含系统设备本身（含外露可导电部分）、PE线、机柜、机架、电气和电子设备的外壳、直流工作地、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、管道、屏蔽槽、电涌保护器SPD的接地等均应以最短的距离就近与这个等电位连接带直接连接。
连接基本方法应采用网型（M）结构或星型（S）结构。
网型结构的环行等电位连接带应每隔5m经建筑物墙内钢筋、金属立面与接地系统连接。
当采用S型等电位连接网络时，系统的所有金属组件除在接地基准点，即ERP处连接外，均应与共用接地系统的各组件有足够的绝缘（大于10KV,1.2/50μs）。
9.运行维护
9．1避雷器安装之后，应检查所有接线是否正确安装，然后运行测试，看系统和设备是否正常工作，有无异常情况，如有，应及时检查，直至整个系统均正常运作。
9．2每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。
主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。
9．3接地网的接地电阻宜每年进行一次测量。
9．4每年雷雨季节前应对运行中的避雷器进行一次检测，雷雨季节中要加强外观巡视，如检测发现异常应及时处理。
10.竣工验收
10．1防雷工程施工单位须按设计要求精心施工，工程建设管理部门应有专人负责监督。
对于隐蔽工程应实行随工验收，重要部位应进行拍照和专用设备项记录。
10．2设计资料和施工记录应由相应的防雷主管部门妥善存档备查。
10．3根据用户需求，免费提供防雷知识或防雷技术讲座；
10．4保修期内，若防雷系统出现故障，单位技术人员在接到通知后的24小时内赶到现场。
参考文献：
[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年修订版）北京中国计划出版社2001年；
[2]《雷电与避雷工程》苏邦礼、崔秉球、吴望平、苏宇燕中山大学出版社1996年;
[3]《防雷技术规范汇编》关象石、李根生、王风山、李压奇编2000年;
[4]信息产业部标准YD5078《通信工程电源系统防雷技术规定》
[5]冯民学,吕久平,高岩渊;浅析高速公路雷电危害及防御[J]；气象科学；2003年03期；115-121
[6]李怀珠;高速公路机电网设备防雷措施浅析[J];甘肃科技纵横;2003年05期;47-48
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[9]贺耀武,李强,姚宏红;高速公路防雷技术的研究[J];山西气象;2004年02期;25-27+40
SPD型号（附）
表一：
位置
雷电流参数
响应时间
保护等级
型号
总配电盘
Iimp≥25kA（波10/350μs）
≤100ns
一级保护
REP-XEL385B25
楼层配电盘
Imax≥40kA（波形8/20μs）
≤25ns
二级保护
REP-D380M2
UPS电源前
Imax≥20kA（波形8/20μs）
≤25ns
三级保护
REP-D216
UPS电源后或设备前
Imax≥10kA（波形8/20μs）
Ta≤25ns
四级精细保护
REP-D220CK
收费亭供电线路
Imax≥20kA（波形8/20μs）
Ta≤25ns
REP-D116
广场摄像头供电线路
In≥5kA（波形8/20μs）
Ta≤25ns
REP-GVD-220VAC
表二：
位置
雷电流参数
响应时间
保护等级
型号
供电线路配电盘输出端
Imax≥40kA（波形8/20μs）
Ta≤25ns
一级保护
REP-D220M2
直流整流供电设备前
Imax≥20kA（波形8/20μs）
Ta≤25ns
二级保护
REP-D220CK
摄像头直流供电线路上
In≥5kA（波形8/20μs）
Ta≤25ns
三级保护
REP-GVD-220VAC
表三：
位置
雷电流参数
响应时间
保护等级
型号
电子显示屏电源线路配电盘上
Imax≥40kA（波形8/20μs）
Ta≤25ns
一级保护
REP-D220M2
稳压整流器设备前
Imax≥20kA（波形8/20μs）
Ta≤25ns
二级保护
REP-D220M3
末级设备供电处
In≥15kA（波形8/20μs）
Ta≤25ns
三级保护
REP-D220CK
工程预算（附）
防雷工程报价单
序号
项目名称
单位
数量
单价（元）
金额（元）
备注
1
避雷装置加工，焊接
米
2300
8
18400
直击雷防护
2
焊条
米
11
28
308
直击雷防护
3
膨胀螺丝
包
850
0.5
425
直击雷防护
4
铜排
粒
20
220
4400
等电位连接使用
5
镀锌扁钢
米
1700
23
39100
水平接地极
6
镀锌角钢
米
120
20
2400
垂直接地极
7
镀锌圆钢
米
100
1.5
150
直击雷防护
8
LUCKWAY长效离子接地电极
根
220
5000
1100000
直击雷防护
9
REP-XEL385B25
套
1
7000
7000
三相电涌保护器
10
REP-D380M2
套
1
2500
2500
三相电涌保护器
11
REP-D216
套
1
1250
1250
单相电涌保护器
12
REP-D220CK
套
3
228
684
单相电涌保护插座
13
REP-D116
套
1
450
450
单相电涌保护器
14
REP-D220M2
套
1
2000
2000
单相电涌保护器
15
REP-D220M3
套
1
1200
1200
单相电涌保护器
16
REP-GVD-220VAC
套
3
4600
13800
低压电涌保护器
17
REP-CCTV
只
6
485
2910
视频信号电涌保护器
18
REP-XO4-YT
只
2
450
900
视频信号电涌保护器
19
REP-X06-RJ45E100
只
2
550
1100
计算机网络信号电涌保护器
20
REP-X04-ZX
只
4
450
1800
数据线电涌保护器
21
REP－X04－AU
升级会员 