雷電是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，它會(huì)對(duì)人體及電氣、電子設(shè)備等造成巨大的破壞作用。雷電災(zāi)害涉及面廣，電力、建筑及交通等行業(yè)都存在如何抵御雷電災(zāi)害的問(wèn)題。 目前，我國(guó)高速公路正處于飛速發(fā)展階段，交通工程領(lǐng)域涉及高新技術(shù)較多，但對(duì)防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)考慮不足或不完善，致使不少機(jī)電設(shè)備被雷電損壞，造成不小的經(jīng)濟(jì)損失。本文以監(jiān)控系統(tǒng)為例，介紹有關(guān)高速公路機(jī)電設(shè)備如何進(jìn)行防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)。 一、 監(jiān)控設(shè)施防雷的必要性 現(xiàn)代防雷工程主要是對(duì)建筑物、人身及設(shè)備、設(shè)施的保護(hù)，使其免于雷電災(zāi)害的影響。 雷害途徑有很多種，有直接雷（包括反擊雷），還有間接雷，它包括供電線路感應(yīng)雷電流或雷電流通過(guò)線路侵入，這幾種方式都會(huì)造成設(shè)備不同程度的被損壞。 對(duì)每條高速公路來(lái)講，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備主要分布在監(jiān)控中心及道路沿線外場(chǎng)區(qū)域。監(jiān)控設(shè)施多為信息電子設(shè)備，以計(jì)算機(jī)為核心、微電子芯片為基礎(chǔ)，極易受到雷電電磁脈沖的影響及破壞，對(duì)防雷要求較高。 高速公路監(jiān)控中心大樓多按照智能信息樓宇規(guī)模建設(shè)，本身的防雷保護(hù)能力較強(qiáng)，其內(nèi)的信息電子設(shè)備處于較好的防雷保護(hù)區(qū)域內(nèi)。按照防雷保護(hù)區(qū)的劃分，監(jiān)控中心設(shè)備處于LPZ3區(qū)，沒(méi)有直接雷的威脅，并且脈沖電流殘壓較小，使用一般的措施就可以達(dá)到防雷保護(hù)的作用。 但監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備，布設(shè)于道路沿線，暴露于惡劣的自然環(huán)境之中，處于LPZ0A/0B或LPZ1區(qū)，其中有的設(shè)備如遙控?cái)z像機(jī)、大型可變情報(bào)板等還有被直接雷打到的危險(xiǎn)，使用一般的措施達(dá)不到防雷保護(hù)的目的。此時(shí)就需要采取功能更加齊全的措施來(lái)保護(hù)外場(chǎng)設(shè)備，避免出現(xiàn)設(shè)備被雷電損壞的現(xiàn)象。 二、 監(jiān)控設(shè)施防雷保護(hù)設(shè)計(jì) 防雷保護(hù)的措施也有很多種，如使用接閃器、引下線、接地裝置，并使用共地、等電位連接、屏蔽及電涌保護(hù)器（SPD）等，但防雷保護(hù)不能僅靠某一個(gè)設(shè)備來(lái)完成，而是需要對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)，限制雷電引起的各種過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的影響，使其達(dá)到一定的防雷保護(hù)能力。 上面已經(jīng)談到高速公路監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)所要保護(hù)的對(duì)象為監(jiān)控中心及道路外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備，不同設(shè)備所采用的防雷保護(hù)措施根據(jù)設(shè)備的重要性、所處雷擊環(huán)境有很大的不同。 監(jiān)控設(shè)施供電多位一級(jí)負(fù)荷，需要一周7天、一天24小時(shí)的連續(xù)工作，每個(gè)設(shè)備對(duì)系統(tǒng)的重要性都不能輕視。但監(jiān)控中心大樓設(shè)備和道路沿線設(shè)備所處雷擊環(huán)境差異很大，所以兩部分設(shè)備的防雷保護(hù)措施應(yīng)分別考慮。 監(jiān)控中心大樓具有良好的防雷保護(hù)能力。首先，大樓頂部均設(shè)有避雷針、避雷帶等直接接閃器，可以防止直接雷對(duì)大樓本身及內(nèi)部設(shè)備的破壞。其次，監(jiān)控大樓均有良好的接地系統(tǒng)和等電位連接的設(shè)置，使侵入或感應(yīng)的雷電流能夠最大限度的被泄放或分流，每個(gè)終端信息設(shè)備所直接面對(duì)的脈沖電流殘壓較小。所以在監(jiān)控中心大樓內(nèi)監(jiān)控設(shè)備只需考慮對(duì)這種感應(yīng)或侵入雷電流的防護(hù)即可。由此可見(jiàn)，設(shè)備外部防雷是系統(tǒng)防雷保護(hù)的基礎(chǔ)，它可以使信息電子設(shè)備處于一個(gè)良好的防雷保護(hù)區(qū)域內(nèi)。 然而，布設(shè)于外場(chǎng)的監(jiān)控設(shè)備，沒(méi)有任何建筑物的保護(hù)，直接在雷擊的威脅之下，其防雷保護(hù)措施就需要特別對(duì)待。 外場(chǎng)設(shè)備按照不同雷擊條件還可以進(jìn)一步分成兩種：一種是容易受到直接雷影響的設(shè)備，如遙控?cái)z像機(jī)等；另一種是很少受到直接雷影響的設(shè)備，如車(chē)輛檢測(cè)器等，其雷電災(zāi)害多為感應(yīng)雷和電磁脈沖的侵入。 前者因受到直接雷害的威脅，需要設(shè)置避雷針等直接接閃設(shè)備，雷電流通過(guò)引下線泄入大地中，并且外場(chǎng)設(shè)備由于有防護(hù)罩或機(jī)箱的屏蔽，基本處于LPZ1防雷區(qū)內(nèi)，此區(qū)域內(nèi)設(shè)備雖然被雷電直接擊中的幾率較小，但仍然無(wú)法避免反擊雷、感應(yīng)雷對(duì)其的破壞作用，需要使用等級(jí)較高、可以泄放直接雷的電涌保護(hù)器及良好的接地系統(tǒng)。 通過(guò)第一級(jí)的泄放，雷電流能量被大部分消弱，但存在與線路中的殘壓對(duì)設(shè)備仍有破壞作用，需要設(shè)置另一級(jí)電涌保護(hù)器件來(lái)徹底泄放殘余的雷電流。 另一種外場(chǎng)設(shè)備因沒(méi)有直接雷的威脅，多為感應(yīng)雷和電磁脈沖的侵入，并且感應(yīng)雷與直接雷相比，對(duì)設(shè)備的破壞作用較小，只需設(shè)置一級(jí)電涌保護(hù)器就可以達(dá)到設(shè)備防雷保護(hù)的效果。但有一點(diǎn)需要注意，所謂的很少受到直接雷影響的設(shè)備，并不是百分百的不會(huì)受到直接雷擊，只是考慮到設(shè)備高度、結(jié)構(gòu)，并結(jié)合工程實(shí)際，得出的經(jīng)驗(yàn)性結(jié)論。所以，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)道路所處地區(qū)環(huán)境、雷擊條件及其他實(shí)際情況，區(qū)分對(duì)待。有可能同一種設(shè)備，在這條路上可以不考慮直接雷對(duì)其的影響，但在其他路或同一條路的不同區(qū)段就必須考慮直接雷對(duì)它的影響。 監(jiān)控設(shè)備都存在電磁脈沖侵入的威脅，不管是處于監(jiān)控中心或是外場(chǎng)，雷電流通過(guò)電力電纜或通信電纜侵入設(shè)備系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞。所以，監(jiān)控設(shè)備供配電電纜及通信線路也要采取相應(yīng)的防雷保護(hù)措施。 對(duì)線路的防雷保護(hù)主要從三個(gè)方面去考慮。 1. 為了防止雷電在線路上感應(yīng)出過(guò)電壓電磁脈沖，需要對(duì)電力及通信線路采取屏蔽保護(hù)措施，采用帶屏蔽層的電纜，并在線路兩段做屏蔽接地處理。 2. 在電纜進(jìn)出建筑物時(shí)，應(yīng)在分界處采取屏蔽層接地等措施。 3. 為了防止雷電流通過(guò)通信線路侵入設(shè)備，需要在關(guān)鍵設(shè)備通信端口前加信號(hào)浪涌保護(hù)器。 三、 監(jiān)控設(shè)施接地制式選擇及應(yīng)注意的問(wèn)題 接地系統(tǒng)是防雷保護(hù)的基礎(chǔ)，沒(méi)有良好的接地系統(tǒng)，采用再好的浪涌保護(hù)裝置也無(wú)法將雷電流泄掉。 高速公路監(jiān)控中心及外場(chǎng)設(shè)備接地多采用TN-S系統(tǒng)。 從監(jiān)控中心大樓低壓配電柜處引一條回路到監(jiān)控配電箱，在從配電箱引出多條回路到用電設(shè)備，并且用電設(shè)備需要在監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)進(jìn)行重復(fù)接地。 從變電所低壓開(kāi)關(guān)柜引出一條回路進(jìn)入同在變電所的監(jiān)控總配電箱，然后再傳到各個(gè)外場(chǎng)設(shè)備處。這里需要注意的就是外場(chǎng)設(shè)備重復(fù)接地的問(wèn)題。如果設(shè)置重復(fù)接地，需要在設(shè)備本地做一個(gè)接地極，作為保護(hù)地，與電源的PE線連接，并且當(dāng)設(shè)備設(shè)置避雷針時(shí)，保護(hù)地應(yīng)與避雷針的防雷地分開(kāi)設(shè)置，彼此離開(kāi)20米的距離。 四、 電源浪涌保護(hù)器的選擇及設(shè)置 電源浪涌保護(hù)器是綜合防雷體系的有效環(huán)節(jié)，是內(nèi)部防雷保護(hù)的重要組成部分。它可以泄放雷電流，限制過(guò)電壓，對(duì)電氣、電子設(shè)備起到保護(hù)作用。電涌保護(hù)器分為電壓限制型、電壓開(kāi)關(guān)型和復(fù)合型，其具體功能如下： 1. 限制沿進(jìn)線侵入的雷電過(guò)電壓 2. 限制地電位升高引起的反擊雷 3. 限制雷電電磁場(chǎng)感應(yīng)出的過(guò)電壓 電源浪涌保護(hù)器的主要參數(shù)有電壓保護(hù)水平Up、通流容量Imax及最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc。 電壓保護(hù)水平Up應(yīng)小于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐受電壓或抗干擾度，并且應(yīng)該大于電網(wǎng)最高運(yùn)行電壓值。電壓保護(hù)水平與設(shè)備沖擊耐受水平應(yīng)彼此配合，并留有足夠的裕度。電涌保護(hù)器應(yīng)設(shè)置在任何兩個(gè)防雷區(qū)的交界處，特別是戶內(nèi)與戶外的交界處。電涌保護(hù)器還應(yīng)再不同位置采用不同保護(hù)等級(jí)的設(shè)備。 通流容量Imax體現(xiàn)了電涌保護(hù)器的泄流能力，對(duì)有避雷針的設(shè)備，低壓配電系統(tǒng)采用電纜進(jìn)線時(shí)，進(jìn)線處應(yīng)安裝最大放電電流Imax為100kA或65kA（8/20μs波形）的電涌保護(hù)器。并在離被保護(hù)設(shè)備盡量近的地方安裝最大放電電流Imax為8kA（8/20μs波形）二級(jí)電涌保護(hù)器，且與進(jìn)線電涌保護(hù)器級(jí)聯(lián)布置。 對(duì)無(wú)避雷針的設(shè)備，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐睦妆┤铡⒌匦渭氨O(jiān)控設(shè)施需連續(xù)供電的需求，選擇用于進(jìn)線保護(hù)及二級(jí)保護(hù)的電涌保護(hù)器。一般分別采用65kA（8/20μs波形）及8kA（8/20μs波形）的電涌保護(hù)器。 最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc是保證電涌保護(hù)器可靠長(zhǎng)期工作及防止設(shè)備老化、電壓保護(hù)水平降低的重要性能指標(biāo)。其受電網(wǎng)標(biāo)稱(chēng)電壓、電網(wǎng)接地制式影響很大。 為了提供最佳的選擇，實(shí)際選用電涌保護(hù)器時(shí)采用分級(jí)配置。第一級(jí)保護(hù)應(yīng)能承受絕大部分雷電流，第二級(jí)配置泄放殘余雷電流，限制設(shè)備斷的殘電壓，同時(shí)與第一級(jí)保護(hù)配合使用。 為了防止電網(wǎng)中電壓波動(dòng)及經(jīng)常出現(xiàn)的脈沖電流的影響，在電涌保護(hù)器前加裝小型斷路器，使電涌保護(hù)器的壽命得到延長(zhǎng)。 五、 信號(hào)浪涌保護(hù)器的選擇及設(shè)置 為了防止雷電流從通信線路侵入設(shè)備中，對(duì)設(shè)備端口及傳輸數(shù)據(jù)造成影響，需要在通信線路端口出線端加裝信號(hào)浪涌保護(hù)器。目前常用的信號(hào)浪涌保護(hù)器有保護(hù)視頻的BNC接口信號(hào)浪涌保護(hù)器、保護(hù)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的RJ45接口信號(hào)浪涌保護(hù)器以及保護(hù)控制線路的串行口信號(hào)浪涌保護(hù)器。 信號(hào)浪涌保護(hù)器的選擇相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但值得注意的是信號(hào)浪涌保護(hù)器在保護(hù)線路不受電磁脈沖干擾的同時(shí)，不得影響通信線路本身的通信質(zhì)量，其對(duì)線路信號(hào)的損耗應(yīng)盡量低。 六、 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)典型防雷保護(hù)方案 （一） 監(jiān)控中心設(shè)備： 1. 監(jiān)控中心設(shè)備供電引自監(jiān)控大樓總配電柜，從總配電柜到監(jiān)控配電箱進(jìn)線前加裝Up=1.2kV、Imax=8kA（8/20μs波形）電涌保護(hù)器。 2. 監(jiān)控以太網(wǎng)交換機(jī)至通信接入網(wǎng)接口前加裝RJ45口信號(hào)浪涌保護(hù)器。 3. 監(jiān)控機(jī)房設(shè)備采用TN-S接地制式，保護(hù)接地電阻不大于4Ω。并采用等電位連接，使雷電流能夠在最短時(shí)間內(nèi)泄流、分流。 （二） 外場(chǎng)設(shè)備 1. 監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備供電引自就近變電所低壓開(kāi)關(guān)柜，監(jiān)控總配電箱放置于變電所室內(nèi)低壓開(kāi)關(guān)柜旁邊，由于低壓開(kāi)關(guān)柜采取了防雷保護(hù)措施，并且與配電箱很近，監(jiān)控總配電箱不設(shè)置防雷保護(hù)設(shè)備。 2. 遙控?cái)z像機(jī)、大型可變情報(bào)板等較高設(shè)備加裝避雷針，并采用Up=1.8kV、Imax=65kA（8/20μs波形）和Up=1.2kV、Imax=8A（8/20μs波形）的兩級(jí)電涌保護(hù)器。 3. 車(chē)輛檢測(cè)器、氣象檢測(cè)器及小型可變情報(bào)板只需加裝Up=1.2kV、Imax=8A（8/20μs波形）的電涌保護(hù)器。 4. 外場(chǎng)設(shè)備采用TN-S接地制式，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行重復(fù)接地，保護(hù)接地電阻不大于4Ω，防雷接地電阻不大于10Ω。 5. 在遙控?cái)z像機(jī)視頻輸出端口加裝BNC接口的視頻信號(hào)浪涌保護(hù)器，在其余設(shè)備控制端口前加裝串行口信號(hào)浪涌保護(hù)器。 防雷保護(hù)系統(tǒng)需要結(jié)合機(jī)電、供配電及房建設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)相關(guān)設(shè)施提出不同的要求，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到防雷保護(hù)的能力。防雷保護(hù)技術(shù)處于不斷的發(fā)展和完善之中，防雷保護(hù)產(chǎn)品也在不斷的更新?lián)Q代，大量的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和防雷實(shí)驗(yàn)對(duì)防雷保護(hù)理論的發(fā)展都起到了促進(jìn)作用。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)自身的特點(diǎn)進(jìn)行防雷保護(hù)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能夠免受雷電災(zāi)害的影響。 信息來(lái)源于：中國(guó)交通工程網(wǎng)