六潜高速公路雷电防护系统防雷环境评估及整改方案.doc

六潜高速公路雷电防护系统防雷环境评估及整改方案 六潜高速公路自投入使用已经是第三年了。本文将通过前两年在六潜高速公路防雷实践中收集的雷击灾害资料以及常规检测资料，另一方面收集建设过程中土建、房建、构筑物、监控、通讯、供电、照明、隧道、桥梁、机电系统以及电子系统的工程现状，记录分析雷击对六潜高速公路各设备的危害特性，剖析六潜高速公路雷电防护系统现状。最后，根据六潜高速公路雷电防护系统的实际情况，采用国家现行防雷标准中的一些强制性规定，提出六潜高速公路雷电防护系统具体的整改措施。涉及各类接闪器、引下线、接地体的设计；机电系统、电子系统雷击电磁脉冲防护措施中的屏蔽、布线，等电位连接等的设计。一、雷电防护系统现状雷电是因强对流天气而形成的雷雨云间、云于大地之间瞬间强烈的放电现象。雷电时将产生强大的雷击电流、火热的高温、剧烈的冲击波、瞬变的电磁场、强烈的电磁辐射等综合物理效应。随着近年来电子技术的飞速发展，雷电灾害已被国际电工委会称为“电子化时代的一大公害”。高速公路的机电系统是一个功能强大、系统复杂的电器、电子系统。现代通讯、监控、计算机技术在高速公路得到广泛的应用。既有强电设备、又有大量的监控、通讯、传感等弱电设备，各类高集成度电子设备、大规模及超大集成电路的广泛应用，使得各类机电设备对雷电侵袭的抵御能力越来越差。六潜高速公路的机电设备分布点多、面广、线长，遍布全程，收费站位于郊外,周边地处空旷,其建筑物经常为附近最高点,电力线路往往要翻山越岭,传输和控制线路穿越复杂的地质层面, 此外路面、路基、桥梁、隧道的施工导致了公路沿线地质、地貌、土壤电阻率的变化，这些都是易遭雷击或雷电感应的薄弱点.同时,在机电设计和施工中强电和弱电系统的防雷各自为政,接地的规定也不统一,弱电系统的接地解决更为简朴.由于上述种种因素, 六潜高速公路机电系统的防雷薄弱环节相对来说较多,因此易遭雷害,特别是感应雷害。自投入使用以来，雷击事故时有发生。这不仅导致了一定的经济损失，同时也给高速公路的运营管理安全带来极大的隐患。资料显示，六潜高速公路前期建设是分段投标，机电设备是分项目投标。同一地点无统一的雷电防护方案。各项目分别施工、分别验收，分项(大部分)得标。但作为整体雷电防护却不符合规范规定。具体情况如下：1、 同区内各机电设备接地电阻有小部分不相同，未作等电位连接；2、 各信号线、电源线、地下管道互相交叉重叠；3、 各隧道两边联合接地的接地电阻各小部分不相同，未作等电位连接，大部分隧道接地电阻超过规范规定；4、 前程部分监控、照明设备接地电阻超过规范规定；5、 前程部分电力线、信号线裸露，无防直击雷措施；6、 部分电源铠装电缆两端、光缆线加强筋未作接地解决；7、 收费岛无常规检测端口，岛内各设备未作等电位连接；因此六潜高速公路雷电防护系统的全面整改刻不容缓。二、雷电侵入机电系统的途径（1）由系统通信线等信号传输电缆侵入高速公路机电工程中的通信线重要涉及计算机系统的网络线、摄像系统的信号线等，信号传输电缆线中出现的雷过电压、过电流，一般包含两种情况：一是信号传输电缆旁有大树、高大建筑物、独立避雷针等地面突出物，当直击雷击中这些突出物时，强电压将把附近土壤击穿，雷电流直接侵入到电缆外皮，进而击穿电缆使高压侵入电缆芯线。雷电流在电缆外皮流动时也可以在芯线上感应出过电压。另一种情况是当设备附近发生雷云对地放电时，由雷电水平电场感应出过电压。根据有关部门记录资料表白，埋地电缆芯线上的感应过电压一般为几百到几千伏，情况严重时可达5kv以上。信号电缆直接与设备的接口相连，因此过电压会由此而入。（2）由交流供电线路侵入不管是架空的高压电力线还是低压电力线，均也许被直击雷或感应雷击中。（3）地电位反击机电设备附近的避雷针或房屋避雷装置可以吸引雷电、保护建筑物，但当雷击时强大的雷电流经引下线和接地装置导入大地时，接地装置周边土壤形成喇叭形电位分布。当计算机设备的接地装置和它接近时，高地电位便可由此侵入计算机设备导致危害。三、防雷接地的基本概念、种类和作用（1）工作接地供电系统用变压器的中性点直接接地，在工作或事故情况下，保证电器设备可靠地运营，减少人体接触电压，迅速切除故障设备或线路、减少电器设备和输电线路的绝缘水平。（2）保护接地电器设备在正常工作情况下，不带电的金属部分与接地体之间应做良好的金属连接。在中性点不接地系统中，假如电器设备没有保护接地，当该设备某处绝缘损坏时，外壳将带电，同时由于线路与大地间存在电容，人体触及此绝缘损坏电器设备外壳，则电流流入人体形成通路，人将遭受触电的危险。设有该接地装置后，接地电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过，接地电阻越小，流过人体的电流也越小，当接地电阻极微小时，流经人体的电流可不至于导致危害，人体避免触电的危险。（3）反复接地将零线上的多点与大地多次做金属性连接。当中型点直接接地系统中发生碰壳或接地短路时，可减少对地电压；当零线发生断裂时，可以使故障的危害限度减轻。（4）直流工作接地计算机以及一切微电子设备，大部分采用中、大规模集成电路，工作于较低的直流电压下，为使同一系统的计算机、微电子设备的工作电路具有同一电位参考点，将所有设备的零电位点接于一接地装置，它可以稳定电路的电位，防止外来干扰，这称为直流工作接地。同一系统的设备接于同一接地装置后，无论是模拟量还是数字量，在进行互换或通信时，才有统一的电位参考点，从而给接于同一接地装置的计算机或微电子设备，提供稳定的工作电位，有效地衰减以致消除各种电磁干扰，保证数据解决或信号传递准确无误。（5）防雷接地为使雷电浪涌电流导入大地，使被保护物免遭直击雷或感应雷等浪涌过电压、过电流的危害，所有建筑物、电器设备、线路、网络等不带电金属部分，金属护套，以及一切水、气管道等均应与防雷接地装置作金属性连接。防雷接地装置涉及避雷针、带、线、网、接地引下线、接地引入线、接地汇集线、接地体等。四、综合防雷接地方案防雷是一项系统工程，它涉及防止直接的雷击、以及防止和克制雷电电磁脉冲干扰的各种传输形式导致的危害等环节。高速公路机电系统应采用拦截、屏蔽、光电隔离、均压、分流和联合接地等综合防雷措施。1.对于收费亭、收费站机房、收费中心机房应按建筑物防雷设计规范规定设计和安装避雷装置，其均匀分布的接闪器和引下线拦截闪电，将雷电流均匀地分流入地。外场设备如收费广场的摄像机应安装防直击雷的避雷针，在外场的设备机箱设立良好的接地系统。2.信号传输线的屏蔽（1）电缆最外层的铠装保护套应多点可靠接地；（2）电缆屏蔽的效果取决于它的转移阻抗和绝缘层介质的绝缘强度，因此，宜选用转移阻抗小的电缆。3.光电隔离随着光纤和光传输设备价格的下降，在投资允许的情况下，尽也许采用光设备。如收费广场到收费站机房的收费数据、收费亭的图像传输就可以使用光纤传输，防止雷电过电波的侵入。4.均压均压就是把导体做良好的导电性连接，使它们达成电位相等，为雷电流提供低阻抗的连续通道，使其迅速导入大地。（1）把收费站（中心）机房的设备、金属管道、电缆的金属外皮、构架等重要金属物，就近接到电气装置的保护接地装置上。（2）在机房的金属管道、电缆等进入或引出处，把保护接地干线、电气装置的接地干线、金属管道、电缆的金属外皮、建筑物的水管等导电部分，在等电位连接端子板上连接起来，然后再与接地母线相连。5.分流雷电感应过电压是导致机电系统电子设备损坏的重要因素之一。为防止雷电过电压波侵害，机电系统还应在电缆和终端设备的输入端连接处装设避雷器和保护器件。6.联合接地在条件也许的情况下，最佳使建筑物和机电系统或机电系统不同的子系统之间采用联合接地方式。在建筑物和机电系统之间采用联合接地时，接地体以采用自然接地体为主。7、架设接闪器收费站一般处在郊外，建筑物（构筑物）相应孤立，接闪几率相对提高。为减少建筑物（构筑物）直接接闪，在其周边树立独立的接闪器（避雷针），使建筑物（构筑物）、外露电源线、信号线处在LPZ0b区内。8、 沿途隧道、变压器、发电机房、太阳能电源相对联合接地。9、 沿途相对集中的中杆灯、监控摄像头相对联合接地。10、 沿途相对孤立的中杆灯、监控摄像头接地不合格的重新安装接地体。11、 按规范定期检测防雷器（SPD）、防雷接地。定期对沿途相对中杆灯灯杆、监控、龙门架、接闪器（避雷针、避雷带）进行防锈解决。 霍山县防雷中心 2023.10.2