深圳市雷盾防雷科技有限公司
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高速公路機(jī)電系統(tǒng)整體防雷方案 深圳雷盾防雷
現(xiàn)在還有很多高速公路機(jī)電設(shè)計(jì)和施工中強(qiáng)電和弱電系統(tǒng)的防雷問題一直不被重視，接地的要求也不統(tǒng)一，弱電系統(tǒng)的接地處理更為簡(jiǎn)單。但是高速公路機(jī)電系統(tǒng)的防雷薄弱環(huán)節(jié)相對(duì)來說較多，因此易遭雷害，特別是感應(yīng)雷害和反擊雷害。高速公路機(jī)電系統(tǒng)的特點(diǎn)是點(diǎn)多、面廣、線長(zhǎng)，既有強(qiáng)電設(shè)備，又有大量的監(jiān)控、通信、傳感等弱電設(shè)備，外場(chǎng)設(shè)備遍布全路段，曠野區(qū)域往往有突出的設(shè)備點(diǎn)，電力線路往往要翻山越嶺，傳輸和控制線路往往經(jīng)常穿越復(fù)雜的地質(zhì)層面，這些都是易遭雷擊或雷電感應(yīng)的薄弱點(diǎn)。下面深圳雷盾防雷廠家給大家介紹下高速公路的雷電危害有哪些，以及該怎么去做好高速公路的雷電防護(hù)措施。
（一）、直擊雷的危害
當(dāng)直擊雷對(duì)地放電時(shí)，在8μs左右達(dá)到峰值，并在40μs內(nèi)完全泄放。因此，雷電流具有幅值極高、頻率極高、沖擊力極強(qiáng)等特點(diǎn)。按我國(guó)有關(guān)部門規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)雷強(qiáng)度為100KA，經(jīng)理論計(jì)算，若直擊雷直接擊中傳統(tǒng)避雷針，雷電流沿引下線泄放過程中，在每米高度上約有60KV的壓降，并隨著高度的增加而遞增。如此高的電壓會(huì)產(chǎn)生如下二次效應(yīng)：
· 反擊電壓
幾十甚至幾百KV的高電壓沿引下線入地的過程中，有可能直接擊穿空氣，損毀低壓設(shè)備，甚至危及人們的生命安全。在地網(wǎng)中，由于瞬態(tài)高電壓的沖擊，在接地點(diǎn)產(chǎn)生局部電位升高，在地網(wǎng)間出現(xiàn)電位差，由此，導(dǎo)致地中反擊而損壞電器設(shè)備。地網(wǎng)中的電位差還會(huì)產(chǎn)生跨步電壓，直接危及人們的生命。
· 感應(yīng)過電壓
雷擊產(chǎn)生的沖擊電流沿引下線對(duì)地泄放過程中，在引下線上會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)，耦合到供電線路或音頻線、數(shù)據(jù)線上，產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過弱電設(shè)備耐受能力的浪涌電壓，擊毀弱電設(shè)備。
（二）配電網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)暫態(tài)過電壓的產(chǎn)生及危害
1、配電網(wǎng)中暫態(tài)過電壓的產(chǎn)生
暫態(tài)過電壓是配電系統(tǒng)中最常見的干擾形式，對(duì)用電設(shè)備最具危害。配電系統(tǒng)中暫態(tài)過電壓產(chǎn)生的原因很多，而且大部份帶有隨機(jī)性，有雷電過電壓和內(nèi)部過電壓。
（1）雷電過電壓
當(dāng)雷擊輸電線路或雷閃放電發(fā)生在輸電線路附近時(shí)，通過直接的或電容耦合的方式，雷閃放電將會(huì)在輸電線路上形成暫態(tài)過電壓，并以流動(dòng)波形式沿線路向各發(fā)配電系統(tǒng)和用電設(shè)備侵襲，危及設(shè)備的安全。為了保證發(fā)配電系統(tǒng)和用電設(shè)備免受雷電的破壞，電網(wǎng)中采用架空避雷線，加裝避雷器等防雷措施。這些措施可大大削弱暫態(tài)過電壓波的強(qiáng)度，減少雷擊的破壞程度。但是這些措施并不能完全消除電網(wǎng)中由雷擊引起的暫態(tài)過電壓，仍有一部份幅值較低的過電壓在電網(wǎng)中存在，這些過電壓對(duì)一些低壓等級(jí)的用電設(shè)備，特別是對(duì)計(jì)算機(jī)和其它裝有大規(guī)模集成電路的電子系統(tǒng)以及家用電器等存在較大威協(xié)。
另外，當(dāng)雷擊中建筑物時(shí)，由于一些電源與電子系統(tǒng)或電子系統(tǒng)之間的聯(lián)結(jié)電纜與建筑物共用接地系統(tǒng)，將有一部份雷電流流進(jìn)電纜，通過電纜到達(dá)電子設(shè)備。
（2）內(nèi)部操作過電壓
在電力系統(tǒng)的內(nèi)部，由于斷路器的操作，負(fù)荷的投入和切除系統(tǒng)故障系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變化，而使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，從而引起的電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)化或傳輸過渡過程，將在系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓，這種過電壓稱為內(nèi)部過電壓，在用電網(wǎng)絡(luò)中引起內(nèi)部過電壓的原因大至可分為：
①電力重負(fù)荷的投入和切除（電梯、大功率空調(diào)節(jié)器機(jī)、冷凍機(jī)和醫(yī)療設(shè)備以及大功率的其它設(shè)備）
②感性負(fù)荷的投入和切除（電梯或繼電器的線圈、帶負(fù)荷的變壓器）
③功率因數(shù)補(bǔ)償電容器的投入和切除
④斷路器或保險(xiǎn)裝置的操作
⑤短路故障
2、用電系統(tǒng)中暫態(tài)過電壓的危害
· 穩(wěn)壓電源不能消除暫態(tài)過電壓
由于用電網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷的投入和切除，不但會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)的暫態(tài)過電壓，而且會(huì)引起電網(wǎng)的工類電壓的升高或降低，使工類電壓值在一定的范圍波動(dòng)，而電子設(shè)備一般對(duì)工作電壓要求很嚴(yán)，電壓太高，輕則使電子元件逐漸老化，重則使電子元件損壞。一般的穩(wěn)壓電源的功能就是對(duì)工頻電壓起穩(wěn)壓作用，使用電設(shè)備的工作電壓穩(wěn)定，保證用電設(shè)備在工頻電壓下的安全運(yùn)行，而穩(wěn)壓電源對(duì)于快速的暫態(tài)過電壓卻來不及反應(yīng)和發(fā)揮穩(wěn)壓的作用。在暫態(tài)過電壓的作用下，穩(wěn)壓電源還可能被損壞。
· UPS不能消除暫態(tài)過電壓
電網(wǎng)中由于故障或其它原因會(huì)突然停電。突然停電將給醫(yī)療、銀行金融、國(guó)防以及其它部門帶來不可估量的損失。UPS的功能就是在突然停電的情況下，在很短的時(shí)間內(nèi)及時(shí)將備用電源投入，保證用電設(shè)備供電的連續(xù)性，使用電設(shè)備在突然停電的情況下仍能繼續(xù)工作一段時(shí)間或長(zhǎng)期運(yùn)行。但UPS不能消除暫態(tài)過電壓，在電網(wǎng)停電UPS動(dòng)作的情況下，反而會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)過電壓。在暫態(tài)過電壓的作用下，UPS自身有可能被損壞。
高速公路機(jī)電系統(tǒng)的防雷原則
高速公路的監(jiān)控、收費(fèi)和通信系統(tǒng)防雷是一個(gè)很復(fù)雜的問題，不可能依靠一、二種先進(jìn)的設(shè)備和防雷措施就能完全消除雷電過電壓的影響，必須采用綜合治理的方法，對(duì)癥下藥將各類可能產(chǎn)生雷擊的因素排除，才能將雷害減少到最低限度。
在雷電過電壓保護(hù)上最好遵守下列原則及建議：
①根據(jù)電磁兼容原理將過去局部的或單一的雷電過電壓保護(hù)措施納入到整體、系統(tǒng)的防雷體系；
②根據(jù)雷電保護(hù)區(qū)的劃分原則，確立高速公路系統(tǒng)雷電過電壓保護(hù)的思路；
③根據(jù)高速公路系統(tǒng)的供電設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備和通信設(shè)備所處的雷電保護(hù)區(qū)范圍，在雷電過電壓保護(hù)器件的選擇上，應(yīng)當(dāng)瞻前顧后考慮其雷電過電壓保護(hù)器件的各類參數(shù)；
④雷電過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)中氧化鋅壓敏電阻的壓敏電壓應(yīng)滿足城市、郊區(qū)、山區(qū)的需要，要適合中國(guó)國(guó)情的要求（電力供電，電壓起伏較大的特點(diǎn)）。
雷電保護(hù)區(qū)域的劃分及防雷保護(hù)
1、雷電保護(hù)區(qū)域的劃分原則
將需要保護(hù)和控制雷擊電磁環(huán)境的建筑物空間，從外部對(duì)內(nèi)部劃分為多個(gè)不同的雷電防護(hù)區(qū)域（LPZ），以規(guī)定各部分LPZ空間內(nèi)的雷電電磁脈沖（LEMP）的強(qiáng)度變化的嚴(yán)重程度，以便采取不同的防護(hù)措施。如下圖1所示，對(duì)于通信中心（站）一個(gè)欲保護(hù)的區(qū)域，從電磁兼容的角度出發(fā)，可由外到內(nèi)分為幾級(jí)保護(hù)區(qū)，通信中心（站）建筑物外部是直接雷擊的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備最容易遭受損害，危險(xiǎn)性最高，是暴露區(qū)域，稱為0區(qū)。而0區(qū)內(nèi)的各類物體都可能遭到直接雷擊，且電磁場(chǎng)沒有衰減，屬于完全暴露的不設(shè)防的直擊雷防護(hù)區(qū)域稱為LPZ0A區(qū)；各類建筑物（如天線）很少遭到直接雷擊但本區(qū)電磁場(chǎng)沒有衰減，屬于充分暴露的直擊雷防護(hù)區(qū)域稱為LPZ0B區(qū)。建筑物內(nèi)部及通信設(shè)備不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各類設(shè)備導(dǎo)體的電流比LPZ0B區(qū)進(jìn)一步減少，由于建筑物的屏蔽措施，其建筑物內(nèi)部設(shè)備的金屬外殼，所處的位置為非暴露區(qū)，可將其稱為LPZ1區(qū)、LPZ2區(qū)，越往內(nèi)部，危險(xiǎn)程度越低，雷電過電壓主要是沿線引入。保護(hù)區(qū)的界面通過外部的防雷系統(tǒng)、建筑物的鋼筋混凝土及金屬外殼等構(gòu)成的屏蔽層而形成的，電氣通道以及金屬管道等則通過這些界面。
圖.1 雷電保護(hù)區(qū)域劃分的示意圖
2、接地系統(tǒng)
接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應(yīng)雷、或其他形式的雷，最終都是把雷電流送入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置是不能可靠地避雷的。接地電阻越小，散流就越快，被雷擊物體高電位保持時(shí)間就越短，危險(xiǎn)性就越小。對(duì)于一般民用建筑的接地電阻要求≤10歐姆，并且采取共用接地的方法將避雷接地、電器安全接地、交流地、統(tǒng)一為一個(gè)接地裝置。如有特殊要求設(shè)置獨(dú)立地，則應(yīng)在兩地網(wǎng)間用地極保護(hù)器連接，這樣，兩地網(wǎng)之間平時(shí)是獨(dú)立的，防止干擾，當(dāng)雷電流來到時(shí)兩地網(wǎng)間通過地極保護(hù)器瞬間連通，形成等電位連接。
3、防雷等電位連接
等電位連接的目的，在于減少需要防雷的空間內(nèi)各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差。穿過各防雷區(qū)交界的金屬部件和系統(tǒng)，以及在一個(gè)防雷區(qū)內(nèi)部的金屬部件和系統(tǒng)，都應(yīng)在防雷區(qū)交界處做等電位連接。應(yīng)采用等電位連接線和螺栓緊固的線夾在等電位連接帶做等電位連接，而且當(dāng)需要時(shí)，應(yīng)采用避雷器做暫態(tài)等電位連接。
防雷等電位連接示圖
4、雷電保護(hù)區(qū)供電系統(tǒng)的分級(jí)保護(hù)
圖2. TN-S供電系統(tǒng)雷電過電壓的保護(hù)方式
交流供電系統(tǒng)應(yīng)采用TN-S制，即三相五線制（單相三線制）供電方式。在這種供電方式的整個(gè)系統(tǒng)中，具有單獨(dú)的中線N和保護(hù)接地線PE；在系統(tǒng)中，中線N與保護(hù)接地線PE分開。根據(jù)供配電線路導(dǎo)體長(zhǎng)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)、防雷器件的特性、來自線路雷電流的強(qiáng)度，以及配電系統(tǒng)中各部分的耐電水平，必須采用多級(jí)、分級(jí)防雷保護(hù)。
對(duì)用戶供電系統(tǒng)預(yù)防LEMP，一般采用用戶總電源、用戶分電源、設(shè)備工作機(jī)房電源等多級(jí)保護(hù)方法治理，分級(jí)配置“進(jìn)戶”、“進(jìn)室”、“單機(jī)”及“直流”電源過電壓保護(hù)器予以保護(hù)。如圖2.2所示，入戶電力變壓器低壓側(cè)應(yīng)安裝三相過電壓保護(hù)器SPD1，其雷電通流容量不應(yīng)低于60kA作為第一級(jí)保護(hù)；分配電柜線路輸出端配置一臺(tái)過電壓保護(hù)器SPD2，其雷電通流容量應(yīng)不小于40kA，作為第二級(jí)保護(hù)；在設(shè)備交流電源進(jìn)線端配置一臺(tái)帶過電壓保護(hù)器的插座SPD3，其雷電通流容量應(yīng)不小于10kA，作為第三級(jí)保護(hù)。
· 設(shè)計(jì)方案的論述
供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)（如圖所示）
· 第一級(jí)：在入戶變壓器低壓側(cè)的總配電柜的總控制開關(guān)出加裝LD-DY380/100/X電源防雷箱
· 第二級(jí)：在收費(fèi)廣場(chǎng)電源室UPS總輸入開關(guān)處加裝60KA三相電源防雷器LD-DY60/B/4過電壓保護(hù)器；串接空氣開關(guān)規(guī)格：三位63A
· 第三級(jí)：對(duì)各房間配置的UPS控制開關(guān)處加裝過壓保護(hù)器，10KW的、5KW的采用40KA單相電源防雷器LD-DY40/C/2
· 第三級(jí)：UPS輸出配線架的兩路總開關(guān)處加裝40KA單相電源防雷器LD-FY40/C/2過壓保護(hù)器
· 第一級(jí)：各車道收費(fèi)點(diǎn)兩路電源（一路市電、一路UPS供電）開關(guān)處加裝40KA單相電源防雷器LD-DY40/C/2過壓保護(hù)器
· 作為車道收費(fèi)點(diǎn)的電源第二級(jí)保護(hù)，需在設(shè)備供電插座處增設(shè)PDU防雷插座LD-6/10PDU過壓保護(hù)器
等電位及接地
根據(jù)電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174-93，第6.4.3條交流工作接地、安全保護(hù)接地、直流工作接地、防防雷接地等四種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻按其中最小值確定；若防雷接地單獨(dú)設(shè)置接地裝置時(shí)，其余三種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于其中最小值，并應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求采取防止反擊措施。
1、發(fā)電機(jī)房
設(shè)置環(huán)形等電位裝置，采用40×4mm鍍鋅扁鐵沿發(fā)電房低面墻壁安裝，遇門、道需繞行，最后形成封閉的環(huán)形裝置；再?gòu)?/span>2處基柱取鋼筋與等電位裝置可靠焊接。
另外在與發(fā)電機(jī)距離最近墻面處，引鍍鋅扁鐵到發(fā)電機(jī)處，采用螺栓可靠連接（或焊接）
2、收費(fèi)站大樓防雷接地
新做地網(wǎng)工程，最省做法為：接地極采用50*50*5mm鍍鋅角鋼，長(zhǎng)度為2.5m，挖土溝深0.8-1.0m，寬度以方便焊接操作為宜，一般為0.3米，然后將接地極打入地下，接地極間距為4~5m，上端部用40*4鍍鋅扁鋼焊接相連，并與建筑物基礎(chǔ)主鋼筋焊接，焊接處須進(jìn)行防銹、防腐處理。由于各地情況不同，須打入多少根接地極須視具體情況而定，因?yàn)橐獫M足接地地阻值小于4歐姆的要求。
A、地網(wǎng)挖溝：接地極為三根時(shí)呈“一”字形，六根時(shí)呈“日”字形。
B、接地引入線（單點(diǎn)接地線）材料采用25mm2多股銅芯電纜。接地引入線應(yīng)作絕緣處理，或采用防松墊圈的螺栓緊固，引入線全程加套PVC管保護(hù)，可沿強(qiáng)電井下引，若沿外墻引入，裸露在地面以上部分，應(yīng)有防止機(jī)械損傷的措施，如套Ф50的鍍鋅水管。
C、地網(wǎng)接地電阻值須小于4Ω。
當(dāng)增加接地體不易達(dá)到降低地阻時(shí)，可采取石墨金屬接地極、換土、加降阻劑等方法。
3、防雷器接地
B級(jí)防雷器其接地線截面積不應(yīng)小于16mm2，材料為多股銅線；C級(jí)防雷器其接地線截面積不應(yīng)小于10mm2，材料為多股銅線。供電系統(tǒng)各個(gè)SPD的接地端，應(yīng)分別連接到室內(nèi)接地匯集排上，從匯集排引不應(yīng)小于25mm2地線至室外地網(wǎng)上。
