高速公路电子系统雷电电磁脉冲防护

　　【摘要】本文通过雷电电磁脉冲的传输途径，结合雷电防护区域划分的基本原则.以及屏蔽、等电位联结、安装浪涌保护器等措施，论述了雷电防护分区的实际应用和电子系统雷电电磁脉冲的具体防护方法。

　　【关键词】高速公路 电子系统 电磁脉冲防护

　　Abstract: This article through the lightning electromagnetic impulse transmission path, combined with lightning protection division of basic principles. And shielding, equipotential connection, such as installing surge protector and other measures, discusses the lightning protection division of the actual application and electronic system lightning electromagnetic impulse of the specific methods of protection

　　Key Words: express way, electronically system, electromagnetic pulse protection

　　中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：

　　前言

　　高速公路是全立交快速干道，其线路走向、出入口和管理区大多分布在较恶劣的野外暴露环境中，易遭受到雷电危害，特别是高速公路的电子系统，由于金属线缆连接的设备端口雷电浪涌耐受能力非常弱，极易遭受雷电电磁脉冲而引起设备损坏，甚至威胁到交通系统的正常运行。

　　1. 雷电电磁脉冲的传输及危害

　　雷电电磁脉冲的传播途径主要有导线传输和辐射传输两大类：导线传输是雷电电磁脉冲通过电力传输线、信号传输线、地下或地上电缆、天线馈线以及各种长金属导体的传输：辐射传输则是通过空间以电磁场的形式耦合到电子设备的接收天线或传输电缆上以危害电子设备。

　　雷电对电子系统的危害主要来源于雷电冲击电流。危害电子系统的最主要的电磁感应效应是南雷电流产生的雷电磁场造成的。雷电流波形的振幅和能量主要集中在低频部分.振幅频谱主要集中在1MHz以下，能量主要集中在几kHz到几百kHz。

　　雷电电磁脉冲以辐射或传导等方式进入电子信息系统。加至电子设备的输入、输出端口，在元器件上产生感应电压。由于其瞬变时间极短，所以感应电压

　　可以很高.以致产生电火花，一旦感应电压、感应电流超过了该元器件的损伤阈值.轻则使系统的正常运行受到干扰.重则造成元器件的永久性损坏。

　　2. 雷电防护分区原则

　　电子系统的雷电防护是一项系统工程.在采取具体的防护措施之前.需要按电磁兼容的原理，在电子系统所在建筑物已有雷电防护系统的基础上，将需要

　　保护的空间进行划分，即雷电防护分区。外部防雷系统包括接闪器、引下线和接地装置等.其主要目的是防止直接雷击造成的危害。内部防雷系统在外部防雷系统的基础上，为建筑物内的所有设备提供电位均衡.并确保被保护空间有够安全距离以防止危险的火花放电。

　　3. 电子系统雷电防护

　　根据雷电电磁脉冲的传播途径.要防止雷电电磁脉冲对电子系统造成危害.主要通过在已有防雷设施的基础上.结合雷电防护分区.采取相应的措施减弱导线传输和辐射传输来进行防护。减少雷电电磁脉冲的辐射传播的最基本措施是屏蔽。包括空间屏蔽、线缆屏蔽等.再结合合理定位及布线加以完善：减少导

　　线传播的主要途径为安装浪涌保护器。在上述措施的基础上再辅之以等电位联结.则可以最大限度地减少雷电电磁脉冲对电子系统的危害。现提出以下几种防雷方案

　　3.1地网实施要求

　　①机房建筑物地网宜采用围绕机房建筑物的环 行接地体，有建筑物基础地网时，环行接地体应与建筑物基础地网每隔5～10m相互作一次连接。

　　②高速公路各类站点应采用联合接地，即将各个机房建筑物的地网、配电设施(变压器等)接地装置等连为一体。当两建(构)筑物之间有电力、信号等线 缆连接，且两者接地装置之间的间距在30m以内时， 必须采用热镀锌扁钢将两接地装置联为一体。

　　③接地体之间的所有连接，必须使用焊接。焊点均应做防腐处理(浇灌在混凝土中的除外)。接地体扁钢搭接处的焊接长度，应为宽边的2倍，采用圆钢时应 为其直径的10倍。

　　④接地体埋深不宜小于0.7m(接地体上端距地面的距离)。水平接地体宜采用热镀锌扁钢，扁钢规格不小于40 mmX4 mm。垂直接地体宜采用长度不小于2.5m(特殊情况下可根据埋设地网的土质及地理情况 决定垂直接地体的长度)的热镀锌钢材，垂直接地体间距为垂直接地体长度的1～2倍，具体数量可以根据地网大小、地理环境情况来确定，地网四角的连接处应埋设垂直接地体。对于小型设施也可采用接地棒等新型接地装置。

　　3.2直击雷防护

　　高速公路各类站点的直击雷防护措施应满足《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2000)第二类防雷建筑物的相关规定。对于野外单独的机柜或者监控摄像

　　头等设施应装设独立避雷针.并应设置简易地网用于雷电流的泄放。可在建筑物屋顶设置不大于10mX10 m或12 mx8 m的避雷网格，避雷网应用直径不小于8 mm的圆钢，避雷网引下线不得少于2根，并沿四周均匀或对称布置，其间距不得大于18 m，接地点不得少于2处。对于屋顶的卫星接收器、天线等设施应架设避雷针进行保护。

　　3.3电源系统雷电防护

　　①具有金属护套的电缆入局时，应将金属护套接地。无金属外护套的电缆宜穿钢管埋地引入，钢管两端做好接地处理。

　　②高压电力电缆人站时，埋地长度应大于200 m，低压电力电缆入站时，埋地长度应大于15 m(高压电力电缆已做埋地处理时，低压电缆的埋地长度可不限制)。当埋地引人有困难时，应适当增加电源系统第一级过电压保护设备的防护等级。

　　③各类站点的电力电缆应该埋地引入，避免架空方式入局。其交流电源系统的雷电过电压保护应使用分级保护，各级浪涌保护器(SPD)的防护水平，应符合本级保护范围内被保护设备的绝缘水平。

　　3.4 信号电缆屏蔽方案

　　①电缆屏蔽层必须两端可靠接地，为了使屏蔽层内的纵向屏蔽电流均匀分布以获得最大限度的屏蔽性能，连接端宜使用同轴连接器(例如可接地的革兰 Gland)，连接器对屏蔽层能够提供360。的电接触。

　　②对于新建站点，如果需要敷设大量电缆，可建立有笼状结构的电缆沟。电缆沟的钢筋必须焊接连通并且连接到建筑物的钢筋上。对于已经建好但是钢筋连通性不好的电缆沟，可在电缆沟内敷设1～2根热镀锌扁钢，扁钢两端与地网可靠连接。

　　③对于已经建成的站点.重新埋设电缆沟或者穿钢管以及使用同轴连接器在施工上都存在很大的困难，此时可进行简单连接，即使用接地卡将电缆外层铠装接地，再辅以信号保护器的配合，也能保证设备的安全。

　　④敷设少量信号电缆时可采用套钢管地埋的方式.钢管两端可靠接地。

　　⑤连接电缆中闲置不用的空线对应做好接地处理。

　　⑥对于重要性比较高或者容易遭受雷击的电缆，应采用双层屏蔽或者套钢管的方式。如果条件有限无法实施，应在电缆附近沿线敷设一根热镀锌扁钢，扁钢两端与地网可靠连接。

　　3.5机房内部的等电位连接

　　各站点机房宜优先采用网状连接，可在机房内部沿墙壁设置均压环(一般设置在机房地板以下).均压环截面积应根据最大故障电流或材料机械强度来确定，一般应采用截面积不小于160 mm的铜排。该均压环从机房的四角用镀锌扁钢或截面积不小于95mm的多股铜线引出并和机房环形地网相连，所有连接皆采用焊接的方法并进行防锈蚀处理。机房内各设备应就近与均压环可靠连接。如果网状连接系统的实施或者改造有困难，也可以采用星形系统连接。星形系统连接只适用于设备所在区域面积较小的情况。另外，机房的接地与等电位连接系统还可根据建筑物的结构、楼层面积、楼层数量和设备布置等实际情况采用网状一星形混合连接形式。

　　3.6监控系统的防雷要求

　　①监控线缆的布放应避免使用架空线路，并采用屏蔽电缆或穿金属管敷设，电缆屏蔽层和外部屏蔽体应两端接地。

　　②环境监控和视频监控系统应根据情况对相应线路两端接口及设备电源进行过电压保护。当楼外的监控点不在联合地网范围内时，必须在信号线路及电源线路两端接口处安装SPD。

　　③选择各类监控接口SPD时，应满足设备传输速率(带宽)的要求，SPD接口与被保护设备接口应兼容。

　　④位于联合地网外或远离视频监控中心的摄像机，应分别在控制、电源、视频线两端安装SPD，云台和防雨罩必须就近接地。

　　结语：高速公路电子系统的雷电电磁防护是一个复杂的系统工程，本文从影响的方式和途径人手，提出雷电电磁脉冲防护的要求以及防护方法与建议，希望能够为高速公路的防雷工作提供一定的参考和指导。

　　参考文献：

　　[1]IEC 61312雷电电磁脉冲的防护 2011

　　[2].GB 50174-2008电子信息系统机房设计规范 2011

　　[3]GB/T 50311-2007综合布线系统工程设计规范 2011

　　[4]YD 5098-2005通信局(站)防雷与接地工程设计规范 2011