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1、,高速公路防雷工程若干问题探讨王文熙福建省高速公路福州监控中心,前 言,高速公路的通信、监控、收费与通风照明系统是一个功能强大的电器、电子系统，简称高速公路机电系统。由于高速公路所涉地域广、距离长、地形复杂，极易受到雷电的干扰和危害。特别是雷电多发地区的高速公路，每年都会发生很多起机电系统雷击事故。例如：福建高速公路泉厦段，去年遭破坏性的雷击次数就达6次。最严重一次是2002年6月30日厦门收费所遭雷击导致收费系统几乎瘫痪，损坏设备类型达8种之多，累计金额达20余万元。我们在高速公路机电系统的建设与维护维修过程中，深受雷电带来的灾害之苦，深感高速公路防雷的重要性。,内容摘要,高速公路机电系统防
2、雷工程目前存在的一些问题。高速公路机电系统防雷工程的设计、施工、监理、运行维护各阶段的规范化管理方面的要点。高速公路机电防雷技术规范化方面的要点。介绍我们在高速公路机电系统防雷工程建设与维护中的几点经验体会。,防雷工程目前存在的一些问题,高速公路防雷工程管理高速公路防雷设计高速公路防雷施工高速公路防雷系统维护,问题一：防雷工程管理方面,高速公路防雷系统工程存在房建防雷与机电系统防雷缺乏良好的综合设计和有效的统一管理。高速公路机电防雷部分在设计和招评标阶段重视程度不够，评审过程计分比重太小、甚至忽略。投标单位响应不全面，防雷工程造价在后期工程中的投入偏差效大。高速公路防雷系统工程规范管理制度还需
3、建立。,问题二：防雷设计方面,设计单位和设计者在防雷专业方面的资格问题。高速公路房建防雷与机电系统防雷在设计要求上有脱节现象。机电设计中防雷部分在设计上缺乏良好的综合性和系统性，普遍存在防雷系统方案不完整，技术指标和工艺要求不明确等现象。防雷产品的厂家、型号、规格无指定。高速公路机电系统防雷工程设计规范应尽快出台。,问题三：防雷施工方面,施工单位无防雷专业资格，施工者无防雷专业知识，导致防雷工艺要求不合格现象普遍存在。施工监理缺乏防雷专业化知识和相应工程施工经验，导致防雷工程质量达不到要求也相当严重。施工过程因设计不具体而容易被简化和忽略了某些重要内容，导致防雷系统出现漏洞和隐患，产生的不良后
4、果往往使工程质量很难让营运管理者满意，容易发生工程合同上的纠纷，以及被雷击后无备品备件维修，导致重大功能长期失效，严重影响高速公路正常营运。机电工程和房建工程的防雷设计在工程交工质量总体评价中不够重视。,问题四：防雷系统维护方面,防雷系统没有定期检测，容易带来因防雷器失效而发生机电设备被雷击的事故。现有维护维修单位缺乏必要的专用防雷器性能检测的仪器。防雷系统日常维护管理无强制性规定。,防雷工程管理规范要点,为提高高速公路防雷工程的质量，减轻雷电对高速公路机电系统带来的危害，应当实行高速公路防雷工程建设的科学化、程序化、专业化的规范管理制度，在已有的高速公路工程建设与运营的规范化管理中增加防雷系
5、统工程这一特殊的规范化管理要求。,防雷工程管理规范要点,遵照执行国家防雷减灾管理办法（2000年6月20日颁发），明确高速公路防雷系统工程管理总则。高速公路防雷工程设计与建设应实行防雷专业资质和资格的管理制度。包括设计单位、施工单位、工程监理、维护单位及从业人员。高速公路防雷工程在机电和房建工程招标与投标中应明确防雷部分的特殊要求和规定。明确防雷工程施工过程各环节的验收过程和标准以及工程质量管理人员应负的职责。高速公路防雷产品要实行国家统一的准入制度，对高速公路特殊防雷部件实行指定国家计量单位检测和认证制度。如：高速公路紧急电话系统中的防雷部件等。,防雷工程管理规范要点,高速公路机电工程和房建
6、工程在工程交工质量总体评价中应明确防雷工程所占比重或实行一票否决制度。确立高速公路防雷工程罚则，明确有关违反高速公路防雷管理规定的处罚条款。防雷系统应实行定期检测制度，明确维护管理各项规章制度，明确维护维修单位应具备的基本防雷检测工具和检测仪器，以及技术人员的专业化知识和技能的培训制度。防雷产品选用指南。有关国家行业管理部门定期对防雷产品市场信息进行汇总、编辑出版。,高速公路防雷技术规范要点,高速公路机电系统防雷工程的技术规范化要求方面，要依据国家有关防雷法规，参照国家已出台的防雷设计规范与防雷产品规范，结合高速公路防雷的特殊性，从高速公路机电系统的防雷系统设计、工程施工与监理、完工指标检测与
7、工艺检查、日常维护维修上作规范化要求。,高速公路防雷技术规范要点,高速公路机电系统房建防雷技术要求。主要包括：监控楼、配电房、收费棚、通信机房、各类外场设备基础、建筑物内各类金属物体的等电位体（供水、供暖、制冷、供气、照明线路、线缆管道、铝制或铁制的门窗等）。建筑防雷设计须遵循国家有关防雷规定。应参考国际电工委员会IEC有关标准和中国国标与部委颁发的各类设计规范，如IEC61024、IEC61312国际电工委员会防雷规范，GB50057-94 建筑物防雷设计规范，GB50174-93计算机房防雷设计规范，GB2887-89 计算机场地技术条件，97SD567等电位联结安装国家建筑标准设计图集以
8、及高速公路特定设计要求等。,高速公路防雷技术规范要点,高速公路收费站综合防雷设计要求。主要明确收费站内各建筑和机电设备在综合防雷方面的等电位体连接设计上的要求，还应包括收费棚出入口道路在内可利用的地基钢筋网、云台摄像机、票亭、车道摄像机、电动栏杆、费额显示器等。高速公路电力供给系统防雷技术要求。主要包括接地系统方式和技术要求，以及多级电源防雷体系要求。可参考信息产业部颁发的YD5078-98通信工程电源系统防雷技术规定。机房场地安全技术的设计要求,包括防静电地板材料参数、接地形式、屏蔽网、汇流排等，应参考GB2887-89计算站场地技术文件，GB9361-88计算站场地安全要求等。,高速公路防
9、雷技术规范要点,非等电位的金属导体采用瞬态等电位连接器（SPD称电涌保护器Surge Protection Device)的防雷技术要求。主要指各类信号线、电源线、控制线上的防雷保护。依据该金属线上的信号参数及所处物理位置情况制定不同的保护级别、保护形式以及各类电涌保护器的技术参数、适用环境和技术要求。这些要求包括：各类不同材质防雷器（气体放电型、金属氧化物半导体电阻器MOV、瞬间电压抑制器TVS、自恢复保丝PTC、以及几种器件复合型的产品）的适用场合、通流能力、反应时间、最大连续工作电压和残压、通频带宽（速率）、DC/AC、报警功能、接口类型等等内容，可参考规范有：IEC61312-3电涌保
10、护装置的要求，GB10195-88浪涌抑制型压敏电阻器标准，国家公安部GA173-1998计算机信息系统防雷保安器标准等。,高速公路防雷技术规范要点,高速公路电子设备雷击试验技术规定。对在高速公路上使用的设备有必要进行防雷击性能的测试，以确保高速公路机电设备的可靠、稳定的工作。可参考：GB34823483电子设备雷击试验国家标准。防雷系统维护维修技术要求，应包括等电位体检测方法，各类防雷器的检修方法，各种信号线上电涌保护装置的测试标准及必需的测试工具和测试仪器。,高速公路防雷技术规范要点,防雷参照标准：依据国际电工委员会IEC标准、德国VDE标准和中国GB标准与部委颁发的设计规范的要求，该建筑
11、物和大楼内之计算机房等设备都必须有完整完善之防护措施，保证该系统能正常运作。这包括电源供电系统、不间断供电系统，空调设备、电脑网络、通信设备等装置应有防护装置保护。,高速公路防雷技术规范要点,GB50057-94建筑物防雷设计规范 为使建筑物防雷设计因地制宜的采用防雷措施，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，做到安全可靠，技术先进，经济合理。本规范不适用于天线塔，共用天线电视接收系统，化工厂户外装置的防雷设计。,高速公路防雷技术规范要点,GB50174-93计算机房防雷设计规范本规范适用于陆地上新建、该建和扩建的主机房建筑面积大于或等于140M2的电子计算机机房的设计。而本规
12、范不适用于工业控制用计算机房和微型计算机机房。为了使电子计算机机房确保电脑网络系统稳定可靠运行和保障机房安全使用，应符合现行有关标准规范的规定。,高速公路防雷技术规范要点,GB2887-89 计算站场地技术文件本标准规定了计算场地技术要求与测试方法，并适用于各类地面计算站依据计算站的性质、任务、工作量的大小，计算机类型的不同，计算机对供电、空调等的要求。至于测试方式从环境因素的不同采用合适测试仪表，这包括磁场干扰环境场强的测试和接地电阻测试。,高速公路防雷技术规范要点,GB9361-88 计算站场地安全要求本标准规定了计算站场地的安全要求，并适用于各类地面计算站，不建站的地面计算机机房，按本标
13、准对计算机机房的有关要求执行；改建的或非地面计算机机房可参照本标准执行。,高速公路防雷技术规范要点,JGJ/T16-92 民用建筑电气执行规范为在民用建筑电气设计中更好地贯彻执行国家的技术政策，作到安全可靠，技术先进、经济合理、维护方便。本规范使用于城镇新建、改建和扩建的单体及群体民用建筑的电气设计。,高速公路防雷技术规范要点,GA173-1998计算机信息系统防雷保安器 计算机信息系统加装有效可靠的防雷保安器，是国际上通用的最有效的防护措施。防雷保安器是保证计算机信息系统安全的专用产品，因此它应符合本标准的技术要求、实验方法、检验规则、标志、包装、运输及储存，并能有效防止感应雷电破坏该系统受
14、保护设备。,高速公路防雷技术规范要点,IEC1312雷电电磁脉冲的防护 本标准为建筑物内或建筑物顶部信息系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护；并对装有这系统（如电子系统）的建筑物评估LEMP屏蔽措施的效率的方法。针对现有的防雷器（SPD）应用在防雷区概念安装上提出相关的要求。,高速公路防雷技术规范要点,IEC 61643 SPD电源防雷器 本标准对电源防雷器用于交直流电源电路和设备上，额定电压在1000a.c.或1500d.c.。电源防雷器分级分类测试和应用。IEC 61644 SPD 通讯网络防雷器本标准对通讯网络防雷器用于通信信号网络系统，这类防雷器内置过压过流元器件，额定电压在
15、1000a.c.或1500d.c.。,高速公路防雷技术规范要点,VDE0675过电压保护器过电压放电保护器（电源防雷器）适用于额定交直流电压在100V至1000V范围内之供电配电系统，对应于防雷器作出分级分类要求（德国标准）。,高速公路防雷工程中几点体会,高速公路机电系统的防雷是一个整体防护工程的概念。例1 相对独立的防雷保护体同样需要多区间的防雷设计保护。如：紧急电话分机、车辆检测器VD、广场摄影机、可变情报板等。例2等电位连接方面在实际的机电工程中往往存在很大的漏洞。例3、例4、例5信号传输屏蔽处理具有良好的防雷作用，各类线缆连接应尽量采用。例6、例7、例8坚持对每起雷击事件的原因分析，进
16、行亡羊补牢，有利于逐步完善高速公路机电系统的防雷性能。某些重要的电子设备和无人值守的设备在雷电多发地区应当做防雷冗余设计，以及防雷器故障自动报警的功能设计。,高速公路防雷工程中几点体会高速公路机电系统的防雷是一个整体防护工程的概念,例1：以前，人们由于缺乏整体概念，虽然在雷电防护薄弱环节的不同点上安装了过电压保护器，但各类防护器件之间不能相互有机的联系和控制，对雷电还是没有起到应有的保护作用，达不到系统性的联合防雷保护功能。高速公路的通信、监控、收费三大系统的防雷是一个很复杂的问题，不可能靠几种先进的防雷器和设备就能完全消除雷电的影响，而必须采取综合治理的方法，尽力排除可能产生雷击的各种因素，
17、才有可能将雷害减少到最低限度。常被忽略的有:照明、空调线路引入监控室的雷电或感应；电源供电系统没有实现多级限压泄流的防雷措施；接地线太细太长（远小于50MM多股铜缆）、弯弯曲曲，不符合国际电工委员会提出的最短路径接地的要求等等。,高速公路防雷工程中几点体会相对独立的防雷保护体同样需要多区间的防雷设计保护,例2:交通信息产业2002年第9期高速公路紧急电话遭雷击分析与防雷建议一文所述情况，该路段的紧急电话系统防雷措施还有很多不足之处，其一就谈到副机防雷措施考虑不周导致遭雷击的问题。实际上就是没有将分机和付机在防雷上按独立体进行多区间的防雷设计保护的结果，也就是说紧急电话分机和付机从机壳的屏蔽性能
18、，基础接地电阻值限定，进出分机体所有的信号线与电源线需安装电涌保护器，连接电缆金属屏蔽层接地处理等所有问题均需相应的防雷处理。特别是紧急电话机壳的屏蔽性能是一个容易被忽视的问题，当有直接雷击中时，其性能是否良好十分关键，其最大的问题是门与壳体的连接处理，既要保证防尘、防雨、良好的密封性能，又要有良好的导电屏蔽效果；同时，还有扬声器与拾音器及按钮上的这些开口的屏蔽处理问题。因此，高速公路上这些相对独立的防雷对象必须要做独立的防雷系统处理，并分外部防雷、内部防雷和接地系统三部分进行完整的防雷保护设计，才能有效减轻雷害。,高速公路防雷工程中几点体会等电位连接方面在实际的机电工程中往往存在很大的漏洞,
19、例3：某些收费站的广场云台摄像机很容易被雷击坏，这虽然有地理环境易遭雷击的因素，那肯定是存在防雷方面的某种缺陷，经技术人员现场分析发现该云台的低压24VAC供电线路上根本没有相应的防雷器，仅在视频信号线的两端安放了一个视频防雷器，这长度100多米的电源线，在遭雷击时一定会产生很大的浪涌电压从而损坏云台。,高速公路防雷工程中几点体会等电位连接方面在实际的机电工程中往往存在很大的漏洞,例4：某收费站的车道字符叠加器很容易被雷击坏，被雷击坏的字符叠加器几乎都是与车道控制机连接的RS485接口芯片损坏。从实际现场检查分析发现车道摄像机整个立柱没有接屏蔽，而且车道摄像机上的视频防雷器的接地端没有接在车道
20、摄像机的防护壳上，当初工程施工时曾发现图像信号出现严重干扰，在断开防雷器接地线与车道摄像机的防护壳的连接后干扰消失，所以，后来就没有再接地了。这种情况相当于车道摄像机没有与车道字符叠加器进行良好的等电位连接。车道字符叠加器视频输入端连接的车道摄像机就像是一付很好的天线，当其周围有雷电发生时就会在车道字符叠加器与大地之间产生一个很高的瞬态感应电压，并向低电位处释放能量，导致车道字符叠加器的损坏。,高速公路防雷工程中几点体会等电位连接方面在实际的机电工程中往往存在很大的漏洞,例5：建筑物内各类金属物体的等电位体连接。应当将室内的供水、供暖、制冷、供气、照明线路、线缆管道、铝制或铁制的门窗等金属物体
21、进行接地处理。而在实际的高速公路机电工程建设过程中，由于各种各样的原因，上述往往都没有做到。,高速公路防雷工程中几点体会信号传输屏蔽处理具有良好的防雷作用，各类线缆连接应尽量采用,例6：某高速公路主干道上的一个通信站，其设备是一套UMC1000光终端机，连接着十几路电话、一个车辆检测器和一个雾检测器。每当该地域有雷电时，UMC1000上的所有电话接口板和数据通信接口板都将会被损坏，从被损坏的板子情况分析，雷电是从各模拟电话线上引入的，实际情况是车辆检测器和雾检测器在共用一根长达1公里多的模拟信号传输时，未采用带屏蔽外壳的电缆，也未做传输屏蔽接地处理，且两端均未加装防雷器，从而导致雷电的侵害。,
22、高速公路防雷工程中几点体会信号传输屏蔽处理具有良好的防雷作用，各类线缆连接应尽量采用,例7：收费车道的局域网络联结，建议采用带屏蔽层的网络线，并做良好的屏蔽线的连接，此时的网络集线器也应当采用接口具有屏蔽线连接功能的网络集线器，并将集线器作良好的防雷接地。这种做法既能提高网络传输的可靠性，又能避免雷害，还可以省去以太网形式的电涌保护器。,高速公路防雷工程中几点体会信号传输屏蔽处理具有良好的防雷作用，各类线缆连接应尽量采用,例8：当线缆在户外时，建议不要采用PVC管作电缆的防护，而是采用钢管且作屏蔽连接处理作防护。同时，要求所有穿线人井或手井中均要做等电位体的连接，重要部位要做严格的屏蔽处理，包
23、括沿线每隔一段距离打一根接地体等处理。当线缆在户内时，在线缆较长距离时也要同样处理，或采用屏蔽电缆并在两端做有效的接地处理。,高速公路防雷工程中几点体会坚持雷击事件的原因分析,逐步完善机电系统的防雷性能,5 坚持对每起雷击事件的原因分析，找出防雷工程中的缺陷，有利于逐步完善高速公路机电系统的防雷性能。从上述几个高速公路机电系统被雷击的事故案例分析中可以看出，我们只要不惜代价对防雷工程存在的缺陷问题进行必要的多次的整改，将极大地提高高速公路机电系统防雷的整体性能，同时，丰富了我们在机电系统防雷方面的工作经验。,高速公路防雷工程中几点体会防雷冗余设计和防雷器故障自动报警的功能设计,6 高速公路机电
24、系统某些重要的电子设备和无人值守的机电设施在雷电多发地区应当做防雷冗余设计，以及防雷器故障自动报警的功能设计。原因是当雷击损坏了一个防雷器后，其电子设备即使得到了暂时的保护，但很难保证后续雷击不发生和设备不被损坏。因此，在权衡设备重要程度与可靠性的情况下，有必要进行更加完善的防雷设计。,高速公路防雷工程中几点体会安装、检测与管理,应即插即用，安装方便，卸载容易，利于检测。电源线不得与信号线靠近或并排敷设。空间不许时，两者不少于06米。每年雷雨季节前宜对接地系统进行一次检查，检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀，附近地面有无异常，发现问题及时处理。每年雷雨季节前宜对运行中的防雷器
25、进行一次检查，雷雨季节中要加强对防雷装置的外观巡视，发现问题应及时处理。防雷器检测项目：测试标称导通电压Vn，漏泄电流I1。测试结果必须与历年测试资料对比，标称导通电压Vn变化不大于是10%，漏泄电流I1变化不大于200%。测试仪表应由部级以上电子设备防雷检测机构检定的。,结束语,总之，高速公路防雷工程是一项非常复杂的系统工程，我们目前高速公路防雷系统面临的最大问题就是如何灵活、科学、合理、周密地运用接闪器与引下线、等电位体连接、过电压保护、电磁屏蔽、接地这五种方法去综合设计防雷系统，规范化管理防雷工程的招投标和工程建设，科学化地制定防雷系统的维护维修。除此之外，在实际工程设计和施工过程，防雷结构方案的优化，技术参数的确定，防雷产品选型，施工材料的选取，施工工艺的考究，防雷器安装技巧等方面都值得我们深入的研究和探讨，同时还应当因地制宜，结合实际，细致、周密的设计相应的防雷方案，力争取得防雷工程投资少、防护全面、配置合理、性能优良、维护方便，整个高速公路机电系统运行稳定可靠。,
