现在还有很多高速公路机电设计和施工中强电和弱电系统的防雷问题一直不被重视，接地的要求也不统一，弱电系统的接地处理更为简单。但是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，特别是感应雷害和反击雷害。高速公路机电系统的特点是点多、面广、线长，既有强电设备，又有大量的监控、通信、传感等弱电设备，外场设备遍布全路段，旷野区域往往有突出的设备点，电力线路往往要翻山越岭，传输和控制线路往往经常穿越复杂的地质层面，这些都是易遭雷击或雷电感应的薄弱点。下面深圳雷盾防雷厂家给大家介绍下高速公路的雷电危害有哪些，以及该怎么去做好高速公路的雷电防护措施。

（一）、直击雷的危害

     当直击雷对地放电时，在8μs左右达到峰值，并在40μs内完全泄放。因此，雷电流具有幅值极高、频率极高、冲击力极强等特点。按我国有关部门规定，标准雷强度为100KA，经理论计算，若直击雷直接击中传统避雷针，雷电流沿引下线泄放过程中，在每米高度上约有60KV的压降，并随着高度的增加而递增。如此高的电压会产生如下二次效应：

· 反击电压

    几十甚至几百KV的高电压沿引下线入地的过程中，有可能直接击穿空气，损毁低压设备，甚至危及人们的生命安全。在地网中，由于瞬态高电压的冲击，在接地点产生局部电位升高，在地网间出现电位差，由此，导致地中反击而损坏电器设备。地网中的电位差还会产生跨步电压，直接危及人们的生命。

· 感应过电压

   雷击产生的冲击电流沿引下线对地泄放过程中，在引下线上会产生强烈的电磁场，耦合到供电线路或音频线、数据线上，产生远远超过弱电设备耐受能力的浪涌电压，击毁弱电设备。

（二）配电网、计算机网络、通信系统暂态过电压的产生及危害

1、配电网中暂态过电压的产生

    暂态过电压是配电系统中最常见的干扰形式，对用电设备最具危害。配电系统中暂态过电压产生的原因很多，而且大部份带有随机性，有雷电过电压和内部过电压。

   （1）雷电过电压

    当雷击输电线路或雷闪放电发生在输电线路附近时，通过直接的或电容耦合的方式，雷闪放电将会在输电线路上形成暂态过电压，并以流动波形式沿线路向各发配电系统和用电设备侵袭，危及设备的安全。为了保证发配电系统和用电设备免受雷电的破坏，电网中采用架空避雷线，加装避雷器等防雷措施。这些措施可大大削弱暂态过电压波的强度，减少雷击的破坏程度。但是这些措施并不能完全消除电网中由雷击引起的暂态过电压，仍有一部份幅值较低的过电压在电网中存在，这些过电压对一些低压等级的用电设备，特别是对计算机和其它装有大规模集成电路的电子系统以及家用电器等存在较大威协。

    另外，当雷击中建筑物时，由于一些电源与电子系统或电子系统之间的联结电缆与建筑物共用接地系统，将有一部份雷电流流进电缆，通过电缆到达电子设备。

（2）内部操作过电压

     在电力系统的内部，由于断路器的操作，负荷的投入和切除系统故障系统内部状态变化，而使系统参数发生变化，从而引起的电力系统内部电磁能量转化或传输过渡过程，将在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压，在用电网络中引起内部过电压的原因大至可分为：

 ①电力重负荷的投入和切除（电梯、大功率空调节器机、冷冻机和医疗设备以及大功率的其它设备）

②感性负荷的投入和切除（电梯或继电器的线圈、带负荷的变压器）

③功率因数补偿电容器的投入和切除

④断路器或保险装置的操作

⑤短路故障

2、用电系统中暂态过电压的危害

   · 稳压电源不能消除暂态过电压

由于用电网络中负荷的投入和切除，不但会产生瞬时的暂态过电压，而且会引起电网的工类电压的升高或降低，使工类电压值在一定的范围波动，而电子设备一般对工作电压要求很严，电压太高，轻则使电子元件逐渐老化，重则使电子元件损坏。一般的稳压电源的功能就是对工频电压起稳压作用，使用电设备的工作电压稳定，保证用电设备在工频电压下的安全运行，而稳压电源对于快速的暂态过电压却来不及反应和发挥稳压的作用。在暂态过电压的作用下，稳压电源还可能被损坏。

· UPS不能消除暂态过电压

    电网中由于故障或其它原因会突然停电。突然停电将给医疗、银行金融、国防以及其它部门带来不可估量的损失。UPS的功能就是在突然停电的情况下，在很短的时间内及时将备用电源投入，保证用电设备供电的连续性，使用电设备在突然停电的情况下仍能继续工作一段时间或长期运行。但UPS不能消除暂态过电压，在电网停电UPS动作的情况下，反而会产生暂态过电压。在暂态过电压的作用下，UPS自身有可能被损坏。

高速公路机电系统的防雷原则

     高速公路的监控、收费和通信系统防雷是一个很复杂的问题，不可能依靠一、二种先进的设备和防雷措施就能完全消除雷电过电压的影响，必须采用综合治理的方法，对症下药将各类可能产生雷击的因素排除，才能将雷害减少到最低限度。

在雷电过电压保护上最好遵守下列原则及建议：

    ①根据电磁兼容原理将过去局部的或单一的雷电过电压保护措施纳入到整体、系统的防雷体系；

    ②根据雷电保护区的划分原则，确立高速公路系统雷电过电压保护的思路；

    ③根据高速公路系统的供电设备、计算机设备、监控设备和通信设备所处的雷电保护区范围，在雷电过电压保护器件的选择上，应当瞻前顾后考虑其雷电过电压保护器件的各类参数；

    ④雷电过电压保护设计中氧化锌压敏电阻的压敏电压应满足城市、郊区、山区的需要，要适合中国国情的要求（电力供电，电压起伏较大的特点）。

雷电保护区域的划分及防雷保护       

1、雷电保护区域的划分原则

    将需要保护和控制雷击电磁环境的建筑物空间，从外部对内部划分为多个不同的雷电防护区域（LPZ），以规定各部分LPZ空间内的雷电电磁脉冲（LEMP）的强度变化的严重程度，以便采取不同的防护措施。如下图1所示，对于通信中心（站）一个欲保护的区域，从电磁兼容的角度出发，可由外到内分为几级保护区，通信中心（站）建筑物外部是直接雷击的区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性最高，是暴露区域，称为0区。而0区内的各类物体都可能遭到直接雷击，且电磁场没有衰减，属于完全暴露的不设防的直击雷防护区域称为LPZ0_A区；各类建筑物（如天线）很少遭到直接雷击但本区电磁场没有衰减，属于充分暴露的直击雷防护区域称为LPZ0_B区。建筑物内部及通信设备不可能遭到直接雷击，流经各类设备导体的电流比LPZ0_B区进一步减少，由于建筑物的屏蔽措施，其建筑物内部设备的金属外壳，所处的位置为非暴露区，可将其称为LPZ1区、LPZ2区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压主要是沿线引入。保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏蔽层而形成的，电气通道以及金属管道等则通过这些界面。

图.1  雷电保护区域划分的示意图

2、接地系统

    接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷、感应雷、或其他形式的雷，最终都是把雷电流送入大地。因此，没有合理而良好的接地装置是不能可靠地避雷的。接地电阻越小，散流就越快，被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性就越小。对于一般民用建筑的接地电阻要求≤10欧姆，并且采取共用接地的方法将避雷接地、电器安全接地、交流地、统一为一个接地装置。如有特殊要求设置独立地，则应在两地网间用地极保护器连接，这样，两地网之间平时是独立的，防止干扰，当雷电流来到时两地网间通过地极保护器瞬间连通，形成等电位连接。

3、防雷等电位连接

    等电位连接的目的，在于减少需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差。穿过各防雷区交界的金属部件和系统，以及在一个防雷区内部的金属部件和系统，都应在防雷区交界处做等电位连接。应采用等电位连接线和螺栓紧固的线夹在等电位连接带做等电位连接，而且当需要时，应采用避雷器做暂态等电位连接。

防雷等电位连接示图

4、雷电保护区供电系统的分级保护

图2. TN-S供电系统雷电过电压的保护方式

    交流供电系统应采用TN-S制，即三相五线制（单相三线制）供电方式。在这种供电方式的整个系统中，具有单独的中线N和保护接地线PE；在系统中，中线N与保护接地线PE分开。根据供配电线路导体长距离传输的特点、防雷器件的特性、来自线路雷电流的强度，以及配电系统中各部分的耐电水平，必须采用多级、分级防雷保护。

    对用户供电系统预防LEMP，一般采用用户总电源、用户分电源、设备工作机房电源等多级保护方法治理，分级配置“进户”、“进室”、“单机”及“直流”电源过电压保护器予以保护。如图2.2所示，入户电力变压器低压侧应安装三相过电压保护器SPD1，其雷电通流容量不应低于60kA作为第一级保护；分配电柜线路输出端配置一台过电压保护器SPD2，其雷电通流容量应不小于40kA，作为第二级保护；在设备交流电源进线端配置一台带过电压保护器的插座SPD3，其雷电通流容量应不小于10kA，作为第三级保护。

· 设计方案的论述

供电系统的防雷保护（如图所示）

· 第一级：在入户变压器低压侧的总配电柜的总控制开关出加装LD-DY380/100/X电源防雷箱

· 第二级：在收费广场电源室UPS总输入开关处加装60KA三相电源防雷器LD-DY60/B/4过电压保护器；串接空气开关规格：三位63A

· 第三级：对各房间配置的UPS控制开关处加装过压保护器，10KW的、5KW的采用40KA单相电源防雷器LD-DY40/C/2

· 第三级：UPS输出配线架的两路总开关处加装40KA单相电源防雷器LD-FY40/C/2过压保护器

· 第一级：各车道收费点两路电源（一路市电、一路UPS供电）开关处加装40KA单相电源防雷器LD-DY40/C/2过压保护器

· 作为车道收费点的电源第二级保护，需在设备供电插座处增设PDU防雷插座LD-6/10PDU过压保护器

等电位及接地

根据电子计算机机房设计规范GB50174-93，第6.4.3条交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值，并应按现行国标准《建筑防雷设计规范》要求采取防止反击措施。

1、发电机房

设置环形等电位装置，采用40×4mm镀锌扁铁沿发电房低面墙壁安装，遇门、道需绕行，最后形成封闭的环形装置；再从2处基柱取钢筋与等电位装置可靠焊接。

另外在与发电机距离最近墙面处，引镀锌扁铁到发电机处，采用螺栓可靠连接（或焊接）

2、收费站大楼防雷接地

新做地网工程，最省做法为：接地极采用50*50*5mm镀锌角钢，长度为2.5m，挖土沟深0.8-1.0m，宽度以方便焊接操作为宜，一般为0.3米，然后将接地极打入地下，接地极间距为4~5m，上端部用40*4镀锌扁钢焊接相连，并与建筑物基础主钢筋焊接，焊接处须进行防锈、防腐处理。由于各地情况不同，须打入多少根接地极须视具体情况而定，因为要满足接地地阻值小于4欧姆的要求。

A、地网挖沟：接地极为三根时呈“一”字形，六根时呈“日”字形。

B、接地引入线（单点接地线）材料采用25mm²多股铜芯电缆。接地引入线应作绝缘处理，或采用防松垫圈的螺栓紧固，引入线全程加套PVC管保护，可沿强电井下引，若沿外墙引入，裸露在地面以上部分，应有防止机械损伤的措施，如套Ф50的镀锌水管。

C、地网接地电阻值须小于4Ω。

当增加接地体不易达到降低地阻时，可采取石墨金属接地极、换土、加降阻剂等方法。

3、防雷器接地

B级防雷器其接地线截面积不应小于16mm²，材料为多股铜线；C级防雷器其接地线截面积不应小于10mm²，材料为多股铜线。供电系统各个SPD的接地端，应分别连接到室内接地汇集排上，从汇集排引不应小于25mm²地线至室外地网上。