高速公路防雷方案-高速機電系統防雷設計-SPD1,SPD2

                                    
(一)、項目概況
本次收費站防雷更新改造涉及3條高速公路的13個收費站。

(二)、設計依據
1、 《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010
2、 《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343-2004
3、 《民用閉路監視電視系統工程技術規范》GB50198-94
4、 《雷電電磁脈沖的防護》IEC-61312
5、 《建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范》GB/T50311-2000
6、 《電子計算機機房設計規范》GB50174-93
7、 《建筑物防雷》IEC61024
8、 《電信大樓內的連接結構和接地》ITU K27
9、 《光纜的防雷》ITU K25
10、《通信工程電源系統防雷技術規范》YD5078-98
11、《氣象信息系統雷擊電磁脈沖防護規范》XQ3-2000



(三)、設計原則
1、 認真執行國家政策,法令和有關規定,嚴格按照國家規范和地方標準進行設計,并按照《中華人民共和國標準化法》的有關要求,積極采納國際標準,提高設計技術要求。
2 、在進行綜合防雷設計時,應堅持全面規劃、綜合治理、優化設計、多重保護、技術先進、經濟合理、定期檢測、隨機維護的原則,進行綜合設計及維護。
3、 高速公路綜合防雷系統的防雷設計應采用直擊雷防護、等電位連接、屏蔽、合理布線、其用接地系統和安裝電涌保護裝置等措
施進行綜合防護。必須堅持預防為主、安全第一的指導方針。
4 、根據相應的防雷規范要求、地方標準及有關技術負責人員的介紹和現場實地勘察設計防雷方案。

(四)、設計范圍
1、本次設計將對各收費站的收費、監控系統防雷、接地保護進行完善。

(五)、現狀調查及設計方案
根據對各收費站防雷設施現狀的實地調查,安迅防雷發現有以下幾點問題:
1、由于高速各收費站已經建成運營5年多,大部分防雷設施損壞、老化、缺失;
2、收費廣場四周接地扁鋼裸露在外,存在安全隱患;
3、由于防雷設計規范的更新修訂,現有的部分防雷設施設計不滿足規范要求。
   
                             
                                                                         信號防雷浪涌器已缺失

           
收費站防雷系統的設計方案堅持全面規劃、多重保護、技術先進、經濟合理的原則,進行綜合設計。將采用等電位連接、屏蔽、合理布線、共用接地系統和安裝(更換)電涌保護裝置等措施進行綜合防護。

1、電源系統的防護方案
在UPS電源前安裝一套單相電源防雷器,作為三級保護。SPD連接導線應短而直,SPD連接導線不宜大于0.5m,當長度大于0.5m 時應適當加粗線徑。當兩SPD間的線距大于5米時,應在兩SPD間加裝退耦裝置。為防止SPD老化造成短路,要求SPD安裝線路上應有過流保護裝置。
在收費亭內的供電線路上各安裝一套單相電涌保護器,保護各亭收費計算機、票據打印機、收費指示板、指示燈、自動攔桿、車道控制器、語音提示系統、對講機等電源線路安全。
攝像頭頭部低壓直流供電線路兩端各安裝一只低壓電涌保護器,以保護低壓直流供電線路安全。在攝像頭供電線路上安裝一只低壓電涌保護器以保護攝像頭供電線路安全。

2、信號傳輸線路的防護方案
所有監控攝像頭到控制中心的視頻傳輸電纜兩端應安裝視頻、信號各一個,以保護攝像頭。在收費電腦視頻卡視頻輸入、輸出BNC端口安裝視頻信號防雷器各1個,保護收費電腦。在監控中心機房計算機網絡服務器至網絡交換機(HUB)間安裝一只安迅計算機網絡信號防雷器以保護服務器。

3、屏蔽措施、等電位連接與共用接地系統的防護方案
屏蔽措施、等電位連接是現代防雷技術重要的防護措施之一。為減少電磁干擾,所有與建筑物組合在一起的大尺寸金屬部件都應等電位連接在一起,并與接地裝置相連。監控系統設備的金屬外殼,應用最短的導線將其與等電位連接帶連接。計算機、通信、監控機房的設備應與建筑物外墻保護1m左右距離。以防止大樓遭到直擊雷時沿外墻泄流入地的引下線周圍產生較強的電磁場而損壞微電子設備。將進入監控中心大樓的各類電纜的金屬外皮和各類金屬管道在進入大樓前與接地裝置相連接。將攝像頭輸出的同軸電纜的金屬外層在進入大樓前與接地裝置相連接。利用建筑物的基礎鋼筋地網作為共用接地系統,在監控中心大樓四周埋設人工接地體。接地體的接地電阻不宜大于4Ù。人工水平接地體宜采用40×4mm 鍍鋅扁鋼。人工垂直接地體間的距離宜為2m,當受條件限制時可適當減小。人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.5m。接地電阻值<4 歐。此地網作為監控中心大樓和收費亭所有防雷裝置的共用接地系統。

(六)、收費、監控系統設施防雷與接地技術要求
防雷系統是個系統性工程,應根據最新防雷規范要求,對線路上各級防雷進行檢測,對于不滿足規范要求或使用年限超過5年的原有防雷組件予以更換。
按《低壓配電系統的電涌保護器 第一部分:性能要求和試驗方法》GB18802.1-2011之規定進行定性試驗。

1防雷器類型定義
①  SPD1:三相開關型(10/350us)和限壓型(8/20us)防雷器件組;
②  SPD2:單相開關型(10/350us)和限壓型(8/20us)防雷器件組;
③  SPD3:三相限壓型(8/20us)防雷器件組;
④  SPD4:單相限壓型(8/20us)防雷器件組;
⑤  SPD5:視頻信號防雷器;
⑥  SPD6:數據信號防雷器;
⑦  SPD7:網絡信號防雷器
⑧  SPD8:音頻信號防雷器。

2防雷器配置要求
本系統應采用國際知名品牌防雷器件,由電源防雷器、數據信號防雷器、視頻信號防雷器等所組成。本工程中收費系統的供配電系統、車道收費設備及計重設備的供電均由收費站內UPS供電,計重設備的計重設備控制器、車牌自動識別處理單元、計重設備的紅外線車輛分離器和雨棚攝像機的供電由車道控制機引出。
① 電源室
在收費站交流配電柜中,即電源機房的總輸入端供電回路安裝防雷器件組SPD1。
在收費站配電柜至收費廣場配電柜電源輸出回路安裝防雷器件組SPD2。
② 收費監控機房
在收費站機房UPS配電箱電源輸出回路安裝防雷器件組SPD2。
在分中心監控UPS電源輸出回路安裝SPD4(或SPD3,視回路相數確定)。
③ 車道設備
在收費亭配電箱的電源進線端安裝防雷器SPD4。
在車道控制機和計重控制箱的電源輸入端安裝防雷器件組SPD2。
在車道攝像機的視頻信號輸入端安裝視頻信號防雷器SPD5。
在計重設備的兩端的數據信號輸入端安裝數據信號防雷器SPD6。
在車道控制機與廣場以太網交換機、車牌識別攝像機與車道控制機之間網線的數據信號輸入端安裝網絡信號防雷器SPD7。
在拾音器與音視頻編碼器之間的音頻電纜兩端的數據信號輸入端安裝音頻信號防雷器SPD8。
在ETC車道天線及ETC信息顯示屏設備的數據線纜兩端安裝數據信號防雷器SPD6。
在車道可變信息屏電源輸入端安裝防雷器SPD2,與車道控制機之間網線的數據信號輸入端安裝網絡信號防雷器SPD7。
④ 收費廣場攝像機
在廣場攝像機的交流電源輸入端安裝防雷器件組SPD2。
在廣場攝像機的視頻信號輸入端安裝視頻信號防雷器SPD5。
在廣場攝像機的控制信號輸入端安裝數據信號防雷器SPD6。

3防雷器組件技術要求
SPD1防雷器組件
①  安裝4只開關型和3只限壓型防雷器;
②  每一只開關型防雷器可以抵御和吸收10/350微秒的直擊雷電流50千安培;
③  每一只限壓型防雷器可以抵御和吸收8/20微秒的最大放電電流40千安培;
4  具有能量配合型的防雷器件組,保護電平小于等于1.5Kv;
5  在輸入端地線上安裝雷電峰值電流傳感器(具備計數功能);
6  具備故障指示功能。
SPD2防雷器組件
①  安裝2只開關型與1只限壓型防雷器;
②  每一只開關型防雷器可以抵御和吸收10/350微秒的直擊雷電流50千安培;
③  每一只限壓型防雷器可以抵御和吸收8/20微秒的最大放電電流40千安培;
4  具有能量配合型的防雷器件組,保護電平小于等于1.5kV;
5  在輸入端地線上安裝雷電峰值電流傳感器(具備計數功能);
6  具備故障指示功能。
SPD3 電源防雷器組件
①  安裝4只限壓型防雷器。
②  每一只限壓型防雷器可以抵御和吸收8/20微秒的最大放電電流40千安培。
③  具備故障指示功能
SPD4 電源防雷器組件
①  安裝2只限壓型防雷器。
②  每一只限壓型防雷器可以抵御和吸收8/20微秒的最大放電電流40千安培。
③  具備故障指示功能
SPD5:視頻防雷器
1防雷器設定電壓Uc:(DC/AC)≤6.0V
2插入損耗(10MHz):≤0.5 dB
③額定放電電流In(8/20)us: 5KA;
④最大放電電流Imax(8/20)us(8/20)us: 10KA;
5響應時間ta:芯-屏蔽線/芯-地 ≤1 ns /≤100 ns
6溫度范圍:-40℃至+80℃
7保護等級:IP20
SPD6:數據信號防雷器
①最大持續運行電壓Uc:24V;
②最大負載電流IN:500mA;
③額定放電電流In(8/20)us: 5KA;
④最大放電電流Imax(8/20)us(8/20)us: 10KA;
5響應時間ta:芯-芯/芯-地 ≤500 ns /≤500 ns;
6溫度范圍在-40℃至+85℃;
7保護等級為IP20。
SPD7: 網絡信號防雷器
1In時的保護電壓Up:500V;;
2最大持續耐壓Uc:單模塊75V;
③額定放電電流In(8/20)us: 5KA;
④最大放電電流Imax(8/20)us(8/20)us: 10KA;
5溫度范圍在-40℃至+85℃;
6保護等級為IP20。
SPD8:音頻電源防雷器
1防雷器設定電壓Uc:(DC/AC)≤6.0V/4.2V
2插入損耗(10MHz):≤0.5 dB
③額定放電電流In(8/20)us:芯-屏蔽線/芯-地5KA;
④最大放電電流Imax(8/20)us(8/20)us:芯-地10KA;
5溫度范圍:-40℃至+85℃
6保護等級:IP20

4接地要求
在收費站系統中,主要有以下幾個建筑物:配電房、綜合樓、收費車道,接地系統的采用如下措施:
1供電電纜應做屏蔽接地、防雷接地,可在外場設備處將鎧裝層接地。
2進入電氣設備的電力電纜及通信電纜在設備處應采取防雷電、過電壓的措施,其避雷裝置、過電壓吸收裝置等都應可靠接地。
3廣場攝像機防雷接地要求:當攝像機保護接地與避雷針接地系統單獨接地時,其接地電阻分別不大于4歐姆和10歐姆;當共用接地體時,其接地電阻不大于1歐姆。接地極以L50×50×5長2.5m鍍鋅角鋼(端頭為尖端)打入土層,接地極頂端埋深應大于0.7m。各樁相距>5m。角鋼之間及角鋼與基礎地腳螺栓之間用4×40的鍍鋅扁鋼以焊接方式連接。
5收費車道的基礎鋼筋應與公路路面的鋼筋網相連接。
6收費車道的所有金屬件均應接地。可利用地基的鋼筋網,收費亭、自動欄桿、紅綠燈等等均在安裝時與鋼筋網相連,形成等電位狀態。
7所有暴露于室外的供電電纜、信號電纜均應采取屏蔽措施,如采用屏蔽電纜、穿金屬管屏蔽等,并采用埋地走線的形式。屏蔽層兩端就近接地。

(七)、防雷施工注意事項
防雷施工設備大多都是電氣設備,各種防護對象都與電有著密切關系,操作不當不僅會造成電擊人身傷亡、被防護設備和系統的損壞或癱瘓等事故,也會造成一些次生災害。如在易燃易爆場所電火花造成的火災爆炸等災害。  安迅防雷www.lvxxmcr.com.cn

防雷施工現場用電安全注意事項和防護措施: 1、安裝、巡檢、維修或拆除臨時用電設施和線路須由專業電工操作完成。2、臨時用電引自正常用電配電箱內時,應懸掛“禁止合閘”或“禁止斷電”等斷警示牌, 必要時有專人守護。 3、臨時用電采用三相五線制系統,用電設備較多、功率大、時間長的場所應采用三級配 電、兩級漏電保護防護措施,每臺電氣設備須實行“一機、一閘、一漏、一箱”制,開關箱與其控制的用電設備間的距離不宜超過3 m,與二級配電柜的距離不宜超過30m,漏電保護器應與所控制的設備容量匹配。4、安裝電源系統浪涌保護器時應理清線路走向,許多配電箱線路經多次改動或增減,線路復雜,布線紊亂、有些線路較隱藏,可能存在線路倒置、分閘不歸總閘管等不規范、不合理的情況,因此在未弄清線路的走向前絕不施工。即便是斷電情況下也必須使用電筆逐個測試,確認需要安裝的線路及手能觸及的地方斷電后,方可施工。

防雷施工現場的高處作業安全防護措施:高處作業是指在墜落高度基準面2m以上(含2m,有可能墜落的高處進行的作業。 防雷施工很多都屬高處作業,樓頂屋面上安裝避雷針、布設避雷帶、改造工程的引下線布設及監控系統攝像頭端監控欄桿上安裝信號避雷器等均屬高處作業。高處作業直接關系施工人員的人身安全,掌握高處作業安全操作規程已經成為防雷工程安全施工的重中之重。 

保護施工現場環境和設施:防雷工程是在已有的建筑物、系統或設備上加裝防雷設備、采取防雷措施,免不了影響甚至破壞防雷對象,因此防雷工程施工中既要做好防雷措施,又要不對防護對象造成過多過重的影響和破壞,且完工后恢復其原有狀態。1、改造工程中安裝明敷引下線時,應避開人行通道,保持3~5m的安全防護距離。固定引下線不得破壞承重柱,并做好絕緣、防機械損壞、防腐、防水、美觀協調等處理。2、接地體施工過程中注意保護埋地的高、低壓電纜、通信光纖等線纜,完工后修復破壞的路面、綠化帶、草坪等。3、安裝信息系統、監控系統等的浪涌保護器時注意保護被防護系統的設備安全和系統正常運轉,安裝前全面了解被保護系統或設備,最好甲方的技術人員能在一旁協助配合,系統停電或斷開線路時必須征得甲方同意,重要的信息、數據備份后方可進行,以免造成不必要的損失;信號線及其接口較脆弱,弱電系統的抗干擾能力差等,因此對信息系統的施工更應小心移動設備、插拔接口應輕拿輕放,接線確保正確規范,防止斷路、短路、錯接、反置等造成的無法啟動、無信號、系統癱瘓等事故。施工安裝造成的信號干擾、系統不穩定、無信號等情況應在甲方技術人員的配合下及時排查原因,盡快恢復正常。

防雷施工涉及電工、焊工、高處作業等多個工種,建筑物、配電系統、通信系統等不同對象,是一項系統而復雜的工作,必須做到細致、穩妥、謹慎、全面,才能使防雷工程成為真正的安全工程。

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