高速公路通信、监控、收费系统的综合防雷设计

1 高速公路通信、监控、收费系统的基本组成
　　每一条高速公路在其管理的区间内均设有一监控中心大楼。中心一般设置有大型地图版和监控电视体统，并配有多画面切换装置设备、视频监视器、低速录像设备及自动转换装置。中心配备有计算机网络系统、负责管理各收费站的收费信息、紧急电话的控制、公路出入口及中间各大型电子显示屏的控制和公路沿线的小型电子提示牌的控制等。中心大楼内还有程控交换机系统、中心控制台、光缆通信的两个或四个 8Mb/s 接口的光端机及上网设备、无线电话系统、 UPS 供电系统等多种电子设备。每个收费站配备有光缆通信设备；收费用的计算机局域小网；收费站的信号灯控制系统；监视、摄像、记录系统；控制操作台；站内电话控制台、无线对讲电话等。每个收费亭内配备有收费计算机网络系统工作站专用计算机；收费票据打印机；收费指示板；指示灯；车道控制机；自动栏杆；语音提示系统；车辆过境自动计数器；对讲电话和空调及供电系统等设备。在公路沿线及收费站广场设置了多个监控摄像头，并有相应的视频信号或语音信号传到中心监控室。
2  高速公路综合防雷原则
　　高速公路的综合防雷设计应考虑环境因素、雷电活动规律系统设备的重要性、发生雷灾后果的严重程度，分别采取相应的防护措施。在进行综合防雷设计时，应坚持全面规划、综合治理、优化设计、多重保护、技术先进、经济合理、定期检测、随机维护的原则，进行综合设计及维护。高速公路综合防雷系统的防雷设计应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、共用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护。必须坚持预防为主、安全第一的指导方针。
3 高速公路建筑物直击雷防护措施
　　监控中心大楼、收费亭、大型显示屏一般都属于预计雷击次数大于 0.06 次 / 年的重要或人员密集的建筑物。可定为二级防雷建筑。应在监控中心大楼楼顶安装不锈钢避雷针（防止酸雨的腐蚀），高度、保护范围和数量根据滚球法计算器，保护大楼和楼顶的各类通信天线的安全。在公路沿线安装监控摄像头的云台杆顶和收费站广场云台杆顶各安装一套不锈钢避雷针，以保护云台摄像头等设备免遭受直击雷危害。在高速公路收费站钢架屋顶上和大型室外电子显示屏顶端左右对称各安装一套不锈钢避雷针，以保护收费站钢架屋顶和电子显示屏框架结构免遭受直击雷危害。避雷针的引下线可利用钢结构柱做泄流线，也可以单独用 25mm 2 以上的铜绞线穿镀锌钢管屏蔽，并做绝缘处理，从避雷针尖直接以最短路径入地。
4 感应雷击及雷击电磁脉冲（LEMP）的防护措施
　　感应雷击及电磁脉冲（ LEMP ）所产生的感应电动势通过侵入通道叠加在线路信号上产生瞬间高电压脉冲，击毁各类用电设备和微电子芯片，使设备遭到永久性损坏，因此在实施防雷工程时必须将感应雷击作为重点进行有效的防治。感应雷击的防护应从感应雷击的各个侵入口着手进行，将感应雷击电压、电流在被保护设备的外围引导入地，从而达到保护电子设备的目的。感应雷击及雷击电磁脉冲（ LEMP ）侵入的主要通道是：电源供电线路；室内外信号数据传输线；天馈线；进入机房的各种管道、电缆等；地电位反击。因此，在设计时，应从以上通道进行重点防护。同时做好等电位连接和共用接地系统。
5 屏蔽与等电位连接
　　所有铠装电缆和穿铁管的电缆的电缆金属外壳和铁管的两端要就近接地。超出 30m 长的铠装电缆，每隔 15m 重复接地一次。 所有机房在有静电地板时下方增设均压等电位网格，材料可选用高密度铜带，网格密度可视具体而定。 所有楼层的金属吊顶要作等电位接地处理。 所有信号线路、电话线及电力线路最好置于铁槽或铁管内，铁槽或铁管需两端就近良好接地，超出 30m 则每隔 15m 重复接地。机房内应设置一等电位连接母排（一般采用金属板），该等电位连接母排应就近与建筑物接地装置可靠连接。将工作地（交、直流工作地）、设备保护地、防雷保护地、防静电地等连接到一起以消除电位差。各种电涌保护器的接地线应以最短的距离与等电位连接母排进行电气连接。
6  接地装置
　　室外前端系统的设备应有良好接地，接地电阻≤ 4Ω ，高土壤电阻率地区可适当放宽至 ≤10Ω 。通信及监控中心可利用建筑物原有地网，其接地电阻不得大于 4Ω ，若阻值达不到，可外接人工地网，直至达到设计要求。人工地网一般设计在建筑物周围，地沟深 80cm ，宽 50cm 。垂直接地体采用 5×50×2500 热镀锌角钢，水平接地体采用 5×50 热镀锌扁钢，垂直接地体与水平接地体的连接采用双面焊接，水平接地体之间的搭接采用双面焊接，焊接长度 ≥6D ，焊接处做防腐处理。人工地网最好闭合并与基础梁筋焊通。室外前端设备地网与机房地网距离小于 20m 时，可实行共网。
7  结语
    雷电对高速公路通信、监控、收费系统的损害途径是多方面的。本文主要对系统结构作初步的分析，并对其防雷综合防护技术进行了相应的介绍。需要说明的是，雷电防护是一个比较复杂的问题，对系统的防雷保护设计不仅取决于防雷装置的性能，更重要的是在工程设计施工之前，就要考虑其所处的地理环境，设计合适的线缆布放方式、屏蔽、等电位及接地等。总之，防雷设计应综合考虑，才能获得好的效果。