一、防雷原理
1、直擊雷經(jīng)過接閃器[如避雷針(帶)]、引下線和接地裝置而直接泄放入地，導(dǎo)致地網(wǎng)地電位上升。高電壓由設(shè)備接地線引入電子設(shè)備造成地電位反擊。
2、雷電流沿引下線入地時，在引下線周圍產(chǎn)生磁場，引下線周圍的各種金屬管(線)上經(jīng)感應(yīng)而產(chǎn)生過電壓。
3、進(jìn)出大樓或機房的電源線和信號線等在大樓外受直擊雷或感應(yīng)雷而加載的雷電壓及過電流沿線竄入，入侵電子設(shè)備。因此，我們對以上三種途徑對整個入侵的雷擊過電壓及過電流進(jìn)行防護。
完整系統(tǒng)防雷方案包括外部防雷和內(nèi)部防雷兩個方面:
1、外部防雷包括接閃器(避雷針、帶、線)、引下線(建筑物鋼筋、人工引下線)、接地裝置(接地體、地網(wǎng))等等，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過避雷針、避雷帶、引下線、接地體等，泄放入大地。
2、內(nèi)部防雷系統(tǒng)是為保護建筑物內(nèi)部的設(shè)備以及人員的安全而設(shè)置的。在需要保護設(shè)備的前端安裝合適的避雷器，使設(shè)備、線路與大地形成一個有條件的等電位體。將可能進(jìn)入的雷電流阻攔在外，將因雷擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)到的雷電流得以安全泄放入地，確保后接設(shè)備的安全。
當(dāng)雷電發(fā)生在距離建筑物較近的地方，通過避雷針將可能擊中于建筑物本體的雷電吸引并通過避雷針泄放入大地時，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢會對內(nèi)部所有的金屬線路均產(chǎn)生具破壞作用的感應(yīng)電流，正是由于電源、網(wǎng)絡(luò)、通訊等線路出現(xiàn)感應(yīng)雷電流，增加了建筑物內(nèi)部較為敏感的計算機等設(shè)備破壞的可能性，安裝避雷針時沒有做好完備的內(nèi)部防護感應(yīng)雷的措施，將會大大增加雷擊損壞事故的機會，此時的避雷針就真正成為了引雷針。
當(dāng)所在的建筑物附近出現(xiàn)雷雨云時，雷電不通過建筑物頂部的避雷帶等泄放雷電流時，也會在建筑物內(nèi)部設(shè)備的電源和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中產(chǎn)生感應(yīng)雷電流，導(dǎo)致設(shè)備的損壞。因此建筑物內(nèi)部通過電源、網(wǎng)絡(luò)和通訊線路相連接的計算機系統(tǒng)，期望通過較為傳統(tǒng)的方法：安裝避雷針以避免感應(yīng)雷擊的事故是不可能的，作為內(nèi)部系統(tǒng)的防雷，只做避雷針等外部防雷，其作用是不充分的。只有針對感應(yīng)雷擊損壞設(shè)備的特性，采用防范感應(yīng)雷擊的解決方法，才能避免雷電對設(shè)備的侵襲。
由于感應(yīng)雷產(chǎn)生的途徑有許多種，在距離帶電雷雨云較近所有的金屬回路中均會產(chǎn)生破壞性的可能，只是有些的雷電過電壓較小，不會對設(shè)備產(chǎn)生明顯的破壞力而已，但過電壓的存在對設(shè)備的長期使用的壽命必然產(chǎn)生影響，因此感應(yīng)雷防范的難度遠(yuǎn)大于直擊雷的防范，而且所需要投入的費用也高于直擊雷的防護。
針對于系統(tǒng)的防雷，從可能引雷的兩個途徑：電源線路、信號線路，根據(jù)每一類設(shè)備的特性、需要的防雷等級程度，選用性價比合適的防雷產(chǎn)品，做到以合理的價格達(dá)到充分的防護。確保設(shè)備對直擊雷和感應(yīng)雷以及線路操作過電壓的全面防護。
二、具體防雷保護方案
(一)、設(shè)計依據(jù)
⑴ GB50057-94(2000版) 《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》
⑵ JGJ/T16-92 《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》
⑶ GB 50174-93 《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》
⑷(99D562) 《建筑物、構(gòu)筑物防雷設(shè)施安裝》
⑸ GB50343-2004 《建筑物信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》
⑹ IEC 1312-1-2-3 《雷電電磁肪沖的防護》
(二)、現(xiàn)場環(huán)境分析
高速公路收費站既有強電設(shè)備,又有大量的監(jiān)控、通信、傳感設(shè)備等弱電設(shè)施,同時,它一般多位于郊外,周圍地勢空曠,其建筑物常常為附近至高點,電力線路往往要翻山越嶺,信息傳輸和控制線路則需穿越復(fù)雜的地質(zhì)層面,并且由于高速公路的路基、路面施工造成了公路沿線的土壤電阻率變化,極易遭雷電侵害，特別是感應(yīng)雷和地電位反擊。但是，目前我國在高速公路設(shè)計和施工中對防雷問題一直重視不夠，高速公路配套建筑及其機電系統(tǒng)防雷缺少統(tǒng)一規(guī)劃、綜合設(shè)計，建筑物、路基、照明、監(jiān)控、通信、收費等系統(tǒng)往往由多家單位設(shè)計、施工完成，防雷薄弱環(huán)節(jié)較多，遭雷擊損毀的事故時有發(fā)生。輕者部分設(shè)備被雷電擊壞，系統(tǒng)喪失部分功能，重者全系統(tǒng)癱瘓，經(jīng)濟損失慘重，特別是高速公路收費站被雷擊后，收費系統(tǒng)癱瘓，無法進(jìn)行計重收費，手工收費不僅緩慢，還會因為收費不能客觀計重引發(fā)爭議或糾紛，造成高速公路收費站車輛堵塞、影響高速公路暢通。隨著智能交通的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和集成化程度不斷提高，雷電對高速公路電子設(shè)備的危害程度還將不斷增加，因此，加強高速公路收費站的防雷工作刻不容緩。
高速公路收費站包括監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。收費站的綜合防雷主要包括對建筑物直擊雷防護,網(wǎng)絡(luò)收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)三大系統(tǒng)的電源和信號系統(tǒng)以及輔助設(shè)施的感應(yīng)雷防護和各種接地處理。由于收費站所有建(構(gòu))筑物基本上在土建工程中已實施了直擊雷防雷措施，大多直擊雷防雷措施相對GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定要求基本滿足，因此本方案不涉及收費站的直擊雷防護。
(三)、具體方案
1、 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷方案
a.網(wǎng)絡(luò)中心
計算機中心機房所在建筑物總電源安裝三相電涌保護器，通流容量60KA，帶雷擊計數(shù)器，箱體結(jié)構(gòu)，也可使用大通流量模塊防雷器 ,計算機中心機房總開關(guān)安裝三相電涌保護器，通流容量40KA(如果是單相電則選擇單相電源防雷器)，如果配電箱內(nèi)有安裝空間，可以使用模塊防雷器電腦或其他設(shè)備取電處需要使用防雷PDU插座，具體型號為：可直接安裝在網(wǎng)絡(luò)機柜上。
網(wǎng)絡(luò)中心的進(jìn)出線需要根據(jù)實際情況配備，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)線為光纖的信號無需另外安裝防雷器，但光纖加強筋必須接地良好；ADSL寬帶線進(jìn)入分離器的前端使用進(jìn)線為專線的根據(jù)專線類型加裝相應(yīng)專線防雷器,交換機所有端口如果需要防雷的可采用多口電腦網(wǎng)絡(luò)避雷器.共16口；交換機所連的高風(fēng)險終端加裝單口網(wǎng)絡(luò)防雷器。
b. 外部高風(fēng)險網(wǎng)絡(luò)端口
電腦中心往各收費點的網(wǎng)絡(luò)線多數(shù)為普通網(wǎng)線，這些網(wǎng)線因為鋪設(shè)較遠(yuǎn)，有些還沒有良好屏蔽，極易受雷擊感應(yīng)電壓的破壞，這些線路雷擊風(fēng)險程度非常高，需要安裝網(wǎng)絡(luò)信號防雷器，該信號防雷器通流量達(dá)5KA,可有效保護網(wǎng)絡(luò)線路。此類端口對應(yīng)的就是網(wǎng)絡(luò)中心的高風(fēng)險端口。
c. 接地處理
所有避雷器均利用其現(xiàn)有接地設(shè)施，不再加地網(wǎng)。(依抽樣檢測地阻結(jié)果，接地電阻均可達(dá)到要求)。
2、監(jiān)控系統(tǒng)防雷方案
監(jiān)控系統(tǒng)的綜合防雷設(shè)計應(yīng)考慮環(huán)境因素、雷電活動規(guī)律、系統(tǒng)設(shè)備的重要性、發(fā)生雷災(zāi)后果的嚴(yán)重程度，分別采取相應(yīng)的防護措施。
(1) 在進(jìn)行綜合防雷設(shè)計時，應(yīng)堅持全面規(guī)劃、綜合治理、優(yōu)化設(shè)計、多重保護、技術(shù)*、經(jīng)濟合理、定期檢測、隨機維護的原則，進(jìn)行綜合設(shè)計及維護。
(2) 監(jiān)控綜合防雷系統(tǒng)的防雷設(shè)計應(yīng)采用直擊雷防護、等電位連接、屏蔽、合理布線、其用接地系統(tǒng)和安裝電涌保護裝置等措施進(jìn)行綜合防護。必須堅持預(yù)防為主，安全的指導(dǎo)方針。
(3) 監(jiān)控綜合防雷系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)雷暴等級、設(shè)備放置在雷電防護區(qū)的位置不同，采用不同的防護標(biāo)準(zhǔn)。
A、監(jiān)控中心防雷方案
a.電源方面：建議該中心側(cè)總電房處安裝三相交流電源避雷器(并聯(lián)，通流容量60KA)，作為級防雷，箱體結(jié)構(gòu)，也可使用大通流量模塊防雷器 中心總電源開關(guān)處安裝單相交流避雷器(并聯(lián)，通流容量40KA)，型號為：作為第二級防雷(如果是三相電則選擇三相電源防雷箱)，如果配電箱內(nèi)有安裝空間，可以使用模塊防雷器每臺設(shè)備供電用之插座采用多功能插座，作為電源第三級防雷，以便達(dá)到三級防雷的效果。如果是機架式安裝的PDU,需要將其更換為防雷PDU。b.信號線路方面：由于引入監(jiān)控中心的信號線只有視頻信號和云臺控制信號，所有室外攝像機引入線需對視頻信號進(jìn)行防雷，每條視頻線路在進(jìn)入機房視頻卡前均采用視頻信號避雷器，以達(dá)到防雷作用，如果視頻信號較多，可以使用集線式多路視頻防雷器，有12路、16路多種形式。對云臺控制線路，由于該線路采用編碼控制方式，信號在引入前可能已經(jīng)合并，這樣只需對合并后將要進(jìn)入電腦的剩余線路進(jìn)行防雷保護，可采用相應(yīng)對數(shù)的控制線路避雷器保護云臺控制信號。
c. 室外攝像機防雷
1)對室外攝像機，每支攝像機視頻線路均采用視頻信號避雷器，對室外云臺，每條線路均采用控制線路避雷器。
每支攝像槍電源線路均安裝攝像槍電源避雷器，如果攝象機電源是從控制中心拉過去的12伏或24伏直流電，則可使用萬有公司直流電源防雷器或?qū)η昂蠖说碾娫炊俗舆M(jìn)行防感應(yīng)雷擊防護。
