一、概述
雷電災害是“聯合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一。最新統計資料表明，雷電造成的損失已經上升到自然災害的第三位。美國排名前1000名的企業，平均每個企業每年因雷擊損失20萬美元 ，我國，每年因雷擊造成的人員傷亡近萬人，雷擊造成的財產損失估計在50~100億元左右。
廣東省目前廣東平均年雷暴日近90天，頻繁程度在全國列第二位，但由于現代化程度較高，雷擊損失列全國第一位。
大量的微電子通信網絡設備安置在各種建筑物內，因感應雷造成室內信息系統微電子設備損壞的可能性大大增加，每年所發生的各種雷擊事件一再證明：常規建筑物所設計安裝的防直擊雷裝置并不能有效的防止因雷電感應、電磁脈沖、靜電和雷電波侵入對通信系統和計算機信息網絡系統所造成的危害。
二、高速公路綜合防雷設計方案的依據
高速公路綜合防雷在設計時主要采用以下標準，供設計時參照。
1、 GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》
2、 GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》
3、 IEC61024《建筑物防雷》
4、 I EC61312《雷電電磁脈沖的防護》
5、 GB50174-93《電子計算機機房設計規范》
三、高速公路建筑物直擊雷防護措施
1、監控中心大樓一般設置在高速公路的出入端或控制管理區域的中心位置。由于周圍地形比較空曠，樓層一般都在六層以上，高度超過20m且樓頂還安裝有各類通信天線、有的還架設有鐵塔，這些都是直擊雷的重要目標。由于樓內有大量實時運行的電子、微電子設備，又是整個機場的指揮高度中心，根據GB50057-94《建筑物防雷設計規范》的規定，可定為二類防雷建筑。按滾球法（滾球法半徑45m）設計避雷針。設計方法請參照《建筑物防雷設計規范》附錄四的要求，決定避雷針的數目、布局、高度，在設計時應考慮避雷針抗當地30年最大風的抗風強度，并留有一定余量。
2、為了減少避雷針的維護，防止酸雨對避雷針的腐蝕，應在監控中心大樓樓頂安裝不銹鋼避雷針，其高度和數量根據滾球法計算其保護范圍能覆蓋整幢中心大樓的天面和各類天線，使其能有效防止直接雷擊以保護大樓的樓頂和各類通信天線的安全。
3、在公路沿線安裝監控攝像頭的云臺桿頂、收費站廣場云臺桿頂以及LED指示牌頂各安裝一套不銹鋼避雷針，以保護云臺攝像頭等設備免遭直擊雷危害。
4、在高速公路收費站鋼架屋頂上和大型室外電子顯示屏頂端左右對稱各安裝一套鐵塔銅針尖避雷針，以保護收費站鋼架屋頂和電子顯示屏框架結構免遭直擊雷危害。
5、避雷針的引下線最好利用鋼結構柱做泄流線，條件不允許時，也可以單獨用35mm2以上的銅絞線穿鍍鋅鋼管屏蔽，并做絕緣處理，從避雷針尖直接以最短路徑入地，以減少泄流時的雷擊電磁脈沖輻射而損壞微電子設備和室外大型電子顯示屏編碼控制系統。
四、雷擊電磁脈沖（LEMP）的防護措施
雷擊電磁脈沖（LEMP）所產生的感應電動勢通過侵入通道疊加在線路信號上產生瞬間高電壓，擊毀各類用電設備和微電子芯片，因此在實施防雷工程時必須將感應雷擊作為重點，進行有效的防御。在設計綜合防雷時，應從以上通道進行重點防護，同時做好等電位連接和共用接地系統。
1、電源系統的防雷措施
在監控中心大樓的總配電盤上安裝第一級SPD1：AT PORT／4P－B100三相電源B級防雷箱，初步衰減從電源線引入的強雷電流和高電壓。其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=100 KA（8/20）、響應時間tA≤100 ns ，有劣化顯示功能，作為一級保護。
在樓層分盤上安裝第二級SPD2：AT T385／4P－C40三相電源防雷箱，進一步衰減從第一級分流下來的強雷電流和高電壓，把雷電流脈沖降低到設備能承受的水平。其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=40KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，作為二級保護。
在UPS電源前安裝第三級SPD3：AT T275／2P－C20單相電源防雷箱，進一步衰減從第一級分流下來的強雷電流和高電壓，把雷電流脈沖降低到設備能承受的水平。其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=20KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，作為三級保護。
在UPS電源后或設備前安裝第四級SPD4：AT A6420NS單相電源防雷插座，再次衰減從第一二三級防雷器過濾的殘壓，實現精細保護級別。其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=19KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，作為四級精細保護。
在強雷區應設SPD1－SPD4。四級防護；在多雷區和高雷區可選擇SPD1、SPD2和SPD3三級作為電源系統防護選擇標準；在少雷區可選擇SPD1和SPD3二級作為電源系統防護選擇標準。
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SPD1～SPD2的線距小于10m、SPD2～SPD3的線距小于5m、SPD3 ～SPD4的線距小于5m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，應選用有劣化顯示功能的SPD
在收費亭內的供電線路上各安裝德國AT T275／2P－C20單相電源防雷箱，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=20KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，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。
廣場攝像頭頭部低壓直流供電線路兩端各安裝 AT 24V單相電源防雷箱，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=5KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，以保護低壓直流供電線路安全。
在公路沿線的云臺攝像頭供電線路配電盤輸出端各安裝SPD1：AT T385／2P－C40單相電源防雷箱，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=40KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，作為一級保護。在直流整流供電設備前安裝SPD2：AT T275／2P－C20單相電源防雷箱，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=20KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，作為二級保護。在攝像頭直流供電線路上安裝SPD3：AT 24V單相電源防雷器，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=5KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，以保護攝像頭供電線路安全。
在進、出高速公路兩端和中間的大型電子顯示屏電源線路配電盤上各安裝SPD1：AT T275／2P－C40單相電源防雷箱，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=40KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，作為一級保護；在穩壓整流器設備前安裝SPD2：AT T275／2P－C20單相電源防雷箱，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=20KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，作為二級保護；在未級設備供電處安裝安裝第三級SPD3：AT A6420NS單相電源防雷轉換器，再次衰減從第一二級防雷器過濾的殘壓，實現精細保護級別。其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=19KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns ，有劣化顯示功能，作為三級精細保護。
2、視頻信號傳輸線路的防護措施
（1）在廣場攝像頭到控制中心和收費亭車道的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避雷器：AT BNC－VIDEO各一只，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=5KA（8/20）、響應時間tA≤1 ns ，以保護攝像頭。
（2）在公路沿線云臺的攝像頭上各安裝視頻信號避雷器：AT BNC－VIDEO各一只，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=5KA（8/20）、響應時間tA≤1 ns ，以保護攝像頭。
（3）在收費電腦視頻卡視頻輸入、輸出BNC端口安裝視頻信號避雷器：AT BNC－VIDEO各一只，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=5KA（8/20）、響應時間tA≤1 ns ，各1個，保護收費電腦。
3、收費系統信號線的防護措施
（1）在監控中心機房計算機網絡服務器至網絡交換機（HUB）間安裝網絡信號避雷器：AT RJ45－100，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=2.5KA（8/20）、響應時間tA≤1 ns ，以保護服務器。
（2）在監控中心機房網絡交換機至收費亭的微機間的數據線兩端各安裝一只計算機網絡信號避雷器：AT RJ45－100，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=2.5KA（8/20）、響應時間tA≤1 ns ，以保護網絡交換機和收費亭微機網絡端口。
（3）在電子顯示屏的光、電端機編碼器之后至控制器兩端各安裝一只數據線信號避雷器：AT KZ，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=5KA（8/20）、響應時間tA≤1 ns ，以保護光、電端機、編碼器和控制器。
（4）收費亭與監控中心有線對講系統兩端各安裝音頻避雷器1個，AT B140-2-D10，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=10KA（8/20）、響應時間tA≤25 ns 。
（5）宜在程控電話和緊急電話傳輸線兩端安裝程控電話電涌保護器：AT TEL-RJ45/11，其技術參數：最高防雷擊電流Iimp=5KA（8/20）、響應時間tA≤1 ns 。
五、屏蔽措施
1、屏蔽是減少電磁干擾的基本措施，宜采取以下措施：外部屏蔽措施、線路敷設于合適的路徑、線路屏蔽，這些措施宜聯合使用。屋頂為金屬表面、立面金屬表面、混凝土內鋼筋和金屬門窗框架，都必須進行等電位連接后接地。
2、實踐中建筑物或房間的大空間屏蔽是由金屬支撐物、金屬框架或鋼筋混凝土的鋼筋這些自然構件組成的。這些構件構成一個格柵形大空間屏蔽。穿入這類屏蔽的導電金屬物應就近與其做等電位連接后接地。
3、監控系統設備機房位置應選擇在LPZ最高級區和避免設在建筑物的頂三層內；當建筑物天面部分的避雷網格尺寸不符合系統抗干擾的要求時，應在天面加裝屏蔽層。使用非屏蔽電纜，入戶前應穿金屬管并埋入地中水平距離10m以上。如受條件限制無法穿金屬管埋地入戶，則應加長入戶屏蔽管或棧橋長度，金屬管或棧橋的兩端以及在雷電防護區交界處要做等電位連接和接地。
4、監控系統設備為金屬外殼時，應用最短的導線將其與等電位連接帶連接。如是非金屬外殼，當設備所在建筑物屏蔽未達到設備的電磁兼容性要求時，應加裝金屬網或其它屏蔽體對設備屏蔽，金屬網應與等電位連接帶進行等電位連接。
5、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。
七、等電位連接與共用接地
1、等電位連接是現代防雷技術重要的防護措施之一。將廣場攝像頭輸出的同軸電纜的外層和其它管線外層在進入大樓前進行等電位連接后接地。
進入系統所在建筑物的各類水管、采暖和空調管道等金屬管道的金屬外層在進入建筑物處應做等電位連接，燃氣管道入戶后應在法蘭盤連接處插入一塊絕緣兩端用開關型SPD連接后戶內金屬管道可參加等電位連接，并與建筑物組合在一起的大尺寸金屬件連接在一起，按GB50054的要求做總等電位連接之后，接向總等電位連接帶，并可靠連通接地。
2、宜利用建筑物的基礎鋼筋地網作為共用接地系統。如建筑物沒有基礎鋼筋地網，宜在建筑物四周埋設人工垂直接地體和水平環型接地體。接地體的接地電阻不宜大于4Ω。原則上應在各雷電防護區界面處做等電位連接，但由于工藝要求或其它原因，被保護設備的安裝位置不會正好設在界面可能發生的電涌電壓時，電涌保護器安裝在被保護設備處，而線路的金屬保護層或屏蔽層宜首先在界面處做一次等電位連接接地。
3、接地系統
避雷器首先是一種雷擊放電流的泄放通道，也是一種等電位連接器。所有避雷器的保護原理是在雷擊瞬間保證設備、大地、建筑物及其附屬設備之間構成等電位體，從而避免過電壓的損害，其中最關鍵的就是接地系統。
3.1 理想的接地裝置（包括從接閃器到地面的引線）是沒有電阻的，當雷擊時，不論雷電流有多大，接地裝置上任何一點對大地的電勢差為零，這樣對人和設備時絕對安全的。但是，這樣的接地裝置實際上是不存在的。因此接地阻值應盡可能地小，依據《計算機機房接地規范》以及其它有關國家防雷標準地要求，機房的接地電阻值應小于4歐姆，并采取聯合接地的方式。
3.2 為了保證網絡設備穩定可靠的工作，防止寄生電容耦合干擾，保護設備及人身的安全，解決環境電磁干擾及靜電危害，都必須有良好地接地系統。
3.3按照IEC整體防雷技術的接地要求，保證設備在雷擊瞬間應處在等電位狀態。由于部分設備的信號地、保護地相對獨立，從“節約、實效”的原則考慮，將各地網簡單相連。目前收費站下的地網結構基本上已構成聯合接地形式，但尚未做到完全的等電位連接。
3.4在雷擊瞬間，由于避雷器件的快速導通和大電流的泄放，使設備內部線路器件、機殼、鐵塔和建筑墻體金屬構件以及金屬屏蔽物等都與地網同時連通。這樣在雷電發生的瞬間，機房內部和外部各個物體處在與地網相等的電位上，各部分達成了等電位，從而避免了設備因物件之間的電勢差而被損壞。
3.5 根據各系統目前的接地情況，建議在各接地系統形成聯合接地的前提下，嚴格按照規范保持各接地點的距離，并將管理中心內的所有裸露的金屬部件全部短接，穿導線的鐵管也一樣連接，電源系統和信號系統設一專用接地母排，并應使各接地線盡量做到短而直。
3.6在監控中心大樓周圍應做一環型閉合接地電阻小于4Ω的復式混合地網，澆灌長效降阻劑，以保證地阻常年穩定。此地網主要用于監控中心大樓和收費亭的安全保護接地。并與大樓并網作為共用接地系統。接地地網：引下線50平方800多芯接地線+接地體。接地體：是埋于地下與引下線入地相連接，雷擊電流由此發散到大地。通常用400cm×500 cm×60 cm自動降阻接地模塊AT和AT 優化深打接地棒Φ20mm×4500mm（4.5米長)組成垂直接地體，再用40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼銅鐵接頭連接引下線，以滿足國家防雷規范接地電阻。一根以最短路徑引入主機房接地母排上供機房接地專用。
3.7在公路沿線云臺桿下面各做一個小于4Ω的聯合地網，每個地網做兩個引出極，極間距宜大于5m，一根引出極作為防直擊雷接地，一根引出極作設備安全接地用。每根地線穿1.5英寸鍍鋅鋼管屏蔽后，引到云臺桿頂和設備間供兩種接地用。
高速公路通信、監控、收費系統的防雷方案