高速公路监控系统防雷技术分析

高速公路监控系统防雷技术分析

黄冠军

郴州市气象局湖南郴州423000

摘要：高速公路监控系统作为重要的电子设备，对于确保高速公路管理工作的顺利进行具有十分重要的意义。基于此，本文首先简要探讨了雷击对高速公路监控系统的影响，最后重点分析了高速公路监控系统防雷技术方案，以期减少雷电灾害对监控系统造成的破坏。

关键词：高速公路；监控系统；危害；防雷技术

引言

高速公路监控系统中的电子设备种类较多，雷电会对这些电子设备的性能产生影响，如果不采取科学有效的保护措施，很容易使电子设备出现损坏。由于监控系统中的电子设备价格昂贵，一旦被雷电击中，不仅会对高速公路的管理工作产生影响，同时还会造成巨大的经济损失。所以，对高速公路监控系统防雷技术进行分析，可以最大限度的发挥出监控系统的功能和价值。

1、雷击对高速公路监控系统的影响

1.1高速公路监控系统简介

高速公路的监控系统主要有摄像机、车辆检测器、信息发布设备等组成。监控系统在传递信息的过程中需要使用光纤，同时也需要电缆对能源进行输送；在信息交换时需要通过控制设备和交换机进行。为了确保高速公路监控系统可以在雷雨天气下正常运行，需要将其的雷电防护做好，否则相关设备很容易遭受到雷电的侵袭。尤其是对于价格昂贵的设备来说，如果缺少有效的防护，很容易遭受到雷击，进而损坏设备的安全，不利于高速公路交通管理工作的顺利进行。

1.2雷击的危害

在我国，夏季出现雷电灾害的频率较大，尤其是高速公路的环境比较复杂，很容易出现雷击事故。例如，雷电中的雷电流在流经露天监控设备时，会有过电流等情况出现，最终损坏电子电气设备；一旦雷电流经架空线路会使线路出现中断。雷击的破坏作用十分严重，其产生的雷电感应会影响监控系统中的电源线和信号传输设备的正常使用，电流经过金属线时会有电位差产生，导致电子设备出现不同程度的破坏。另外，雷电感应还会使监控设备的线路出现电动势，导致设备带电，危害人们的生命安全。

2、高速公路监控系统防雷技术

2.1前端设备的防雷

室内和室外都安装有前端设备，通常情况下，室内安装的前端设备遭受到直接雷击的概率较小，但是需要防护雷电过电压对前端设备的危害；直击雷和雷电过电压都会危害室外设备的安全，应做好雷电过电压和直接雷击的防护。

对于前端设备中的摄像机等应确保其在接闪器的有效保护范围内。如果是单独架设的摄像机，应确保避雷针的安装位置距离摄像机3~4m。如果避雷针的安装位置存在一定的难度可以将其架设在摄像机的支撑杆上，可以选用Ф12的镀锌扁钢或者是金属杆本身作为引下线。为了避免因电磁感应对前端设备的危害，对于沿着金属杆引上的摄像机电源线和信号线需要穿过金属管并做好屏蔽措施。

为了避免雷电中的雷电波沿着线路侵入到前端设备，应将合适的避雷器加装到每个前端设备前的电源线、信号线、视频线、云台控制线等线路上。高速公路监控系统中的摄像机电源大都使用直流电12V电压和交流电220V电压。摄像机主要由直流变压器供电，在直流变压器前端并联或串联单相电源避雷器，当直流电源的传输距离超过15m，可以在低压直流避雷器端串联摄像机。信号线的传输距离越长，自身可以承受的电压较低，雷电中的感应电流很容易危害前端设备的安全。为了将雷电中的雷电流借助于信号传输线泻放进入大地，此时应提升信号过电压保护器的快速响应时间。所以在设计信号传输线的防护方式时应综合考虑信号电平、信号传输速率、启动电压以及雷电通量等参数信息。

对于安装在室外的前端设备，应具有良好的接地且接地电阻值不超过4?，若土壤的电阻率较高，其接地电阻可以小于10?。

2.2传输线路的防雷

高速公路监控系统的传输线路主要有传输信号线、电源线两部分。室外摄像机电源的引入方式有终端设备以及监视点附近电源两种。高速公路外场的监控设备的供电方式主要使用直埋敷设，若当地的气候条件不允许，可以通过架空或者通信管道的方式，此时的传输线缆同其它线路共杆架设的最小垂直间距以及与其它线路共沟的最小间距，应结合《民用闭路监视电视系统工程技术规范》的相关要求进行敷设。例如，传输线缆与通信线、广播线之间的最小垂直距离分别为0.6m、1.0m，而与与1KV电力线共杆架设的最小垂直距离则为1.5m，与10KV电力线共杆架设的最小垂直距离为2.5m；传输线缆分别与通讯电缆、220V交流电线线路共沟的最小间距分别为0.1m、0.5m。如果在建筑物内部敷设有部分传输线路，同其它线缆之间的最小间距可以参考《建筑物电子信息系统防雷技术规范》中的相关要求进行。

从防雷的角度来看，防雷效果最佳的方式为直埋敷设，由于架空线路很容易遭受到雷击且破坏性大，影响范围广，为了确保首尾端相关设备的安全，应在传输架空线上的电线杆上做好接地处理，同时还要做好架空线缆掉线和架空线缆线路中金属管道的接地。将合适的避雷器分别安装在中间放大器输入端信号源和电源上。

对传输线路进行埋地敷设很难确保雷击不会对设备安全造成危害，结合高速公路发生的雷击事件，因雷击导致的埋地线缆故障出现的概率占了将近30%左右，即使雷击区域的距离较远，部分雷电流也会进入到电缆线内。为了保护传输线路的安全，可以将线缆穿钢管或者是带屏蔽层的线缆埋地敷设，可以增强钢管的电气连通性能，由于金属管的屏蔽和雷电流的集肤效应，在抵御雷电电磁干扰和电磁感应方面十分有效。如果电缆在穿金属管过程中存在一定的难度，可以在电缆还没有进入到前端和终端设备之前经过金属管直接埋地引入，需要保证电缆的埋地长度不得低于15m，电缆在进入到入户端后应将金属外皮、钢管分别与防雷接地装置进行有效连接。

2.3终端设备的防雷

监控室的防雷在高速公路监控系统中是最为重要的，应综合考虑雷电波入侵、直击雷防护、电涌保护以及等电位连接等多个方面。在对监控室所在建筑物进行直击雷防护时，需要有避雷针、避雷带、避雷网，在安装的过程应符合直击雷保护的相关规定。将进入到监控室的各种金属管线连接到防感应雷的接地装置上。如果直接引入的是架空线路，在入户之前需要安装避雷器，同时将线缆金属外的保护层和自承钢索分别与接地装置相连。

在监控室内设置一级电位连接母线，并将等电位连接母线分别与建筑物的防雷接地、设备保护地、防静电地、PE线等进行可靠连接，可以有效避免电位差的出现。对于各种电涌保护器的接地线需要与最近的等电位连接母排进行电气连接。接地是防雷工作的重要环节，接地电阻值越小说明过电压值越低。如果监控中心使用的是专用接地装置，则接地电阻不得超过4?，使用综合接地网时，接地电阻不得超过1?。

2.4浪涌保护器的选择

（1）电源系统

经过相关研究表明，有超过70%的雷击高电位都是从电源线侵入的，为了确保监控系统设备的阿全，应在电源上做好三级防雷保护。

（2）信号系统

在进入到前端设备或者中心控制台之前，需要将避雷保护器分别加装在视频传输线、入侵报警信号线以及信号控制线上。分别在监控摄像头到控制中心的视屏传输电缆两端安装一个视频信号浪涌保护器，用来确保摄像头的安全。对于室外的云台，需要在每条控制线路两端安装云台控制线路避雷器。

参考文献：

[1]魏俊.浅析高速公路监控系统的防雷措施[J].化工管理,2015(12).

[2]王红燕,潘勇,高远望,等.浅谈高速公路监控系统防雷[J].公路交通科技,2006(09).

作者简介：

黄冠军（1971-），男，汉族，湖南省桂东县人，本科学历，助理工程师，从事气象工作。