關(guān)于高速公路機(jī)電防雷系統(tǒng)的問題探討

摘 要 針對高速公路機(jī)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，簡述雷電對高速公路機(jī)電系統(tǒng)的嚴(yán)重危害。介紹雷擊產(chǎn)生的原理以及雷電入侵高速公路設(shè)備的途徑，結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，探討如何減少雷電對高速公路機(jī)電系統(tǒng)的影響，并簡單地介紹了各種防雷的保護(hù)方法與防雷器的選擇。

關(guān)鍵詞 高速公路；機(jī)電防雷；問題探討

中圖分類號 U412 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0192-01

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是高速公路管理的核心部分，其包括收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)。由于高速公路所涉地域廣、距離長、穿越地形復(fù)雜，如果在工程施工程忽略了防雷設(shè)備的加裝以及對地網(wǎng)地線質(zhì)量檢測，高速公路的機(jī)電系統(tǒng)及其容易受到雷電的影響，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備損壞，嚴(yán)重威脅收費(fèi)營運(yùn)的安全及正常工作。

1 雷擊的產(chǎn)生以及雷電入侵機(jī)電系統(tǒng)的途徑

1.1 雷擊的產(chǎn)生

雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對大地間迅猛的放電。其中后一種即云層對大地的放電，則對建筑物、人和建筑物內(nèi)電子設(shè)備產(chǎn)生極大危害。影響高速公路機(jī)電系統(tǒng)雷擊主要有三種形式：

1）直擊雷：指帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，主要危害建筑物、建筑物內(nèi)電子設(shè)備和人。

2）感應(yīng)雷：直擊雷放電過程中，強(qiáng)大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以及發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，主要危害建筑物內(nèi)電子設(shè)備。是閃電放電瞬間，在附近導(dǎo)體產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

3）開關(guān)過電壓：供電系統(tǒng)中的電感性和電容性負(fù)載開啟或斷開、地極短路、電源線路短路等，都能在電泳線路上產(chǎn)生高壓脈沖。其脈沖電壓可達(dá)到線電壓的3.5倍，從而損壞設(shè)備。破壞效果與雷擊類似。

1.2 雷電入侵機(jī)電系統(tǒng)的主要途徑

1）傳統(tǒng)避雷針的副作用產(chǎn)生二次感應(yīng)雷擊效應(yīng)，雷電電流經(jīng)過避雷針導(dǎo)地時(shí)，機(jī)電系統(tǒng)的微電子設(shè)備受二次雷擊效應(yīng)影響而損壞。

2）供電系統(tǒng)的供電線路無論是受直擊雷還是感應(yīng)雷電入侵都會(huì)產(chǎn)生過電壓、過電流，并通過這些線路侵入機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備，造成設(shè)備的損壞，同時(shí)機(jī)房中的UPS、監(jiān)控、通信等設(shè)備也會(huì)因過電壓、雷過電流而遭到破壞。

3）戶外的通信線路（包括視頻線、網(wǎng)線、通信天線）受到雷電入侵，雷電沿著信號線路和外場設(shè)備入口侵入，從而造成相關(guān)連接設(shè)備損壞。

4）避雷針把強(qiáng)大的電流引入地下時(shí)，地電位升高導(dǎo)致一些設(shè)備的接地地位升高，形成反擊雷，從而侵入用電設(shè)備內(nèi)，并在設(shè)備內(nèi)部件間產(chǎn)生電壓差，擊穿器件或擊毀設(shè)備。

2 雷電防護(hù)措施

現(xiàn)代防雷措施包括分流、均壓、屏蔽、接地、箱位保護(hù)。

分流（泄流）：防雷靠接閃器經(jīng)引下線和接地裝置，或經(jīng)過導(dǎo)電連接和接地良好的金屬構(gòu)架，將雷電流分流流散入地，以降低電位，避免引起對系統(tǒng)設(shè)備的反擊。

均壓：稱為等電位，是指對于同一層同一部位的不同電纜外皮、設(shè)備外殼、金屬構(gòu)架（構(gòu)件卜管道做好電氣搭接，以均衡

電位。

屏蔽：是采用屏蔽電纜，利用各種人工的屏蔽箱盒、法拉第屏蔽籠和各種可以利用的自然屏蔽體來阻擋、衰減施加在設(shè)備上的過電壓能量。

接地：是指將所有金屬構(gòu)架（構(gòu)件）、管道、電纜金屬屏蔽層、穿線鐵管連在一起，與屏敝籠及總接地網(wǎng)就近連接；

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備的防雷接地、工作接地、保護(hù)接地宜采用共地方式；或者計(jì)算機(jī)的邏輯接地采用引外接地，為防反擊再將其與主接地網(wǎng)暫態(tài)共地。

箱位保護(hù)：是在電源線、信號線、接地線等過電壓可能侵入的所在端口，裝設(shè)必要的浪涌過電壓保護(hù)裝置；在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)引出的信號線、電源線上裝設(shè)多級保護(hù)，包括粗保護(hù)和細(xì)保護(hù)，將侵入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的沖擊過電壓限制到設(shè)備耐受允許的水平。

3 機(jī)電系統(tǒng)的防雷保護(hù)方法

3.1 電源線路的防雷

高速公路的機(jī)電設(shè)備的電源裝置防雷一般可以分為三級保護(hù)：

第一級保護(hù)為直擊雷保護(hù)，高架設(shè)備，例如外場攝像機(jī)、外場清報(bào)板，外場車輛檢測器等采用獨(dú)立避雷針，把雷電引到地下。

第二級保護(hù)為過電壓保護(hù)，10 kV高壓線末端接入電源變壓器處，每相線安裝1只電源避雷器。在監(jiān)控樓內(nèi)的配電箱里，安裝一套電源防雷器，每相容通電流為40 KA。

第三級保護(hù)為浪涌吸收保護(hù)，在每臺戶外攝像機(jī)（如廣場攝像機(jī)、車道攝像機(jī)）m電源輸入端，安裝電源防雷器。在配電房的低壓配電屏上安裝三套電源避雷器，其容通電流為50 KA，將電源線上出現(xiàn)的巨大浪涌電流吸收。

3.2 信號防雷

視頻信號防雷：防雷在廣場攝像頭到控制中心和收費(fèi)亭的監(jiān)控?cái)z像頭到控制中心的視頻傳輸電纜兩端安裝視頻信號防雷器各一只，以保護(hù)攝像頭。在公路沿線云臺的攝像頭上各安裝一只視頻信號電涌保護(hù)器以保護(hù)攝像頭。

數(shù)據(jù)信號防雷：在監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器至交換機(jī)間安裝一個(gè)數(shù)據(jù)線防雷器，以保護(hù)服務(wù)器。在車道交換機(jī)進(jìn)線及交換機(jī)至各個(gè)收費(fèi)亭的工控機(jī)之間安裝一個(gè)數(shù)據(jù)防雷器，以保護(hù)交換機(jī)與收費(fèi)工控機(jī)。在程控電話和緊急電話傳輸線端安裝程控電話電涌保護(hù)器。

3.3 外圍收費(fèi)設(shè)備防雷

外圍收費(fèi)設(shè)備容易受雷擊的是費(fèi)額顯示器，在收費(fèi)工控機(jī)至費(fèi)額顯示器一端加裝一對光電隔離器，大大減低了設(shè)備的損壞幾率，加裝光電隔離器對大部分通過232串口傳輸信號的設(shè)備都是適用的。

3.4 接地

接地是防雷系統(tǒng)中重要的一環(huán)，在施工中，將配電房與收費(fèi)島所有的外墻柱筋作引下線使用，均勻?qū)ΨQ布置，盡量采用基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋和自然金屬接地物統(tǒng)一連接起來作為接地網(wǎng)，并輔以人工接地體補(bǔ)充。高速公路收費(fèi)車道的供電采用屏蔽電纜并埋地布線，電纜兩端均安裝電源防雷器接地方式采用多級保用接地，接地電阻小于4 Ω（歐姆），電源變壓器的機(jī)殼、電源低壓側(cè)零線、電纜的金屬護(hù)套均就近接地。由配電房到監(jiān)控樓的供電電纜采用屏蔽電纜埋地引入。室內(nèi)配電箱的零線不作重復(fù)接地，電纜兩端的屏蔽層就近接地。

3.5 屏蔽與等電位處理

屏蔽是一個(gè)重要的措施，對通過空間傳播的雷電電磁千擾有很好的防護(hù)作用。機(jī)電設(shè)備的工作地，保護(hù)地及房建的防雷地共同使用一個(gè)地網(wǎng)，形成一個(gè)均勻的電位體，將多組地網(wǎng)采用扁鋼連接共地處理，可消除地網(wǎng)之間的電位差，保證設(shè)備不因雷電的反擊而損壞。在機(jī)房室內(nèi)靜電地板下設(shè)金屬線槽，設(shè)備的金屬外殼和金屬走線架通過連接線連接到接地匯流排，起到屏蔽作用，也形成一個(gè)等電位。

4 防雷器的選擇

防雷器的選擇上面，因根據(jù)傳輸線種類不同，采用不同的避雷器。避雷器應(yīng)該具有兼容性（即不對所有的設(shè)備或線路造成任何干擾和中斷）、承受高電壓、地通過電壓、全面保護(hù)（即提供每線對地的保護(hù)及提供線間保護(hù)）等特點(diǎn)。在實(shí)際工程中，要根據(jù)不同環(huán)境、不同設(shè)備的抗雷擊性，采用不同級別的防護(hù)措施，并聯(lián)安裝不同的避雷器，將沿導(dǎo)線傳入的過電壓波分流入地，保證所有設(shè)備都受到保護(hù)，避免因一臺設(shè)備受到損壞而造成系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備損壞的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”。

5 結(jié)論

綜上所述，高速公路機(jī)電系統(tǒng)防雷是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，要做好高速公路機(jī)電系統(tǒng)防雷工作，必須建立合理的防雷接地網(wǎng)，確保暢通的雷電泄放通道，采取良好的雷電屏蔽措施，安裝合理的避雷器，方可以將雷電對機(jī)電系統(tǒng)的影響和危害降低到最低程度。進(jìn)而提高機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，從而降低系統(tǒng)維護(hù)成本，為高速公路收費(fèi)管理和營運(yùn)管理提供安全穩(wěn)定保障。

參考文獻(xiàn)

[1]花鐵森.建筑弱電工程安裝施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.