有關(guān)高速公路機(jī)電系統(tǒng)綜合防雷接地措施的淺論

【摘要】受高速公路路段長、沿線環(huán)境多樣等因素影響，其機(jī)電系統(tǒng)面較廣，強(qiáng)弱電設(shè)備較多，較易遭受雷電侵襲。一旦出現(xiàn)這種問題，輕則部分設(shè)備出現(xiàn)故障，重則造成整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)甚至高速公路運(yùn)行系統(tǒng)的癱瘓。因此，高速公路機(jī)電系統(tǒng)防雷建設(shè)極為重要。本文主要從闡述雷電對高速公路機(jī)電系統(tǒng)的危害性出發(fā)，具體分析了雷電侵入機(jī)電系統(tǒng)的主要途徑，并提出相應(yīng)的防雷接地措施，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供一定的借鑒。

【關(guān)鍵詞】高速公路；防雷接地；危害性

隨著我國高速公路系統(tǒng)在全國范圍逐步完善以來，高速公路建設(shè)中涉及到的通訊、收費(fèi)、供配電等機(jī)電系統(tǒng)因電問題日益突出。雖然就目前技術(shù)水平來看，我國強(qiáng)電防雷接地技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但是集成度高、運(yùn)算速度快、工作電壓低的弱點(diǎn)電子設(shè)備防雷接地技術(shù)依然有待加強(qiáng)，其抗雷電磁脈沖的能力差，容易受到雷電影響。因此，在高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)、日常維護(hù)及操作過程中，要注意防雷問題，并著重做好整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的防雷接地工作，以確保系統(tǒng)運(yùn)行過程中不會或少受雷電侵害。

一、雷電對高速公路機(jī)電系統(tǒng)的危害性及防雷接地的意義

（一）危害性分析

作為一種常見的自然現(xiàn)象，雷電所造成的危害是眾所周知的，其對高速公路機(jī)電系統(tǒng)的危害也是極具破壞力。雷電具有高電壓、強(qiáng)電流等特征，對電子設(shè)備的侵害程度較大，現(xiàn)已成為電子時(shí)代的公害之一，更是造成高速公路機(jī)電設(shè)備損害的重要兇手。目前，高速公路機(jī)電系統(tǒng)遭受雷電侵襲所形成的損害主要包括兩大方面：其一，直擊雷。即雷電在釋放過程中，產(chǎn)生了巨大的電流，并使地電位瞬間升高，形成電位差，從而造成公路機(jī)電設(shè)備的損害以及相關(guān)人員傷亡等；其二，感應(yīng)雷。高速公路機(jī)電系統(tǒng)機(jī)房是整個(gè)公路電子系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”，對機(jī)房的破壞往往并不是通過直接釋放巨大電流而形成的，而是電流通過衛(wèi)星天線、通信線路等途徑侵入到機(jī)房當(dāng)中，并對弱點(diǎn)電流形成沖擊，從而造成設(shè)備燒毀事故的發(fā)生。

（二）防雷接地的意義

防雷接地主要可以從兩個(gè)方面進(jìn)行解釋：一是防止雷擊造成損害；二是靜電接地以防靜電危害，其是將已納入防雷系統(tǒng)的閃電能量通過電流傳輸方式釋放入大地，從而使原本破壞力極強(qiáng)的直擊雷和雷電電磁干擾能量等得到有效的分流和釋放，以確保高速公路收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及交流配電系統(tǒng)等得到保護(hù)，確保減少雷雨天氣對這些系統(tǒng)的影響，并保證相關(guān)人員的人身安全。如果高速公路防雷接地不良，極有可能會引雷入室，導(dǎo)致公路的機(jī)電系統(tǒng)遭受引雷威脅。

二、雷電侵入機(jī)電系統(tǒng)的主要途徑

雷電侵入機(jī)電系統(tǒng)需要通過以下幾種途徑：通過信號傳輸電纜侵入。主要包括攝像系統(tǒng)信號線、網(wǎng)絡(luò)線等，一般遇雷主要可能有兩個(gè)原因：其一，電纜旁邊有高大建筑物、大樹等地面突出物，一旦出現(xiàn)雷雨天氣，直擊雷就可能會擊中這些突出物，并使電流直接擊穿電纜，從而侵入到電纜芯線里面；其二，利用地電位反擊。目前我國相關(guān)部門已經(jīng)注意到了高速公路避雷的重要性，并且對公路上的建筑物、機(jī)電設(shè)備等安裝了避雷針或其他避雷裝置，然而強(qiáng)大的雷電流經(jīng)接地裝置或引下線導(dǎo)入大地之時(shí)，該位置就會呈現(xiàn)出喇叭形電位分布，一旦附近有計(jì)算機(jī)設(shè)備接地裝置并與其接近，強(qiáng)大的電流就會進(jìn)入到計(jì)算機(jī)設(shè)備線路中，如果計(jì)算機(jī)與線路當(dāng)時(shí)是連通的，那么雷電流則會直接侵入計(jì)算機(jī)設(shè)備，并導(dǎo)致設(shè)備損毀或損壞；其三，利用供電線路侵入。高速公路上存在的低壓及高壓電力線，往往都會成為直擊雷或感應(yīng)雷的“傳導(dǎo)線路”，并通過線路侵入到機(jī)電系統(tǒng)當(dāng)中；其四，通過設(shè)備與信號電纜接口相連處進(jìn)入。當(dāng)雷云對地放電之時(shí)，雷電水平電場就會感應(yīng)到過電壓，過電壓則會通過附近的機(jī)電設(shè)備與信號電纜接口相連處進(jìn)入，并損毀或損壞設(shè)備。

三、高速公路機(jī)電系統(tǒng)綜合防雷接地的具體措施

針對上述雷電侵入機(jī)電系統(tǒng)的途徑分析可見，高速公路的防雷接地舉措需要從以下幾個(gè)方面著手：

（一）收費(fèi)系統(tǒng)防雷接地措施

通常情況下，收費(fèi)系統(tǒng)受到雷電侵入主要是通過：一是直擊雷。易產(chǎn)生反擊電壓和感應(yīng)過電壓，從而對收費(fèi)系統(tǒng)造成損害；二是暫態(tài)過電壓。其是配電系統(tǒng)中最為常見的一種干擾形式，包括內(nèi)部操作過電壓、雷電過電壓，利用UPS和穩(wěn)壓器也無法消除其影響。

綜合來看，收費(fèi)系統(tǒng)防雷接地措施的實(shí)行要遵循三大原則：第一，要采用綜合防護(hù)，對收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)化、整體化的防雷接地設(shè)計(jì)；第二，要根據(jù)設(shè)備選擇過電壓設(shè)備的類型；第三，防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)要根據(jù)國家規(guī)定的防雷設(shè)計(jì)規(guī)范及過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施。

為了保障收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)備安全正常運(yùn)行，避免系統(tǒng)設(shè)備遭受各種直擊雷及暫態(tài)過電壓的損壞及干擾，具體需要采取三級保護(hù)方案：第一級，對收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行粗保護(hù)。供電系統(tǒng)負(fù)責(zé)找出系統(tǒng)最易遭雷擊（例如配電房引入室內(nèi)位置）的位置，并將該點(diǎn)的流通容量設(shè)置大于60KA；第二級，對收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)保護(hù)。第二級保護(hù)由收費(fèi)系統(tǒng)負(fù)責(zé)，該系統(tǒng)部門要注意設(shè)置位于供電線進(jìn)入收費(fèi)系統(tǒng)UPS前的流通容量大于20KA；第三級，對收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行精保護(hù)。精保護(hù)是在細(xì)保護(hù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，當(dāng)?shù)诙壉Ｗo(hù)設(shè)備距離控制矩陣、路由器或者服務(wù)器等大于15米之時(shí)，需要在車道控制機(jī)設(shè)備前端安裝精保護(hù)。

（二）監(jiān)控系統(tǒng)防雷接地措施

雖然目前我國高速公路上的監(jiān)控系統(tǒng)（例如外設(shè)監(jiān)控?cái)z像機(jī)）多數(shù)采用光纖傳輸，但是光端機(jī)與攝像機(jī)之間的電纜連接線卻很容易受感應(yīng)雷破壞，事實(shí)上在實(shí)際使用過程中也極易遭遇雷擊現(xiàn)象。因此，要在視頻線始末兩端加裝視頻防雷器，信號線的始末兩端加裝信號防雷器，有條件情況下，也可以使用內(nèi)置光端機(jī)的攝像機(jī)，以減少受雷的可能性。

（三）合理布線措施

在防雷接地過程中要注意線路的合理布局，例如引入線路要加裝電涌保護(hù)器或避雷器；易受雷擊影響的強(qiáng)弱電線路要利用金屬管進(jìn)行防護(hù)以可靠接地等。整體線路布局要以減少雷電對線路造成影響的可能性為基礎(chǔ)，在線路設(shè)計(jì)之時(shí)要盡可能的將雷電災(zāi)害減至最低。

（四）通信系統(tǒng)和交流配電系統(tǒng)防雷接地措施

通信設(shè)備是穩(wěn)定高速公路服務(wù)工作，實(shí)現(xiàn)傳輸設(shè)備安全的基本保障，因此，必須要認(rèn)真做好通訊系統(tǒng)的防雷接地工作。例如，在傳輸設(shè)備機(jī)柜上可以提供兩個(gè)接地螺栓，采用單點(diǎn)接地方法接入大地，其中一條為傳輸設(shè)備工作底線（GND），主要用于連接各種直流工作電源地線，另外一條為二次保護(hù)電路地線（PGND），在接入大地可泄放經(jīng)一次保安單元后剩余的電荷。對于交流配電系統(tǒng)而言，要提供一個(gè)獨(dú)立的交流安全地，并將交流電網(wǎng)提供的保護(hù)地線斷開，如果無法做到這一點(diǎn)，也可以與配線架防雷地公用，但要安裝電源防雷裝置，以防交流電網(wǎng)出現(xiàn)干擾信號。

總結(jié)

總而言之，高速公路需要著重做好整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的防雷接地工作，利用科學(xué)、合理的方法對防雷接地系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)，需要通過科學(xué)、合理的方法對防雷接地系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)，并就設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控和管理，以確保系統(tǒng)運(yùn)行過程中不會或少受雷電侵害，并提高高速公路的綜合服務(wù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1]曹英寶.高速公路機(jī)電系統(tǒng)綜合防雷接地措施研究[J].交通世界（運(yùn)輸.車輛），2011（10）.

[2]羅云鋒.基于高速公路機(jī)電系統(tǒng)綜合防雷接地對策研究[J].科技與企業(yè)，2012（16）.