1、高速公路机电系统的防雷技术摘要：高速公路机电系统是指高速公路上集照明、监控、收费、通信等为一体的功能强大的电器电子系统。本文章旨在通过对雷击种类及特点、防雷体系的分析, 并结合现代防雷技术，对雷击的形成原因和防治技术进行研究，提出在高速公路机电系统设计中防雷设计应包含的内容和做法。 关键词：高速公路，机电设备，防雷技术 中图分类号：U416 文献标识码： A 引言：伴随着社会的进步，科学技术的发展，电子计算机技术、微波通信技术得到充分发展与利用。电子计算机技术与微波通信技术的迅速发展，使得机电系统设备在我国高速公路上得到迅速的普及和应用。虽然机电系统设备在高速公路上的应用给工作人员以及出行者提
2、供了便利，但是高速公路机电系统遭受雷击的事件却频繁发生。当机电系统遭遇雷击时，系统不能正常运行，全部系统功能尽失，系统丧失部分功能，收费、通信、监控系统无法正常运行，给交通安全带来极大隐患，更有可能造成严重的经济损失。高速公路机电系统的特点是点多、面广、线长，既有强电设备，又有大量的监控、通信、传感等弱点设备，外场设备遍布全路段，旷野区域往往有突出的设备点，这些都是易遭雷击或雷电感应的薄弱点。要消除高速公路机电系统雷害，主要应从技术方面着手，采用先进的防雷设备以及防雷体系，减少雷击隐患。 1、雷击的种类及对高速公路的危害 雷电是雷云层接近大地时，由于热空气与冷空气摩擦形成带电荷水滴，并于正负电
3、荷达到限值时，出现云团之间、云团对大地的放电现象。这类常见自然现象已被国际电工委员会列为电子时代第一公害。就危害性来考虑，雷电灾害可初步分为直击雷、感应雷与球形雷 3 种。雷击事故分为直接雷击事故和感应雷电事故两类,直击雷电事故主要有: 雷电的热效应、雷电的电效应、雷电的电动力效应造成物体的危险。感应雷危险虽然没有直击雷危险那么猛烈, 但它发生的机率比直击雷高的多, 因为直接雷击通常是指落地雷, 指雷云对大地某一物体的放电造成物体的击毁、人畜的死伤。而感应雷是一次雷击之后, 在某一个较大的范围内产成电磁感应雷或静电感应雷, 通称雷电浪涌现象, 这种浪涌可以通过电力线、电话线、导电金属管、信息线
4、路等传播到数公里远, 使雷害范围扩大。而对高速公路机电设备构成雷击威胁的主要是直击雷与感应雷。前者是指雷电产生时的巨大电流，由于地电位的骤升形成巨大的电位差作用，造成机电设备和建筑物的损毁，严重时或防护不当会造成人员伤亡。后者即感应雷、雷击电磁脉冲，主要是通过电源供电线路、天馈线以及信号数据传输线等侵入通道叠加于线路信号之上，由此形成的瞬间高电压脉冲极易造成弱电机电设备及微电子元件的损坏，很容易酿成严重事故。因此，在机电设备防雷工程应将感应雷作为防范重点予以落实，从雷击的各侵入口着手准备，由外围将雷击电压、电流引导入地，最大限度地保护电子设备。如收费站广场、收费亭及监控机房等处的综合防雷，还应
5、完善好电位连接与共用接地系统。 2、高速公路机电系统防雷设计 由于人类对环境的破坏以及自然环境的多变，雷雨天气十分常见，特别是春夏季是雷电高发期。而高速公路机电系统又直接作用于高速公路上，属于露天作业，容易受到雷电的击害。所以速公路机电系统的防雷设计主要有接地系统防雷、信号防雷和场区机电设备房防雷三个体系。第一，接地系统防雷。众所周知，良好的接地系统是所有建筑物避雷技术中最关键的环节。对高速公路机电系统来说也是一样的，不论什么样的雷击，都需要利用接地装置将雷电流送入大地，避免灾害。鉴于高速公路建筑物遭受雷击后，内部机电设备可能受到直击过电压、感应过电流的损害。为尽可能地保护设备安全，将雷电能量
6、安全泄入大地，公路建筑物机器内部弱电设备、电源线路以及通信系统均应做好防雷接地装置工作，机房弱电系统的防雷接地应采取综合布线的方式，电气相通，有效地发挥等电位及屏蔽作用，防范地电位反击电压对避雷系统的破坏。而接地系统防雷又分为三种交流电源防雷接地、机电设备保护接地、直流工作接地。交流电源防雷接地主要指机电设备交流电源的提供单元变压器，为防止线路遭受雷击时，雷击感应电流经线路对变压器产生冲击，破坏系统机电设备的安全，可使变压器中性点直接接地运行，即便发生雷击事故，变压器也能自动跳闸保护，有效保证机电设备的安全。机电设备保护接地是指机电设备正常运行时属于带电体，弱设备绝缘出现损害，就会在机电设备、
7、人与大地间构成电流通路，极易诱发操作人员发生触电危险。由于机电设备长时间使用可能会有绝缘老化或碰撞等情况，为尽可能地消除人员安全隐患，机电设备运行时的不带电金属部分应做好接地装置工作，使设备绝缘破损时能将泄漏电流经人体、接地装置泄流到大地。直流工作接地是针对高速公路控制系统普遍应用的以集成电路、微电子元件等在内的电子器件为核心的机电设备。这些弱电系统多采用直流电源，雷击时一旦出现供电电源波动，就可能给弱电设备带来强烈干扰甚至直接烧毁。直流工作接地一方面可使微电子设备均处于同一低压直流系统中，对于稳定电路电位，防止外来电源干扰具有明显效用。同时，高速公路收费站将监控机房、配电房以及数据反馈屏等设
8、施设备的接地系统搭建为一体化的联合接地系统，还可保证信号传输存在统一的电位参照点，可有效地衰减弱电设备间数据传递、转换可能产生的电磁干扰，保证弱电设备工作的高效性。 第二，信号防雷技术。通信系统、监控系统中的道路数据信号线、语音传输线采用的有双绞线、同轴电缆、光纤光缆等介质，但除了光缆外，其余线缆均不排除有遭受雷击的可能性，并由此传递雷击破坏设备。要消除此雷害的潜在隐患，应当注意以下几点：首先，对通信系统、监控系统线缆要进行合理敷设，尽量沿平原、水田等电阻率较低之处进行敷设，力求不经山顶、山脊后存在孤立大树等高杆物体的地方。其次，要注意屏蔽与分流措施。在埋地电缆上方约 30 厘米处敷设规格为直
9、径 6毫米或 8 毫米的镀锌导线，降低电缆的雷击故障率；电缆敷设沿线无法避开较多高杆物体时，可在其周围埋设一条半圆形镀锌导线，避免雷击接地物体时对电缆构成反击；电缆芯线每隔 200 米即安装一个避雷器，用于泄放侵入线缆的雷电流。 第三，场区机电设备防雷技术。为了确保高速公路机电设备的安全，避免雷电过电流、过电压的干扰与破坏，防雷设计应将场区防雷保护划分为外部和内部防雷保护两部分。外部防雷保护是指建筑物的防雷、接地线等，如处于雷电活跃区，计算机终端及机电设备较集中的地方，应以独立避雷针（网）保护好整栋建筑物，将电流引至 10 米之外；内部防雷保护主要指电涌保护器的安装，电源系统应采用 TN-S
10、方式保护，根据直击雷、感应雷有针对性地布设多级电源防雷器。针对一般机房内监控、收费与通信系统计算机设备分布较为分散的特点,在机房的总配电柜和各系统配电箱处安装电源防雷器,对系统内的各种用电设备进行保护。如大楼的空调和动力供电采用独立的配电系统,则动力线路可不装 C 级防雷器。如机房采用市电-发电机组供电模式,则在发电机组的全自动控制屏上安装电源防雷器,保护控制屏的市电监测电路。 3、结语 雷电是一种不可逆转的剧烈的自然大气现象，它会引起火灾及人身伤亡事故,会造成信息系统受干扰而影响正常运行和设备毁坏, 对操作人员也会造成伤害。因此，我们要科学合理地落实好机电设备的防雷设计，积极降低雷击危害，确保高速公路综合服务水平的稳步推进，推动我国国民经济的稳步发展。 参考文献: 1肇毓，盛明.关于辽宁省高速公路机电系统防雷工作的探讨J.北方交通，2009（4） 2刘强，蔡忠宝.浅议高速公路通信系统电源防雷器设置方法J.北方交通，2009（7） 3苏浩然，庄晓实.浅谈高速公路机电设备的抗电磁干扰问题J.公路交通科技，2003，20(S1)：116- 118.
