1、1高速公路机电设备防雷技术的探讨摘要：由于高速公路所涉地域广、距离长、穿越地形复杂，极易受到雷电的干扰，严重影响机电设施正常运行。为避免雷电带来的安全隐患，建设一个良好的防雷系统十分重要。本文探讨了高速公路机电设备防雷技术。 关键词：高速公路；机电设备；防雷；技术 中图分类号：U412.36+6 文献标识码： A 文章编号： 高速公路一般在远离市区的郊外，所涉地域广、距离长、穿越地形复杂，既有强电设备又有大量弱电设备，极易遭受雷击，造成整个系统或部分设备损坏， 给高速公路运营管理带来极大的不便，而且会带来巨大的直接经济损失和间接经济损失, 因此机电系统的防雷问题应受到广泛的重视。高速公路遭雷击
2、的方式分为直击雷和感应雷。直击雷具有电压高、电流大的特点，其破坏性极大。感应雷是雷电电流被导入大地时，瞬时自上而下产生了一个强力磁场，处在这个强力磁场的所有电器、信号、电源及它们的传输线路都切割了磁力线，发生的闪击现象。过去人们对雷电的防护大多局限于对直击雷的防护，随着各种电子设备的普遍应用，感应雷造成的损失越来越大，在实际中真正对高速公路机电系统造成危害的大多是感应雷。 一、 雷电侵入机电系统的途径 1、由系统通信线等信号传输电缆侵入 2高速公路机电工程中的通信线主要包括计算机系统的网络线、摄像系统的信号线等，信号传输电缆线中出现的雷过电压、过电流，一般包含两种情况 ：一是信号传输电缆旁有大
3、树、高大建筑物、独立避雷针等地面突出物，当直击雷击中这些突出物时，强电压将把附近土壤击穿，雷电流直接侵入到电缆外皮，进而击穿电缆使高压侵入电缆芯线。雷电流在电缆外皮流动时也可以在芯线上感应出过电压。另一种情况是当设备附近发生雷云对地放电时，由雷电水平电场感应出过电压。根据有关部门统计资料表明，埋地电缆芯线上的感应过电压一般为几百到几千伏，情况严重时可达 5kV 以上。信号电缆直接与设备的接口相连，因此过电压会由此而入。 2、由交流供电线路侵入 不管是架空的高压电力线还是低压电力线，均可能被直击雷或感应雷击中。 3、地电位反击 机电设备附近的避雷针或房屋避雷装置可以吸引雷电、保护建筑物，但当雷击
4、时强大的雷电流经引下线和接地装置导入大地时，接地装置周围土壤形成喇叭形电位分布。当计算机设备的接地装置和它接近时，高地电位便可由此侵入计算机设备造成危害。 二、防雷接地的基本类型和作用 1、工作接地 供电系统用变压器的中性点直接接地，在工作或事故情况下，保证电器设备可靠地运转，降低人体接触电压，迅速切断故障设备或线路。 32、保护接地 电器设备在正常工作情况下，不带电的金属部分与接地体之间应做优良的金属连接。在中性点不接地系统中，假如电器设备没有保护接地，当该设备某处绝缘破坏时，外壳将带电，同时由于线路与大地间具有电容，人体触及此绝缘保护电器设备外壳，则电流流入人体构成通路，人将形成触电的危险
5、。设置这种接地装置后，接地电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过，接地电阻越小，流过人体的电流也越小，防止人体触电的风险。 3、重复接地 将零线上的多点与大地多次做金属性连接。当中性点直接接地系统中发生碰壳或接地短路时，可降低对地电压；设置这种接地可以在当零线发生断裂时，降低雷击的损害程度。 4、直流工作接地 计算机以及一些微电子设备，大部分应用中、大规模集成电路，工作于较低的直流电压下，计算机、微电子设备的工作电路具有同一电位参考点，将一切设备的零电位点接于一接地装置，它能够稳定电路的电位，防止外来搅扰，这称为直流工作接地。同一系统的设备接于同一接地装置后，在进行模拟量或数字量交换或通讯时，
6、才有统一的电位参考点，从而为接于同一接地装置的计算机或微电子设备，提供稳定的工作电位，有效地衰减以致消弭各种电磁搅扰，保证数据处理或信号传送精确无误。 5、防雷接地 4为使雷电浪涌电流导入大地，使被保护物免遭直击雷或感应雷等浪涌过电压、过电流的损害，一切建筑物、电器设备、线路、网络等不带电金属部分，金属护套，以及一切水、气管道等均应与防雷接地装置作金属性连接。防雷接地装置包括避雷针、避雷带、避雷线、避雷网、接地引下线、接地引入线、接地汇集线、接地体等。 三、高速公路机电设备接地技术 对于直击雷，其防护通常是通过使用避雷针、避雷带、避雷线等作为接闪器，把雷电流接收下来后，通过接地装置将其安全地送
7、回大地。对于感应雷，则是通过等电位连接、屏蔽、正确可靠的接地等进行相应的防护。可见，无论是直击雷还是感应雷，都需要有一个良好的接地系统，因此，以下主要讨论高速公路机电设备的防雷接地技术。 1、 防雷接地 当高速公路建筑物被雷电击中后，就有可能对建筑物内部的机电设备造成直击过电压和感应过电流的危害。为了保证雷电击中建筑物后，雷电能量能够安全地泄入大地中，因此将装有机电设备的公路建筑物、内部弱电设备、电源线路、网络通信等系统均与防雷接地装置做有效的防雷金属连接。综上分析，对高速公路机电设备控制机房内弱电系统的综合防雷接地系统可以采取以下综合布线方式。 2、交流电源防雷接地 变压器是机电设备交流电源
8、的提供单元， 由于变压器通常安装在室外，与上一级电网直接连接。当线路发生雷击时，雷击感应电流就会通过输电线路向变压器冲击，为了保证系统变压器和系统机电设备的安全，5通常采用将变压器中性点直接接地运行方式，在正常工作时，可以向机电设备提供 220 V 相电压电源，当发生线路雷击事故时，可以有效地进行跳闸保护，保证高速公路机电设备的安全。 对于没有装设隔离变压器而直接采用就近供电电源的机电系统，为了防止供电线路发生雷击而使机电设备遭到破坏，可以在弱电设备电源系统和设备供电电源间加装电涌保护器 SPD，将雷击电磁脉冲所带来的瞬时过电压通过分流方式降低到弱电设备允许的范围内。 3、机电设备保护接地 机
9、电设备在正常工作时是一个带电体，同时也是人操作控制的主要设备，当机电设备运输过程中发生碰撞或使用时间过长都可能导致设备绝缘损害，此时如果运行管理人员没有发现此隐患，而与设备金属外壳直接接触时，由于人体是导电体，就会在机电设备/人/大地间形成一个电流通路，电流就会通过人体流入大地，导致运行人员发生触电危险。为了避免发生触电危险，通常对机电设备正常运行时不带电的金属部分通过保护接地装置与大地有效连接。当发生设备绝缘破损时，泄漏电流就会通过人体和接地装置两回路向大地泄流，如果接地装置的电阻远小于人体电阻时，泄漏电流通过人体的电流就很小，就可以把泄漏电流有效控制在安全范围值下，通常要求机电设备保护接地
10、电阻小于 1 。 4、直流工作接地 随着电力电子技术的不断成熟，利用计算机技术、通信技术等组成的高速公路控制系统的综合自动化程度有了飞速的发展。计算机、电子集成电路、微电子等电子器件已成为高速公路机电设备的核心。由于弱6电系统的工作电压通常采用直流电源，其弱电设备对电源要求很严，当供电电源出现波动时，就会给弱电设备带来巨大的干扰，严重时会烧毁弱电系统中的弱电设备。弱电系统接地可以保证所有微电子设备工作于同一低压直流系统中，有效地稳定电路的电位，防止外来电源对系统的干扰。同时弱电设备共同使用一个接地系统，保证了信号传输过程中选用统一的电位参照点，有利于设备间数字信号和模拟信号的传输，有效地衰减各
11、弱电设备间数模转换带来的各种电磁干扰，提高了系统数据信号的处理速率和信号传递的准确性。建立联合接地系统已成为现代高速机电弱电设备高效工作的有利保障。在高速收费站中，为了数据信号的统一，收费车道、监控机房、数据反馈屏及配电房等公路服务设施的所有机电设备的接地系统形成一个联合接地系统，同时为了保证接地的可靠性，机电设备采用不少于两处的金属 440 mm 扁钢带有效接地，防止雷击电流泄底后地电位反击冲击机电设备。在形成完整的接地防雷系统，应根据相应的规范进行相关的试验，若接地电阻达不到要求，应架设人工接地体配合建筑物钢筋作为一个联合接地网。 总之, 高速公路机电系统的防雷接地是一项系统工程, 应重视全方位、立体化综合防治, 对感应雷和直击雷都要采取相应的措施, 以达到最佳防雷效果。 参考文献： 1 张疆. 深度探讨高速公路机电系统的防雷技术J. 科技资讯. 2010(25) 2 周武. 浅谈高速公路机电系统防雷存在的问题及对策J. 科7技资讯. 2008(14) 3 李军,吴泽芳. 高速公路机电系统防雷措施研究J. 黑龙江科技信息. 2008(17) 4 冯民学,吕久平 ,高岩渊. 浅析高速公路雷电危害及防御J. 气象科学. 2003(03)
