福建省高速公路有限责任公司龙岩管理分公司 福建龙岩 364000
摘要：现如今，科学技术在不断进步，在高速公路上所安装的机电设备不断增多，功能在不断增强，主要包含弱电设备与强电设备系统。机电设备在绝缘处理上较弱，过电压受力较差，易受到雷电的袭击而发生安全事故。因此，为保证高速公路运行的安全性，保护过往车辆的安全，应重视机电设备防雷技术的应用，做好防雷接地处理。以增强高速公路运行的安全性与平稳性。
关键词：高速公路；机电设备；防雷技术
1雷电对高速公路机电设备的危害性分析
伴随着科学技术、数字化技术、通信技术等的不断革新，诸多机电设备不断被应用到高速公路中，如，外场视频监控、车辆检测系统、信息发布系统、隧道内火灾智能报警系统、高速公路数据通信、收费装置等，都已经实现电子化。但是，机电设备在高速公路系统中运行中一旦遭遇雷电等恶劣天气，机电设备会受到严重损坏。如，大面积的图像无法上传监控室、隧道照明瘫痪、收费车道设备全部瘫痪、通信系统通讯全面中断等严重事故，甚至还会引起严重的火灾或爆炸事故，后果不堪设想。
2高速公路机电设备防雷的有效对策
2.1高速公路视频监控系统
视频监控系统作为高速公路运行中非常重要的一个系统，视频监控系统的主要功能是通过道路摄像机在监控室查看道路运行状况，及时掌握道路上的突发事件，为驾驶员提供安全、高效的驾车环境。一般高速公路都会根据道路的情况设置不同的监控设备，在防雷处理时将每台监控设备的电源线、信号线都要进行防雷器的安装，防雷器应就近安装在监控设备的外壳上或者是直接接地。监控系统中的收费站监控系统和道路监控系统都是由前段部分、传输部分以及终端部分组成，两个系统在防雷设计上基本一致，道路交通监控系统主要侧重前端部分和传输部分的防雷保护，在防雷接地处理上：可以采用前端摄像机以及云台立杆的顶部安装一个长度在 2m 的避雷针，避雷针顶端设计成尖形，避雷针的引线采用 25mm2 的接地铜线与接地系统连接。每一个监控点都要配备独立的地网，对于土壤电阻率较大的地区，要使用接地模块和接地体联合使用，保证接地电阻小于 4Ω。在设备防雷处理上：视频信号从摄像机输出，在输入传输设备时安装一个视频防雷器，视频信号通过视频防雷器输入到传输设备；摄像机电源和控制信号防雷处理同样要安装相应的防雷器，采用串联的方式进行连接，在电源线输入端和控制信号线的输入端各安装一个电源防雷器和信号防雷器，再输入到上端摄像机，三种防雷器的接法如图1。这样可以阻止雷击电流进入摄像机视频线、电源线、控制线，避免整个摄像机监控网络受到破坏。
图1串联方式接法
2.2高速公路收费车道的防雷
收费车道设备安全运行关系到整个高速公路的畅通问题，是高速上保畅的重中之重。收费车道主要分为入口发卡车道、出口收费车道、ETC车道。收费车道的防雷接地处理：收费车道设备采用综合接地，每个车道都设置一个接地排，每个车道的接地排都接入综合接地网中，采用综合接地，接地电阻值必须小于1Ω每个车道电源的地端接入接地排、收费岛上的设备如栏杆机、发卡机、雾灯、工控机、广场机柜、雨棚信号灯等设备的金属外壳也必须用接地线接入接地排。机电设备防雷的处理：首先收费车道电源的防雷处理，收费车道的总电源输入是从UPS室输出到车道的，首先在UPS输入到车道时设置一个电源防雷器，再输入到总空开，总空开再分配到每个车道的空开，再输入到对应的车道，每个车道在UPS输入端也设置电源防雷器。其次机电设备信号防雷处理措施：如在串口或并口处设置光电耦合器、信号防雷器等，在信号传输线路上串联信号防雷器，或者防浪涌保护器等措施来保护设备免遭雷击。
2.3电源线路的防雷措施
高速公路使用高压电线时，必须在接入的三相电源变压器位置各相接地处安装避雷器。避雷器材质尽量选择氧化锌材料。在电源变压器外壳、电源低电压一端的零线、电缆金属外壳都应该按照就近原则连接到地上或接地端。电源变压器和配电房之间的低电压电缆电路都采取地下布线方式，将电缆电线穿入金属管中，深埋于地下，避免地面雷击。配电房到监控机房的输电电路也要埋入地下并采用屏蔽措施。收费站建筑内的配电箱电路两头的屏蔽部分要就近接地。收费站使用的是弱电，要在电缆两端分别安装B220/20KA型单相电源防雷器，采用屏蔽电缆并埋于地下。在监控室配电箱内安装B380/40K型电源防雷箱，通过远程主动防御报警功能，实现远程监控。将B380/80KA型电源防雷箱安装在配电室的低压配电屏上，吸收电源线上的高强度浪涌电流，避免雷击强电流破坏机电设备。
2.4高速公路上机房和配电房防雷措施
高速公路上在安装有机电设备的机房、配电房内，要严格按照建筑物防雷等级进行防雷设计，在重视外部防雷的同时，要进行内部防雷设计。在建筑物内部，必须要安装必要的电涌保护器，防止电缆线路遭受雷击，造成电源输入雷击破坏。在电子信息系统中，要做好均压等电位、泻流分流和屏蔽防雷措施。在同一层或同一部位的不同金属构件、设备外壳、管道及电缆外皮等位置做好等电位连接，实现均衡电位，避免建筑物内产生反击或跨步电压，从而减少雷电电磁脉冲对电子设备的干扰，减少对人员的伤亡。泻流分流是将引下线、接闪器和接地将雷电分流入地，从而通过保护设备和部件避免雷击造成系统设备反击。采用法拉第屏蔽笼、屏蔽箱盒、屏蔽电缆等措施，利用可以利用的自然屏蔽体，防止绕击雷、侧击、球雷袭击，从而达到防御雷电电磁脉冲，衰减及阻挡施加在设备上的电压能量。
2.5隧道内机电设备防雷
由于隧道内界面交叉，防雷接地基础工作一直没有引起土建单位的重视，影响了防雷的效果。隧道就如同一座大型民用建筑，内部所有通过金属线缆连接的机电设备都必须进行防雷保护，且金属机箱（柜）应与接地系统可靠连接。隧道内安装的CO/VI检测器、车检器以及火灾报警系统，特别是火灾报警器，多采用电缆进行信号传输，容易受到感应雷击，应用50 mm2的铜缆作为隧道接地主干线与隧道洞口的接地网可靠连接，同时，将接地干线与隧道洞内的预留洞室内的钢筋作重复接地，使接地网更加可靠。
2.6外场设备雷电防护
主要是指可变情报板、气象检测器、车检器等外场设备。由于外场机电设备遍布全路段，点多、面广、线长，各类电力线、信号线往往需要穿越复杂的地质层面，因此遭雷电入侵的可能性也比较大，外场设备要求有一个良好的接地系统，所有防雷设备都需要通过接地系统把雷电流泄入大地，机电外场设备应分别设置防雷接地极（10Ω）和保护接地极（4Ω），且两地网之间至少要有20 m的距离。或者设置共用接地极（1Ω）。
2.7通信设备的防雷处理
在高速公路通信系统其主要负责传输与运送信号，为高速公路运行提供一系列的通信服务。通信系统外场采用光纤传输，雷击影响不大，主要要做好通信机房设备的防雷，在传输设备的机柜上，应准备好2个接地用的螺栓，运用单点接地的方法来接入到大地之中：1条为工作地线；1条为二次保护电路的地线。在交流配电系统运行过程中，应设计出相对独立、安全的交流环境，还要将保护地线予以断开，若无法执行此项操作，还可与配线架防雷基地进行配合使用，前提是需要安装一定的电源防雷器，避免在交流电网内出现一系列的干扰信号。
结束语
综上所述，高速公路机电设备防雷技术的应用，使高速公路机电设备得到了有效保护，极大的提升了高速公路机电设备的工作稳定性，确保高速公路工作人员的人身安全，这对于我国高速公路系统的可持续发展，有着极为积极的推动作用。
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[3]倪明.探讨高速公路机电设备防雷技术[J].科技与企业，2015，20：172+175.
论文作者:徐洪林
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/10
标签：防雷论文; 高速公路论文; 机电设备论文; 车道论文; 设备论文; 电源论文; 防雷器论文; 《基层建设》2017年第23期论文;