摘要：随着经济的不断发展，在现阶段我国的高速公路发展过程中其自身的机电系统在进行运行的时候由于其本身所存在的过电压保护问题以及防雷接地的设计问题，为此在实际运行的时候必须要更好地更新和保护高速公路机电系统，防止其出现过电压的入侵以及控制的问题，必须要在实际工作的时候有效的提出了防雷接地设计的具体方法。在进行多次实验之后其自身的结果表明，如果想要避免高速公路的机电系统不受到雷击感应的影响，就必须要做到对其进行相关的保护。
关键词：高速公路机电系统；过电压保护；防雷接地
引言
在现阶段为了能够有效的保证交通运输业在进行运行的过程中不出现问题，必须要做到的就是确保高速公路的机电系统在进行设计的过程中其过电压的保护以及防雷接地设计本身的合理性。从实际的发展来看，可以知道雷电本身是最经常导致高速公路的机电系统出现过电压破坏的原因之一，但是由于高速公路的机电系统其本身的结构相对于复杂、并且其自身内部的控制回路相对于较多，为此一旦遭遇到了雷击就会对于整个系统中造成多种多样的损坏，从目前的情况下来看，当前出现的雷电入侵的耦合方式中其主要可以分为两种，分别是传导耦合以及辐射耦合。
1对高速公路的弱电系统出现过电压入侵途径的分析
1.1辐射耦合的入侵
辐射耦合的入侵方式是高速公路的机电系统出现过电压的情况中一种是十分常见的方式，这种方式在进行入侵的时候其本身是利用雷电所产生的电磁脉冲来向周围的媒介不断的进行传播以及的。众所周知，导体在变化的磁场中会产生感应电流和感应电动势，在闭合的回路中能够产生的干扰电流，在不闭合的回路中则产生感应电动势就，磁场变化约大，感应电动势或感应电流则越强。机电系统中的辐射耦合，主要影响的是线缆、天线、外壳等；比如线缆芯线与芯线或金属绝缘体之间、外壳与设备之间、天线与内部电路或接地之间能够产生暂态过电压，从而破坏电器设备的输入、输出端口。
也就是说，这种方式的系统入侵是利用电磁波快速变化的方式来对高速公路中的机电系统造成影响，同时触发其本身的系统内部的过电压保护机制。
1.2传导耦合的入侵以及控制
在高速公路的机电系统中除了会出现辐射耦合的入侵方式，还会出现的过电压入侵方式是利用传导耦合的入侵方式，这种入侵方式其主要是通过利用电子设备与系统的电子设备之间所存在的一种传导耦合的关系进而来实现入侵的作用的。在进行入侵这一过程中，传导耦合其主要起的作用就是通过雷电流与电子设备之间的本身所存在的电路连接将其进行入侵的实现的。一旦出现了雷电情况的发生，雷电流本身就会沿着高速公路的机电系统设备其自身内部的连接电路进行入侵，进而会直接的影响相关的电子设备在运行的过程中的正常工作能力。所谓的系统连接线路其主要包括了：电源线、连导线以及系统内部的信号线等等。而高速公路的机电系统本身出现了过电压的传导入侵的时候，即使都是传导耦合的入侵方式，其也看可以按照耦合方式的不同，来进行下一步的分类，如可以分为：电容性的耦合、阻抗性的耦合以及电感性的耦合这三种不同的耦合方式。
电容性的耦合是当感应电流经过电器设备中电容时会产生电容耦合；电路阻抗越高，感应干扰越强，特别是在高频电路中，耦合强度干扰也越强，所以在机电系统中为降低电容耦合，减少高频噪声的影响，应做好信号线的屏蔽工作或增加去耦电容。
在高速公路机电系统不同电器设备中防雷线与接地线是共接的，不同共电源电器中的内阻也不尽相同，阻抗性耦合就是在不同回路中因不同阻抗而产生耦合，从而使一部分的感应电流会影响到其他电器设备，所以在做接地时，应尽量减少接地线长度和加大接地线径，从而减少接地阻抗。
电感性耦合是电流通过导体线圈时产生的电磁干扰，是电器中一种常见的干扰。回路中数据信号中电感性耦合会产生干扰电压，将影响到数据传输的可靠性和稳定性。电感性耦合的强度和线圈的大小、匝数、耦合变化速度等有关，在高速机电的施工中，应该尽量减少电缆敷设绕圈，车检器感应线圈、ETC天线等外接设备信号线尽量不做盘留。
为了有效的减少传导耦合对高速公路的机电系统的影响，我们还应该在高速公路的机电系统中的控制回路上安装浪涌保护器，这一保护器本身可以降低线路本身的阻抗以及在线路中电源本身的内阻。和辐射耦合入侵不同，由于电感性耦合进而引起的感应如果出现了过电压的入侵，那么其本身就是与雷电流的工作频率成正比的，为此作为高速公路的机电系统的系统保护人员可以通过设计通感来与有效的实现高速公路本身的机电系统的过电压保护。
2对高速公路的机电系统的防雷接地设计分析
2.1明确在进行防雷接地的设计过程中的要求
在进行高速公路的机电系统中的防雷接地设计的过程中，要求相关的设计人员在进行设计的过程中必须要对现实的环境进行充分的考虑，同时根据工程本身所处的环境位置以及当地的雷电在进行活动的过程中其雷雨天气的情况、当地的电器系统在进行设备布设的过程中其自身的情况以及一旦出现了雷击，雷击会造成的影响范围等等不同的问题进行分析。换句话说，作为高速公路的机电系统的设计人员来说其自身可以采用分流、屏蔽、接闪、均压以及共用接地等等不同的方式来进行合理的布线确保在实际工作的过程中做好对电磁脉冲的防护措施。在这一过程中，作为负责接地设计的相关管理人员在进行技术的研究过程中应该以综合治理、对实际情况的全面规划以及应用更为先进的技术来作为实际的工作核心，从而能够实现更加有设计效果的高速公路的机电系统中的防雷接地设计。在设计中应遵循几个原则：
一、在高速公路的弱电系统的接地中，由公共阻抗Zg引起的干扰电压Ug，Ug=Zg/（Rs+RL+Zst）Us，Rs为干扰源内阻，Us为干扰源电压，Zst为各负载接地线的阻抗，RL为负载阻抗，由公式可以看出，要减少干扰电压Ug，就是使Zg越小越好，所以为减少公共接地阻抗产生的耦合而带来了电磁干扰，最好是采取一点共地。
二、在弱电系统的接地设计中，应考虑单点接地或多点接地。单点接地又分为共用地线串联一点接地，独立地线并联一点接地，如图所示：
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共用地线串联一点接地的方法因为不同设备的接地电阻不相同，各个接地点电平有所差别，特别是在高频的情况下，阻抗非常大，根据上文公共阻抗耦合原理，共用地线串联一点接地在高频情况下容易产生共地阻抗耦合，危害电子设备安全。但是这种方式结构简单，各个设备连接线较短，其电阻较小，一般用于设备机柜、外壳之间的接线。
而采用独立地线并联的一点接地就可以避免公共阻抗的干扰，但增加了很多接地线路，使得结构复杂，成本增加，同样也增加了接地阻抗。同样，如果系统的工作频率很高，以致工作波长λ=c/ƒ缩小到可以与接地引线长度比拟时，就不能用这种方式了，因为，当地线的长度接近λ/4时，输入阻抗无穷大，相当于开路，此时地线不仅不能起到接地作用，而且将有很强的天线效应向外辐射干扰信号。
多点接地是指某一系统中各个需要接地的电路、设备直接接到距他最近的接地平面上。如图所示：
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多点接地适用于高频情况下，其缺点是形成了各种地线回路，造成地回环路干扰，对设备内同时使用的较低频的回路造成干扰。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地。
综上所述，在接地设计中，工作频率低（<1MHz）的采用单点接地式，最好是并联接地。工作频率高（>30MHz）的采用多点接地式。工作频率介于1～30MHz的电路采用混合接地式，既在不同的频率呈现出不同的接地结构，这种接地较为复杂，投入成本较高，目前高速机电系统均未采用这种接地结构,此处不再累述。
通过雷击系统的耦合方式和系统频率的分析，在设计不同的接地和防雷措施，应该做到以下几点：一、外场设备信号线需用屏蔽线，屏蔽层也需要接地；线路宜采用钢管套接，或采用金属线槽敷设，电缆、数据线需安装电力防雷和数据防雷装置，减少雷击的辐射耦合产生的危害。二、外场设备接地线引线、数据线尽量不做盘留，提高数据传输的稳定性。三、高低频系统应分开接地，根据不同频率的设备设计不同的接地方式。当前高速公路机电系统的接地主要是由人工的接地体以及自然的接地体组成，在利用接地装置的过程中，最好要采用到的就是自然的接地体。也就是说利用建筑物外部的收费岛、基础钢筋、收费大棚支柱中的基础钢筋以及车道中的基础钢筋等等。在条件允许下，可以设计结构物的钢筋基础能够联通，形成一个等电位的接地网络，并在有设备的地方引出接地端子，使系统中的各个设备能够就近接入接地网中。
结语
根据本文综上所述，在进行高速公路的机电系统的过电压保护工作的过程中，必须要做到的就是对不同的入侵方式，按照其自身的入侵途径进行分析和确定，然后利用保护器与做好接地系统来减少事情本身的发生几率。在进行对高速公路的机电系统的分块设计的过程中，其中最为主要的设计对象就是高速公路的监控中心以及高速公路的收费亭等等不同的位置。通过对实际的发展来看可以知道，只有对高速公路的机电系统的重要部门进行防雷的设置，就可以在很大的程度上去保证交通运输业其自身的运输情况。
参考文献
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[2]崔鹏飞.高速公路机电系统过电压保护与防雷接地设计研究[J].黑龙江交通科技,2015,38(12):199+201.
[3]杨克俊.电磁兼容原理与设计技术.北京人民邮电出版社，2004.8，ISBN 7-115-12387-X
论文作者:沈雄斌
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
标签：过电压论文; 机电论文; 系统论文; 高速公路论文; 阻抗论文; 防雷论文; 方式论文; 《基层建设》2018年第29期论文;