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摘要：高速公路电子设备在北方每年的4 月至11 月都要经历不同程度的雷电灾害，高速公路机电系统是一个功能复杂、设备种类繁多的电子系统，一旦遭受雷击，将会造成整个系统或部分设备损坏，重则导致系统瘫痪，经济损失惨重，轻则系统部分功能丧失，给交通运行安全带来隐患。因此，有一个完整的机电系统接地防雷措施，是当务之急，现谈谈自己的一些粗浅看法。本文根据笔者工作实践，对高速公路机电系统防雷问题进行了分析和探讨。
关键词：高速公路 机电系统 防雷问题
在自然界大气中含有大量正、负带电离子，这些带电粒子的生成、运动和不同带电离子的分离、聚集使大气显电性、产生大气电场、电流，导致不同强度雷电的产生。大地被雷击时，多数是负电荷从雷雨云向大地放电，为负地闪；少数是正电荷从雷雨云向大地放电，称之正地闪。
一、雷电的分类及危害
1．闪电出现的位置和形状
空间位置：晴天放电和雷云闪电两种。闪电又分为：云内、云际、云地闪电（正地闪、负地闪）。相对建筑物：直击雷、侧击雷、雷电感应。闪电的形状：有线状、带状、片状、链珠状、球状等闪电。
2．雷电的危害
雷电对高速公路机电设备损害主要有“直击雷”和“感应雷”两类。直击雷：带电云层与大地上某一点之间发生放电现象。雷电直接击在建筑物或高低压线路上，易产生爆炸和火灾、地电位升高和跨步电压增大等后果。感应雷：有带电雷云出现时，雷云下面的建筑物或传输线路上会感应出与雷云相反的束缚电荷。感应雷电流可以通过电源线缆、通信线路以及卫星天线等途径侵入机电设备房内，尤其以电源电缆感应雷最为突出，对机电设备的弱电电路进行冲击，造成弱电设备烧毁的严重事故。
二、防雷的重要性
良好的接地效果是防雷成功的重要保证之一，以防雷接地为核心的高速公路机电系统的防雷问题逐渐受到重视。防雷接地是让已经纳入防雷系统的闪电能量释放入大地，是分流和释放直击雷和雷电干磁干扰能量的最有效的手段之一，也是电位均衡补偿系统的基础。
三、防雷接地技术
当建筑物被雷电击中后，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，通过引下线和接地体把雷电引放到大地。对于感应雷，则是通过等电位连接、屏蔽、使用避雷器等进行相应的防护。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作有效的防雷金属连接。
1．直流工作接地
由于高速公路控制系统的电子设备通常采用直流电源，对电源要求很严格，当供电电源出现波动时，就会给弱电设备带来干扰，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，有效地衰减各弱电设备问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。
2．交流电源防雷接地
变压器是机电设备交流电源的提供者，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，通常采用将变压器中性点直接接地运行方式，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，雷电来袭时，能切断雷电进入设备通路，迅速对地放电，同时确保信号系统正常工作。
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四、机电设备防雷技术措施
1.机电设备保护接地
机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，当机电设备运行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，导致人员发生触电危险。为避免危险，通常对机电设备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电阻小于1Ω。
2.等电位连接措施
为保证设备和人员的安全，各类电气、电子信息设备均采取等电位连接接地措施，在做等电位连接时，敷设用于穿缆线的钢管，对于机房则可以利用设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道等将电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、计算机直流地、屏蔽线外层、安全保护地及各种浪涌电压保护器接地端均应以最短的距离就近与等电位连接，构成合理的电位连接网络。在收费站中，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4mm*40mm 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。
3.机电系统电子防雷
安装监控等电子设备的建筑物，除了按照建筑物防雷等级进行外部防雷设计外，还要进行内部防雷设计：安装必要的电涌保护器（SPD）、实行等电位连接等。电子信息系统防雷要综合做好分流（泻流）、均压（等电位）和屏蔽。分流：接闪器、引下线（或主筋）和接地，将雷电流分流入地，而不流过被保护设备和部件，避免雷电引起对系统设备的反击。均压：还要同一层同一部位的不同电缆外皮、设备外壳、金属构架、管道等做好等电位连接，以均衡电位。使建筑物内不会产生反击和跨步电压，有利人身安全和减少雷电电磁脉冲对电子设备的干扰。屏蔽：采用屏蔽电缆、屏蔽箱盒、法拉第屏蔽笼等，防御球雷、侧击和绕击雷的袭击，防御雷电电磁脉冲，阻挡衰减施加在设备上的过电压能量。
4.接地与屏蔽措施
良好的接地是系统稳定工作的重要保证，也是防雷系统的重要基础。特别是在强雷区，一个合理的接地系统能更快地泄放雷电流，降低残压，防止地电位反击事故，有效地降低雷害威胁。交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值，并应按现行国标《建筑防雷设计规范》要求采取防止反击措施。
五、机电各系统防雷
1．监控系统的防雷
监控系统摄像机，应采取如下防雷措施：在每台摄像机控制线及视频输出端口处安装防雷器应就近接机壳或接地。视频线的敷设应穿金属管埋地布线。摄像机的电源输入端安装电源防雷器。视频线、控制线进入监控机房后，在每个视频、控制线输入端口处，安装防雷器就近接机壳或接地。
2．收费计算机网络防雷
收费计算机网络系统的防雷措施如下：在连接监控机房和收费车道交换机间的电缆两端，各安装RJ45 接口防雷器；由交换机到收费计算机间的双绞线上，在计算机的网卡端口处各安装RJ45 接口；各防雷器就近接机壳或接地。
六、结束语
总之，高速公路机电系统防雷工程是一项非常复杂的系统工程，做好事前的方案研究和探讨，使得在实际工程设计和施工过程中，少走弯路，做到精细施工，严格验收。使得防雷工程性价比最优、并做到防雷覆盖全面、资源配置合理、日常维护方便，为整个高速公路机电系统运行可靠而打下坚实基础。
参考文献
[1]欧剑聪，赵奇志，覃文辉．防雷器远程自动无线监控系统在高速公路机电系统中的应用[Ｊ]．西部交通科技，2013（3）：63－66．
论文作者:宁纪超
论文发表刊物:《基层建设》2016年14期
论文发表时间:2016/10/19
标签：防雷论文; 雷电论文; 系统论文; 电位论文; 机电设备论文; 设备论文; 机电论文; 《基层建设》2016年14期论文;