摘 要 針對高速公路機電系統(tǒng)的特點，簡述雷電對高速公路機電系統(tǒng)的嚴重危害。介紹雷擊產(chǎn)生的原理以及雷電入侵高速公路設(shè)備的途徑，結(jié)合實際的工作經(jīng)驗，探討如何減少雷電對高速公路機電系統(tǒng)的影響，并簡單地介紹了各種防雷的保護方法與防雷器的選擇。

關(guān)鍵詞 高速公路；機電防雷；問題探討

中圖分類號 U412 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0192-01

高速公路機電系統(tǒng)是高速公路管理的核心部分，其包括收費系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)。由于高速公路所涉地域廣、距離長、穿越地形復(fù)雜，如果在工程施工程忽略了防雷設(shè)備的加裝以及對地網(wǎng)地線質(zhì)量檢測，高速公路的機電系統(tǒng)及其容易受到雷電的影響，導(dǎo)致機電設(shè)備損壞，嚴重威脅收費營運的安全及正常工作。

1 雷擊的產(chǎn)生以及雷電入侵機電系統(tǒng)的途徑

1.1 雷擊的產(chǎn)生

雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對大地間迅猛的放電。其中后一種即云層對大地的放電，則對建筑物、人和建筑物內(nèi)電子設(shè)備產(chǎn)生極大危害。影響高速公路機電系統(tǒng)雷擊主要有三種形式：

1）直擊雷：指帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，主要危害建筑物、建筑物內(nèi)電子設(shè)備和人。

2）感應(yīng)雷：直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以及發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，主要危害建筑物內(nèi)電子設(shè)備。是閃電放電瞬間，在附近導(dǎo)體產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

3）開關(guān)過電壓：供電系統(tǒng)中的電感性和電容性負載開啟或斷開、地極短路、電源線路短路等，都能在電泳線路上產(chǎn)生高壓脈沖。其脈沖電壓可達到線電壓的3.5倍，從而損壞設(shè)備。破壞效果與雷擊類似。

1.2 雷電入侵機電系統(tǒng)的主要途徑

1）傳統(tǒng)避雷針的副作用產(chǎn)生二次感應(yīng)雷擊效應(yīng)，雷電電流經(jīng)過避雷針導(dǎo)地時，機電系統(tǒng)的微電子設(shè)備受二次雷擊效應(yīng)影響而損壞。

2）供電系統(tǒng)的供電線路無論是受直擊雷還是感應(yīng)雷電入侵都會產(chǎn)生過電壓、過電流，并通過這些線路侵入機電系統(tǒng)設(shè)備，造成設(shè)備的損壞，同時機房中的UPS、監(jiān)控、通信等設(shè)備也會因過電壓、雷過電流而遭到破壞。

3）戶外的通信線路（包括視頻線、網(wǎng)線、通信天線）受到雷電入侵，雷電沿著信號線路和外場設(shè)備入口侵入，從而造成相關(guān)連接設(shè)備損壞。

4）避雷針把強大的電流引入地下時，地電位升高導(dǎo)致一些設(shè)備的接地地位升高，形成反擊雷，從而侵入用電設(shè)備內(nèi)，并在設(shè)備內(nèi)部件間產(chǎn)生電壓差，擊穿器件或擊毀設(shè)備。

2 雷電防護措施

現(xiàn)代防雷措施包括分流、均壓、屏蔽、接地、箱位保護。

分流（泄流）：防雷靠接閃器經(jīng)引下線和接地裝置，或經(jīng)過導(dǎo)電連接和接地良好的金屬構(gòu)架，將雷電流分流流散入地，以降低電位，避免引起對系統(tǒng)設(shè)備的反擊。

均壓：稱為等電位，是指對于同一層同一部位的不同電纜外皮、設(shè)備外殼、金屬構(gòu)架（構(gòu)件卜管道做好電氣搭接，以均衡

電位。

屏蔽：是采用屏蔽電纜，利用各種人工的屏蔽箱盒、法拉第屏蔽籠和各種可以利用的自然屏蔽體來阻擋、衰減施加在設(shè)備上的過電壓能量。

接地：是指將所有金屬構(gòu)架（構(gòu)件）、管道、電纜金屬屏蔽層、穿線鐵管連在一起，與屏敝籠及總接地網(wǎng)就近連接；

計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備的防雷接地、工作接地、保護接地宜采用共地方式；或者計算機的邏輯接地采用引外接地，為防反擊再將其與主接地網(wǎng)暫態(tài)共地。

箱位保護：是在電源線、信號線、接地線等過電壓可能侵入的所在端口，裝設(shè)必要的浪涌過電壓保護裝置；在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)引出的信號線、電源線上裝設(shè)多級保護，包括粗保護和細保護，將侵入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的沖擊過電壓限制到設(shè)備耐受允許的水平。

3 機電系統(tǒng)的防雷保護方法

3.1 電源線路的防雷

高速公路的機電設(shè)備的電源裝置防雷一般可以分為三級保護：

第一級保護為直擊雷保護，高架設(shè)備，例如外場攝像機、外場清報板，外場車輛檢測器等采用獨立避雷針，把雷電引到地下。

第二級保護為過電壓保護，10 kV高壓線末端接入電源變壓器處，每相線安裝1只電源避雷器。在監(jiān)控樓內(nèi)的配電箱里，安裝一套電源防雷器，每相容通電流為40 KA。

第三級保護為浪涌吸收保護，在每臺戶外攝像機（如廣場攝像機、車道攝像機）m電源輸入端，安裝電源防雷器。在配電房的低壓配電屏上安裝三套電源避雷器，其容通電流為50 KA，將電源線上出現(xiàn)的巨大浪涌電流吸收。

3.2 信號防雷

視頻信號防雷：防雷在廣場攝像頭到控制中心和收費亭的監(jiān)控攝像頭到控制中心的視頻傳輸電纜兩端安裝視頻信號防雷器各一只，以保護攝像頭。在公路沿線云臺的攝像頭上各安裝一只視頻信號電涌保護器以保護攝像頭。

數(shù)據(jù)信號防雷：在監(jiān)控中心計算機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器至交換機間安裝一個數(shù)據(jù)線防雷器，以保護服務(wù)器。在車道交換機進線及交換機至各個收費亭的工控機之間安裝一個數(shù)據(jù)防雷器，以保護交換機與收費工控機。在程控電話和緊急電話傳輸線端安裝程控電話電涌保護器。

3.3 外圍收費設(shè)備防雷

外圍收費設(shè)備容易受雷擊的是費額顯示器，在收費工控機至費額顯示器一端加裝一對光電隔離器，大大減低了設(shè)備的損壞幾率，加裝光電隔離器對大部分通過232串口傳輸信號的設(shè)備都是適用的。

3.4 接地

接地是防雷系統(tǒng)中重要的一環(huán)，在施工中，將配電房與收費島所有的外墻柱筋作引下線使用，均勻?qū)ΨQ布置，盡量采用基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋和自然金屬接地物統(tǒng)一連接起來作為接地網(wǎng)，并輔以人工接地體補充。高速公路收費車道的供電采用屏蔽電纜并埋地布線，電纜兩端均安裝電源防雷器接地方式采用多級保用接地，接地電阻小于4 Ω（歐姆），電源變壓器的機殼、電源低壓側(cè)零線、電纜的金屬護套均就近接地。由配電房到監(jiān)控樓的供電電纜采用屏蔽電纜埋地引入。室內(nèi)配電箱的零線不作重復(fù)接地，電纜兩端的屏蔽層就近接地。

3.5 屏蔽與等電位處理

屏蔽是一個重要的措施，對通過空間傳播的雷電電磁千擾有很好的防護作用。機電設(shè)備的工作地，保護地及房建的防雷地共同使用一個地網(wǎng)，形成一個均勻的電位體，將多組地網(wǎng)采用扁鋼連接共地處理，可消除地網(wǎng)之間的電位差，保證設(shè)備不因雷電的反擊而損壞。在機房室內(nèi)靜電地板下設(shè)金屬線槽，設(shè)備的金屬外殼和金屬走線架通過連接線連接到接地匯流排，起到屏蔽作用，也形成一個等電位。

4 防雷器的選擇

防雷器的選擇上面，因根據(jù)傳輸線種類不同，采用不同的避雷器。避雷器應(yīng)該具有兼容性（即不對所有的設(shè)備或線路造成任何干擾和中斷）、承受高電壓、地通過電壓、全面保護（即提供每線對地的保護及提供線間保護）等特點。在實際工程中，要根據(jù)不同環(huán)境、不同設(shè)備的抗雷擊性，采用不同級別的防護措施，并聯(lián)安裝不同的避雷器，將沿導(dǎo)線傳入的過電壓波分流入地，保證所有設(shè)備都受到保護，避免因一臺設(shè)備受到損壞而造成系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備損壞的“鏈式反應(yīng)”。

5 結(jié)論

綜上所述，高速公路機電系統(tǒng)防雷是一項系統(tǒng)工程，要做好高速公路機電系統(tǒng)防雷工作，必須建立合理的防雷接地網(wǎng)，確保暢通的雷電泄放通道，采取良好的雷電屏蔽措施，安裝合理的避雷器，方可以將雷電對機電系統(tǒng)的影響和危害降低到最低程度。進而提高機電系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，從而降低系統(tǒng)維護成本，為高速公路收費管理和營運管理提供安全穩(wěn)定保障。

參考文獻

[1]花鐵森.建筑弱電工程安裝施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.