崔鵬飛

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院)

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高速公路機(jī)電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)與防雷接地設(shè)計(jì)研究

崔鵬飛

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院)

主要討論了高速公路機(jī)電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)與防雷接地設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題，以求為未來(lái)高速公路機(jī)電系統(tǒng)研究管理提供理論支撐。先討論了高速公路機(jī)電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)的主要措施，再結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)如何進(jìn)行防雷接地設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。從相關(guān)措施在案例中的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，其設(shè)計(jì)措施能有效滿足機(jī)電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)與防雷的質(zhì)量要求，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)相關(guān)工作人員而言，在進(jìn)行高速公路機(jī)電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)與防雷接地設(shè)計(jì)中，要正確認(rèn)識(shí)到相關(guān)參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響，通過(guò)進(jìn)行參數(shù)質(zhì)量控制，獲得更好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果。

高速公路；機(jī)電系統(tǒng)；過(guò)電壓保護(hù)；防雷接地

1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)

1.1 概述

就我國(guó)實(shí)際情況來(lái)看，雷電過(guò)電壓破壞是導(dǎo)致高速公路機(jī)電系統(tǒng)破壞的主要原因，而高速公路機(jī)電系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制回路多等，也會(huì)因?yàn)槔讚舳霈F(xiàn)多種損壞，當(dāng)前常見(jiàn)的雷電入侵耦合方式主要可分為兩種，分別為傳導(dǎo)耦合與輻射耦合。

1.2 傳導(dǎo)耦合方式

傳導(dǎo)耦合是常見(jiàn)的耦合途徑，主要作用于電子設(shè)備與雷電流之間，在耦合過(guò)程中，傳導(dǎo)耦合必須要與完整的電路系統(tǒng)向連接，其主要的連接線路可劃分為：連導(dǎo)線、信號(hào)線、電源線等。

當(dāng)多個(gè)電路電流經(jīng)過(guò)一個(gè)公共電阻時(shí)，某一電路的電流會(huì)在電阻處形成電壓，并對(duì)其他電路電流產(chǎn)生影響，成為阻抗耦合。因此一般在傳導(dǎo)耦合中，需要盡量降低線路阻抗與電源內(nèi)阻，并縮短地線。除此之外，在控制回路上設(shè)置浪涌保護(hù)器也是常見(jiàn)的傳導(dǎo)耦合方式。由于電容性引起的感應(yīng)過(guò)電壓與雷電流的工作頻率之間呈正比例關(guān)系，藉此原理，為達(dá)到耦合電容、抑制電容性耦合的主要措施就是降低耦合電容，常見(jiàn)的方法就是隔離、屏蔽等。

1.3 輻射式耦合

主要指雷電電磁脈沖通過(guò)多種媒介，以電磁波的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)外傳播；在能量傳播中，主要根據(jù)電磁場(chǎng)規(guī)律隨機(jī)向周圍空間發(fā)射。因此，常見(jiàn)的耦合途徑主要為機(jī)殼、電纜等。

2 重點(diǎn)參數(shù)分析

2.1 人工地網(wǎng)接地電阻

在某工程中，設(shè)計(jì)人員在接地設(shè)計(jì)中采用-4*40熱鍍鋅扁鋼，在應(yīng)用匯過(guò)程中發(fā)現(xiàn)垂直接地體電阻對(duì)工程施工效果產(chǎn)生重要影響，因此在參數(shù)計(jì)算中主要應(yīng)用下列公式進(jìn)行計(jì)算

在上述公式中，p代表土壤電阻率，取值為400Ω·m；l代表水平熱鍍鋅扁鋼實(shí)際長(zhǎng)度，其單位為m；A代表水平地極形狀系數(shù)，一般取值為1.69；h代表水平地極鍍鋅扁鋼埋設(shè)深度，其單位為m；d代表接地體有效直徑，其單位為m。

2.2 地網(wǎng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)

在地網(wǎng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)中，其計(jì)算公式為

在上述公式中，S1代表接地引線與接地體之間的最小截面面積，其單位為mm2；g代表流過(guò)接地線短路的實(shí)際電流值，一般在計(jì)算中可取二類防雷要求標(biāo)準(zhǔn)的150 000A；tc代表短路的等效持續(xù)時(shí)間，一般取值為0.000 01s；c代表接地材料熱穩(wěn)定系數(shù)，需要根據(jù)材料的具體性能而定。

3 防雷接地設(shè)計(jì)案例分析

3.1 案例簡(jiǎn)介

該工程位于我國(guó)南方某地區(qū)，屬于雷電多發(fā)地區(qū)，由于周圍無(wú)高層建筑物設(shè)置避雷裝置，而導(dǎo)致公路機(jī)電系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)故障；再加之當(dāng)?shù)赝寥离娮杪瘦^大，雷擊選擇性明顯。例如，在2008年5月的一次雷擊事件中，造成30余臺(tái)設(shè)備損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)26萬(wàn)元，對(duì)高速公路正常管理產(chǎn)生重要影響。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)防雷接地保護(hù)

3.2.1 道路交通監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)

(1)在立桿頂部設(shè)置避雷針，長(zhǎng)度為(2.0±0.3)m，材料規(guī)格為φ24mm圓鋼，頂部進(jìn)行加工，形成尖形，并鍍鋅。安裝結(jié)束后，采用25×2mm鍍鋅鋼帶引線，與接地體連接。

(2)在每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)上設(shè)置獨(dú)立地網(wǎng)，針對(duì)土壤電阻率較高的地區(qū)，采用接地模塊與接地體相連接的方法，其中接地體電阻率始終≤4Ω。

(3)在控制箱內(nèi)設(shè)置VELO220-40型電源避雷器進(jìn)行電源保護(hù)，并設(shè)置VELO-BNC15型視頻避雷器進(jìn)行信號(hào)保護(hù)。但在實(shí)際應(yīng)用中要注意的是，若想獲得更好的視頻質(zhì)量，在選擇視頻防雷器時(shí)要保證防雷器衰減始終≤0.2dB，且駐波比始終<1.1。

(4)重視保護(hù)金屬線管、槽等，并對(duì)控制箱、設(shè)備外殼與接地端進(jìn)行有效連接。

3.2.2 收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)

(1)由于收費(fèi)亭內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)受到建筑物保護(hù)，因此不進(jìn)行防雷處理。

(2)車道攝像機(jī)：由于車道攝像機(jī)屬于收費(fèi)廣場(chǎng)避雷針的有效保護(hù)范圍，并且其電源也接受了一定的防雷改造，因此其保護(hù)措施較為簡(jiǎn)單，只需要鋪設(shè)一條10mm2的接地導(dǎo)線與攝像機(jī)相支撐即可。

(3)廣場(chǎng)攝像機(jī)：廣場(chǎng)攝像機(jī)是防雷保護(hù)的重點(diǎn)，在該項(xiàng)目中，主要根據(jù)電源防雷與信號(hào)防雷兩方面進(jìn)行處理：在設(shè)備前的每條線路上安裝避雷器，并選擇VOLE220-40型

2015-02-19

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1008-3383(2015)12-0199-01