高速公路機電設備防雷技術分析

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1、引言

近年來，隨著我國經濟不斷發展，作為國家基礎建設性工程的高速公路其建設規模不斷擴大，各種機電設備越來越多的應用于高速公路中。目前應用于高速公路的機電設備一般由弱電設備和強電設備所組成。由于高速公路特殊的建設環境，機電設備極易遭受雷電的干擾。輕者造成設備損壞，高速公路機電設備系統無法運行，重者造成人員傷亡，給國家和個人帶來極大損失。因此，探討高速公路機電設備防雷技術具有重要意義。

2、雷電對高速公路機電設備的影響

雷電是自然界常見現象。一般是由于大氣中的冷熱空氣相互摩擦產生了帶不同極性電荷的小水滴，這種不同極性（正負）電荷不斷積累，當達到一定極限值時，就會在不同極性的云團之間、云團與大地之間存在強大電場從而在云團與云團之間、云團與大地之間產生放電現象。發生雷電時一般伴隨著降水和冰雹等。雷電有著電壓高、電流大等特點，其爆發能量巨大，極其容易雷擊電子設備，由于其對電子設備巨大的破壞性和危害性，已被定義為電子時代的一大公害。作為一種極具破壞力的強干擾源，雷電從危害性分類可分為直擊雷、感應雷以及球形雷等三種。直擊雷是一種瞬間放電現象，往往發生在帶電云層與建筑物、帶電云層與大地或帶電云層與防雷裝置之間，直擊雷發生的同時，還往往伴隨著熱電效應或機械力等一系列的破壞作用。直擊雷時會瞬間增大地球表面的電位，從而造成巨大電位差，巨大的電位差給設備以及人員會造成嚴重的傷害，同時容易引起火宅。感應雷時，云團與大地之間會產生能量巨大的電場，云團通過潮濕空氣向大地放電，同時也會產生強大磁場，從而對設備產生嚴重干擾。球形雷是一種發生幾率極小的雷電種類，它是一種氣體漩渦，一般產生于閃電通路的急轉彎處，科學界推測認為它是一團帶有高電荷的氣體混合物，球形雷可以穿過門窗、煙囪等物體，從而進入建筑物，甚至可以在導線上滑動，有時伴隨著“嗡嗡”響聲。多數球形雷的火球會沒有聲音的消失，但有的在消失時伴隨著爆炸聲，造成能量極大的破壞力，使建筑物倒塌、人和家畜死亡。球形雷在遇人遇物后立即爆炸，威力驚人，同時產生刺鼻的氣味，造成傷亡、火災等事故。目前高速公路機電設備的雷擊主要是由直擊雷和感應雷兩種所造成的。直擊雷時，瞬間產生的巨大電位差直接雷擊高速高路建筑物和高速公路機電設備，造成建筑物的損壞，機電設備系統的癱瘓，從而使得高速公路交通秩序無法正常運行，嚴重時甚至危及人員生命安全。感應雷時，雷電電流從高速公路機電設備的電源線纜、通信線路、衛星天線等地方進行入侵，由于機電設備分為弱電設備和強電設備，而感應雷對弱電設備極其敏感，其產生的感應電流通過電源電纜對弱電設備進行沖擊，從而造成弱電設備損壞，甚至燒毀等嚴重事故。

3、高速公路機電設備防雷技術探討

目前在高速公路機電設備系統中存在大量的防雷薄弱環節，這是因為在高速公路設計以及施工過程中機電設備的防雷問題往往容易被忽視所造成的，高速公路機電設備的雷擊事故時有發生，從而給國家和個人造成了不必要的損失。高速公路機電設備的防雷工作是一項極其復雜的工程，防雷工作應該從多個方面、不同角度進行綜合防范，本文主要從機電設備接地系統防雷、機電設備信號防雷和場區機電設備防雷等三個方面進行防雷技術探討。

3.1機電設備接地系統防雷技術探討

接地在防雷技術中扮演著重要的角色。對于直擊雷，其防護一般是通過使用避雷針、避雷線、避雷網、避雷帶等作為接閃器，雷電通過上述接閃器由接地裝置將雷電引入大地；對于感應雷，一般通過同地位接地、屏蔽接地等措施進行相應的防護。因此，將雷電通過接地系統引入大地是目前防雷的一項重要技術。目前，對于高速公路機電設備的接地系統主要分為交流工作接地、機電設備保護接地、直流工作接地等三種。變壓器是交流電路的不可忽略的重要組成部分，對于高速公路機電設備的交流電路亦是如此。高速公路機電設備的變壓器是與外部電網進行連接，所以一般安裝在室外，當發生雷擊時，變壓器就會直接受到雷擊產生的感應電流的沖擊，對其造成損壞，由于變壓器處于供電電路中，從而直接影響了機電設備系統的正常工作。為了保證變壓器以及機電設備系統的正常運行，一般對變壓器進行接地處理，接地時直接將變壓器中性點與大地連接，當正常工作時，不影響向機電設備供電，當發生雷擊時，通過接地的方式直接進行跳閘保護，這樣既保證了變壓器不被損壞，又保證了機電設備的安全。機電設備在正常工作時是一個帶電導體，由于設備運輸過程中的碰撞或長時間的使用等原因造成機電設備絕緣作用發生損害，雷擊時，容易形成機電設備、人、大地三者之間的電流通路，從而造成觸電危險。因此為了消除這種潛在的人員安全隱患，一般將機電設備正常工作時的不帶電金屬部分進行接地保護，當發生絕緣破損時，由于接地裝置的電阻極?。ㄒ话阋鬄?Ω以下），從而泄漏電流能夠近乎全部的通過接地裝置引入大地，避免觸電危險。隨著科學技術的不斷發展，在高速公路機電設備系統中，弱電設備部分主要是由集成電路、微電子元件等電子器件為核心的電路所組成，其主要采用直流電源進行工作，由于弱電設備對電源要求極其苛刻，極小的電源波動都會使得電路發生干擾，當直流電源受到外部干擾而發生波動時，就會給弱電設備部分帶來巨大沖擊干擾，嚴重時甚至燒毀整個弱電設備系統。直流工作進行接地，可以有效的將干擾引入大地，從而使得弱電設備穩定工作在同一低壓直流系統中，另外在接地時，將弱電設備全部引至統一接地系統，從而保證了在信號傳輸過程中的電位參考點相同，有利于弱電設備中不同類型信號（模擬信號和數字信號）的傳輸，衰減甚至消除了由于數模轉換所帶來的電磁干擾，提高了弱電設備處理數據和傳輸數據的準確性，進而避免了弱電設備受到干擾不能正常工作甚至毀壞問題。

3.2機電設備信號防雷技術探討

高速公路機電設備的傳輸信號類型一般有視頻信號、音頻信號、數據和網絡信號、控制信號等幾種，這幾種傳輸信號主要由雙絞線、同軸電纜、光纖電纜等介質進行傳輸。除了光纖電纜（保護層為非金屬）外，其余介質均容易遭受雷擊，發生雷擊時，不僅信號受到影響，而且還將雷電的高壓電傳遞給機電設備，從而造成機電設備傳輸信號無法正常傳輸，甚至破壞機電設備，造成高速公路機電設備系統癱瘓。針對可能發生的信號雷擊問題，可以在視頻信號線兩端、音頻信號線和數據網絡信號線兩端分別安裝視頻防雷器、音頻防雷器和數據防雷器，防雷器有過壓、過流保護功能，在發生雷擊時，可以將雷電波濾除，從而達到防雷效果。3.3場區機電設備防雷技術探討對于場區機電設備的防雷技術應該分別從外部防雷和外部防雷兩方面進行防雷保護。外部防雷一般是指外場的機電設備的防雷以及機電設備外部建筑物的防雷兩種，外場機電設備一般裸露于外界環境中，主要包括高速公路路況檢測設備、緊急電話、氣象監測設備等，除了安裝避雷針外，還應對這些外場機電設備進行多重防雷（包括信號防雷和電源防雷），另外機電設備的建筑物也應進行避雷針、接地線等保護措施，例如在機電設備集中的建筑物，應該以獨立避雷針或者避雷網進行保護，并將電流引至遠離機電設備所在的區域。內部防雷則應該對機電設備安裝防雷器、電涌保護器等，例如在機電設備的總配電柜和各個系統配電箱應安裝電源防雷器，從而對系統內的各種用電設備進行保護。對于大型供電部分如空調、動力供電等采用獨立的配電系統，以減少雷擊時的互相干擾和關聯損失。

4、結語

雷電是一種不可避免的自然現象，雷擊會引起機電設備損壞、人員傷亡等危害。對于高速公路機電設備這一容易遭受雷擊的設備系統，應該科學合理的對防雷工作進行技術探討，做好防雷保護措施，積極降低雷電帶來的危害，從而為確保我國高速公路正常運行，推動我國國民經濟的不斷發展發揮重要的作用。

作者:倪明 單位:江蘇智運科技發展有限公司