高速公路机电系统防雷保护方法探讨

   摘要：介绍雷击产生的机理和雷电入侵高速公路机电系统的途径，较为系统地提出机电系统防雷接地的解决办法。关键词：高速公路；机电系统；防雷接地中图分类号：U412.366文献标识码：A

StudyonLightningProtectionofExpresswayEIectromechanicaISystem

BAOGang

（Xiaotang-GangtangExpresswayConstructionManagementDivision，GuangdongShaoguan512027，China）

Abstract：Thetheoryoflightningstrikeanditsimpactonexpresswayelectromechanicalsystemisintroduced，andearthingmethodsoflightningprotectionarepresentedsystematicallyaccordingtopracticalexperiencesofconstructionandoperationmanagementofexpress-wayelectromechanicalengineeringprojectsinthispaper.Keywords：Expressway；Electromechanicalsystem；Lightningprotectionearthing

      目前，随着我国建成高速公路的增加，建好的高1 雷击的产生速公路机电系统也不断增加。高速公路机电系统一般包括收费、通信、交通监控、供配电等子系统，涉及雷击一般分为直击雷和感应雷。直击雷是指雷电的电子产品种类多，因此如何做好机电系统防雷接地直接击在建筑物、构架、树木、动物、植物上，因电的问题日益突出。根据调查，在高速公路机电工程效应、热效应和机械力效应等造成建筑物损坏以及危中，如紧急电话因防雷接地的问题处理得不好，不少及人身安全，直击雷的电磁场有可能使机电电子设备高速公路上的紧急电话系统都未能很好地发挥其应有遭受浪涌过电压的危害。而感应雷，是通过雷云之间的作用。笔者1999年7月在广佛高速公路公司会议或雷云对地的放电，在附近的架空线路、埋地线路、室参加评标时，忽然听到不远处传来雷鸣巨响声，几钢轨或类似导体产生的感应过电压，称为感应雷，又分钟后，几公里外的收费站打电话报告，收费亭计算叫二次雷效应，它对人、畜以及机电电子设备都有一机系统因雷击损坏，全部采用手工收费。由此看来，定的危险。一般来说，直击雷发生得较为猛烈，但发做好高速公路机电系统的防雷接地是非常重要的，特生的几率远远小于感应雷。因为直击雷只发生在雷云别是在东南沿海雷电频发地区。因高速公路机电系统对地闪击时才会对地面造成灾害，而感应雷则不论雷工程的防雷接地涉及到房建、机电等多方面，设计时云对地闪击，或者雷云对雷云之间闪击（据观测资料应综合考虑，才会达到较好的效果，但由于房建等土介绍，雷云对雷云之间闪击比雷云对地闪击几率高得建工程在施工时间、建设管理部门、设计单位是和机多），都可能造成灾害。此外，直击雷一次只能袭击电不同，综合设计牵涉到多家单位，不易协调，设计一两个小范围的目标，而一次雷闪击可以在比较大范中容易出现漏项，所以在机电工程的前期准备工作非围内多个小局部同时发生感应雷过电压现象，并且这常重要。下面就高速公路机电系统的防雷接地问题谈种感应高电压可以通过电力线、电话线等金属导线传谈笔者的看法。输到很远，致使受害范围扩大。感应雷会产生静电感应、电磁感应，当空间有带电的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物等都由于静电感应的作用带上异性电荷。

2 雷电侵入机电系统的途径

（1）由系统通信线等信号传输电缆侵入

       高速公路机电工程中的通信线主要包括计算机系统的网络线、摄像系统的信号线等，信号传输电缆线中出现的雷过电压、过电流，一般包含两种情况：一是信号传输电缆旁有大树、高大建筑物、独立避雷针等地面突出物，当直击雷击中这些突出物时，强电压将把附近土壤击穿，雷电流直接侵入到电缆外皮，进而击穿电缆使高压侵入电缆芯线。雷电流在电缆外皮流动时也可以在芯线上感应出过电压。另一种情况是当设备附近发生雷云对地放电时，由雷电水平电场感应出过电压。根据有关部门统计资料表明，埋地电缆芯线上的感应过电压一般为几百到几千伏，情况严重时可达5kV以上。信号电缆直接与设备的接口相连，因此过电压会由此而入。

（2）由交流供电线路侵入

       不管是架空的高压电力线还是低压电力线，均可能被直击雷或感应雷击中。

（3）地电位反击

       机电设备附近的避雷针或房屋避雷装置可以吸引雷电、保护建筑物，但当雷击时强大的雷电流经引下线和接地装置导入大地时，接地装置周围土壤形成喇叭形电位分布。当计算机设备的接地装置和它接近时，高地电位便可由此侵入计算机设备造成危害。

3 防雷接地的基本概念、种类和作用

（1）工作接地

       供电系统用变压器的中性点直接接地，在工作或事故情况下，保证电器设备可靠地运行，降低人体接触电压，迅速切除故障设备或线路、降低电器设备和输电线路的绝缘水平。

（2）保护接地

       电器设备在正常工作情况下，不带电的金属部分与接地体之间应做良好的金属连接。在中性点不接地系统中，如果电器设备没有保护接地，当该设备某处绝缘损坏时，外壳将带电，同时由于线路与大地间存在电容，人体触及此绝缘损坏电器设备外壳，则电流流入人体形成通路，人将遭受触电的危险。设有该接地装置后，接地电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过，接地电阻越小，流过人体的电流也越小，当接地电阻极微小时，流经人体的电流可不至于造成危害，人体避免触电的危险。

（3）重复接地

      将零线上的多点与大地多次做金属性连接。当中型点直接接地系统中发生碰壳或接地短路时，可降低对地电压；当零线发生断裂时，可以使故障的危害程度减轻。

（4）直流工作接地

      计算机以及一切微电子设备，大部分采用中、大规模集成电路，工作于较低的直流电压下，为使同一系统的计算机、微电子设备的工作电路具有同一电位参考点，将所有设备的零电位点接于一接地装置，它可以稳定电路的电位，防止外来干扰，这称为直流工作接地。同一系统的设备接于同一接地装置后，无论是模拟量还是数字量，在进行交换或通信时，才有统一的电位参考点，从而给接于同一接地装置的计算机或微电子设备，提供稳定的工作电位，有效地衰减以致消除各种电磁干扰，保证数据处理或信号传递准确无误。

（5）防雷接地

      为使雷电浪涌电流导入大地，使被保护物免遭直击雷或感应雷等浪涌过电压、过电流的危害，所有建筑物、电器设备、线路、网络等不带电金属部分，金属护套，以及一切水、气管道等均应与防雷接地装置作金属性连接。防雷接地装置包括避雷针、带、线、网、接地引下线、接地引入线、接地汇集线、接地体等。

4 综合防雷接地的办法

       防雷是一项系统工程，它包括防止直接的雷击、以及防止和抑制雷电电磁脉冲干扰的各种传输形式造成的危害等环节。高速公路机电系统应采用拦截、屏蔽、光电隔离、均压、分流和联合接地等综合防雷措施。

1. 拦截对于收费亭、收费站机房、收费中心机房应按

      《建筑物防雷设计规范》要求设计和安装避雷装置，其均匀分布的接闪器和引下线拦截闪电，将雷电流均匀地分流入地。外场设备如收费广场的摄像机应安装防直击雷的避雷针，在外场的设备机箱设置良好的接地系统。

2. 信号传输线的屏蔽

（1）电缆最外层的铠装保护套应多点可靠接地；

（2）电缆屏蔽的效果取决于它的转移阻抗和绝缘

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层介质的绝缘强度，因此，宜选用转移阻抗小的电缆。

3. 光电隔离

       随着光纤和光传输设备价格的下降，在投资允许的情况下，尽可能采用光设备。如收费广场到收费站机房的收费数据、收费亭的图像传输就可以使用光纤传输，防止雷电过电波的侵入。

4. 均压

       均压就是把导体做良好的导电性连接，使它们达到电位相等，为雷电流提供低阻抗的连续通道，使其迅速导入大地。

（1）把收费站（中心）机房的设备、金属管道、电缆的金属外皮、构架等主要金属物，就近接到电气装置的保护接地装置上。

（2）在机房的金属管道、电缆等进入或引出处，把保护接地干线、电气装置的接地干线、金属管道、电缆的金属外皮、建筑物的水管等导电部分，在等电位连接端子板上连接起来，然后再与接地母线相连。

5. 分流
       雷电感应过电压是造成机电系统电子设备损坏的主要原因之一。为防止雷电过电压波侵害，机电系统还应在电缆和终端设备的输入端连接处装设避雷器和保护器件。

6. 联合接地

      在条件可能的情况下，最好使建筑物和机电系统或机电系统不同的子系统之间采用联合接地方式。在建筑物和机电系统之间采用联合接地时，接地体以采用自然接地体为主。当自然接地体同时满足3个条件，即接地电阻能满足规定值要求；基础外表面无绝缘防水层；基础内钢筋必须连接成电气通路，同时形成闭合环，闭合环距地面不小于0.7m，一般不再设置人工接地体。该方法是利用基础钢筋、承台钢筋相连接，作为自然接地体，框架柱钢筋与基础承台钢筋焊接做下引线，再将楼板、梁内钢筋与柱筋焊接，这样就形成了一个具有极小电阻、极小引下线阻抗、立体的法拉第笼和平面的等电位自然防雷网络框架。

5 结语

      高速公路机电系统防雷接地问题很复杂，涉及到的方面也较多，笔者认为，在今后的机电工程中，应尽可能采用联合接地，接地电阻小于1Ω，同时加强避雷器的使用，这样可以减少雷击造成的损失。

参考文献：

［1］花铁森.建筑弱电工程安装施工手册.北京：中国建筑工业出版社，1999：29-43.
［2］叶佩生.计算机机房环境技术.北京：人民邮电出版社，1999：105-110，148-156.

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