高速公路機電設備防雷接地技術探討

鄧曉勇

(貴州高速公路集團有限公司中南交通科技有限公司)

1 雷擊現象對高速公路機電設備的影響

自然界的雷電現象是空氣中長時間累積的帶電粒子在空間電場作用下對地放電的結果，其在放電過程中，釋放出大量的電流，對地上建筑物等的破壞性作用是及其嚴重的。雷擊對高速公路機電設備的破壞方式主要表現在兩個方面:即直擊雷與感應雷放電形式。

直擊雷放電主要是通過雷電瞬間釋放的大量電流直接作用于機電設備，進而直接對設備進行破壞。因雷電釋放的強大電流流經機電設備時，機電設備對地的電勢瞬間升高，形成巨大的電位差進而損壞機電設備的正常使用;而感應雷放電則不同于直擊雷，其作用機理是在雷電釋放的電流流經大地時，產生強烈的磁場，在該磁場中分布的電子設備因電磁感應等物理現象而出現不同程度的設備故障問題。根據實際情況顯示，高速公路中機電設備的損壞多是由感應雷放電造成的。

2 高速公路中機電設備的防雷接地分析

2.1 機電設備防雷的主要工作

上述中提到，雷擊對機電設備的破壞主要是以直擊雷與感應雷放電的形式，因而在開展防雷措施時也主要從這兩方面加以考慮。因直擊雷對機電設備的破壞是通過放電電流直接作用，因而可通過在高速公路中的建筑物、儀器設備等上安裝避雷針、避雷線等作為接閃器使用，將雷電流引下來，并經接地裝置引入到大地中;而感應雷主要通過電磁感應作用于機電設備，因而對其的防護較為困難，目前主要是通過將設備接地降低感應雷對設備的破壞程度。從這兩方面防雷措施來看，建設良好的接地系統是保障高速公路機電系統正常運行的有效措施。

2.2 防雷接地技術

高速公路中建筑物遭雷擊后，可能會引發其內部的機電設備發生故障。為確保建筑物在遭受雷擊后，雷擊電流能順利引入到大地中，可將建筑物內的機電設備等與防雷接地裝置通過防雷金屬進行有效的連接，從而盡可能降低雷擊對機電設備的影響。

2.3 交流電源的防雷接地技術

在機電設備系統中，變壓器作為交流電源的供電系統，其運行狀態決定整個機電設備系統的工作情況。在高速公路設計中，變壓器一般選擇安裝室外，并與上一級電網相連，一旦變壓器線路遭受雷擊，其感應電流將在線路的傳輸下襲擊變壓器，進而可能引起變壓器發生故障問題。因而為提高變壓器的抗雷擊能力，一般選擇將變壓器的中性點進行接地的方式，當變壓器正常運行時，可滿足機電設備所需的220 V電源供電，若遇到雷電襲擊時，其便執行跳閘動作以保護機電設備不受影響。

2.4 機電設備保護性接地技術

機電設備在正常使用中是導電的，并且可人為控制操作。由于機電設備出廠運輸中發生碰撞摩擦或是長期使用等情況造成設備表面的絕緣層遭破壞，若設備管理員未能及時發現而無防備地直接與機電設備的金屬外殼接觸時，設備中的電流可經過人體流入到大地，即發生觸電，威脅到人的人身安全。因而在使用中，為防止上述事故的發生，一般將機電設備中不帶電的表面金屬膜在保護接地裝置的作用下與大地相連，機電設備在出現絕緣性損壞時，其泄漏電流便可通過接地保護裝置分流，進而減少流經人體的電流，降低對人體的傷害。在實際配置中，若接地保護裝置的電阻值遠低于人體時，由于并聯分流作用，設備泄露的電流大多數將從接地保護中流走，進而可保證泄露電流基本上在人體可承受的安全范圍內。

2.5 直流接地

由于現階段自動化技術的普及，高速公路機電設備的管理及使用更多地使用計算機、軟件通信、電子集成電路等技術來實現。然而這些弱電系統對驅動電源的要求較為嚴格，一般只能選擇直流電源進行供電，且系統一旦供電不穩定，將會干擾到系統的正常工作，甚至可能破壞系統中的弱電設備。將弱電系統進行接地處理可確保該系統中的弱電設備在同一個供電電壓下工作，同時避免外界電源信號對系統的干擾作用;另外，由于系統中的弱電設備共用同一個接地保護裝置，從而可滿足信號在進行傳輸時參考電位一致性，進而便于數模信號的傳輸與轉換。

3 高速公路防雷接地技術的施工建設對策

3.1 建筑物與機電系統聯合接地方式

由于高速公路中收費站區、工作辦公區的接地系統使用建設是由建筑施工方進行的，其可能與機電設備間建設相矛盾，進而影響到系統工作的穩定性，因而在施工條件允許的情況下，可將建筑物及其機電系統間使用聯合接地的形式，從而達到消除建筑物及其中的機電設備間電位差，降低建筑物中的磁場強度的目的。聯合接地的接地體盡量優先考慮自然接地體，并以人工接地體輔助使用，在建設時盡量形成閉合環，以更好地提高系統的抗雷擊水平。

3.2 雷電防護建設

在高速公路中的收費站、監控機房及配電區需根據國家相關規定要求對雷電的攔截防護裝置加以設計。在機電設備的室內電源防雷方面，應使用三重防雷屏障，即直擊雷、過電壓及浪涌吸收防護方法，并加強相互間的協調配合作用;針對機電系統中露天使用的設備如攝像頭裝置、緊急電話等設備應安裝避雷針裝置，并采用聯合接地的方式設計接地系統;針對機電系統如雙絞線、光纖、電話線等信號電纜，需在相應的線路中安裝專門的防雷裝置，如在數據通信傳輸信號電纜上使用數據防雷裝置，在視頻監控信號電纜中使用視頻防雷器等，其不僅可防雷擊及過電壓作用，還可消除感應雷對信號電纜的干擾作用，確保信號的不失真傳輸。

3.3 高速公路中機電系統的合理布局

雷電對建筑物中機電系統的電擊作用主要是以建筑物內支撐梁中的主鋼筋為電流通道進而干擾機電設備的正常運行，故雷電電流基本上都在外墻體中。因而為有效地降低雷電電流對機電系統信號的電磁干擾作用，一般在進行設計時，可將機電設備布置在機房的中央位置，與外墻及立柱間保持一定的間距;另外，機電系統間的線路布局也是決定其抗雷擊能力的關鍵之一。在高速公路中合理地布局線路的走向及連接，不僅可降低因雷電中感應電造成線路間的電位感應程度，同時可減少雷電發出的電子波對線路信號的干擾作用。在進行高速公路線路布局時，需將室內外安裝的電纜的金屬表面及其管道與接地系統連接起來，從而形成一個防雷接地系統，進一步提高設備的抗雷擊性能。

［1］曹英寶.高速公路機電系統綜合防雷接地措施研究［J］.交通世界，2011，(20).

［2］賈綏林.關于高速公路機電設備防雷措施的探討［J］.黑龍江交通科技，2013，(5).