高速公路房建機電工程的防雷設(shè)計及施工問題研究

劉鳳英

摘 要：雷擊是自然界的常見現(xiàn)象之一，有非常大的破壞性與安全隱患。近年來，我國交通運輸事業(yè)發(fā)展速度不斷加快，高速公路沿線房建機電工程規(guī)模也日益擴大，機電系統(tǒng)功能持續(xù)完善，機電設(shè)備類型有所增多。一方面，高速公路機電系統(tǒng)應(yīng)用功能更加完善，但另一方面也使得高速公路機電系統(tǒng)面臨的防雷形勢更加嚴(yán)峻。如何根據(jù)實際情況做好對高速公路房建機電工程的防雷設(shè)計與施工工作已成為各方人員高度重視的課題之一。本文首先分析高速公路主要雷擊危害，然后對高速公路房建機電工程在防雷設(shè)計與施工方面的關(guān)鍵要點展開探討，望能夠引起同行人員的關(guān)注與重視。

關(guān)鍵詞：高速公路；機電工程；防雷；設(shè)計；施工

中圖分類號：TU895 文獻標(biāo)識碼：A

高速公路沿線房建機電工程是一個設(shè)備類型眾多、功能復(fù)雜多樣的綜合性電子系統(tǒng)，由通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、以及監(jiān)控系統(tǒng)等多個部分構(gòu)成，系統(tǒng)是否能夠安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到高速公路的使用效益。同時，高速公路多建設(shè)于距離城市中心較遠的地區(qū)，距離長，沿線穿越地形條件復(fù)雜，分布有大量的強電、弱電設(shè)備，遭受雷擊作用力影響的可能性大。一旦受到雷擊作用力影響，將會對高速公路房建機電工程的正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重影響，并造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，對高速公路房建機電工程的防雷設(shè)計與施工問題必須引起相關(guān)運營管理人員的極大重視。本文即針對該問題做詳細分析與探討。

1.高速公路雷擊危害

雷擊作用力對高速公路房建機電工程以及相關(guān)機電設(shè)備的危害主要有以下3種類型：第一，雷擊直接作用于機電設(shè)備（多以外場設(shè)備為主），在高電壓與大電流的作用下產(chǎn)生不同程度的熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)、以及機械效應(yīng)，進而對機電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生不良影響；第二，雷擊作用力作用于高速公路房建機電工程附近或防雷裝置上，受電磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)影響并產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象；第三，接閃器在放電過程當(dāng)中導(dǎo)致接地極電位上升，對機電設(shè)備產(chǎn)生地電位反擊作用，造成高速公路房建機電工程中的金屬電纜受到損害。

2.防雷設(shè)計要點

高速公路房建機電工程防雷設(shè)計的基本原則是兼顧機電設(shè)備安全運行以及人身安全保護兩個方面的目標(biāo)。在防雷設(shè)計實踐中，需要遵循以下幾個方面的基本原則：第一是應(yīng)當(dāng)將高速公路房建機電工程作為一個整體對象進行考慮，兼顧各個子系統(tǒng)間的防雷保護效果，同時考慮供配電子系統(tǒng)與弱電子系統(tǒng)防雷保護的有效銜接，體現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟合理的基本原則；第二是應(yīng)當(dāng)根據(jù)雷電作用于機電設(shè)備的不同途徑，采取綜合化的防雷設(shè)計方案，包括保護、接地、均壓、分流、以及屏蔽等多種手段；第三，設(shè)計人員需要根據(jù)高速公路房建機電工程所處地理環(huán)境特點以及所對應(yīng)的雷電保護區(qū)域范圍，選擇相應(yīng)的防雷裝置電氣性能參數(shù)以及產(chǎn)品功能。遵循上述基本原則，在高速公路房建機電工程的防雷設(shè)計中應(yīng)當(dāng)采取如下措施：

2.1 收費站、分中心防雷設(shè)計

高速公路收費站、分中心均采用房建工程結(jié)構(gòu)鋼筋構(gòu)成等電位的“法拉第”籠，采用聯(lián)合接地方式，在前期設(shè)計環(huán)節(jié)中綜合考慮引下線、接地系統(tǒng)、以及避雷針裝置的配置情況，要求接地電阻不超過1.0Ω。同時，為強化電源系統(tǒng)防雷效果，遵循分級保護的基本原則，在高速公路收費站、分中心變電站低壓出線接入總配電柜前加裝三相過電壓保護器裝置（按照每路加裝60kA～100kA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計），起到首級防護的效果。同時，在高速公路沿線通信、收費等電源室總進線端加裝三相過電壓保護器（按照每路加裝40kA～65kA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計），以起到二級防護的效果。機房內(nèi)部防雷設(shè)計方面，在機房下防靜電地板中設(shè)置接地匯流排，匯流排由4×40.0mm扁鋼帶沿墻體圍繞一周形成，將機房內(nèi)部機柜外殼、配電箱外殼、電源地、金屬門窗、以及電纜屏蔽層等均與匯流排連接，形成聯(lián)合接地。在此基礎(chǔ)之上，選擇截面積35.0mm?銅纜線路作為引下線介入地網(wǎng)，以加強防雷效果。

2.2 收費廣場防雷設(shè)計

高速公路收費廣場外部防雷主要對象是收費大棚。本區(qū)域防雷設(shè)計建議采用聯(lián)合接地的方式進行處理，接閃器可直接利用金屬屋面同時聯(lián)合輔助防雷地網(wǎng)以加強防雷效果。一般來說，高速公路收費站防雷地網(wǎng)網(wǎng)格可按照5×5.0m標(biāo)準(zhǔn)布置，地網(wǎng)防雷材料選型為角鋼（按照5×5×50.0mm標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計）+扁鋼（4×40.0mm標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計），地網(wǎng)兩端直接與收費廣場環(huán)形地網(wǎng)連接。同時，可將收費廣場房建工程立柱內(nèi)柱鋼筋直接作為防雷引下線，與地網(wǎng)相連接。通過此種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)地網(wǎng)的均壓等電位，對預(yù)防地電位反擊作用力有確切作用。在收費廣場電源防雷方面，設(shè)計方案中在電源線出口位置按照40kA/路標(biāo)準(zhǔn)加裝過電壓保護器裝置，相應(yīng)電源線引入收費廣場進線端同樣按照40kA/路標(biāo)準(zhǔn)加裝過電壓保護器裝置。通過該設(shè)計策略，避免高速公路收費站與收費廣場間因落雷所產(chǎn)生過電壓對機電設(shè)備正常運轉(zhuǎn)造成不良影響。除此以外，在收費廣場內(nèi)部防雷設(shè)計方面，防雷設(shè)計的關(guān)鍵是在沿線所有收費亭下設(shè)置匯流排，匯流排經(jīng)截面積35.0mm?銅纜與收費亭所有設(shè)備外殼連接，同時在匯流排上單獨用導(dǎo)線與地網(wǎng)就地連接。

3.防雷施工要點

在高速公路房建機電工程防雷施工過程中，應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注以下幾個方面的問題：第一，防雷等電位連接。在防雷等電位連接網(wǎng)絡(luò)施工過程中，等電位端子板應(yīng)當(dāng)安裝于機房合適位置，盡量縮短各接地線長度。同時，等電位連接端子板的長度應(yīng)當(dāng)根據(jù)機房內(nèi)需匯入連接導(dǎo)體數(shù)量進行合理控制。若選擇銅質(zhì)端子板，表面必須進行鍍錫處理，以免在與其他材質(zhì)導(dǎo)體連接后產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕問題。除此以外，防雷系統(tǒng)與機電設(shè)備所在建筑物間應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇聯(lián)合接地的施工方案，按照設(shè)計單位所給出方案進行施工，確保接地安全；第二，接地測試點。接地測試點對采用鋼質(zhì)斷接卡子，放置于安裝盒中。在高速公路房建機電工程施工過程中，接地測試點的設(shè)置是很有必要的，有利于每年的維護和測試地網(wǎng)阻值，以便于及時修正不合格的防雷裝置。通常情況下，適當(dāng)設(shè)置多個測試點可以保證測試值的有效性及可靠性。

結(jié)語

防雷工程設(shè)計與施工一直以來都是高速公路房建機電工程系統(tǒng)中非常重要的構(gòu)成模塊之一。防雷工程設(shè)計方案的合理性以及施工的可靠性將直接影響高速公路收費、監(jiān)控、通信等功能的實現(xiàn)情況，同時也是評價高速公路機電設(shè)備是否完善的一大重要指標(biāo)。本文重點圍繞高速公路房建機電工程防雷設(shè)計、施工方面的關(guān)鍵問題進行總結(jié)與分析，望能夠有助于提高防雷系統(tǒng)有效性，最大限度減輕及規(guī)避雷擊作用對高速公路房建機電設(shè)備的不良影響。

參考文獻

[1]馮旭宇，劉曉東，盧士慶，等.高速公路機電系統(tǒng)過電壓保護與防雷接地設(shè)計[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2011，37（2）：40-41，54.