高速公路機電設備防雷技術探討

陳琦龍

摘? 要：在高速公路中應用很多電子設備，并且，高速公路系統通常都是在野外或者比較空曠區域，比如收費站、服務區及道路設施、設備都是孤立的建筑，很容易受到雷擊。會導致高速公路設備設施有嚴重損失，并且會對高速公路系統的運行及人員、財物等安全有嚴重的影響。所以，要確保高速公路安全運行，過往車輛通行安全，一定要對機電設備防雷技術的應用進行高度重視，做好防雷處理，提高高速公路安全平穩運行能力。

關鍵詞：高速公路;機電設備;防雷技術

Abstract： A lot of electronic equipment is used in the expressway， and the expressway system is usually in the field or relatively open area， such as toll stations， service areas， road facilities and equipment are isolated buildings， which are easy to be struck by lightning. It will lead to serious loss of highway equipment and facilities， and will have a serious impact on the operation of the highway system， personnel， property and other safety. Therefore， in order to ensure the safe operation of expressway and the safety of passing vehicles， we must attach great importance to the application of lightning protection technology of mechanical and electrical equipment， do a good job in lightning protection treatment， and improve the safe and stable operation ability of expressway.

雷電是自然現象，是因為大氣中冷熱空氣的磨擦而出現正負兩種電荷云團，云團間、云團和大地間產生放電現象，這是高電壓、高電流，很容易對地面的電子設備產生破壞，高速公路機電系統包括通訊、收費、監控、隧道通風、照明等系統，雷擊會對其造成嚴重的傷害。所以必須重視和研究防雷技術。

1 雷電對于高速公路機電設備產生的危害和影響分析

如今，高速公路中應用了很多機電設備，比如進行外場的視頻監控，應用車輛檢測的系統，進行信息發布的系統，通行隧道內的火災智能報警及照明系統，高速公路數據通信及收費裝置等[1]。如果高速公路系統中的機電設備遭遇到雷電等，會導致機電設備受損，影響到設備及人員、財產等安全，比如，會有大面積圖像不能傳送到監控室、出現隧道照明癱瘓、通信系統中的信息和通訊中斷、收費車道設備受損癱瘓等，嚴重的會導致火災或爆炸，進而會產生非常嚴重的不良后果。

2 高速公路機電設備防雷技術及應對方法

2.1 視頻監控系統的防雷技術及對策

對于高速公路的視頻監控系統應用防雷技術主要是安裝防雷器對外界突然出現的尖峰雷電干擾在極短時間內進行導通分流，進而防止浪涌對相應設備產生損害。通常情況下，高速公路會結合道路的具體情況對各種不同監控設備設置實施相應的防雷處理，對每臺監控設備的信號線、電源線安裝相應的防雷器，防雷器要安裝在監控設備外殼上，也可以直接接地。在監控系統當中，根據道路監控及收費站監控系統的前段、傳輸、終端三部分組成情況，設計應用基本相同的防雷技術，道路交通監控系統是要對前端和傳輸兩個部分進行防雷保護，應用接地防雷技術：在前端的攝像機和云臺立桿頂部分別安裝避雷針，設計的避雷針長度大約是2m，其頂端設計成尖形，引線應用的是25mm2接地銅線，進行和接地系統連接。各個監控點進行獨立地網設計，對于土壤電阻率較大的地區，設計應用接地模塊及接地體聯合應用，進而確保接地電阻要不大于4Ω。設備防雷技術的應用是根據攝像機輸出相應的視頻信號，在傳入傳輸設備中安裝相應的視頻防雷器，利用視頻防雷器進行視頻信號輸入進入傳輸設備，進而實現防雷效果;攝像機電源及控制信號所應用的防雷技術同樣是進行安裝防雷器，其安裝連接方式是串聯方式，是在電源線的輸入端安裝電源防雷器，在控制信號線的輸入端安裝信號防雷器，然后把相應信號輸入進入到上端的攝像機中。這樣的設計和安裝能夠對雷擊電流進行阻止，避免其進入到攝像機的視頻線、電源線及控制線當中，防止對整個攝像機的監控網絡產生影響和破壞。

2.2 公路收費車道的防雷技術和方法

高速公路收費車道設備的防雷通常應用的是接地防雷技術，以達到雷電電流的分流，保證高速公路整體通行安全。收費車道通常有入口發卡、出口收費、ETC等不同車道。對于收費車道進行的防雷技術應用的接地處理方式：收費車道設備的防雷處理應用的是綜合接地方式，進行的技術設計是每個車道都設置接地排，并把這些每接地排接入到綜合接地網當中，實施綜合接地，要求接地電阻值一定不大于1Ω，每個車道的電源地端要接入到接地排中，收費島的設備金屬外殼也一定要接入到接地排，比如發卡機、欄桿機、霧燈、廣場機柜、工控機、雨棚信號燈等各設備。而對于機電設備實施的防雷技術以防雷器應用為主：先進行收費車道電源的防雷處理，收費車道總電源的輸入是UPS室進行輸出進入到車道，在UPS輸入進入車道時先設置電源防雷器，接著輸入進入總空開，再進行分配進入到各個車道空開，然后輸入進入相應車道，在每個車道的UPS輸入端也要進行安裝電源防雷器。對于機電設備信號應用的防雷技術在串口或者并口位置安裝信號防雷器、光電耦合器等，在信號傳輸線路中安裝串聯信號防雷器，也或者安裝防浪涌保護器等方式進行設備防雷保護，對產生的瞬間電壓、電流干擾和分流，防止遭到雷擊。

2.3 電源線路防雷設計和方法

高速公路進行高壓電線應用時，接入三相電源變壓器的位置應用的是避雷器安裝技術，是在各相接地的位置設置避雷器。選擇的避雷器材質要盡量是氧化鋅的材料。電源變壓器及電纜金屬的外殼、電源低電壓端零線要依據就近原則進行接地。電源變壓器及配電房間的低電壓電纜電路要應用地下布線方法，把電纜電線穿入到金屬管當中，在地下深埋，防止地面雷擊。配電房進入到監控機房的輸電電路也需要進行深埋地下，同時進行屏蔽。收費站各建筑當中的配電箱電路的兩端屏蔽部分需要進行就近接地。收費站是弱電，電纜兩端安裝的單相電源防雷器是B220/20KA型的，實施電纜屏蔽，同時深埋地下。監控室配電箱中安裝電源防雷箱其型號是B380/40K型，利用遠程主動防御報警設置，進行遠程監控。配電室低壓配電屏安裝的是B380/80KA型電源防雷箱，進行電源線中的高強度浪涌電流吸收，防止雷擊機電設備受損。

2.4 機房及配電房的防雷方法

高速公路中的機房安裝有各種機電設備，配電房中有機電設施，因此，要嚴格根據建筑物防雷等級進行相應防雷設計，所進行的防雷技術設計外部內部相結合，分別進行有針對性的設計[3]。建筑物內，安裝電涌保護器，進行雷電泄流，避免電纜線路受到雷擊，破壞電源。電子信息的系統當中，進行均壓等電位、瀉流分流、屏蔽防雷。同層或相同部位不同金屬設備、外殼、管道、電纜外皮等處要進行等電位連接，達到電位均衡，防止建筑物當中出現反擊或者是跨步電壓，進而使雷電電磁脈沖產生的電子設備干擾和人員傷亡的有效減少。瀉流分流是利用引下線、接閃器、接地把雷電進行分流引入到地下，進而保護設備、部件免受雷擊及對設備的反擊。以法拉第屏蔽籠、屏蔽電纜、屏蔽箱盒等方式，應用自然屏蔽體，進行繞擊雷、側擊、球雷襲擊的有效避免，做到進行雷電電磁脈沖的有效防御，對設備上的電壓能量進行有效衰減和阻擋施。

2.5 隧道內機電設備的防雷設計和措施

因為隧道內有交叉界面，其內部應用金屬線纜進行連接的機電設備都需要進行防雷保護，并對金屬機箱（柜）進行接地連接。主要的防雷技術就是以接地方式進行防雷。隧道當中安裝有CO/VI檢測器、火災報警系統、車檢器，對其進行雷電預防，可以對各電纜電線實施接地處理。在隧道接地主干線和隧道口的接地網，應用50mm2銅纜進行連接，并對接地干線和隧道洞當中預留洞室鋼筋進行重復接地，以這樣的方式進行防雷。

2.6 外場設備的雷電防護措施

高速公路的外場設備接線復雜，應用的防雷技術是進行相應接地系統的有效設計[4]。因為可變情報板、車檢器、氣象檢測器等外場機電設備分布在整個路段，點多、面廣、線長，電力線、信號線會穿越各種復雜地質層面，所以外場設備的防雷設計中需要有良好的接地系統，一切的防雷設備都要利用接地系統進行雷電電流泄入地下，機電外場設備要設置4Ω的保護接地極、10Ω的防雷接地極，兩地網間需要距離20m，也可以設置1Ω的共用接地極。

2.7 通信設備的防雷處理

高速公路的通信系統應用的防雷技術是接地或者和防雷器結合。主要是對相應的通信機房設備的防雷處理，需要在傳輸設備機柜上安裝兩個接地螺栓，以單點接線的形式進行接地，其中一條是工作地線;另一條是進行二次保護電路的地線。交流配電系統在實際的運行中，要設計安全、獨立的交流環境，并斷開保護地線，這項操作如果不能很好地進行，可以和配線架防雷基地相互配合，這要求進行電源防雷器的安裝，防止交流電網當中產生干擾信號。

3 結束語

綜上所述，隨著科學信息技術的發展，高速公路普遍應用信息及機電技術，因為高速公路的本身的特點，很容易受到雷電影響。所以，對于高速公路機電設備的防雷技術，要進行高度重視，并合理應用，進而有效保護高速公路機電設備，更好地提高高速公路機電設備運行和工作穩定性，保證高速公路運行、人身、財產等安全，促進高速公路系統穩定持續發展。

參考文獻：

[1]馮興林，楊智淇.基于云平臺的高速公路機電設備管理系統研究與實際應用[J].通訊世界，2019（6）：251-252.

[2]伯漢.高速公路機電設備管理系統的研究[J].包裝世界，2018（7）：82-82.

[3]唐東華.高速公路機電工程設備管理中二維碼的應用[J].交通世界，2019（19）：138-139.

[4]陳敬進.高速公路機電工程的優化及發展措施[J].中國高新科技，2019（11）：90-92.