高速公路機電設施雷電破壞及其處理措施

楊順翔

（甘肅紫光智能交通與控制技術有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 概述

高速公路機電系統較為復雜，包括很多的內容，例如供配電系統、通信系統、收費系統、監控系統等等。由于雷擊影響范圍很大，并且近些年信息技術的發展使得機電設備的精密程度越來越高，一旦受到雷電影響就會無法正常運行，對于整個高速公路的運行造成影響。所以為了能夠確保機電系統的設備可以安全穩定運行，要對雷電破壞進行有效的防護。

2 雷電對于高速公路機電設備的危害及原因分析

2.1 雷電對于高速公路機電設備的危害

高速公路上遍布著各種類型的機電設備，這些電子類機電設備大多安置在曠野上，很容易受到雷電的破壞。雷電對高速公路機電設備的危害主要有兩類：直擊雷和感應雷。直擊雷對機電設備造成危害的過程是產生巨大的電流，在云團和大地之間形成較大的電位差，電位差作用機電設備上造成設備的損害和破壞；感應雷對機電設備造成危害的過程是感應電流通過天線、電線電纜等途徑侵入機電設備的機房，對機電設備的電路產生破壞，甚至可能燒壞機電設備[1]。在以往高速公路的設計和施工過程中由于認識的淺薄等原因，高速公路的防雷問題往往會遭到設計人員和施工人員的忽視，導致高速公路機電設備的防雷問題成為高速公路系統運行過程中最為薄弱的環節，雷電破壞機電設備的安全事故時有發生。遭受雷電破壞的機電設備，輕則機電設備功能喪失，無法運作，重則導致整個高速公路系統完全癱瘓，無法正常工作，車輛無法安全通行，給高速公路的安全管理構成了嚴重的障礙，直接影響到公路運行的經濟效益。因此保證高速公路的高效運行，對機電設備進行防雷電保護勢在必行。

2.2 高速公路機電設施雷電破壞的原因所在

1）環境方面的因素。一般情況下，高速公路的大部分都處在相對空曠的區域，并且收費站等建筑相對獨立，周邊缺少相關聯建筑，在很大程度上增加了雷電破壞的可能性。另外，高速公路的里程相對較長，并且很多高速公路都處在地形復雜的區域，這些都造成了高速公路的防雷工作難度較大。隨著技術水平的提升，高速公路中增設了越來越多的電子設備，雖然大大提升了高速公路的智慧水平，但是這些設備非常容易受到電磁干擾，也為防雷增加了困難[2]。

2）雷電防護措施相對落后。雖然近些年我國的防雷技術有了一定的提升，但是對于高速公路來說在雷電防護方面的研究還嚴重不足，這就造成了我國現階段高速公路雷電防護設計以及施工方面的能力相對較弱，缺少足夠有效的監管，雷電防護措施相對落后。

3）高速公路機電設備在雷電監測方面相對不足。為了最大程度避免機電設施受到雷電破壞，避免防雷裝置故障而造成設備和人員傷害，我國出臺了有關防雷裝置的監測和維護規定，正常情況下要每年對其進行一次以上的檢測。另外對于較為關鍵的部位和系統，每次發生雷擊之后要第一時間對其進行檢查，及時發現并處理問題。但是從現階段來看，很多高速公路并沒有及時對防雷系統進行檢查，某些防雷系統發生損壞而無法發揮作用，從而造成多次頻發雷電事故。

3 高速公路機電設施防雷方式分析

3.1 監控系統方面的防雷

隨著高速公路的發展，高速公路的監控系統日趨完善，不僅在收費站配備有收費監控系統，同時也設置有行車監控系統，主要是利用攝像機來完成車輛的監控，高速公路攝像機設置數量要和車道的數量相匹配。為了避免攝像機受到雷電的影響和破壞，可以將485 防雷器設置在每個攝像機控制系統當中，一般情況下都是在攝像機的外殼中接入防雷器，也可以將其直接和地相連。另外，可以在每臺攝像機視頻輸出端口設置BNC 型的防雷設備。總的來說，不管是將防雷器安裝在攝像機外殼還是直接接地，都要遵照就近安裝的基本原則來說進行。在完成了機房監控系統和攝像機視頻的連接之后，就可以將防雷器設置在不同視頻監控的輸出端口和控制端口[3]。

另外，監控室的配電系統常常采取的是三相五線以及單相三線的供電方式，常常將電力線直接引入到監控室當中，這就為雷電的破壞建立了路徑，所以要對其進行有效防護。一般情況下可以采取三級防護措施，首先可以通過火花間隙放電器對于絕大多數直擊雷進行有效吸收，之后可以在監控室電源輸入端設置三相電源避雷器進行防護，能夠將絕大多數殘余雷電吸收完畢，最后可以在專用設備輸入端設置防雷設備，能夠對過電壓、容性負載、感性負載所造成的浪涌過電壓進行有效吸收，同時能夠消除掉電力線的差模干擾、共模干擾等問題。

3.2 收費系統方面的防雷

1）收費計算機網絡的防雷。可以在收費計算機網卡端口和HUB 間雙絞線上設置RJ45 型防雷接口和防雷器，所有防雷設備的安裝一定要按照就近原則設置在機殼上或者直接接地；

2）收費站的防雷。對于收費站來說，可以通過4×40mm 的扁鋼將收費車道、監控機房以及配電房進行有效連接，形成一體化接地網絡，同時可以采取自然接地物對其進行補充，確保自然接地物和人工接地體的閉合性，確保每一處等電位。此種方式能夠有效消除不同建筑物之間的危險電位差，同時可以降低建筑物內部的磁場強度。

3）收費亭的防雷。對于收費亭來說，要確保金屬墻體整體的電氣相連通，可以通過收費島地基的鋼筋網實現收費亭、自動欄桿、通信燈、監控攝像機等金屬構件的連通。

3.3 電源線路方面的防雷

對于10kV 以上的高壓線路來說，在接入到三相電變壓器時一定要在合適區域設置氧化鋅避雷器。對于低電壓線路（例如配電房到電源變壓器之間的線路）來說，可以采取地下走線的方式，并且要確保線路的長度在15m 以上。同時要加強監控室到配電房輸電線路的保護。

對于建筑物內部的配電箱來說，可以將電路兩側屏蔽部分就近接地。同時可以在監控室中設置B380/40K 型電源防雷箱，此種防雷箱能夠實現遠程主動防御報警。一般情況下可以將此種防雷箱設置在配電室的低壓配電屏上，這樣可以有效吸收掉電源線所產生的較大電流，能夠對系統進行有效保護。因為收費系統采取的都是弱點，因此可以通過在電纜兩側設置單相電源防雷器即可，一般可以采取屏蔽式電纜、地下敷設的方式。對于戶外的攝像機來說，可以通過串聯的方式將2P 型電源防雷器設置在電源輸入端，要在地下埋設鋼管，具有護套的電纜順著鋼管敷設，之后要將配電室連接10kV電壓供電線路的末端。

3.4 通信系統以及交流配電系統防雷

對于現代高速公路機電系統來說，通信系統是最為重要的組成部分之一，其運行情況直接決定著整個高速公路的服務情況，對于傳輸設備的安全性具有非常大的影響。另外，通信系統會涉及非常多的內容，所以為了確保其安全性防雷接地是非常重要的。一般情況下需要將兩個接地螺栓設置在傳輸設備機柜之上，采取單點接地的方式，并且設置相應的接地線，分別為：傳輸設備工作地線、二次保護電路地線等。通過傳輸設備工作地線能夠有效連接不同直流工作電源，通過二次保護電路地線能夠將接入大地之后剩余的電荷卸載掉。通過此種方式能夠形成較為安全且獨立的交流系統，并且能夠將某些保護地線切斷，這對于交流配電系統來說是非常重要的。除此之外，也可以和配線架來共同進行防雷，但是此種情況需要設置必要的電源防雷設備，避免交流網形成干擾信號。

4 結束語

近些年我國高速公路建設有了快速發展，但是機電設施受到雷電破壞的問題還是較為嚴重的。本文主要分析了機電設施雷電破壞的情況，在此基礎上提出了相應的處理措施。通過本文的介紹能夠對高速公路防雷提供一定參考和幫助，對于確保高速公路的正常運營是非常重要的。