探析高速公路機電系統防雷的重要性與防護技術

李國強 彭瑞燕 孔正圓

摘要：本文以高速公路為視角，研究機電程序的防雷工作，闡述了防雷工作的重要性，給出了防雷技術：防控感應雷、防控直擊雷等，結合防雷技術的實踐應用，以此保障機電程序運行的安全性，提升高速公路的整體設備運行平穩性，以較高的交通服務質量，帶動相關行業發展。

關鍵詞：公路;防雷;設備

高速公路中添加的機電程序，含有多種功能，包括自動計費、智能扣費、公路照明、路況監控等。在特殊環境中，各類機電程序會受到雷電作用，造成設備損壞、程序運作失效等問題，無法保障公路智能服務的有序性。在地勢、地貌等多種復雜因素的共同作用下，難以保證避雷針的雷電防護效果。為保障高速公路中各類機電程序的運作平穩性，采取綜合防雷方法，以此達到防雷目標。

1 防雷概述

圍繞高速公路開展各項防雷工作時，以機電設備為主體，對其內外兩個位置，逐一進行防雷處理，以此保障機電程序的防雷效果[1]。在進行內部防雷時，是以崗位人員防雷安全為視角，需保證防雷質量，減少直擊雷對崗位人員形成的傷害。在實踐內部防雷時，使用避雷器，將其裝設在保護設備內部，形成防雷與設備的聯動體系，以等電位體形式獲取優異的防雷效果。在進行外部防雷時，防雷目標包括接閃器、引下線、防雷區等。外部防雷方法，是利用避雷程序，有效轉移雷擊作用，將雷擊轉至地下區，以此減少雷擊對程序形成的威脅。防雷設計，是以保護機電程序、崗位人員為主要目標，降低公路機電設備引發火災的發生可能性，達到防雷保護效果。

2 防雷的主要技術

2.1 防感應雷

感應雷會從多種路徑，進入建筑工程，對建筑內裝設的機電程序，形成雷電攻擊[2]。在機電程序中，電纜表現出能耗小、信號傳輸長度大等特點，極易受到感應雷的干擾，致使電纜發生損壞。在調查中發現，由感應雷引起的雷擊問題，在整體雷擊案件中占比不小于70%。因此，對高速公路中裝設的各類程序，開展感應雷防控，具有防雷的必要性。感應雷會使用空間感應方法，將雷擊作用傳輸在通信站，致使感應線受損。在屏蔽防護中，能夠有效抵消感應雷作用，控制設備受損程度。為保障屏蔽防雷效果，需配置完善的防雷體系，保證電擊壓力的承受效果，減少雷擊威脅。在防雷程序中，防雷器是一種技術較平穩、成本相對經濟的防雷方法，或稱為“等電位連接設備”。此種防雷技術的建立，會在感應雷信號形成時，在短時間內高效調整設備兩端電位，使電位平衡，合理調整電量作用，減少雷擊危害。防雷器自身具有較強的阻燃性，在火災環境中，能夠有效發揮自身的電位調整功能，以較高的阻燃性，保證電位平衡的有效性。防雷器運行時，不會自行切斷供電程序，對其他程序不會形成不利作用。

2.2 防控直擊雷

2.2.1 巧用導體

在土壤結構中，具有分散雷擊作用的導體。接地體會結合所在位置的實際情況，各類接地體相互組成地網。在實際地網布設，會依據地理特征的差異性，形成具有差別性的地網結構。一般情況下，使用環形地網，以此保障雷電流的抵消效果，防止機電程序受到雷擊威脅。導體與土壤結構處于90度時，導體長度約有2m，土層埋深長度約1m，接地點位相鄰間隔長度不小于4m。導體在土層中水平放置時，埋地深度不小于1.2m，在建筑外圍伸出長度有45m，保證防雷效果。

2.2.2 引下線

引下線使用時，主要是在雷擊形成時，轉移雷擊作用，使雷擊電流在此種線路的作用下，轉移至地下，形成防雷保護效果。在引下線設計時，線路至少為2根，確保雷擊電流轉移質量。一般情況下，在建筑周邊，以線路對稱方法，有序排布引下線。在設計引下線位置時，兩組線路之間的間隔距離不超過20m。在引下線安裝時，可使用焊接形式，連接線路，使線路在壓環中處于均勻分布狀態。如果建筑結構表現出框架形式，在引下線程序中，以鋼筋為主要框架的構造材料。

2.2.3 接閃器

避雷針、防雷產品的類型具有多樣性，接閃器具有防雷使用的廣泛性。接閃器的設備類型包括：針型、帶型、網格型。借助各類結構的避雷設備，合理防護雷擊作用。如果高速公路中，用于裝置機電程序的建筑，建筑項目表層含有天線，可使用針型避雷器，轉移雷擊電流，以此保障接閃器的使用效果。

2.3 其他防雷措施

（1）在多種防雷技術聯合使用時，應以隔絕防護、壓力均等的形式，提升防雷效果[3]。在防雷設計程序中，有效分布防雷裝置，合理連接防雷設備、導體，形成聯合防雷結構，有效轉移雷電作用。在高速公路的智能計費程序中，以攝像頭為主，合理裝設避雷針，完成相應的接地處理，防止攝像程序受到雷擊威脅。（2）電纜外圍應添加保護設施，確保纜線的隔絕質量。線纜的隔離效果，主要取決于隔緣材料質量。因此，在電纜布設時，盡量選用阻抗不高的線纜，以此減少雷擊作用。（3）現階段，信號傳輸設備的成本有所下降，在防雷預算范圍內，更換光纖設備。在高速公路收費時，借助光纖通信，提升計費、扣費、影像的高效性，降低雷電侵襲可能性。（4）在壓力均衡處理時，選用連接材料時，側重于材料的導電能力，確保連接兩端的電位，處于均衡位置，能夠在短時間內及時轉移雷電。計費區安裝的機電程序、纜線，在選用材料時，如果有金屬，應添加接地程序，以此達到機電防雷效果。（5）有效控制電壓波威脅，在電纜兩側位置添加防雷設備。

3 機電防雷技術的實踐應用

3.1 高速公路概況

公路全長約有7km，山體結構以巖石為主，土層中含有較高的電阻比例，雷電流會選擇導電便利的路徑，增加了機電設施受到雷擊的可能性。使用防雷技術，包括直擊雷防護、控制電磁脈沖作用等形式，在公路中添加雷電攔截、雷電屏蔽、電位平衡等技術，提升防雷綜合性能。

3.2 雷電攔截技術

在高速公路中，含有的機電設備有：道路監控系統、變電站、計費攝像程序、道路信號引導設備、照明系統等。針對各類外場安裝使用設備，在設備表層添加各類接閃器，有效轉移雷電流，達到外場設備的防雷效果。在防雷安裝時，使用鋼柱、混凝土體系，采取內焊方式，形成鋼筋網，將其作為土層中的導體，確保雷電轉移的有效性。

3.3 雷電屏蔽技術

使用金屬材料，比如網、管等，完整包圍待保護的機電程序。結合集膚效應，合理抵消雷電作用轉化的電磁脈沖，旨在保護機電程序、機電傳輸的各類線路。在高速公路中的各類機電設備，主要受到雷電威脅有：一，雷電信號;二，電磁脈沖;三，機電程序運行中誤操作形成的過電壓。

雷電波在傳輸時，會形成電磁、靜電兩種類型的感應。在高速公路中使用的電源線、信號傳輸線路，會形成過電壓波，在線路的作用下，過電壓波沖擊著纜線連接的兩端設備，致使高速公路中安裝的機電程序在雷擊作用下受損。在防雷時，應準確鎖定高速公路的線路防雷屏蔽點位，減少雷擊威脅。在實踐中，使用鍍鋅線槽，集中存放供電線路、信號傳輸線路，在線槽間隔位置，標準接地，以此有效抵消雷電威脅[4]。

3.4 電位均衡處理

雷電流表現出較高浮動特點，雷電流經過的位置，各處對地電位較高。在高速公路環境中，機電設備整體電位具有均衡性，會形成閃絡放電現象。因此，在高速公路中，引入電位均衡處理技術。在電位處于均衡狀態時，雷擊作用下，金屬表層電位級別，在特定范圍內電位并無較大差異，有效降低了過電壓、接觸電壓的發生次數，切實達到防雷目標，降低機電設備受到雷擊作用的概率。高速公路中使用的機電設備，會在電磁脈沖干擾下，形成設備損壞問題。使用電位均衡處理技術，可有效抵御雷擊威脅，保護公路設備。

3.5 分流抵消

在抵消浪涌過電壓時，技術方法有：一，電壓屏蔽;二，電壓均衡處理;三接地系統聯合使用。在防雷時，應防控浪涌過電壓形成的雷擊風險，控制電磁脈沖對機電設備形成的破壞，結合高速公路實況，合理設計多級SPD，提升電源設備信號各系統的雷電防護效果，以保障設備運行有序性，合理控制浪涌電壓，增強各類機電設備的耐壓能力。（1）供電系統中的SPD設計。在供電總柜、關鍵機電設施電源等位置，設計多個層級的SPD。（2）通信系統中的SPD設計。在設備通信傳輸時，傳輸頻率、線路電平表現出差異性。在實際開展SPD設計時，結合高速公路實況，采取多級泄流、電波過濾等技術方法，確保多層次SPD設計質量。在實踐中，SPD類型較多，結合防雷需求選擇，裝設在防雷保護的設備周邊。

3.6 接地設計

案例高速公路的周邊環境勘測結果：地質結構中，含有斷層破裂結構、質量變動的砂巖等，整體地層電阻比例處于較高位置。使用多種防雷技術，進行綜合防雷。接地網中融合多種接地形式，比如供電區、防雷、通信設備等，形成綜合接地體系。接地時，連接線路的電阻應控制在1Ω以內，以此保證高速公路各類設備運行的平穩性，減少設備受到雷擊風險。在案例高速公路中，使用防腐長效接地技術，接地線路共有990根。垂直土層的接地線路各設計100組，共引入200組垂直型接地線路。水平土層的接地線路各設5組，共引入130組水平型接地線路。在各變電站位置，添加20組接地線路，共引入80組接地線路。

4 三級防雷技術的實踐應用

4.1 高速公路概述

在高速公路中，積極選用了防雷設備，合理設定防雷設備的安裝位置，全面保護機電系統。在防雷技術融合時，以三級防雷技術為視角，順應各類電壓級別程序的防雷需求，確保防雷質量[5]。

4.2 防雷技術的應用

4.2.1 防護收費亭

在智能收費程序中，含有多種引線，在設計防雷設備的安裝點時，假設各類機電程序中含有一半雷電流，在導體引導中轉至地下，另有一半雷電流，使用金屬管線予以抵消。雷電流的消散方式：以通道阻抗為參照，形成了各路段的雷電流浮動區間，雷電流傳輸路徑，會有效傳輸至各類金屬管線，包括供電、通信、用水等。在電阻大小不確定時，認定接地電阻處于等同狀態，使用多個金屬管線均衡抵消雷擊電流。

4.2.2 防護攝像程序

攝像程序所在位置較高，受到雷電作用的可能性較大。在雷擊作用下，攝像設備使用的各路導線，會形成較高的雷電流。作用于攝像設備的雷擊信號，主要取決于外引線路、防雷設備線路、通信線路的綜合阻抗大小。在防雷時，應在供電程序、數據通信、影像傳播線路中，逐一安裝各類防雷設備。為保障防雷質量，防雷設備可使用的型號為“DTK-DP4P”。此種防雷器，可從多個層次進行防雷保護，僅有一組接地。在接地防雷中，對于攝像程序的供電線路、視頻通信線路等，均能給予有效防護。

4.2.3 防護監控程序

在監控系統中，傳輸線的功能較多，適用的防雷技術具有差異性。比如，視頻矩陣轉換程序，在進行防雷時，引入專用的視頻防雷設備，以此減少防雷形成的視頻通訊干擾。針對數據通信程序中各類線路，結合線路電氣屬性，合理設計電壓參數，保證防雷質量。

4.3 防雷技術操作的關鍵問題

（1）在機電程序中，時常發生多組設備串聯情況。比如422/485信息通訊，應采取多級防護措施。結合雷電的各類防護需求，構建多級防雷結構，逐級降低雷電能力，促使限制電壓處于均衡分配狀態，使電壓值處于絕緣區域內。（2）各類情況中，在進行線路防雷時，應至少劃分兩級，相同級別的防雷設備，應設計多個層次的雷電保護機制。在防雷期間，在各類防雷連接位置，添加功能全面的防雷設備，確保電子程序的防護效果。在具有屏蔽性的防雷線路范圍內，導線應從線路、防雷設備等位置，逐一穿過。比如，在監控程序中，在各類中心設備內部，添加的引入線，應帶有防雷設備。防雷器使用時，防雷范圍具有限定性。一般情況下，防雷設備的有效防護范圍為10m。如果線路長度大于10m，未及時補充添加防雷器，10m外線路整體防雷效果欠佳。

4.4 防護不當的技術應對策略

（1）防雷設備間隔距離較長。如果防雷設備間隔距離大于10m，間隔區將會成為防雷薄弱區。因此，間隔位置應保持在7～10m之間，以此保障防雷質量。同時，在使用防雷連接線時，線長不宜過長，需小于25cm。如果連接線大于25cm，可使用至少2根線路，進行分別連接，以此提升磁場的分散效果，合理控制壓降。在防雷時，運行DITEK防雷設備，借助其線路多元組合功能，合理控制接線大小。（2）如果接地連接不善，會降低雷擊轉移的有效性。針對此種防雷問題，采取設備單獨接地形式，以此保障防雷效果。假設單組防雷設備，會散出20kA雷電流，接地電阻假設為1Ω，在防護設備與傳輸線之間會存留至少20kV電壓，具有一定危險性。因此，在接地連接時，應規范操作防雷器，回避接地不善問題，保證接地質量，提升設備防雷保護的有效性，發揮防雷器的技術價值。

5 結論

綜上所述，以高速公路為主體，對其使用的機電程序，開展防雷規劃時，會受到防雷技術的完整性、防護人員的專業性、防雷資源的有效性等各類因素的影響。在實際防雷設計時，對于環境條件、地形分布、防雷設備類型等因素，給出了多重條件。因此，在實際防雷時，需結合機電程序的運作特點、高速公路周邊的地質實況等因素，綜合開展防雷工作，以此保障防雷技術選用的合理性，達到防雷效果。

參考文獻

[1] 陶杰，梁尊人.高速公路機電系統過電壓保護與防雷接地設計[J].交通世界，2021（33）：137-138.

[2] 丁立言.高速公路機電系統防雷的重要性與防護技術[J].交通世界，2021（33）：141-142.

[3] 柯婷嫻，蔡智敏.高速公路機電系統防雷措施探討[J].工程技術研究，2020，5（17）：92-93.

[4] 歐軼陽.論如何做好高速公路機電系統防雷措施[J].居舍，2019（16）：181-182.

[5] 王露.關于高速公路機電系統防雷問題的探討[J].西部交通科技，2019（4）：39-42.