高速公路機電設備防雷技術研究論文
隨著我國經濟的快速發展，交通網絡建設規模逐漸擴大，高速公路成為交通網絡的重要組成部分。高速公路機電系統是保障高速公路高效運行和有效管理的重要組成部分，隨著高速公路管理技術信息化、科學化水平的提高，機電設備數量和種類越來越多，高速公路機電設備面臨的雷電侵害也越來越多。為了避免造成設備故障和經濟損失，必須要采用合理的防雷技術，保障高速公路機電設備安全穩定運行。
1、高速公路機電設備遭受雷擊的形式及影響
高速公路機電設備種類較多、數量較大，遭受雷擊的可能性比較大。通常情況下，高速公路機電設備遭受雷擊的方式主要包括直擊雷和感應雷兩種。直擊雷的電壓非常高，產生較大的瞬間電流，對高速公路機電設備危害性較大。感應雷時在雷電的電流導入大地時，在雷擊部位周邊形成自上而下的強磁場，處于該強磁場范圍內的電力設備和磁場相切割，產生瞬間閃擊現象，從而造成機電設備損壞。由于直擊雷的影響較大，破壞形式較為直觀，人們通常重視機電設備對直擊雷的防范，而忽視了感應雷的破壞。隨著電子設備的逐漸普及，感應雷的破壞越來越嚴重，產生的危害逐漸顯現出來。高速公路機電設備越來越多，越來越依靠諸多電子設備提升管理效率，對電子設備依賴性較強，因此造成感應雷的危害和破壞越來越嚴重。為了確保高速公路機電設備能夠安全穩定運行，為高速公路工作人員和機電設備維護人員提供安全工作環境，必須要針對直擊雷和感應雷及其他雷擊形式采用合理的預防、防范措施，做好雷擊防護，降低設備雷擊概率，減少雷擊損失，避免人員傷亡。通過大量研究發現，在高速公路機電設備雷擊事件中，對設備造成傷害最為嚴重的還是感應雷，一旦出現感應雷，波及和破壞的范圍及空間比較大，可謂是無孔不入，對先進機電設備及微電子設備危害更大。越是耗能小、技術先進、靈敏度高的先進電子設備，在面臨感應雷破壞時產生的危害越嚴重[1]。在高速公路機電設備管理過程中，必須要將防雷技術和措施落實到位，結合先進防雷技術，綜合考慮高速公路機電設備所處環境，做好防雷處理，確保機電設備安全。
2、高速公路機電設備防雷技術
（1）高速公路機電設備防雷接地技術高速公路機電設備防雷接地屬于重要防雷技術，無論是直擊雷或是感應雷，都需要將傳遞的電壓或電流導入大地。構建良好的接地系統，能夠最大限度保障機電設備安全，確保工作人員人身安全。接地系統對高速公路機電設備的安全穩定運行具有重要保障作用。防雷接地包括多種形式，按照機電設備防護雷擊所需要發揮的作用和防雷要求，可以將防雷接地分為4個類型，主要包括交流工作接地、防雷接地、直流工作接地和安全保護接地等類型。現階段，大規模集成電路技術方面逐漸成熟，出于對濾波器分辨率的需要，已經妥善解決電子技術對共時信號的互相干擾問題，從而確保聯合接地成為可能，推動共地技術的深入發展。高速公路收費站中，要將配電房、監控機房和收費車道的地網連接為一體，采用扁鋼帶作為介質相互連接，從而使地網均壓等電位防止電位反擊。通過采用此種措施，消除建筑物和建筑物內的機電設備的電位差，從而削弱建筑物內部的磁場強度，降低感應雷的破壞強度。通過采取等電位連接方式，能夠將收費站等建筑物內的機電設備避雷和防雷能力明顯提高，同時可放寬接地電阻要求，從而降低收費站建筑成本，降低施工難度，具有較好的經濟效益[2]。
（2）機電設備防雷措施高速公路交通網絡中，容易遭受雷擊的主要包括收費計算機網絡、監控系統和電源線路、機電設備電子部分等部位。為了降低雷擊對機電設備的破壞，必須要重視關鍵環節的防雷、避雷。
（2.1）監控系統的防雷高速公路收費站設置行車監控系統和收費監控系統，通常都是按照車道的多少設置6路以上攝像機，為了避免諸多攝像機遭受雷擊，從而造成整個監控系統的破壞，必須要在每臺攝像機控制線路位置增加485防雷器，采用就近原則，將防雷器連接在攝像機外殼上或者直接接地連接。將各臺攝像機的視頻輸出端子安裝BNC型防雷器，實現就近接地或連接外機殼。攝像機視頻連接線接入監控機房后，要將各個控制端口、視頻輸入端口位置安裝485防雷器和BNC防雷器。鋪設攝像機視頻線路時，要將視頻線穿過金屬管后埋于地下，防止放置地面上造成雷擊破壞[3]。
（2.2）機電設備電子防雷在安裝有監控系統及其他機電設備的建筑物內，要嚴格按照建筑物防雷等級進行防雷設計，在重視外部防雷的同時，要進行內部防雷設計。在建筑物內部，必須要安裝必要的電涌保護器，防止電纜線路遭受雷擊，造成電源輸入雷擊破壞。在電子信息系統中，要做好均壓等電位、瀉流分流和屏蔽防雷措施。在同一層或同一部位的不同金屬構件、設備外殼、管道及電纜外皮等位置做好等電位連接，實現均衡電位，避免建筑物內產生反擊或跨步電壓，從而減少雷電電磁脈沖對電子設備的干擾，減少對人員的傷亡。瀉流分流是將引下線、接閃器和接地將雷電分流入地，從而通過保護設備和部件避免雷擊造成系統設備反擊。采用法拉第屏蔽籠、屏蔽箱盒、屏蔽電纜等措施，利用可以利用的自然屏蔽體，防止繞擊雷、側擊、球雷襲擊，從而達到防御雷電電磁脈沖，衰減及阻擋施加在設備上的電壓能量。
（2.3）通信系統和交流配電系統防雷接地措施高速公路機電設備中，通信設備是穩定服務工作及實現傳輸設備安全的重要保障，由于通信系統的跨度較大，必須要做好通信系統的防雷接地工作。在傳輸設備機柜上可以提供兩個接地螺栓，采用單點接地方法接入大地，其中一條為傳輸設備工作底線（GND），主要用于連接各種直流工作電源地線，另外一條為二次保護電路地線（PGND），在接入大地可泄放經一次保安單元后剩余的電荷。對于交流配電系統而言，要提供一個獨立的交流安全地，并將交流電網提供的保護地線斷開，如果無法做到這一點，也可以與配線架防雷地公用，但要安裝電源防雷裝置，以防交流電網出現干擾信號[5]。
（2.4）收費計算機網絡設備防雷措施高速公路收費計算機網絡機電設備較多，同時拓展面較廣，容易遭受雷擊破壞。通常情況下，收費計算機和網絡路由器的雙絞線網線位置、計算機網卡端口位置必須要安裝RJ45防雷器，避免網絡線路導入雷擊電流，造成計算機及網絡設備損壞。在連接收費站計算機的路由器和監控機房之間的同軸電線兩端位置，分別安裝RJ45接口和RJ45防雷器。此外，還要將各個端口安裝的防雷器按照就近原則分別接地或連接機器外殼。
（2.5）電源線路防雷高速公路使用高壓電線時，必須在接入的三相電源變壓器位置各相接地處安裝避雷器。避雷器材質盡量選擇氧化鋅材料。在電源變壓器外殼、電源低電壓一端的零線、電纜金屬外殼都應該按照就近原則連接到地上或接地端。電源變壓器和配電房之間的低電壓電纜電路都采取地下布線方式，將電纜電線穿入金屬管中，深埋于地下，避免地面雷擊。配電房到監控機房的輸電電路也要埋入地下并采用屏蔽措施。收費站建筑內的配電箱電路兩頭的屏蔽部分要就近接地。收費站使用的是弱電，要在電纜兩端分別安裝B220/20KA型單相電源防雷器，采用屏蔽電纜并埋于地下。在監控室配電箱內安裝B380/40K型電源防雷箱，通過遠程主動防御報警功能，實現遠程監控。將B380/80KA型電源防雷箱安裝在配電室的低壓配電屏上，吸收電源線上的高強度浪涌電流，避免雷擊強電流破壞機電設備。高速公路所有戶外攝像機的電源輸入端都需要安裝電源防雷器，采用串聯的方式進行連接（串聯連接方式如圖1所示）。處于高速公路路中及露天狀況下的攝像機必須要在安裝攝像機的線桿上設置避雷針，避免雷擊破壞攝像機，從而導致電流進入攝像機視頻線，導致整個攝像機監控網絡受到破壞[4
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