高速公路機(jī)電設(shè)備防雷接地技術(shù)探討

鄧曉勇

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司中南交通科技有限公司)

1 雷擊現(xiàn)象對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備的影響

自然界的雷電現(xiàn)象是空氣中長(zhǎng)時(shí)間累積的帶電粒子在空間電場(chǎng)作用下對(duì)地放電的結(jié)果，其在放電過程中，釋放出大量的電流，對(duì)地上建筑物等的破壞性作用是及其嚴(yán)重的。雷擊對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備的破壞方式主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:即直擊雷與感應(yīng)雷放電形式。

直擊雷放電主要是通過雷電瞬間釋放的大量電流直接作用于機(jī)電設(shè)備，進(jìn)而直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行破壞。因雷電釋放的強(qiáng)大電流流經(jīng)機(jī)電設(shè)備時(shí)，機(jī)電設(shè)備對(duì)地的電勢(shì)瞬間升高，形成巨大的電位差進(jìn)而損壞機(jī)電設(shè)備的正常使用;而感應(yīng)雷放電則不同于直擊雷，其作用機(jī)理是在雷電釋放的電流流經(jīng)大地時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的磁場(chǎng)，在該磁場(chǎng)中分布的電子設(shè)備因電磁感應(yīng)等物理現(xiàn)象而出現(xiàn)不同程度的設(shè)備故障問題。根據(jù)實(shí)際情況顯示，高速公路中機(jī)電設(shè)備的損壞多是由感應(yīng)雷放電造成的。

2 高速公路中機(jī)電設(shè)備的防雷接地分析

2.1 機(jī)電設(shè)備防雷的主要工作

上述中提到，雷擊對(duì)機(jī)電設(shè)備的破壞主要是以直擊雷與感應(yīng)雷放電的形式，因而在開展防雷措施時(shí)也主要從這兩方面加以考慮。因直擊雷對(duì)機(jī)電設(shè)備的破壞是通過放電電流直接作用，因而可通過在高速公路中的建筑物、儀器設(shè)備等上安裝避雷針、避雷線等作為接閃器使用，將雷電流引下來，并經(jīng)接地裝置引入到大地中;而感應(yīng)雷主要通過電磁感應(yīng)作用于機(jī)電設(shè)備，因而對(duì)其的防護(hù)較為困難，目前主要是通過將設(shè)備接地降低感應(yīng)雷對(duì)設(shè)備的破壞程度。從這兩方面防雷措施來看，建設(shè)良好的接地系統(tǒng)是保障高速公路機(jī)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的有效措施。

2.2 防雷接地技術(shù)

高速公路中建筑物遭雷擊后，可能會(huì)引發(fā)其內(nèi)部的機(jī)電設(shè)備發(fā)生故障。為確保建筑物在遭受雷擊后，雷擊電流能順利引入到大地中，可將建筑物內(nèi)的機(jī)電設(shè)備等與防雷接地裝置通過防雷金屬進(jìn)行有效的連接，從而盡可能降低雷擊對(duì)機(jī)電設(shè)備的影響。

2.3 交流電源的防雷接地技術(shù)

在機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)中，變壓器作為交流電源的供電系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)決定整個(gè)機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的工作情況。在高速公路設(shè)計(jì)中，變壓器一般選擇安裝室外，并與上一級(jí)電網(wǎng)相連，一旦變壓器線路遭受雷擊，其感應(yīng)電流將在線路的傳輸下襲擊變壓器，進(jìn)而可能引起變壓器發(fā)生故障問題。因而為提高變壓器的抗雷擊能力，一般選擇將變壓器的中性點(diǎn)進(jìn)行接地的方式，當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，可滿足機(jī)電設(shè)備所需的220 V電源供電，若遇到雷電襲擊時(shí)，其便執(zhí)行跳閘動(dòng)作以保護(hù)機(jī)電設(shè)備不受影響。

2.4 機(jī)電設(shè)備保護(hù)性接地技術(shù)

機(jī)電設(shè)備在正常使用中是導(dǎo)電的，并且可人為控制操作。由于機(jī)電設(shè)備出廠運(yùn)輸中發(fā)生碰撞摩擦或是長(zhǎng)期使用等情況造成設(shè)備表面的絕緣層遭破壞，若設(shè)備管理員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而無防備地直接與機(jī)電設(shè)備的金屬外殼接觸時(shí)，設(shè)備中的電流可經(jīng)過人體流入到大地，即發(fā)生觸電，威脅到人的人身安全。因而在使用中，為防止上述事故的發(fā)生，一般將機(jī)電設(shè)備中不帶電的表面金屬膜在保護(hù)接地裝置的作用下與大地相連，機(jī)電設(shè)備在出現(xiàn)絕緣性損壞時(shí)，其泄漏電流便可通過接地保護(hù)裝置分流，進(jìn)而減少流經(jīng)人體的電流，降低對(duì)人體的傷害。在實(shí)際配置中，若接地保護(hù)裝置的電阻值遠(yuǎn)低于人體時(shí)，由于并聯(lián)分流作用，設(shè)備泄露的電流大多數(shù)將從接地保護(hù)中流走，進(jìn)而可保證泄露電流基本上在人體可承受的安全范圍內(nèi)。

2.5 直流接地

由于現(xiàn)階段自動(dòng)化技術(shù)的普及，高速公路機(jī)電設(shè)備的管理及使用更多地使用計(jì)算機(jī)、軟件通信、電子集成電路等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。然而這些弱電系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求較為嚴(yán)格，一般只能選擇直流電源進(jìn)行供電，且系統(tǒng)一旦供電不穩(wěn)定，將會(huì)干擾到系統(tǒng)的正常工作，甚至可能破壞系統(tǒng)中的弱電設(shè)備。將弱電系統(tǒng)進(jìn)行接地處理可確保該系統(tǒng)中的弱電設(shè)備在同一個(gè)供電電壓下工作，同時(shí)避免外界電源信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的干擾作用;另外，由于系統(tǒng)中的弱電設(shè)備共用同一個(gè)接地保護(hù)裝置，從而可滿足信號(hào)在進(jìn)行傳輸時(shí)參考電位一致性，進(jìn)而便于數(shù)模信號(hào)的傳輸與轉(zhuǎn)換。

3 高速公路防雷接地技術(shù)的施工建設(shè)對(duì)策

3.1 建筑物與機(jī)電系統(tǒng)聯(lián)合接地方式

由于高速公路中收費(fèi)站區(qū)、工作辦公區(qū)的接地系統(tǒng)使用建設(shè)是由建筑施工方進(jìn)行的，其可能與機(jī)電設(shè)備間建設(shè)相矛盾，進(jìn)而影響到系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，因而在施工條件允許的情況下，可將建筑物及其機(jī)電系統(tǒng)間使用聯(lián)合接地的形式，從而達(dá)到消除建筑物及其中的機(jī)電設(shè)備間電位差，降低建筑物中的磁場(chǎng)強(qiáng)度的目的。聯(lián)合接地的接地體盡量?jī)?yōu)先考慮自然接地體，并以人工接地體輔助使用，在建設(shè)時(shí)盡量形成閉合環(huán)，以更好地提高系統(tǒng)的抗雷擊水平。

3.2 雷電防護(hù)建設(shè)

在高速公路中的收費(fèi)站、監(jiān)控機(jī)房及配電區(qū)需根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定要求對(duì)雷電的攔截防護(hù)裝置加以設(shè)計(jì)。在機(jī)電設(shè)備的室內(nèi)電源防雷方面，應(yīng)使用三重防雷屏障，即直擊雷、過電壓及浪涌吸收防護(hù)方法，并加強(qiáng)相互間的協(xié)調(diào)配合作用;針對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中露天使用的設(shè)備如攝像頭裝置、緊急電話等設(shè)備應(yīng)安裝避雷針裝置，并采用聯(lián)合接地的方式設(shè)計(jì)接地系統(tǒng);針對(duì)機(jī)電系統(tǒng)如雙絞線、光纖、電話線等信號(hào)電纜，需在相應(yīng)的線路中安裝專門的防雷裝置，如在數(shù)據(jù)通信傳輸信號(hào)電纜上使用數(shù)據(jù)防雷裝置，在視頻監(jiān)控信號(hào)電纜中使用視頻防雷器等，其不僅可防雷擊及過電壓作用，還可消除感應(yīng)雷對(duì)信號(hào)電纜的干擾作用，確保信號(hào)的不失真?zhèn)鬏敗?/p>

3.3 高速公路中機(jī)電系統(tǒng)的合理布局

雷電對(duì)建筑物中機(jī)電系統(tǒng)的電擊作用主要是以建筑物內(nèi)支撐梁中的主鋼筋為電流通道進(jìn)而干擾機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行，故雷電電流基本上都在外墻體中。因而為有效地降低雷電電流對(duì)機(jī)電系統(tǒng)信號(hào)的電磁干擾作用，一般在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可將機(jī)電設(shè)備布置在機(jī)房的中央位置，與外墻及立柱間保持一定的間距;另外，機(jī)電系統(tǒng)間的線路布局也是決定其抗雷擊能力的關(guān)鍵之一。在高速公路中合理地布局線路的走向及連接，不僅可降低因雷電中感應(yīng)電造成線路間的電位感應(yīng)程度，同時(shí)可減少雷電發(fā)出的電子波對(duì)線路信號(hào)的干擾作用。在進(jìn)行高速公路線路布局時(shí)，需將室內(nèi)外安裝的電纜的金屬表面及其管道與接地系統(tǒng)連接起來，從而形成一個(gè)防雷接地系統(tǒng)，進(jìn)一步提高設(shè)備的抗雷擊性能。

［1］曹英寶.高速公路機(jī)電系統(tǒng)綜合防雷接地措施研究［J］.交通世界，2011，(20).

［2］賈綏林.關(guān)于高速公路機(jī)電設(shè)備防雷措施的探討［J］.黑龍江交通科技，2013，(5).