高速公路房建機電工程的防雷設計及施工問題研究

劉鳳英

摘 要：雷擊是自然界的常見現象之一，有非常大的破壞性與安全隱患。近年來，我國交通運輸事業發展速度不斷加快，高速公路沿線房建機電工程規模也日益擴大，機電系統功能持續完善，機電設備類型有所增多。一方面，高速公路機電系統應用功能更加完善，但另一方面也使得高速公路機電系統面臨的防雷形勢更加嚴峻。如何根據實際情況做好對高速公路房建機電工程的防雷設計與施工工作已成為各方人員高度重視的課題之一。本文首先分析高速公路主要雷擊危害，然后對高速公路房建機電工程在防雷設計與施工方面的關鍵要點展開探討，望能夠引起同行人員的關注與重視。

關鍵詞：高速公路；機電工程；防雷；設計；施工

中圖分類號：TU895 文獻標識碼：A

高速公路沿線房建機電工程是一個設備類型眾多、功能復雜多樣的綜合性電子系統，由通信系統、供電系統、收費系統、以及監控系統等多個部分構成，系統是否能夠安全穩定運行直接關系到高速公路的使用效益。同時，高速公路多建設于距離城市中心較遠的地區，距離長，沿線穿越地形條件復雜，分布有大量的強電、弱電設備，遭受雷擊作用力影響的可能性大。一旦受到雷擊作用力影響，將會對高速公路房建機電工程的正常運行產生嚴重影響，并造成巨大的經濟損失。因此，對高速公路房建機電工程的防雷設計與施工問題必須引起相關運營管理人員的極大重視。本文即針對該問題做詳細分析與探討。

1.高速公路雷擊危害

雷擊作用力對高速公路房建機電工程以及相關機電設備的危害主要有以下3種類型：第一，雷擊直接作用于機電設備（多以外場設備為主），在高電壓與大電流的作用下產生不同程度的熱效應、電磁效應、以及機械效應，進而對機電設備的正常運轉產生不良影響；第二，雷擊作用力作用于高速公路房建機電工程附近或防雷裝置上，受電磁感應或靜電感應影響并產生過電壓現象；第三，接閃器在放電過程當中導致接地極電位上升，對機電設備產生地電位反擊作用，造成高速公路房建機電工程中的金屬電纜受到損害。

2.防雷設計要點

高速公路房建機電工程防雷設計的基本原則是兼顧機電設備安全運行以及人身安全保護兩個方面的目標。在防雷設計實踐中，需要遵循以下幾個方面的基本原則：第一是應當將高速公路房建機電工程作為一個整體對象進行考慮，兼顧各個子系統間的防雷保護效果，同時考慮供配電子系統與弱電子系統防雷保護的有效銜接，體現安全可靠、經濟合理的基本原則；第二是應當根據雷電作用于機電設備的不同途徑，采取綜合化的防雷設計方案，包括保護、接地、均壓、分流、以及屏蔽等多種手段；第三，設計人員需要根據高速公路房建機電工程所處地理環境特點以及所對應的雷電保護區域范圍，選擇相應的防雷裝置電氣性能參數以及產品功能。遵循上述基本原則，在高速公路房建機電工程的防雷設計中應當采取如下措施：

2.1 收費站、分中心防雷設計

高速公路收費站、分中心均采用房建工程結構鋼筋構成等電位的“法拉第”籠，采用聯合接地方式，在前期設計環節中綜合考慮引下線、接地系統、以及避雷針裝置的配置情況，要求接地電阻不超過1.0Ω。同時，為強化電源系統防雷效果，遵循分級保護的基本原則，在高速公路收費站、分中心變電站低壓出線接入總配電柜前加裝三相過電壓保護器裝置（按照每路加裝60kA～100kA標準設計），起到首級防護的效果。同時，在高速公路沿線通信、收費等電源室總進線端加裝三相過電壓保護器（按照每路加裝40kA～65kA標準設計），以起到二級防護的效果。機房內部防雷設計方面，在機房下防靜電地板中設置接地匯流排，匯流排由4×40.0mm扁鋼帶沿墻體圍繞一周形成，將機房內部機柜外殼、配電箱外殼、電源地、金屬門窗、以及電纜屏蔽層等均與匯流排連接，形成聯合接地。在此基礎之上，選擇截面積35.0mm?銅纜線路作為引下線介入地網，以加強防雷效果。

2.2 收費廣場防雷設計

高速公路收費廣場外部防雷主要對象是收費大棚。本區域防雷設計建議采用聯合接地的方式進行處理，接閃器可直接利用金屬屋面同時聯合輔助防雷地網以加強防雷效果。一般來說，高速公路收費站防雷地網網格可按照5×5.0m標準布置，地網防雷材料選型為角鋼（按照5×5×50.0mm標準設計）+扁鋼（4×40.0mm標準設計），地網兩端直接與收費廣場環形地網連接。同時，可將收費廣場房建工程立柱內柱鋼筋直接作為防雷引下線，與地網相連接。通過此種方式，能夠實現地網的均壓等電位，對預防地電位反擊作用力有確切作用。在收費廣場電源防雷方面，設計方案中在電源線出口位置按照40kA/路標準加裝過電壓保護器裝置，相應電源線引入收費廣場進線端同樣按照40kA/路標準加裝過電壓保護器裝置。通過該設計策略，避免高速公路收費站與收費廣場間因落雷所產生過電壓對機電設備正常運轉造成不良影響。除此以外，在收費廣場內部防雷設計方面，防雷設計的關鍵是在沿線所有收費亭下設置匯流排，匯流排經截面積35.0mm?銅纜與收費亭所有設備外殼連接，同時在匯流排上單獨用導線與地網就地連接。

3.防雷施工要點

在高速公路房建機電工程防雷施工過程中，應當重點關注以下幾個方面的問題：第一，防雷等電位連接。在防雷等電位連接網絡施工過程中，等電位端子板應當安裝于機房合適位置，盡量縮短各接地線長度。同時，等電位連接端子板的長度應當根據機房內需匯入連接導體數量進行合理控制。若選擇銅質端子板，表面必須進行鍍錫處理，以免在與其他材質導體連接后產生電化學腐蝕問題。除此以外，防雷系統與機電設備所在建筑物間應當優先選擇聯合接地的施工方案，按照設計單位所給出方案進行施工，確保接地安全；第二，接地測試點。接地測試點對采用鋼質斷接卡子，放置于安裝盒中。在高速公路房建機電工程施工過程中，接地測試點的設置是很有必要的，有利于每年的維護和測試地網阻值，以便于及時修正不合格的防雷裝置。通常情況下，適當設置多個測試點可以保證測試值的有效性及可靠性。

結語

防雷工程設計與施工一直以來都是高速公路房建機電工程系統中非常重要的構成模塊之一。防雷工程設計方案的合理性以及施工的可靠性將直接影響高速公路收費、監控、通信等功能的實現情況，同時也是評價高速公路機電設備是否完善的一大重要指標。本文重點圍繞高速公路房建機電工程防雷設計、施工方面的關鍵問題進行總結與分析，望能夠有助于提高防雷系統有效性，最大限度減輕及規避雷擊作用對高速公路房建機電設備的不良影響。

參考文獻

[1]馮旭宇，劉曉東，盧士慶，等.高速公路機電系統過電壓保護與防雷接地設計[J].工業安全與環保，2011，37（2）：40-41，54.