雷電對高速公路機電設備造成的危害與防范措施

鄭佳濱 方志鵬 陳世然 鄭宋美

【摘? 要】高速公路機電設備的正常運轉對于我國經濟發展和社會秩序都有著重要意義，因此必須要保證其安全和穩定。而且由于高速公路機電設備直接影響相關工作人員的安全問題，所以對于直擊雷和感應雷對機電系統的破壞一定要提前做好防護工作，盡力減少雷電對機電設備的損害，杜絕人員受傷等情況。

【關鍵詞】雷電;高速公路;機電設備;危害;防范措施

1雷電對高速公路機電設備造成的危害

在科技快速發展的影響下，高速公路引入了很多機電設備，包括實時監控系統、照明系統和收費系統等，使得高速公路運行與管理都實現了電子化，極大的提高了運行與管理效率，同時也為運行安全提供了一定保障。然而，在大規模引入機電設備的同時，也面臨到一系列困擾，比如在雷電天氣下設備容易遭到損壞等，嚴重時還會引起安全事故，造成難以挽回的后果，影響高速公路的正常運行與發展。機電設備受雷電的影響主要表現為直擊雷和感應雷。其中，直擊雷具有很高的電壓，可在極短的時間內產生大電流，導致設備遭到嚴重損壞;而感應雷則發生在雷電流進入大地的過程中，于雷擊處產生強磁場，設備在磁場當中與磁場切割，產生閃擊，致使設備損壞。與感應雷相比，由直擊雷造成的破壞較大，常使設備與系統直接癱瘓，所以在防雷工作中通常將直接雷防范作為重點。就目前來看，高速公路所用機電設備正不斷增多，以感應雷引起的事故也在日益加重，所以必須對此引起足夠的重視。為切實保證高速公路系統運行穩定性和安全性，應在日常做好防雷保護工作，將直擊雷和感應雷都作為重點防范對象，加強防雷管理，減少或避免雷擊事故的發生，在保護設備的同時，也保障人員自身安全。對設備防雷技術而言，其應用需要從兩方面入手，即防雷接地和防雷處理，以此形成完善有效的防護體系，創造良好系統運行環境。

2高速公路機電設備的防雷方式

2.1出臺相關防雷監測規范

為保證防雷措施的有效實施，減小雷電災害對人民群眾生命財產安全的傷害，國家頒布了《防雷減災管理辦法》。根據《防雷減災管理辦法》的相關規定，對高速公路的防雷措施提出了全面的管理總則，嚴格規定設計單位、施工單位、工程監理單位、維護單位及相關從業人員必須具有防雷專業資質和資格，專業技能必須滿足相關的專業要求。在高速公路的招投標過程中，對設計方案中防雷措施部分必須進行嚴格審查，確保其滿足《防雷減災管理辦法》的要求。針對防雷工程中的細節問題，國家還需要出臺更加具體詳細的政策規范說明，尤其是相關的監測規范，加強防雷的監測是有效預防雷電災害的重要舉措。

2.2收費廣場的防雷設計

收費廣場進行防雷設計主要的保護對象是高速公路的收費大棚。收費廣場也可以采用聯合接地的方式提高防雷效果。可以按照5×5.0m的標準布置接地網，并保證接地網的兩端和收費廣場的環形地網相連接。另一方面，可以將收費廣場的機房工程立柱的內柱鋼筋和地網相連接，使其發揮防雷接地線的作用。通過這樣的方式，能夠實現地網的均壓等電位，可以有效防止因為地電位的反擊作用產生的影響。在對收費廣場的電源進行防雷保護時，需要在電源線的出口設置電壓保護器裝置，一般采用40kA/路的標準進行設置。通過該設計，能夠避免高速公路收費站和收費廣場因為雷電產生的電壓導致機電設備無法正常運行。收費廣場的內部，還需要對沿線上所有的收費亭下面都設置匯流排，匯流排用銅纜和收費亭中的設備外殼相連，用專門的導線連接匯流排和地網

2.3通信系統和交流配電系統防雷接地措施

通信設備對于高速公路機電系統非常重要，其正常運行關系到整個高速公路工作的服務狀況，通信設備對傳輸設備的安全性影響很大，而且通信系統涉及面非常廣泛，因此防雷接地工作非常重要?？蓪蓚€接地螺栓安裝在傳輸設備機柜上，其安裝方式為單點接地，兩條分別為傳輸設備工作地線（GND）和二次保護電路地線（PGND）。第一條線的作用是將不同的直流工作電源的地線連接起來，第二條線的作用是泄放接入大地后剩余的電荷。這樣來說，其交流場所相對安全并且獨立，同時可以將部分保護地線進行切斷，對于交流配電系統而言這是十分重要的。如果不能實現這個功能，還有一種選擇就是和配線架組合起來進行防雷，但需要安裝電源防雷設備，以防止交流網產生干擾信號。

2.4電源線路通訊中的防雷策略分析

高速公路上的電力傳輸一般從配電變壓器引出。配電變壓器的高壓側裝設高壓避雷器。但大量研究和運行經驗均表明，僅在高壓側采用避雷器保護時，在雷電波作用下仍有損壞現象。一般地區年損壞率為1%，在多雷區可達5%左右，個別100個雷暴日的雷電活動特殊強烈地區年損壞率高達50%。運行經驗和試驗研究表明，對絕緣良好的配電變壓器，僅在高壓側裝設避雷器雷，仍會發生由于正、逆變換過電壓造成的雷害事故。低壓側加裝防雷器，則可以將正逆變換過電壓限制在一定范圍之內。變壓器低壓側的防雷器在材質方面還需要謹慎選擇，通常情況下，選擇氧化鋅材料比較好。此外，電源低電壓中的另一側是零線以及電源變壓器，其外殼以及電纜金屬的外套需要控制器和地面之間實現接觸，可以通過配電房以及電源中的變壓器位置進行綜合處理，其中的低電壓電纜在布置方面就需要保持其可以接地，主要的長度需要控制好對應的長度，即大約15m。根據監控室的情況，將配電房位置中的輸電電路埋入地下，即做好屏蔽措施。電路兩頭對應的屏蔽部分還可以通過就近原則充分進行接地，其中在電源位置安裝電源防雷箱，同時該防雷箱還可以接入自帶遠程控制，從而可以有效進行主動防御，方便工作人員實施遠程控制。

3防范技術應用要點

第一，接閃器要點：建筑屋頂可裝設間隔≤10m×10m（或 8m×12m）的避雷網（帶）、避雷針，也可以根據情況由兩者混合組成接閃器組。安裝于野外或橋梁上且附近缺少有效遮蔽物的攝像機之類的高聳桿塔應裝設獨立避雷針。設置有公路專用通訊基站天線或太陽能電池饋線的建筑物高處部位需要加強屏蔽防護措施。第二，引下線要點：可利用不少于兩根的建筑主鋼筋作為防雷引下線，僅有一根時的直徑應≥10mm，并以最短路徑接地，且應均勻或對稱布置，其間距≤18m。建筑物外露金屬構件宜做可靠電氣連通，成為多回路導通分流引下線的組成部分。為避免雷電流導通可能出現的高電位反擊，當金屬物或電氣線路與接地裝置直接或通過過電壓保護器相連時，與引下線之間需按規范要求保持一定的安全距離。第三，接地裝置要點：優先采用建筑基礎鋼筋網作為接地裝置。在公路項目中，當接地阻值無法滿足設計要求時，多數情況是選用長 2.5m、厚 4mm 的角鋼作為增加的垂直人工接地體，而且多采用區域或場地防雷接地網形式。第四，材質選用要點：接閃器、引下線和接地極的材質、型制、規格、鋪設規定、安裝工藝、電氣貫通做法、防腐處理等應按照相應規范執行。第五，電磁防護要點：需對公路敏感信息系統進行直接和間接損失評估，權衡防護措施的建維費效比之后，可依據系統可承受的經濟能力，采取適當的防雷擊電磁脈沖措施。

4結束語

綜上所述，高速公路作為現階段交通運輸系統主要模式，其地位和價值都無法取代。高速公路具有使用頻率高的特點，為便于運行和管理，通常會在兩側布置一系列機電設備，以此形成完整的機電系統。高速公路機電設備容易受到雷電的破壞，因此需要采用先進的技術做好防雷工作，并不斷研究降低雷電損害的有效措施，盡量將雷擊的損失降到最低，為我國高速公路的正常運轉提供有力保證，進而不斷推進我國經濟快速發展。

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（作者單位：吉林省北亞防雷裝置檢測咨詢有限公司廣東分公司）