基于高速公路機電設備防雷技術分析

文/張麗、嚴舟

1 前言

經濟的快速發展以及科學技術的不斷進步使得高速公路的運行變得越來越高效，尤其是更多機電設備的有效應用，例如機電信息系統和強電設備等配置，極大保障了公路運行的科學與高效。然而因電子設備絕緣性較差且過電壓耐力較低，因此也就極易受到雷電等破壞；加之，高速公路往往處在廣闊的地域內，受到雷電等自然災害影響的可能性也就比較大。以往的高速公路設計過程中很少會涉及機電設備的防雷接地，而這也是機電系統防雷處理不當以及時有不良情況出現的一個主要原因。鑒于保障整個公路機電系統的穩定運行，對防雷技術應用要點進行研究，總結出科學有效的技術控制策略意義重大。

2 雷電危害分析

在夏季雨水較多的時候經常出現雷電，由于大氣中的熱空氣與冷空氣出現摩擦情況，繼而產生攜帶電荷的水滴，當水滴中的正負電荷達到相關參數時，即會在云團之間形成較大的電場，且還會伴隨著云團向大地放電的現象。在這樣條件下，高速公路上的電子設備也就成了最大“受害者”。以下是雷電對機電設備造成損害的兩種類型：直擊雷，這種情況下的電流最大，巨大的電位差極易造成地面人員的傷亡和電子設備等破壞；感應雷，通過電流的侵入，直接影響通信線路，嚴重時還會出現火災等問題[1]。

3 高速公路機電設備接地技術

3.1 防雷接地

一般情況下，雷電襲擊會給高速公路機電系統的運行造成很大影響，相應的其內部的機電設備很大程度上會受到電擊的破壞。而要想在雷擊建筑物過程中不會對內部的機電設備造成不良影響，就應對內部的機電設備等相關系統進行接地方面的處理，以最大程度保障設備運行的穩定和高效。鑒于以上分析和現實情況，在防雷接地處理的過程中，需要考慮機電設備控制機房的弱電系統的綜合防雷布置方式，從而提升整體系統的安全運行穩定性。

3.2 交流電源防雷接地

變壓器對于機電設備的電能獲得而言有著極為重要的作用，一般情況下主要是室外和上一級電網中連接。一旦出現雷擊問題時，需要考慮交流電防雷接地的要求，通過改變雷擊感應電流的現狀，改變雷電造成的影響。鑒于此，相關人員應對變壓器實施有效的接地處理，一般通過變壓器中性點直接接地進行。由此，處在穩定正常工作環境時即能夠為機電設備提供相應的電壓和電能，而一旦受到雷擊等突發情況又能隨時開啟跳閘保護。對于那些未裝隔離變壓器而直接采用就近供電電源的機電系統，要想有效規避雷電的侵襲，就應對弱電設備電源系統等相關的部分施加電涌保護，從而為相關設備穩定高效地運行提供切實保障[2]。

3.3 機電設備保護接地

由于機電設備在運行過程中是一個帶電體的狀態，且還需要人實施操作，盡管其有絕緣方面的一些處理，但是設備運輸以及管理中任何不當情況的出現都會對這方面的性能造成不良影響，且極易造成人員傷亡，因此這方面的觸電防護等務必要引起高度的重視。另外，要想有效規避以上可能出現的觸電等危險問題，在保護接地處理時需要對不帶電的金屬位置進行處理，這樣就能有效防范可能存在的觸電等不良情況。此外，設備絕緣方面的處理務必要高度重視，切忌漏電等不良情況的出現，這樣整個的設備操作以及整體運行才會更為穩定高效。

3.4 直流工作接地

電力電子技術的不斷發展以及計算機技術應用的持續推廣，極大便利了高速公路控制系統等綜合化運行。如今來看，高速公路機電系統中越來越多的電子信息技術應用于其中，而這也是時代發展的必然趨勢。但是這樣的形勢條件下也帶來了一些問題和我們應關注的情況，由于弱電系統工作電壓都是直流類型的電源，所以在該方面控制上需要做好全面控制工作。需要注意的是，一旦供電電源出現波動比較大的情況時，就會對弱電設備等造成嚴重干擾，甚至還會出現設備燒壞等更為嚴重的情況[3]。

對于弱電系統而言，通過對其的接地處理，能夠切實保障所有微電子設備處在同一低壓直流的系統運行之下，對于穩定電路電位以及規避外來不良影響等都有著顯著功效。與此同時，弱電設備處在統一接地系統的維護之下，信號傳輸等過程中的準確性也都能得到切實的保障，而一些常見的電磁干擾或是系統數據信號等也都能得到顯著規避和改善。另外，要想切實保障現代高速機電弱電設備穩定高效運行，就應落實好聯合接地系統的構建和穩定運行。對于高速收費站而言，數據信號的統一無疑是極為重要的一個方面，基于此，收費車道以及監控機房等所有機電設備接地系統就能處在一個聯合運行的條件之下。而要想最大程度保障具體接地的穩定和高效，還應對機電設備進行不少于兩處的金屬接地，通常應達到4～40mm 扁鋼帶的有效程度，以此有效規避雷擊等帶來的不良影響。通常情況下，當接地防雷系統構建完成后，需要按照測定要求進行相關試壓，測試電阻是否達到標準需求，若達不到需求時，就應通過人工接地等方面的處理，構建較為完善的可靠性較高的聯合接地網絡。

4 高速公路機電設備防雷技術措施

在防雷技術應用的過程中，為了提高整體技術的應用水平，需要從以下幾個方面入手做好防雷技術的控制工作：

4.1 直擊雷防護

針對高速公路收費車道與監控機房的數據反饋系統，由于相關硬件設施處于露天狀態下，很容易受到雷電直擊的影響出現故障問題，因此在直擊雷防護上需要合理選擇避雷線與避雷針進行接閃處理。具體布置上，可將建筑結構的樓板鋼筋作為避雷針引導線，將直接雷電引入大地內，由此就能切實保障機電設備等對直擊雷等的有效防控和高效處理。值得注意的是，在雷擊防護的階段中為了提高整體機電設備系統的運行效率，還需要結合各種新技術進行防雷保護，使其滿足實際要求。

4.2 感應雷及雷電波侵入防護

感應雷是防雷系統中極為重要且操作比較繁瑣的一種，所以在感應雷以及雷電表波侵入防護時，可以采用電源線纜以及通信線路等方面把線路接入機電設備房中，通過電線路規避減少感應雷帶來的影響。

4.2.1 電源部分防護

在電源防護的過程中，弱電設備運行需要用到的電源一般是通過電源逆變系統轉換為直流電源的方式。一般情況下，要想有效規避感應雷等對電子設備等造成的沖擊，就需要在逆變器位置前端安裝隔離變壓器，并且按照實際情況對電源落地位置進行控制。另外，針對電源部分的防護要考慮電子元件耐壓水平，將其控制在額定電壓的2 倍以內。若產生雷擊瞬時電壓，電涌保護器就能起到一定的降壓和限值，以達到對電子設備的安全防護[4]。

4.2.2 設備接地

對機電設備系統而言，在開展設備接地工程時可以采取相應的接地處理方式，以提升設備的安全性、穩定性。例如，通過設置聯合接地系統方式提高設備抗干擾性能，從而為其各個方面穩定高效的運行提供切實保障。

5 高速公路機電設備防雷系統施工要點

5.1 機電設備布置

在高速公路機電設備防雷系統中，機電設備布置是非常關鍵的一項內容，合理布置機電設備對提升綜合防雷系統的作用具有積極影響。由于雷電電流主要通過梁中的主鋼筋進行接地方面的處理，這樣的情況下雷電電流也就主要集中在外墻中。因此，為了提升公路機電設備的信號，就應落實好機電設備的安裝，且其與外墻以及立柱的距離需要按照需求進行設計。

5.2 避雷器的選擇

在高速公路機電設備防雷系統中，避雷器是重要設備之一，在避雷器選擇時需要按照既定的需求選擇。另外，還應加強設備防干擾等方面的精細處理，從而為機電設備以及其他弱電線路的高效運行提供切實的保障。值得注意的是，在避雷器選擇的過程中，還可以根據公路機電設備的類型、綜合性選擇避雷器的形式，使其達到防雷要求。

5.3 接地系統設計

在機電設備防雷階段中，接地系統設計非常關鍵。因此，在進行接地系統處理時，相關人員需要考慮接地聯合網的應用能力，做好設備腐蝕、老化導致電阻升高原因分析；在進行具體操作的過程中，務必要落實好各個方面的處理，尤其是接地焊接部位的防腐方面，以此為相關接地的高效運行提供切實保障。

6 結語

高速公路機房是高速公路運行等各方面功能呈現極為重要的基礎，但由于其受到雷擊等外來不良影響的可能性比較高，因此對于其中涉及的防雷接地系統的設計和處理我們務必要高度重視，為高速公路穩定高效的運行提供切實保障。