高速公路机电系统 [关于高速公路机电防雷系统的问题探讨]

　　摘?要 针对高速公路机电系统的特点，简述雷电对高速公路机电系统的严重危害。介绍雷击产生的原理以及雷电入侵高速公路设备的途径，结合实际的工作经验，探讨如何减少雷电对高速公路机电系统的影响，并简单地介绍了各种防雷的保护方法与防雷器的选择。
　　关键词 高速公路；机电防雷；问题探讨
　　中图分类号 U412 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0192-01
　　高速公路机电系统是高速公路管理的核心部分，其包括收费系统、通信系统、监控系统、供配电系统。由于高速公路所涉地域广、距离长、穿越地形复杂，如果在工程施工程忽略了防雷设备的加装以及对地网地线质量检测，高速公路的机电系统及其容易受到雷电的影响，导致机电设备损坏，严重威胁收费营运的安全及正常工作。
　　1 雷击的产生以及雷电入侵机电系统的途径
　　1.1 雷击的产生
　　雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地间迅猛的放电。其中后一种即云层对大地的放电，则对建筑物、人和建筑物内电子设备产生极大危害。影响高速公路机电系统雷击主要有三种形式：
　　1）直击雷：指带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，主要危害建筑物、建筑物内电子设备和人。
　　2）感应雷：直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以及发生闪击的现象，主要危害建筑物内电子设备。是闪电放电瞬间，在附近导体产生的静电感应和电磁感应现象。
　　3）开关过电压：供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、地极短路、电源线路短路等，都能在电泳线路上产生高压脉冲。其脉冲电压可达到线电压的3.5倍，从而损坏设备。破坏效果与雷击类似。
　　1.2 雷电入侵机电系统的主要途径
　　1）传统避雷针的副作用产生二次感应雷击效应，雷电电流经过避雷针导地时，机电系统的微电子设备受二次雷击效应影响而损坏。
　　2）供电系统的供电线路无论是受直击雷还是感应雷电入侵都会产生过电压、过电流，并通过这些线路侵入机电系统设备，造成设备的损坏，同时机房中的UPS、监控、通信等设备也会因过电压、雷过电流而遭到破坏。
　　3）户外的通信线路（包括视频线、网线、通信天线）受到雷电入侵，雷电沿着信号线路和外场设备入口侵入，从而造成相关连接设备损坏。
　　4）避雷针把强大的电流引入地下时，地电位升高导致一些设备的接地地位升高，形成反击雷，从而侵入用电设备内，并在设备内部件间产生电压差，击穿器件或击毁设备。
　　2 雷电防护措施
　　现代防雷措施包括分流、均压、屏蔽、接地、箱位保护。
　　分流（泄流）：防雷靠接闪器经引下线和接地装置，或经过导电连接和接地良好的金属构架，将雷电流分流流散入地，以降低电位，避免引起对系统设备的反击。
　　均压：称为等电位，是指对于同一层同一部位的不同电缆外皮、设备外壳、金属构架（构件卜管道做好电气搭接，以均衡
　　电位。
　　屏蔽：是采用屏蔽电缆，利用各种人工的屏蔽箱盒、法拉第屏蔽笼和各种可以利用的自然屏蔽体来阻挡、衰减施加在设备上的过电压能量。
　　接地：是指将所有金属构架（构件）、管道、电缆金属屏蔽层、穿线铁管连在一起，与屏敝笼及总接地网就近连接；
　　计算机网络系统设备的防雷接地、工作接地、保护接地宜采用共地方式；或者计算机的逻辑接地采用引外接地，为防反击再将其与主接地网暂态共地。
　　箱位保护：是在电源线、信号线、接地线等过电压可能侵入的所在端口，装设必要的浪涌过电压保护装置；在网络系统引出的信号线、电源线上装设多级保护，包括粗保护和细保护，将侵入网络系统的冲击过电压限制到设备耐受允许的水平。
　　3 机电系统的防雷保护方法
　　3.1 电源线路的防雷
　　高速公路的机电设备的电源装置防雷一般可以分为三级保护：
　　第一级保护为直击雷保护，高架设备，例如外场摄像机、外场清报板，外场车辆检测器等采用独立避雷针，把雷电引到地下。
　　第二级保护为过电压保护，10 kV高压线末端接入电源变压器处，每相线安装1只电源避雷器。在监控楼内的配电箱里，安装一套电源防雷器，每相容通电流为40 KA。
　　第三级保护为浪涌吸收保护，在每台户外摄像机（如广场摄像机、车道摄像机）m电源输入端，安装电源防雷器。在配电房的低压配电屏上安装三套电源避雷器，其容通电流为50 KA，将电源线上出现的巨大浪涌电流吸收。
　　3.2 信号防雷
　　视频信号防雷：防雷在广场摄像头到控制中心和收费亭的监控摄像头到控制中心的视频传输电缆两端安装视频信号防雷器各一只，以保护摄像头。在公路沿线云台的摄像头上各安装一只视频信号电涌保护器以保护摄像头。
　　数据信号防雷：在监控中心计算机网络服务器至交换机间安装一个数据线防雷器，以保护服务器。在车道交换机进线及交换机至各个收费亭的工控机之间安装一个数据防雷器，以保护交换机与收费工控机。在程控电话和紧急电话传输线端安装程控电话电涌保护器。
　　3.3 外围收费设备防雷
　　外围收费设备容易受雷击的是费额显示器，在收费工控机至费额显示器一端加装一对光电隔离器，大大减低了设备的损坏几率，加装光电隔离器对大部分通过232串口传输信号的设备都是适用的。
　　3.4 接地
　　接地是防雷系统中重要的一环，在施工中，将配电房与收费岛所有的外墙柱筋作引下线使用，均匀对称布置，尽量采用基础内的钢筋和自然金属接地物统一连接起来作为接地网，并辅以人工接地体补充。高速公路收费车道的供电采用屏蔽电缆并埋地布线，电缆两端均安装电源防雷器接地方式采用多级保用接地，接地电阻小于4 Ω（欧姆），电源变压器的机壳、电源低压侧零线、电缆的金属护套均就近接地。由配电房到监控楼的供电电缆采用屏蔽电缆埋地引入。室内配电箱的零线不作重复接地，电缆两端的屏蔽层就近接地。
　　3.5 屏蔽与等电位处理
　　屏蔽是一个重要的措施，对通过空间传播的雷电电磁千扰有很好的防护作用。机电设备的工作地，保护地及房建的防雷地共同使用一个地网，形成一个均匀的电位体，将多组地网采用扁钢连接共地处理，可消除地网之间的电位差，保证设备不因雷电的反击而损坏。在机房室内静电地板下设金属线槽，设备的金属外壳和金属走线架通过连接线连接到接地汇流排，起到屏蔽作用，也形成一个等电位。
　　4 防雷器的选择
　　防雷器的选择上面，因根据传输线种类不同，采用不同的避雷器。避雷器应该具有兼容性（即不对所有的设备或线路造成任何干扰和中断）、承受高电压、地通过电压、全面保护（即提供每线对地的保护及提供线间保护）等特点。在实际工程中，要根据不同环境、不同设备的抗雷击性，采用不同级别的防护措施，并联安装不同的避雷器，将沿导线传入的过电压波分流入地，保证所有设备都受到保护，避免因一台设备受到损坏而造成系统内其他设备损坏的“链式反应”。
　　5 结论
　　综上所述，高速公路机电系统防雷是一项系统工程，要做好高速公路机电系统防雷工作，必须建立合理的防雷接地网，确保畅通的雷电泄放通道，采取良好的雷电屏蔽措施，安装合理的避雷器，方可以将雷电对机电系统的影响和危害降低到最低程度。进而提高机电系统运行的安全性和稳定性，从而降低系统维护成本，为高速公路收费管理和营运管理提供安全稳定保障。
　　参考文献
　　[1]花铁森.建筑弱电工程安装施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社.