高速公路机电设备防雷接地技术探讨

邓晓勇

(贵州高速公路集团有限公司中南交通科技有限公司)

1 雷击现象对高速公路机电设备的影响

自然界的雷电现象是空气中长时间累积的带电粒子在空间电场作用下对地放电的结果，其在放电过程中，释放出大量的电流，对地上建筑物等的破坏性作用是及其严重的。雷击对高速公路机电设备的破坏方式主要表现在两个方面:即直击雷与感应雷放电形式。

直击雷放电主要是通过雷电瞬间释放的大量电流直接作用于机电设备，进而直接对设备进行破坏。因雷电释放的强大电流流经机电设备时，机电设备对地的电势瞬间升高，形成巨大的电位差进而损坏机电设备的正常使用;而感应雷放电则不同于直击雷，其作用机理是在雷电释放的电流流经大地时，产生强烈的磁场，在该磁场中分布的电子设备因电磁感应等物理现象而出现不同程度的设备故障问题。根据实际情况显示，高速公路中机电设备的损坏多是由感应雷放电造成的。

2 高速公路中机电设备的防雷接地分析

2.1 机电设备防雷的主要工作

上述中提到，雷击对机电设备的破坏主要是以直击雷与感应雷放电的形式，因而在开展防雷措施时也主要从这两方面加以考虑。因直击雷对机电设备的破坏是通过放电电流直接作用，因而可通过在高速公路中的建筑物、仪器设备等上安装避雷针、避雷线等作为接闪器使用，将雷电流引下来，并经接地装置引入到大地中;而感应雷主要通过电磁感应作用于机电设备，因而对其的防护较为困难，目前主要是通过将设备接地降低感应雷对设备的破坏程度。从这两方面防雷措施来看，建设良好的接地系统是保障高速公路机电系统正常运行的有效措施。

2.2 防雷接地技术

高速公路中建筑物遭雷击后，可能会引发其内部的机电设备发生故障。为确保建筑物在遭受雷击后，雷击电流能顺利引入到大地中，可将建筑物内的机电设备等与防雷接地装置通过防雷金属进行有效的连接，从而尽可能降低雷击对机电设备的影响。

2.3 交流电源的防雷接地技术

在机电设备系统中，变压器作为交流电源的供电系统，其运行状态决定整个机电设备系统的工作情况。在高速公路设计中，变压器一般选择安装室外，并与上一级电网相连，一旦变压器线路遭受雷击，其感应电流将在线路的传输下袭击变压器，进而可能引起变压器发生故障问题。因而为提高变压器的抗雷击能力，一般选择将变压器的中性点进行接地的方式，当变压器正常运行时，可满足机电设备所需的220 V电源供电，若遇到雷电袭击时，其便执行跳闸动作以保护机电设备不受影响。

2.4 机电设备保护性接地技术

机电设备在正常使用中是导电的，并且可人为控制操作。由于机电设备出厂运输中发生碰撞摩擦或是长期使用等情况造成设备表面的绝缘层遭破坏，若设备管理员未能及时发现而无防备地直接与机电设备的金属外壳接触时，设备中的电流可经过人体流入到大地，即发生触电，威胁到人的人身安全。因而在使用中，为防止上述事故的发生，一般将机电设备中不带电的表面金属膜在保护接地装置的作用下与大地相连，机电设备在出现绝缘性损坏时，其泄漏电流便可通过接地保护装置分流，进而减少流经人体的电流，降低对人体的伤害。在实际配置中，若接地保护装置的电阻值远低于人体时，由于并联分流作用，设备泄露的电流大多数将从接地保护中流走，进而可保证泄露电流基本上在人体可承受的安全范围内。

2.5 直流接地

由于现阶段自动化技术的普及，高速公路机电设备的管理及使用更多地使用计算机、软件通信、电子集成电路等技术来实现。然而这些弱电系统对驱动电源的要求较为严格，一般只能选择直流电源进行供电，且系统一旦供电不稳定，将会干扰到系统的正常工作，甚至可能破坏系统中的弱电设备。将弱电系统进行接地处理可确保该系统中的弱电设备在同一个供电电压下工作，同时避免外界电源信号对系统的干扰作用;另外，由于系统中的弱电设备共用同一个接地保护装置，从而可满足信号在进行传输时参考电位一致性，进而便于数模信号的传输与转换。

3 高速公路防雷接地技术的施工建设对策

3.1 建筑物与机电系统联合接地方式

由于高速公路中收费站区、工作办公区的接地系统使用建设是由建筑施工方进行的，其可能与机电设备间建设相矛盾，进而影响到系统工作的稳定性，因而在施工条件允许的情况下，可将建筑物及其机电系统间使用联合接地的形式，从而达到消除建筑物及其中的机电设备间电位差，降低建筑物中的磁场强度的目的。联合接地的接地体尽量优先考虑自然接地体，并以人工接地体辅助使用，在建设时尽量形成闭合环，以更好地提高系统的抗雷击水平。

3.2 雷电防护建设

在高速公路中的收费站、监控机房及配电区需根据国家相关规定要求对雷电的拦截防护装置加以设计。在机电设备的室内电源防雷方面，应使用三重防雷屏障，即直击雷、过电压及浪涌吸收防护方法，并加强相互间的协调配合作用;针对机电系统中露天使用的设备如摄像头装置、紧急电话等设备应安装避雷针装置，并采用联合接地的方式设计接地系统;针对机电系统如双绞线、光纤、电话线等信号电缆，需在相应的线路中安装专门的防雷装置，如在数据通信传输信号电缆上使用数据防雷装置，在视频监控信号电缆中使用视频防雷器等，其不仅可防雷击及过电压作用，还可消除感应雷对信号电缆的干扰作用，确保信号的不失真传输。

3.3 高速公路中机电系统的合理布局

雷电对建筑物中机电系统的电击作用主要是以建筑物内支撑梁中的主钢筋为电流通道进而干扰机电设备的正常运行，故雷电电流基本上都在外墙体中。因而为有效地降低雷电电流对机电系统信号的电磁干扰作用，一般在进行设计时，可将机电设备布置在机房的中央位置，与外墙及立柱间保持一定的间距;另外，机电系统间的线路布局也是决定其抗雷击能力的关键之一。在高速公路中合理地布局线路的走向及连接，不仅可降低因雷电中感应电造成线路间的电位感应程度，同时可减少雷电发出的电子波对线路信号的干扰作用。在进行高速公路线路布局时，需将室内外安装的电缆的金属表面及其管道与接地系统连接起来，从而形成一个防雷接地系统，进一步提高设备的抗雷击性能。

［1］曹英宝.高速公路机电系统综合防雷接地措施研究［J］.交通世界，2011，(20).

［2］贾绥林.关于高速公路机电设备防雷措施的探讨［J］.黑龙江交通科技，2013，(5).