高速公路机电设施雷电破坏及其处理措施

2021-04-11杨顺翔

甘肃科技 2021年4期

杨顺翔

（甘肃紫光智能交通与控制技术有限公司，甘肃兰州 730030）

1 概述

高速公路机电系统较为复杂，包括很多的内容，例如供配电系统、通信系统、收费系统、监控系统等等。由于雷击影响范围很大，并且近些年信息技术的发展使得机电设备的精密程度越来越高，一旦受到雷电影响就会无法正常运行，对于整个高速公路的运行造成影响。所以为了能够确保机电系统的设备可以安全稳定运行，要对雷电破坏进行有效的防护。

2 雷电对于高速公路机电设备的危害及原因分析

2.1 雷电对于高速公路机电设备的危害

高速公路上遍布着各种类型的机电设备，这些电子类机电设备大多安置在旷野上，很容易受到雷电的破坏。雷电对高速公路机电设备的危害主要有两类：直击雷和感应雷。直击雷对机电设备造成危害的过程是产生巨大的电流，在云团和大地之间形成较大的电位差，电位差作用机电设备上造成设备的损害和破坏；感应雷对机电设备造成危害的过程是感应电流通过天线、电线电缆等途径侵入机电设备的机房，对机电设备的电路产生破坏，甚至可能烧坏机电设备[1]。在以往高速公路的设计和施工过程中由于认识的浅薄等原因，高速公路的防雷问题往往会遭到设计人员和施工人员的忽视，导致高速公路机电设备的防雷问题成为高速公路系统运行过程中最为薄弱的环节，雷电破坏机电设备的安全事故时有发生。遭受雷电破坏的机电设备，轻则机电设备功能丧失，无法运作，重则导致整个高速公路系统完全瘫痪，无法正常工作，车辆无法安全通行，给高速公路的安全管理构成了严重的障碍，直接影响到公路运行的经济效益。因此保证高速公路的高效运行，对机电设备进行防雷电保护势在必行。

2.2 高速公路机电设施雷电破坏的原因所在

1）环境方面的因素。一般情况下，高速公路的大部分都处在相对空旷的区域，并且收费站等建筑相对独立，周边缺少相关联建筑，在很大程度上增加了雷电破坏的可能性。另外，高速公路的里程相对较长，并且很多高速公路都处在地形复杂的区域，这些都造成了高速公路的防雷工作难度较大。随着技术水平的提升，高速公路中增设了越来越多的电子设备，虽然大大提升了高速公路的智慧水平，但是这些设备非常容易受到电磁干扰，也为防雷增加了困难[2]。

2）雷电防护措施相对落后。虽然近些年我国的防雷技术有了一定的提升，但是对于高速公路来说在雷电防护方面的研究还严重不足，这就造成了我国现阶段高速公路雷电防护设计以及施工方面的能力相对较弱，缺少足够有效的监管，雷电防护措施相对落后。

3）高速公路机电设备在雷电监测方面相对不足。为了最大程度避免机电设施受到雷电破坏，避免防雷装置故障而造成设备和人员伤害，我国出台了有关防雷装置的监测和维护规定，正常情况下要每年对其进行一次以上的检测。另外对于较为关键的部位和系统，每次发生雷击之后要第一时间对其进行检查，及时发现并处理问题。但是从现阶段来看，很多高速公路并没有及时对防雷系统进行检查，某些防雷系统发生损坏而无法发挥作用，从而造成多次频发雷电事故。

3 高速公路机电设施防雷方式分析

3.1 监控系统方面的防雷

随着高速公路的发展，高速公路的监控系统日趋完善，不仅在收费站配备有收费监控系统，同时也设置有行车监控系统，主要是利用摄像机来完成车辆的监控，高速公路摄像机设置数量要和车道的数量相匹配。为了避免摄像机受到雷电的影响和破坏，可以将485 防雷器设置在每个摄像机控制系统当中，一般情况下都是在摄像机的外壳中接入防雷器，也可以将其直接和地相连。另外，可以在每台摄像机视频输出端口设置BNC 型的防雷设备。总的来说，不管是将防雷器安装在摄像机外壳还是直接接地，都要遵照就近安装的基本原则来说进行。在完成了机房监控系统和摄像机视频的连接之后，就可以将防雷器设置在不同视频监控的输出端口和控制端口[3]。

另外，监控室的配电系统常常采取的是三相五线以及单相三线的供电方式，常常将电力线直接引入到监控室当中，这就为雷电的破坏建立了路径，所以要对其进行有效防护。一般情况下可以采取三级防护措施，首先可以通过火花间隙放电器对于绝大多数直击雷进行有效吸收，之后可以在监控室电源输入端设置三相电源避雷器进行防护，能够将绝大多数残余雷电吸收完毕，最后可以在专用设备输入端设置防雷设备，能够对过电压、容性负载、感性负载所造成的浪涌过电压进行有效吸收，同时能够消除掉电力线的差模干扰、共模干扰等问题。

3.2 收费系统方面的防雷

1）收费计算机网络的防雷。可以在收费计算机网卡端口和HUB 间双绞线上设置RJ45 型防雷接口和防雷器，所有防雷设备的安装一定要按照就近原则设置在机壳上或者直接接地；

2）收费站的防雷。对于收费站来说，可以通过4×40mm 的扁钢将收费车道、监控机房以及配电房进行有效连接，形成一体化接地网络，同时可以采取自然接地物对其进行补充，确保自然接地物和人工接地体的闭合性，确保每一处等电位。此种方式能够有效消除不同建筑物之间的危险电位差，同时可以降低建筑物内部的磁场强度。

3）收费亭的防雷。对于收费亭来说，要确保金属墙体整体的电气相连通，可以通过收费岛地基的钢筋网实现收费亭、自动栏杆、通信灯、监控摄像机等金属构件的连通。

3.3 电源线路方面的防雷

对于10kV 以上的高压线路来说，在接入到三相电变压器时一定要在合适区域设置氧化锌避雷器。对于低电压线路（例如配电房到电源变压器之间的线路）来说，可以采取地下走线的方式，并且要确保线路的长度在15m 以上。同时要加强监控室到配电房输电线路的保护。

对于建筑物内部的配电箱来说，可以将电路两侧屏蔽部分就近接地。同时可以在监控室中设置B380/40K 型电源防雷箱，此种防雷箱能够实现远程主动防御报警。一般情况下可以将此种防雷箱设置在配电室的低压配电屏上，这样可以有效吸收掉电源线所产生的较大电流，能够对系统进行有效保护。因为收费系统采取的都是弱点，因此可以通过在电缆两侧设置单相电源防雷器即可，一般可以采取屏蔽式电缆、地下敷设的方式。对于户外的摄像机来说，可以通过串联的方式将2P 型电源防雷器设置在电源输入端，要在地下埋设钢管，具有护套的电缆顺着钢管敷设，之后要将配电室连接10kV电压供电线路的末端。

3.4 通信系统以及交流配电系统防雷

对于现代高速公路机电系统来说，通信系统是最为重要的组成部分之一，其运行情况直接决定着整个高速公路的服务情况，对于传输设备的安全性具有非常大的影响。另外，通信系统会涉及非常多的内容，所以为了确保其安全性防雷接地是非常重要的。一般情况下需要将两个接地螺栓设置在传输设备机柜之上，采取单点接地的方式，并且设置相应的接地线，分别为：传输设备工作地线、二次保护电路地线等。通过传输设备工作地线能够有效连接不同直流工作电源，通过二次保护电路地线能够将接入大地之后剩余的电荷卸载掉。通过此种方式能够形成较为安全且独立的交流系统，并且能够将某些保护地线切断，这对于交流配电系统来说是非常重要的。除此之外，也可以和配线架来共同进行防雷，但是此种情况需要设置必要的电源防雷设备，避免交流网形成干扰信号。