基于高速公路机电设备防雷技术分析

2021-08-28张丽严舟

运输经理世界 2021年12期

文/张丽、严舟

1 前言

经济的快速发展以及科学技术的不断进步使得高速公路的运行变得越来越高效，尤其是更多机电设备的有效应用，例如机电信息系统和强电设备等配置，极大保障了公路运行的科学与高效。然而因电子设备绝缘性较差且过电压耐力较低，因此也就极易受到雷电等破坏；加之，高速公路往往处在广阔的地域内，受到雷电等自然灾害影响的可能性也就比较大。以往的高速公路设计过程中很少会涉及机电设备的防雷接地，而这也是机电系统防雷处理不当以及时有不良情况出现的一个主要原因。鉴于保障整个公路机电系统的稳定运行，对防雷技术应用要点进行研究，总结出科学有效的技术控制策略意义重大。

2 雷电危害分析

在夏季雨水较多的时候经常出现雷电，由于大气中的热空气与冷空气出现摩擦情况，继而产生携带电荷的水滴，当水滴中的正负电荷达到相关参数时，即会在云团之间形成较大的电场，且还会伴随着云团向大地放电的现象。在这样条件下，高速公路上的电子设备也就成了最大“受害者”。以下是雷电对机电设备造成损害的两种类型：直击雷，这种情况下的电流最大，巨大的电位差极易造成地面人员的伤亡和电子设备等破坏；感应雷，通过电流的侵入，直接影响通信线路，严重时还会出现火灾等问题[1]。

3 高速公路机电设备接地技术

3.1 防雷接地

一般情况下，雷电袭击会给高速公路机电系统的运行造成很大影响，相应的其内部的机电设备很大程度上会受到电击的破坏。而要想在雷击建筑物过程中不会对内部的机电设备造成不良影响，就应对内部的机电设备等相关系统进行接地方面的处理，以最大程度保障设备运行的稳定和高效。鉴于以上分析和现实情况，在防雷接地处理的过程中，需要考虑机电设备控制机房的弱电系统的综合防雷布置方式，从而提升整体系统的安全运行稳定性。

3.2 交流电源防雷接地

变压器对于机电设备的电能获得而言有着极为重要的作用，一般情况下主要是室外和上一级电网中连接。一旦出现雷击问题时，需要考虑交流电防雷接地的要求，通过改变雷击感应电流的现状，改变雷电造成的影响。鉴于此，相关人员应对变压器实施有效的接地处理，一般通过变压器中性点直接接地进行。由此，处在稳定正常工作环境时即能够为机电设备提供相应的电压和电能，而一旦受到雷击等突发情况又能随时开启跳闸保护。对于那些未装隔离变压器而直接采用就近供电电源的机电系统，要想有效规避雷电的侵袭，就应对弱电设备电源系统等相关的部分施加电涌保护，从而为相关设备稳定高效地运行提供切实保障[2]。

3.3 机电设备保护接地

由于机电设备在运行过程中是一个带电体的状态，且还需要人实施操作，尽管其有绝缘方面的一些处理，但是设备运输以及管理中任何不当情况的出现都会对这方面的性能造成不良影响，且极易造成人员伤亡，因此这方面的触电防护等务必要引起高度的重视。另外，要想有效规避以上可能出现的触电等危险问题，在保护接地处理时需要对不带电的金属位置进行处理，这样就能有效防范可能存在的触电等不良情况。此外，设备绝缘方面的处理务必要高度重视，切忌漏电等不良情况的出现，这样整个的设备操作以及整体运行才会更为稳定高效。

3.4 直流工作接地

电力电子技术的不断发展以及计算机技术应用的持续推广，极大便利了高速公路控制系统等综合化运行。如今来看，高速公路机电系统中越来越多的电子信息技术应用于其中，而这也是时代发展的必然趋势。但是这样的形势条件下也带来了一些问题和我们应关注的情况，由于弱电系统工作电压都是直流类型的电源，所以在该方面控制上需要做好全面控制工作。需要注意的是，一旦供电电源出现波动比较大的情况时，就会对弱电设备等造成严重干扰，甚至还会出现设备烧坏等更为严重的情况[3]。

对于弱电系统而言，通过对其的接地处理，能够切实保障所有微电子设备处在同一低压直流的系统运行之下，对于稳定电路电位以及规避外来不良影响等都有着显著功效。与此同时，弱电设备处在统一接地系统的维护之下，信号传输等过程中的准确性也都能得到切实的保障，而一些常见的电磁干扰或是系统数据信号等也都能得到显著规避和改善。另外，要想切实保障现代高速机电弱电设备稳定高效运行，就应落实好联合接地系统的构建和稳定运行。对于高速收费站而言，数据信号的统一无疑是极为重要的一个方面，基于此，收费车道以及监控机房等所有机电设备接地系统就能处在一个联合运行的条件之下。而要想最大程度保障具体接地的稳定和高效，还应对机电设备进行不少于两处的金属接地，通常应达到4～40mm 扁钢带的有效程度，以此有效规避雷击等带来的不良影响。通常情况下，当接地防雷系统构建完成后，需要按照测定要求进行相关试压，测试电阻是否达到标准需求，若达不到需求时，就应通过人工接地等方面的处理，构建较为完善的可靠性较高的联合接地网络。

4 高速公路机电设备防雷技术措施

在防雷技术应用的过程中，为了提高整体技术的应用水平，需要从以下几个方面入手做好防雷技术的控制工作：

4.1 直击雷防护

针对高速公路收费车道与监控机房的数据反馈系统，由于相关硬件设施处于露天状态下，很容易受到雷电直击的影响出现故障问题，因此在直击雷防护上需要合理选择避雷线与避雷针进行接闪处理。具体布置上，可将建筑结构的楼板钢筋作为避雷针引导线，将直接雷电引入大地内，由此就能切实保障机电设备等对直击雷等的有效防控和高效处理。值得注意的是，在雷击防护的阶段中为了提高整体机电设备系统的运行效率，还需要结合各种新技术进行防雷保护，使其满足实际要求。

4.2 感应雷及雷电波侵入防护

感应雷是防雷系统中极为重要且操作比较繁琐的一种，所以在感应雷以及雷电表波侵入防护时，可以采用电源线缆以及通信线路等方面把线路接入机电设备房中，通过电线路规避减少感应雷带来的影响。

4.2.1 电源部分防护

在电源防护的过程中，弱电设备运行需要用到的电源一般是通过电源逆变系统转换为直流电源的方式。一般情况下，要想有效规避感应雷等对电子设备等造成的冲击，就需要在逆变器位置前端安装隔离变压器，并且按照实际情况对电源落地位置进行控制。另外，针对电源部分的防护要考虑电子元件耐压水平，将其控制在额定电压的2 倍以内。若产生雷击瞬时电压，电涌保护器就能起到一定的降压和限值，以达到对电子设备的安全防护[4]。

4.2.2 设备接地

对机电设备系统而言，在开展设备接地工程时可以采取相应的接地处理方式，以提升设备的安全性、稳定性。例如，通过设置联合接地系统方式提高设备抗干扰性能，从而为其各个方面稳定高效的运行提供切实保障。

5 高速公路机电设备防雷系统施工要点

5.1 机电设备布置

在高速公路机电设备防雷系统中，机电设备布置是非常关键的一项内容，合理布置机电设备对提升综合防雷系统的作用具有积极影响。由于雷电电流主要通过梁中的主钢筋进行接地方面的处理，这样的情况下雷电电流也就主要集中在外墙中。因此，为了提升公路机电设备的信号，就应落实好机电设备的安装，且其与外墙以及立柱的距离需要按照需求进行设计。