探析高速公路机电系统防雷的重要性与防护技术

李国强 彭瑞燕 孔正圆

摘要：本文以高速公路为视角，研究机电程序的防雷工作，阐述了防雷工作的重要性，给出了防雷技术：防控感应雷、防控直击雷等，结合防雷技术的实践应用，以此保障机电程序运行的安全性，提升高速公路的整体设备运行平稳性，以较高的交通服务质量，带动相关行业发展。

关键词：公路;防雷;设备

高速公路中添加的机电程序，含有多种功能，包括自动计费、智能扣费、公路照明、路况监控等。在特殊环境中，各类机电程序会受到雷电作用，造成设备损坏、程序运作失效等问题，无法保障公路智能服务的有序性。在地势、地貌等多种复杂因素的共同作用下，难以保证避雷针的雷电防护效果。为保障高速公路中各类机电程序的运作平稳性，采取综合防雷方法，以此达到防雷目标。

1 防雷概述

围绕高速公路开展各项防雷工作时，以机电设备为主体，对其内外两个位置，逐一进行防雷处理，以此保障机电程序的防雷效果[1]。在进行内部防雷时，是以岗位人员防雷安全为视角，需保证防雷质量，减少直击雷对岗位人员形成的伤害。在实践内部防雷时，使用避雷器，将其装设在保护设备内部，形成防雷与设备的联动体系，以等电位体形式获取优异的防雷效果。在进行外部防雷时，防雷目标包括接闪器、引下线、防雷区等。外部防雷方法，是利用避雷程序，有效转移雷击作用，将雷击转至地下区，以此减少雷击对程序形成的威胁。防雷设计，是以保护机电程序、岗位人员为主要目标，降低公路机电设备引发火灾的发生可能性，达到防雷保护效果。

2 防雷的主要技术

2.1 防感应雷

感应雷会从多种路径，进入建筑工程，对建筑内装设的机电程序，形成雷电攻击[2]。在机电程序中，电缆表现出能耗小、信号传输长度大等特点，极易受到感应雷的干扰，致使电缆发生损坏。在调查中发现，由感应雷引起的雷击问题，在整体雷击案件中占比不小于70%。因此，对高速公路中装设的各类程序，开展感应雷防控，具有防雷的必要性。感应雷会使用空间感应方法，将雷击作用传输在通信站，致使感应线受损。在屏蔽防护中，能够有效抵消感应雷作用，控制设备受损程度。为保障屏蔽防雷效果，需配置完善的防雷体系，保证电击压力的承受效果，减少雷击威胁。在防雷程序中，防雷器是一种技术较平稳、成本相对经济的防雷方法，或称为“等电位连接设备”。此种防雷技术的建立，会在感应雷信号形成时，在短时间内高效调整设备两端电位，使电位平衡，合理调整电量作用，减少雷击危害。防雷器自身具有较强的阻燃性，在火灾环境中，能够有效发挥自身的电位调整功能，以较高的阻燃性，保证电位平衡的有效性。防雷器运行时，不会自行切断供电程序，对其他程序不会形成不利作用。

2.2 防控直击雷

2.2.1 巧用导体

在土壤结构中，具有分散雷击作用的导体。接地体会结合所在位置的实际情况，各类接地体相互组成地网。在实际地网布设，会依据地理特征的差异性，形成具有差别性的地网结构。一般情况下，使用环形地网，以此保障雷电流的抵消效果，防止机电程序受到雷击威胁。导体与土壤结构处于90度时，导体长度约有2m，土层埋深长度约1m，接地点位相邻间隔长度不小于4m。导体在土层中水平放置时，埋地深度不小于1.2m，在建筑外围伸出长度有45m，保证防雷效果。

2.2.2 引下线

引下线使用时，主要是在雷击形成时，转移雷击作用，使雷击电流在此种线路的作用下，转移至地下，形成防雷保护效果。在引下线设计时，线路至少为2根，确保雷击电流转移质量。一般情况下，在建筑周边，以线路对称方法，有序排布引下线。在设计引下线位置时，两组线路之间的间隔距离不超过20m。在引下线安装时，可使用焊接形式，连接线路，使线路在压环中处于均匀分布状态。如果建筑结构表现出框架形式，在引下线程序中，以钢筋为主要框架的构造材料。

2.2.3 接闪器

避雷针、防雷产品的类型具有多样性，接闪器具有防雷使用的广泛性。接闪器的设备类型包括：针型、带型、网格型。借助各类结构的避雷设备，合理防护雷击作用。如果高速公路中，用于装置机电程序的建筑，建筑项目表层含有天线，可使用针型避雷器，转移雷击电流，以此保障接闪器的使用效果。

2.3 其他防雷措施

（1）在多种防雷技术联合使用时，应以隔绝防护、压力均等的形式，提升防雷效果[3]。在防雷设计程序中，有效分布防雷装置，合理连接防雷设备、导体，形成联合防雷结构，有效转移雷电作用。在高速公路的智能计费程序中，以摄像头为主，合理装设避雷针，完成相应的接地处理，防止摄像程序受到雷击威胁。（2）电缆外围应添加保护设施，确保缆线的隔绝质量。線缆的隔离效果，主要取决于隔缘材料质量。因此，在电缆布设时，尽量选用阻抗不高的线缆，以此减少雷击作用。（3）现阶段，信号传输设备的成本有所下降，在防雷预算范围内，更换光纤设备。在高速公路收费时，借助光纤通信，提升计费、扣费、影像的高效性，降低雷电侵袭可能性。（4）在压力均衡处理时，选用连接材料时，侧重于材料的导电能力，确保连接两端的电位，处于均衡位置，能够在短时间内及时转移雷电。计费区安装的机电程序、缆线，在选用材料时，如果有金属，应添加接地程序，以此达到机电防雷效果。（5）有效控制电压波威胁，在电缆两侧位置添加防雷设备。

3 机电防雷技术的实践应用

3.1 高速公路概况

公路全长约有7km，山体结构以岩石为主，土层中含有较高的电阻比例，雷电流会选择导电便利的路径，增加了机电设施受到雷击的可能性。使用防雷技术，包括直击雷防护、控制电磁脉冲作用等形式，在公路中添加雷电拦截、雷电屏蔽、电位平衡等技术，提升防雷综合性能。

3.2 雷电拦截技术

在高速公路中，含有的机电设备有：道路监控系统、变电站、计费摄像程序、道路信号引导设备、照明系统等。针对各类外场安装使用设备，在设备表层添加各类接闪器，有效转移雷电流，达到外场设备的防雷效果。在防雷安装时，使用钢柱、混凝土体系，采取内焊方式，形成钢筋网，将其作为土层中的导体，确保雷电转移的有效性。

3.3 雷电屏蔽技术

使用金属材料，比如网、管等，完整包围待保护的机电程序。结合集肤效应，合理抵消雷电作用转化的电磁脉冲，旨在保护机电程序、机电传输的各类线路。在高速公路中的各类机电设备，主要受到雷电威胁有：一，雷电信号;二，电磁脉冲;三，机电程序运行中误操作形成的过电压。

雷电波在传输时，会形成电磁、静电两种类型的感应。在高速公路中使用的电源线、信号传输线路，会形成过电压波，在线路的作用下，过电压波冲击着缆线连接的两端设备，致使高速公路中安装的机电程序在雷击作用下受损。在防雷时，应准确锁定高速公路的线路防雷屏蔽点位，减少雷击威胁。在实践中，使用镀锌线槽，集中存放供电线路、信号传输线路，在线槽间隔位置，标准接地，以此有效抵消雷电威胁[4]。

3.4 电位均衡处理

雷电流表现出较高浮动特点，雷电流经过的位置，各处对地电位较高。在高速公路环境中，机电设备整体电位具有均衡性，会形成闪络放电现象。因此，在高速公路中，引入电位均衡处理技术。在电位处于均衡状态时，雷击作用下，金属表层电位级别，在特定范围内电位并无较大差异，有效降低了过电压、接触电压的发生次数，切实达到防雷目标，降低机电设备受到雷击作用的概率。高速公路中使用的机电设备，会在电磁脉冲干扰下，形成设备损坏问题。使用电位均衡处理技术，可有效抵御雷击威胁，保护公路设备。

3.5 分流抵消

在抵消浪涌过电压时，技术方法有：一，电压屏蔽;二，电压均衡处理;三接地系统联合使用。在防雷时，应防控浪涌过电压形成的雷击风险，控制电磁脉冲对机电设备形成的破坏，结合高速公路实况，合理设计多级SPD，提升电源设备信号各系统的雷电防护效果，以保障设备运行有序性，合理控制浪涌电压，增强各类机电设备的耐压能力。（1）供电系统中的SPD设计。在供电总柜、关键机电设施电源等位置，设计多个层级的SPD。（2）通信系统中的SPD设计。在设备通信传输时，传输频率、线路电平表现出差异性。在实际开展SPD设计时，结合高速公路实况，采取多级泄流、电波过滤等技术方法，确保多层次SPD设计质量。在实践中，SPD类型较多，结合防雷需求选择，装设在防雷保护的设备周边。

3.6 接地设计

案例高速公路的周边环境勘测结果：地质结构中，含有断层破裂结构、质量变动的砂岩等，整体地层电阻比例处于较高位置。使用多种防雷技术，进行综合防雷。接地网中融合多种接地形式，比如供电区、防雷、通信设备等，形成综合接地体系。接地时，连接线路的电阻应控制在1Ω以内，以此保证高速公路各类设备运行的平稳性，减少设备受到雷击风险。在案例高速公路中，使用防腐长效接地技术，接地线路共有990根。垂直土层的接地线路各设计100组，共引入200组垂直型接地线路。水平土层的接地线路各设5组，共引入130组水平型接地线路。在各变电站位置，添加20组接地线路，共引入80组接地线路。

4 三级防雷技术的实践应用

4.1 高速公路概述

在高速公路中，积极选用了防雷设备，合理设定防雷设备的安装位置，全面保护机电系统。在防雷技术融合时，以三级防雷技术为视角，顺应各类电压级别程序的防雷需求，确保防雷质量[5]。

4.2 防雷技术的应用

4.2.1 防护收费亭

在智能收费程序中，含有多种引线，在设计防雷设备的安装点时，假设各类机电程序中含有一半雷电流，在导体引导中转至地下，另有一半雷电流，使用金属管线予以抵消。雷电流的消散方式：以通道阻抗为参照，形成了各路段的雷电流浮动区间，雷电流传输路径，会有效传输至各类金属管线，包括供电、通信、用水等。在电阻大小不确定时，认定接地电阻处于等同状态，使用多个金属管线均衡抵消雷击电流。

4.2.2 防护摄像程序

摄像程序所在位置较高，受到雷电作用的可能性较大。在雷击作用下，摄像设备使用的各路导线，会形成较高的雷电流。作用于摄像设备的雷击信号，主要取决于外引线路、防雷设备线路、通信线路的综合阻抗大小。在防雷时，应在供电程序、数据通信、影像传播线路中，逐一安装各类防雷设备。为保障防雷质量，防雷设备可使用的型号为“DTK-DP4P”。此种防雷器，可从多个层次进行防雷保护，仅有一组接地。在接地防雷中，对于摄像程序的供电线路、视频通信线路等，均能给予有效防护。

4.2.3 防护监控程序

在监控系统中，传输线的功能较多，适用的防雷技术具有差异性。比如，视频矩阵转换程序，在进行防雷时，引入专用的视频防雷设备，以此减少防雷形成的视频通讯干扰。针对数据通信程序中各类线路，结合线路电气属性，合理设计电压参数，保证防雷质量。

4.3 防雷技术操作的关键问题

（1）在机电程序中，时常发生多组设备串联情况。比如422/485信息通讯，应采取多级防护措施。结合雷电的各类防护需求，构建多级防雷结构，逐级降低雷电能力，促使限制电压处于均衡分配状态，使电压值处于绝缘区域内。（2）各类情况中，在进行线路防雷时，应至少划分两级，相同级别的防雷设备，应设计多个层次的雷电保护机制。在防雷期间，在各类防雷连接位置，添加功能全面的防雷设备，确保电子程序的防护效果。在具有屏蔽性的防雷线路范围内，导线应从线路、防雷设备等位置，逐一穿过。比如，在监控程序中，在各类中心设备内部，添加的引入线，应带有防雷设备。防雷器使用时，防雷范围具有限定性。一般情况下，防雷设备的有效防护范围为10m。如果线路长度大于10m，未及时补充添加防雷器，10m外线路整体防雷效果欠佳。

4.4 防护不当的技术应对策略

（1）防雷设备间隔距离较长。如果防雷设备间隔距离大于10m，间隔区将会成为防雷薄弱区。因此，间隔位置应保持在7～10m之间，以此保障防雷质量。同时，在使用防雷连接线时，线长不宜过长，需小于25cm。如果連接线大于25cm，可使用至少2根线路，进行分别连接，以此提升磁场的分散效果，合理控制压降。在防雷时，运行DITEK防雷设备，借助其线路多元组合功能，合理控制接线大小。（2）如果接地连接不善，会降低雷击转移的有效性。针对此种防雷问题，采取设备单独接地形式，以此保障防雷效果。假设单组防雷设备，会散出20kA雷电流，接地电阻假设为1Ω，在防护设备与传输线之间会存留至少20kV电压，具有一定危险性。因此，在接地连接时，应规范操作防雷器，回避接地不善问题，保证接地质量，提升设备防雷保护的有效性，发挥防雷器的技术价值。

5 结论

综上所述，以高速公路为主体，对其使用的机电程序，开展防雷规划时，会受到防雷技术的完整性、防护人员的专业性、防雷资源的有效性等各类因素的影响。在实际防雷设计时，对于环境条件、地形分布、防雷设备类型等因素，给出了多重条件。因此，在实际防雷时，需结合机电程序的运作特点、高速公路周边的地质实况等因素，综合开展防雷工作，以此保障防雷技术选用的合理性，达到防雷效果。

参考文献

[1] 陶杰，梁尊人.高速公路机电系统过电压保护与防雷接地设计[J].交通世界，2021（33）：137-138.

[2] 丁立言.高速公路机电系统防雷的重要性与防护技术[J].交通世界，2021（33）：141-142.

[3] 柯婷娴，蔡智敏.高速公路机电系统防雷措施探讨[J].工程技术研究，2020，5（17）：92-93.

[4] 欧轶阳.论如何做好高速公路机电系统防雷措施[J].居舍，2019（16）：181-182.

[5] 王露.关于高速公路机电系统防雷问题的探讨[J].西部交通科技，2019（4）：39-42.