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高速公路機電系統(tǒng)防雷保護方法探討
摘要：介紹雷擊產(chǎn)生的機理和雷電入侵高速公路機電系統(tǒng)的途徑，較為系統(tǒng)地提出機電系統(tǒng)防雷接地的解決辦法。
關(guān)鍵詞：高速公路；機電系統(tǒng)；防雷接地中圖分類號：
the theory of lightning strike and its impact on expreway electromechanical system is introduced，and earthing methods of lightning protection are presented system atically according to practical experiences of cotruction and operation management of expre-way electromechanical engineering projects inthiaper.
keywords：expreway；electromechanical system；lightning protection earthing
1、雷擊產(chǎn)生的機理
目前，隨著我國建成高速公路的增加，建好的高雷擊的產(chǎn)生速公路機電系統(tǒng)也不斷增加。高速公路機電系統(tǒng)一般包括收費、通信、交通監(jiān)控、供配電等子系統(tǒng)，涉及雷擊一般分為直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷是指雷電的電子產(chǎn)品種類多，因此如何做好機電系統(tǒng)防雷接地直接擊在建筑物、構(gòu)架、樹木、動物、植物上，因電的問題日益突出。根據(jù)調(diào)查，在高速公路機電工程效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力效應(yīng)等造成建筑物損壞以及危中，如緊急電話因防雷接地的問題處理得不好，不少及人身安全，直擊雷的電磁場有可能使機電電子設(shè)備高速公路上的緊急電話系統(tǒng)都未能很好地發(fā)揮其應(yīng)有遭受浪涌過電壓的危害。而感應(yīng)雷，是通過雷云之間的作用。筆者1999年7月在廣佛高速公路公司會議或雷云對地的放電，在附近的架空線路、埋地線路、室參加評標(biāo)時，忽然聽到不遠(yuǎn)處傳來雷鳴巨響聲，幾鋼軌或類似導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓，稱為感應(yīng)雷，又分鐘后，幾公里外的收費站打電話報告，收費亭計算叫二次雷效應(yīng)，它對人、畜以及機電電子設(shè)備都有一機系統(tǒng)因雷擊損壞，全部采用手工收費。由此看來，定的危險。一般來說，直擊雷發(fā)生得較為猛烈，但發(fā)做好高速公路機電系統(tǒng)的防雷接地是非常重要的，特生的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于感應(yīng)雷。因為直擊雷只發(fā)生在雷云別是在東南沿海雷電頻發(fā)地區(qū)。因高速公路機電系統(tǒng)對地閃擊時才會對地面造成災(zāi)害，而感應(yīng)雷則不論雷工程的防雷接地涉及到房建、機電等多方面，設(shè)計時云對地閃擊，或者雷云對雷云之間閃擊（據(jù)觀測資料應(yīng)綜合考慮，才會達到較好的效果，但由于房建等土介紹，雷云對雷云之間閃擊比雷云對地閃擊幾率高得建工程在施工時間、建設(shè)管理部門、設(shè)計單位是和機多），都可能造成災(zāi)害。此外，直擊雷一次只能襲擊電不同，綜合設(shè)計牽涉到多家單位，不易協(xié)調(diào)，設(shè)計一兩個小范圍的目標(biāo)，而一次雷閃擊可以在比較大范中容易出現(xiàn)漏項，所以在機電工程的前期準(zhǔn)備工作非圍內(nèi)多個小局部同時發(fā)生感應(yīng)雷過電壓現(xiàn)象，并且這常重要。下面就高速公路機電系統(tǒng)的防雷接地問題談種感應(yīng)高電壓可以通過電力線、電話線等金屬導(dǎo)線傳談筆者的看法。輸?shù)胶苓h(yuǎn)，致使受害范圍擴大。感應(yīng)雷會產(chǎn)生靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)，當(dāng)空間有帶電的雷云出現(xiàn)時，雷云下的地面及建筑物等都由于靜電感應(yīng)的作用帶上異性電荷。
2、雷電侵入機電系統(tǒng)的途徑
�。�1）由系統(tǒng)通信線等信號傳輸電纜侵入
高速公路機電工程中的通信線主要包括計算機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)線、攝像系統(tǒng)的信號線等，信號傳輸電纜線中出現(xiàn)的雷過電壓、過電流，一般包含兩種情況：一是信號傳輸電纜旁有大樹、高大建筑物、獨立避雷針等地面突出物，當(dāng)直擊雷擊中這些突出物時，強電壓將把附近土壤擊穿，雷電流直接侵入到電纜外皮，進而擊穿電纜使高壓侵入電纜芯線。雷電流在電纜外皮流動時也可以在芯線上感應(yīng)出過電壓。另一種情況是當(dāng)設(shè)備附近發(fā)生雷云對地放電時，由雷電水平電場感應(yīng)出過電壓。根據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計資料表明，埋地電纜芯線上的感應(yīng)過電壓一般為幾百到幾千伏，情況嚴(yán)重時可達5kv以上。信號電纜直接與設(shè)備的接口相連，因此過電壓會由此而入。
�。�2）由交流供電線路侵入
不管是架空的高壓電力線還是低壓電力線，均可能被直擊雷或感應(yīng)雷擊中。
�。�3）地電位反擊
機電設(shè)備附近的避雷針或房屋避雷裝置可以吸引雷電、保護建筑物，但當(dāng)雷擊時強大的雷電流經(jīng)引下線和接地裝置導(dǎo)入大地時，接地裝置周圍土壤形成喇叭形電位分布。當(dāng)計算機設(shè)備的接地裝置和它接近時，高地電位便可由此侵入計算機設(shè)備造成危害。
3、防雷接地的基本概念、種類和作用
（1）工作接地
供電系統(tǒng)用變壓器的中性點直接接地，在工作或事故情況下，保證電器設(shè)備可靠地運行，降低人體接觸電壓，迅速切除故障設(shè)備或線路、降低電器設(shè)備和輸電線路的絕緣水平。
�。�2）保護接地
電器設(shè)備在正常工作情況下，不帶電的金屬部分與接地體之間應(yīng)做良好的金屬連接。在中性點不接地系統(tǒng)中，如果電器設(shè)備沒有保護接地，當(dāng)該設(shè)備某處絕緣損壞時，外殼將帶電，同時由于線路與大地間存在電容，人體觸及此絕緣損壞電器設(shè)備外殼，則電流流入人體形成通路，人將遭受觸電的危險。設(shè)有該接地裝置后，接地電流將同時沿著接地體和人體兩條通路流過，接地電阻越小，流過人體的電流也越小，當(dāng)接地電阻極微小時，流經(jīng)人體的電流可不至于造成危害，人體避免觸電的危險。
（3）重復(fù)接地
將零線上的多點與大地多次做金屬性連接。當(dāng)中型點直接接地系統(tǒng)中發(fā)生碰殼或接地短路時，可降低對地電壓；當(dāng)零線發(fā)生斷裂時，可以使故障的危害程度減輕。
�。�4）直流工作接地
計算機以及一切微電子設(shè)備，大部分采用中、大規(guī)模集成電路，工作于較低的直流電壓下，為使同一系統(tǒng)的計算機、微電子設(shè)備的工作電路具有同一電位參考點，將所有設(shè)備的零電位點接于一接地裝置，它可以穩(wěn)定電路的電位，防止外來干擾，這稱為直流工作接地。同一系統(tǒng)的設(shè)備接于同一接地裝置后，無論是模擬量還是數(shù)字量，在進行交換或通信時，才有統(tǒng)一的電位參考點，從而給接于同一接地裝置的計算機或微電子設(shè)備，提供穩(wěn)定的工作電位，有效地衰減以致消除各種電磁干擾，保證數(shù)據(jù)處理或信號傳遞準(zhǔn)確無誤。
�。�5）防雷接地
為使雷電浪涌電流導(dǎo)入大地，使被保護物免遭直擊雷或感應(yīng)雷等浪涌過電壓、過電流的危害，所有建筑物、電器設(shè)備、線路、網(wǎng)絡(luò)等不帶電金屬部分，金屬護套，以及一切水、氣管道等均應(yīng)與防雷接地裝置作金屬性連接。防雷接地裝置包括避雷針、帶、線、網(wǎng)、接地引下線、接地引入線、接地匯集線、接地體等。
4、綜合防雷接地的辦
防雷是一項系統(tǒng)工程，它包括防止直接的雷擊、以及防止和抑制雷電電磁脈沖干擾的各種傳輸形式造成的危害等環(huán)節(jié)。高速公路機電系統(tǒng)應(yīng)采用攔截、屏蔽、光電隔離、均壓、分流和聯(lián)合接地等綜合防雷措施。
1.攔截對于收費亭、收費站機房、收費中心機房應(yīng)按
《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》要求設(shè)計和安裝避雷裝置，其均勻分布的接閃器和引下線攔截閃電，將雷電流均勻地分流入地。外場設(shè)備如收費廣場的攝像機應(yīng)安裝防直擊雷的避雷針，在外場的設(shè)備機箱設(shè)置良好的接地系統(tǒng)。
2.信號傳輸線的屏蔽
�。�1）電纜最外層的鎧裝保護套應(yīng)多點可靠接地；
�。�2）電纜屏蔽的效果取決于它的轉(zhuǎn)移阻抗和絕緣層介質(zhì)的絕緣強度，因此，宜選用轉(zhuǎn)移阻抗小的電纜。
3.光電隔離
隨著光纖和光傳輸設(shè)備價格的下降，在投資允許的情況下，盡可能采用光設(shè)備。如收費廣場到收費站機房的收費數(shù)據(jù)、收費亭的圖像傳輸就可以使用光纖傳輸，防止雷電過電波的侵入。
4.均壓
均壓就是把導(dǎo)體做良好的導(dǎo)電性連接，使它們達到電位相等，為雷電流提供低阻抗的連續(xù)通道，使其迅速導(dǎo)入大地。
�。�1）把收費站（中心）機房的設(shè)備、金屬管道、電纜的金屬外皮、構(gòu)架等主要金屬物，就近接到電氣裝置的保護接地裝置上。
（2）在機房的金屬管道、電纜等進入或引出處，把保護接地干線、電氣裝置的接地干線、金屬管道、電纜的金屬外皮、建筑物的水管等導(dǎo)電部分，在等電位連接端子板上連接起來，然后再與接地母線相連。
5.分流
雷電感應(yīng)過電壓是造成機電系統(tǒng)電子設(shè)備損壞的主要原因之一。為防止雷電過電壓波侵害，機電系統(tǒng)還應(yīng)在電纜和終端設(shè)備的輸入端連接處裝設(shè)避雷器和保護器件。
6.聯(lián)合接地
在條件可能的情況下，最好使建筑物和機電系統(tǒng)或機電系統(tǒng)不同的子系統(tǒng)之間采用聯(lián)合接地方式。在建筑物和機電系統(tǒng)之間采用聯(lián)合接地時，接地體以采用自然接地體為主。當(dāng)自然接地體同時滿足3個條件，即接地電阻能滿足規(guī)定值要求；基礎(chǔ)外表面無絕緣防水層；基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋必須連接成電氣通路，同時形成閉合環(huán)，閉合環(huán)距地面不小于0.7m，一般不再設(shè)置人工接地體。該方法是利用基礎(chǔ)鋼筋、承臺鋼筋相連接，作為自然接地體，框架柱鋼筋與基礎(chǔ)承臺鋼筋焊接做下引線，再將樓板、梁內(nèi)鋼筋與柱筋焊接，這樣就形成了一個具有極小電阻、極小引下線阻抗、立體的法拉第籠和平面的等電位自然防雷網(wǎng)絡(luò)框架。
5結(jié)語
高速公路機電系統(tǒng)防雷接地問題很復(fù)雜，涉及到的方面也較多，筆者認(rèn)為，在今后的機電工程中，應(yīng)盡可能采用聯(lián)合接地，接地電阻小于1ω，同時加強避雷器的使用，這樣可以減少雷擊造成的損失。
參考文獻：
［1］花鐵森.建筑弱電工程安裝施工手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999：29-43.
�。�2］葉佩生.計算機機房環(huán)境技術(shù).北京：人民郵電出版社，1999：105-110，148-156.
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