高速公路机电设备防雷技术研究论文
随着我国经济的快速发展，交通网络建设规模逐渐扩大，高速公路成为交通网络的重要组成部分。高速公路机电系统是保障高速公路高效运行和有效管理的重要组成部分，随着高速公路管理技术信息化、科学化水平的提高，机电设备数量和种类越来越多，高速公路机电设备面临的雷电侵害也越来越多。为了避免造成设备故障和经济损失，必须要采用合理的防雷技术，保障高速公路机电设备安全稳定运行。
1、高速公路机电设备遭受雷击的形式及影响
高速公路机电设备种类较多、数量较大，遭受雷击的可能性比较大。通常情况下，高速公路机电设备遭受雷击的方式主要包括直击雷和感应雷两种。直击雷的电压非常高，产生较大的瞬间电流，对高速公路机电设备危害性较大。感应雷时在雷电的电流导入大地时，在雷击部位周边形成自上而下的强磁场，处于该强磁场范围内的电力设备和磁场相切割，产生瞬间闪击现象，从而造成机电设备损坏。由于直击雷的影响较大，破坏形式较为直观，人们通常重视机电设备对直击雷的防范，而忽视了感应雷的破坏。随着电子设备的逐渐普及，感应雷的破坏越来越严重，产生的危害逐渐显现出来。高速公路机电设备越来越多，越来越依靠诸多电子设备提升管理效率，对电子设备依赖性较强，因此造成感应雷的危害和破坏越来越严重。为了确保高速公路机电设备能够安全稳定运行，为高速公路工作人员和机电设备维护人员提供安全工作环境，必须要针对直击雷和感应雷及其他雷击形式采用合理的预防、防范措施，做好雷击防护，降低设备雷击概率，减少雷击损失，避免人员伤亡。通过大量研究发现，在高速公路机电设备雷击事件中，对设备造成伤害最为严重的还是感应雷，一旦出现感应雷，波及和破坏的范围及空间比较大，可谓是无孔不入，对先进机电设备及微电子设备危害更大。越是耗能小、技术先进、灵敏度高的.先进电子设备，在面临感应雷破坏时产生的危害越严重[1]。在高速公路机电设备管理过程中，必须要将防雷技术和措施落实到位，结合先进防雷技术，综合考虑高速公路机电设备所处环境，做好防雷处理，确保机电设备安全。
2、高速公路机电设备防雷技术
（1）高速公路机电设备防雷接地技术高速公路机电设备防雷接地属于重要防雷技术，无论是直击雷或是感应雷，都需要将传递的电压或电流导入大地。构建良好的接地系统，能够最大限度保障机电设备安全，确保工作人员人身安全。接地系统对高速公路机电设备的安全稳定运行具有重要保障作用。防雷接地包括多种形式，按照机电设备防护雷击所需要发挥的作用和防雷要求，可以将防雷接地分为4个类型，主要包括交流工作接地、防雷接地、直流工作接地和安全保护接地等类型。现阶段，大规模集成电路技术方面逐渐成熟，出于对滤波器分辨率的需要，已经妥善解决电子技术对共时信号的互相干扰问题，从而确保联合接地成为可能，推动共地技术的深入发展。高速公路收费站中，要将配电房、监控机房和收费车道的地网连接为一体，采用扁钢带作为介质相互连接，从而使地网均压等电位防止电位反击。通过采用此种措施，消除建筑物和建筑物内的机电设备的电位差，从而削弱建筑物内部的磁场强度，降低感应雷的破坏强度。通过采取等电位连接方式，能够将收费站等建筑物内的机电设备避雷和防雷能力明显提高，同时可放宽接地电阻要求，从而降低收费站建筑成本，降低施工难度，具有较好的经济效益[2]。
（2）机电设备防雷措施高速公路交通网络中，容易遭受雷击的主要包括收费计算机网络、监控系统和电源线路、机电设备电子部分等部位。为了降低雷击对机电设备的破坏，必须要重视关键环节的防雷、避雷。
（2.1）监控系统的防雷高速公路收费站设置行车监控系统和收费监控系统，通常都是按照车道的多少设置6路以上摄像机，为了避免诸多摄像机遭受雷击，从而造成整个监控系统的破坏，必须要在每台摄像机控制线路位置增加485防雷器，采用就近原则，将防雷器连接在摄像机外壳上或者直接接地连接。将各台摄像机的视频输出端子安装BNC型防雷器，实现就近接地或连接外机壳。摄像机视频连接线接入监控机房后，要将各个控制端口、视频输入端口位置安装485防雷器和BNC防雷器。铺设摄像机视频线路时，要将视频线穿过金属管后埋于地下，防止放置地面上造成雷击破坏[3]。
（2.2）机电设备电子防雷在安装有监控系统及其他机电设备的建筑物内，要严格按照建筑物防雷等级进行防雷设计，在重视外部防雷的同时，要进行内部防雷设计。在建筑物内部，必须要安装必要的电涌保护器，防止电缆线路遭受雷击，造成电源输入雷击破坏。在电子信息系统中，要做好均压等电位、泻流分流和屏蔽防雷措施。在同一层或同一部位的不同金属构件、设备外壳、管道及电缆外皮等位置做好等电位连接，实现均衡电位，避免建筑物内产生反击或跨步电压，从而减少雷电电磁脉冲对电子设备的干扰，减少对人员的伤亡。泻流分流是将引下线、接闪器和接地将雷电分流入地，从而通过保护设备和部件避免雷击造成系统设备反击。采用法拉第屏蔽笼、屏蔽箱盒、屏蔽电缆等措施，利用可以利用的自然屏蔽体，防止绕击雷、侧击、球雷袭击，从而达到防御雷电电磁脉冲，衰减及阻挡施加在设备上的电压能量。
（2.3）通信系统和交流配电系统防雷接地措施高速公路机电设备中，通信设备是稳定服务工作及实现传输设备安全的重要保障，由于通信系统的跨度较大，必须要做好通信系统的防雷接地工作。在传输设备机柜上可以提供两个接地螺栓，采用单点接地方法接入大地，其中一条为传输设备工作底线（GND），主要用于连接各种直流工作电源地线，另外一条为二次保护电路地线（PGND），在接入大地可泄放经一次保安单元后剩余的电荷。对于交流配电系统而言，要提供一个独立的交流安全地，并将交流电网提供的保护地线断开，如果无法做到这一点，也可以与配线架防雷地公用，但要安装电源防雷装置，以防交流电网出现干扰信号[5]。
（2.4）收费计算机网络设备防雷措施高速公路收费计算机网络机电设备较多，同时拓展面较广，容易遭受雷击破坏。通常情况下，收费计算机和网络路由器的双绞线网线位置、计算机网卡端口位置必须要安装RJ45防雷器，避免网络线路导入雷击电流，造成计算机及网络设备损坏。在连接收费站计算机的路由器和监控机房之间的同轴电线两端位置，分别安装RJ45接口和RJ45防雷器。此外，还要将各个端口安装的防雷器按照就近原则分别接地或连接机器外壳。
（2.5）电源线路防雷高速公路使用高压电线时，必须在接入的三相电源变压器位置各相接地处安装避雷器。避雷器材质尽量选择氧化锌材料。在电源变压器外壳、电源低电压一端的零线、电缆金属外壳都应该按照就近原则连接到地上或接地端。电源变压器和配电房之间的低电压电缆电路都采取地下布线方式，将电缆电线穿入金属管中，深埋于地下，避免地面雷击。配电房到监控机房的输电电路也要埋入地下并采用屏蔽措施。收费站建筑内的配电箱电路两头的屏蔽部分要就近接地。收费站使用的是弱电，要在电缆两端分别安装B220/20KA型单相电源防雷器，采用屏蔽电缆并埋于地下。在监控室配电箱内安装B380/40K型电源防雷箱，通过远程主动防御报警功能，实现远程监控。将B380/80KA型电源防雷箱安装在配电室的低压配电屏上，吸收电源线上的高强度浪涌电流，避免雷击强电流破坏机电设备。高速公路所有户外摄像机的电源输入端都需要安装电源防雷器，采用串联的方式进行连接（串联连接方式如图1所示）。处于高速公路路中及露天状况下的摄像机必须要在安装摄像机的线杆上设置避雷针，避免雷击破坏摄像机，从而导致电流进入摄像机视频线，导致整个摄像机监控网络受到破坏[4
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