文/張麗、嚴(yán)舟

1 前言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步使得高速公路的運(yùn)行變得越來越高效，尤其是更多機(jī)電設(shè)備的有效應(yīng)用，例如機(jī)電信息系統(tǒng)和強(qiáng)電設(shè)備等配置，極大保障了公路運(yùn)行的科學(xué)與高效。然而因電子設(shè)備絕緣性較差且過電壓耐力較低，因此也就極易受到雷電等破壞；加之，高速公路往往處在廣闊的地域內(nèi)，受到雷電等自然災(zāi)害影響的可能性也就比較大。以往的高速公路設(shè)計(jì)過程中很少會(huì)涉及機(jī)電設(shè)備的防雷接地，而這也是機(jī)電系統(tǒng)防雷處理不當(dāng)以及時(shí)有不良情況出現(xiàn)的一個(gè)主要原因。鑒于保障整個(gè)公路機(jī)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)防雷技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行研究，總結(jié)出科學(xué)有效的技術(shù)控制策略意義重大。

2 雷電危害分析

在夏季雨水較多的時(shí)候經(jīng)常出現(xiàn)雷電，由于大氣中的熱空氣與冷空氣出現(xiàn)摩擦情況，繼而產(chǎn)生攜帶電荷的水滴，當(dāng)水滴中的正負(fù)電荷達(dá)到相關(guān)參數(shù)時(shí)，即會(huì)在云團(tuán)之間形成較大的電場，且還會(huì)伴隨著云團(tuán)向大地放電的現(xiàn)象。在這樣條件下，高速公路上的電子設(shè)備也就成了最大“受害者”。以下是雷電對(duì)機(jī)電設(shè)備造成損害的兩種類型：直擊雷，這種情況下的電流最大，巨大的電位差極易造成地面人員的傷亡和電子設(shè)備等破壞；感應(yīng)雷，通過電流的侵入，直接影響通信線路，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)等問題[1]。

3 高速公路機(jī)電設(shè)備接地技術(shù)

3.1 防雷接地

一般情況下，雷電襲擊會(huì)給高速公路機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行造成很大影響，相應(yīng)的其內(nèi)部的機(jī)電設(shè)備很大程度上會(huì)受到電擊的破壞。而要想在雷擊建筑物過程中不會(huì)對(duì)內(nèi)部的機(jī)電設(shè)備造成不良影響，就應(yīng)對(duì)內(nèi)部的機(jī)電設(shè)備等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行接地方面的處理，以最大程度保障設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定和高效。鑒于以上分析和現(xiàn)實(shí)情況，在防雷接地處理的過程中，需要考慮機(jī)電設(shè)備控制機(jī)房的弱電系統(tǒng)的綜合防雷布置方式，從而提升整體系統(tǒng)的安全運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.2 交流電源防雷接地

變壓器對(duì)于機(jī)電設(shè)備的電能獲得而言有著極為重要的作用，一般情況下主要是室外和上一級(jí)電網(wǎng)中連接。一旦出現(xiàn)雷擊問題時(shí)，需要考慮交流電防雷接地的要求，通過改變雷擊感應(yīng)電流的現(xiàn)狀，改變雷電造成的影響。鑒于此，相關(guān)人員應(yīng)對(duì)變壓器實(shí)施有效的接地處理，一般通過變壓器中性點(diǎn)直接接地進(jìn)行。由此，處在穩(wěn)定正常工作環(huán)境時(shí)即能夠?yàn)闄C(jī)電設(shè)備提供相應(yīng)的電壓和電能，而一旦受到雷擊等突發(fā)情況又能隨時(shí)開啟跳閘保護(hù)。對(duì)于那些未裝隔離變壓器而直接采用就近供電電源的機(jī)電系統(tǒng)，要想有效規(guī)避雷電的侵襲，就應(yīng)對(duì)弱電設(shè)備電源系統(tǒng)等相關(guān)的部分施加電涌保護(hù)，從而為相關(guān)設(shè)備穩(wěn)定高效地運(yùn)行提供切實(shí)保障[2]。

3.3 機(jī)電設(shè)備保護(hù)接地

由于機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過程中是一個(gè)帶電體的狀態(tài)，且還需要人實(shí)施操作，盡管其有絕緣方面的一些處理，但是設(shè)備運(yùn)輸以及管理中任何不當(dāng)情況的出現(xiàn)都會(huì)對(duì)這方面的性能造成不良影響，且極易造成人員傷亡，因此這方面的觸電防護(hù)等務(wù)必要引起高度的重視。另外，要想有效規(guī)避以上可能出現(xiàn)的觸電等危險(xiǎn)問題，在保護(hù)接地處理時(shí)需要對(duì)不帶電的金屬位置進(jìn)行處理，這樣就能有效防范可能存在的觸電等不良情況。此外，設(shè)備絕緣方面的處理務(wù)必要高度重視，切忌漏電等不良情況的出現(xiàn)，這樣整個(gè)的設(shè)備操作以及整體運(yùn)行才會(huì)更為穩(wěn)定高效。

3.4 直流工作接地

電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的持續(xù)推廣，極大便利了高速公路控制系統(tǒng)等綜合化運(yùn)行。如今來看，高速公路機(jī)電系統(tǒng)中越來越多的電子信息技術(shù)應(yīng)用于其中，而這也是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是這樣的形勢(shì)條件下也帶來了一些問題和我們應(yīng)關(guān)注的情況，由于弱電系統(tǒng)工作電壓都是直流類型的電源，所以在該方面控制上需要做好全面控制工作。需要注意的是，一旦供電電源出現(xiàn)波動(dòng)比較大的情況時(shí)，就會(huì)對(duì)弱電設(shè)備等造成嚴(yán)重干擾，甚至還會(huì)出現(xiàn)設(shè)備燒壞等更為嚴(yán)重的情況[3]。

對(duì)于弱電系統(tǒng)而言，通過對(duì)其的接地處理，能夠切實(shí)保障所有微電子設(shè)備處在同一低壓直流的系統(tǒng)運(yùn)行之下，對(duì)于穩(wěn)定電路電位以及規(guī)避外來不良影響等都有著顯著功效。與此同時(shí)，弱電設(shè)備處在統(tǒng)一接地系統(tǒng)的維護(hù)之下，信號(hào)傳輸?shù)冗^程中的準(zhǔn)確性也都能得到切實(shí)的保障，而一些常見的電磁干擾或是系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號(hào)等也都能得到顯著規(guī)避和改善。另外，要想切實(shí)保障現(xiàn)代高速機(jī)電弱電設(shè)備穩(wěn)定高效運(yùn)行，就應(yīng)落實(shí)好聯(lián)合接地系統(tǒng)的構(gòu)建和穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于高速收費(fèi)站而言，數(shù)據(jù)信號(hào)的統(tǒng)一無疑是極為重要的一個(gè)方面，基于此，收費(fèi)車道以及監(jiān)控機(jī)房等所有機(jī)電設(shè)備接地系統(tǒng)就能處在一個(gè)聯(lián)合運(yùn)行的條件之下。而要想最大程度保障具體接地的穩(wěn)定和高效，還應(yīng)對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行不少于兩處的金屬接地，通常應(yīng)達(dá)到4～40mm 扁鋼帶的有效程度，以此有效規(guī)避雷擊等帶來的不良影響。通常情況下，當(dāng)接地防雷系統(tǒng)構(gòu)建完成后，需要按照測(cè)定要求進(jìn)行相關(guān)試壓，測(cè)試電阻是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)需求，若達(dá)不到需求時(shí)，就應(yīng)通過人工接地等方面的處理，構(gòu)建較為完善的可靠性較高的聯(lián)合接地網(wǎng)絡(luò)。

4 高速公路機(jī)電設(shè)備防雷技術(shù)措施

在防雷技術(shù)應(yīng)用的過程中，為了提高整體技術(shù)的應(yīng)用水平，需要從以下幾個(gè)方面入手做好防雷技術(shù)的控制工作：

4.1 直擊雷防護(hù)

針對(duì)高速公路收費(fèi)車道與監(jiān)控機(jī)房的數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)，由于相關(guān)硬件設(shè)施處于露天狀態(tài)下，很容易受到雷電直擊的影響出現(xiàn)故障問題，因此在直擊雷防護(hù)上需要合理選擇避雷線與避雷針進(jìn)行接閃處理。具體布置上，可將建筑結(jié)構(gòu)的樓板鋼筋作為避雷針引導(dǎo)線，將直接雷電引入大地內(nèi)，由此就能切實(shí)保障機(jī)電設(shè)備等對(duì)直擊雷等的有效防控和高效處理。值得注意的是，在雷擊防護(hù)的階段中為了提高整體機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行效率，還需要結(jié)合各種新技術(shù)進(jìn)行防雷保護(hù)，使其滿足實(shí)際要求。

4.2 感應(yīng)雷及雷電波侵入防護(hù)

感應(yīng)雷是防雷系統(tǒng)中極為重要且操作比較繁瑣的一種，所以在感應(yīng)雷以及雷電表波侵入防護(hù)時(shí)，可以采用電源線纜以及通信線路等方面把線路接入機(jī)電設(shè)備房中，通過電線路規(guī)避減少感應(yīng)雷帶來的影響。

4.2.1 電源部分防護(hù)

在電源防護(hù)的過程中，弱電設(shè)備運(yùn)行需要用到的電源一般是通過電源逆變系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為直流電源的方式。一般情況下，要想有效規(guī)避感應(yīng)雷等對(duì)電子設(shè)備等造成的沖擊，就需要在逆變器位置前端安裝隔離變壓器，并且按照實(shí)際情況對(duì)電源落地位置進(jìn)行控制。另外，針對(duì)電源部分的防護(hù)要考慮電子元件耐壓水平，將其控制在額定電壓的2 倍以內(nèi)。若產(chǎn)生雷擊瞬時(shí)電壓，電涌保護(hù)器就能起到一定的降壓和限值，以達(dá)到對(duì)電子設(shè)備的安全防護(hù)[4]。

4.2.2 設(shè)備接地

對(duì)機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)而言，在開展設(shè)備接地工程時(shí)可以采取相應(yīng)的接地處理方式，以提升設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性。例如，通過設(shè)置聯(lián)合接地系統(tǒng)方式提高設(shè)備抗干擾性能，從而為其各個(gè)方面穩(wěn)定高效的運(yùn)行提供切實(shí)保障。

5 高速公路機(jī)電設(shè)備防雷系統(tǒng)施工要點(diǎn)

5.1 機(jī)電設(shè)備布置

在高速公路機(jī)電設(shè)備防雷系統(tǒng)中，機(jī)電設(shè)備布置是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容，合理布置機(jī)電設(shè)備對(duì)提升綜合防雷系統(tǒng)的作用具有積極影響。由于雷電電流主要通過梁中的主鋼筋進(jìn)行接地方面的處理，這樣的情況下雷電電流也就主要集中在外墻中。因此，為了提升公路機(jī)電設(shè)備的信號(hào)，就應(yīng)落實(shí)好機(jī)電設(shè)備的安裝，且其與外墻以及立柱的距離需要按照需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.2 避雷器的選擇

在高速公路機(jī)電設(shè)備防雷系統(tǒng)中，避雷器是重要設(shè)備之一，在避雷器選擇時(shí)需要按照既定的需求選擇。另外，還應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備防干擾等方面的精細(xì)處理，從而為機(jī)電設(shè)備以及其他弱電線路的高效運(yùn)行提供切實(shí)的保障。值得注意的是，在避雷器選擇的過程中，還可以根據(jù)公路機(jī)電設(shè)備的類型、綜合性選擇避雷器的形式，使其達(dá)到防雷要求。

5.3 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在機(jī)電設(shè)備防雷階段中，接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。因此，在進(jìn)行接地系統(tǒng)處理時(shí)，相關(guān)人員需要考慮接地聯(lián)合網(wǎng)的應(yīng)用能力，做好設(shè)備腐蝕、老化導(dǎo)致電阻升高原因分析；在進(jìn)行具體操作的過程中，務(wù)必要落實(shí)好各個(gè)方面的處理，尤其是接地焊接部位的防腐方面，以此為相關(guān)接地的高效運(yùn)行提供切實(shí)保障。

6 結(jié)語

高速公路機(jī)房是高速公路運(yùn)行等各方面功能呈現(xiàn)極為重要的基礎(chǔ)，但由于其受到雷擊等外來不良影響的可能性比較高，因此對(duì)于其中涉及的防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和處理我們務(wù)必要高度重視，為高速公路穩(wěn)定高效的運(yùn)行提供切實(shí)保障。