综合防雷技术在高速公路机电系统中的应用

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摘 要： 针对辽宁高速公路机电系统的特点，就高速公路主线监控、通信传输，外场设备、电源系统、机房系统的防雷的具体措施加以阐述，通过综合防雷技术的有效应用，确保高速公路机电系统的运行安全。

关键词： 高速公路；综合防雷；感应雷害；反击雷害

中图分类号：U418.7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220142－01

辽宁高速公路建设多采用最先进的技术和设备，自动化程度越来越高，设备种类多、分布广，既有强电设备，又弱电设备，通信线路传输距离也不断增加。强电和弱电系统的防雷问题交织在一起，接地的要求也不统一，导致高速公路机电系统的防雷薄弱环节相对来说较多，很容易遭雷害，特别是感应雷害和反击雷害，简单的防雷措施不会达到有效防雷，必须实施综合防雷。

1 高速公路机电设备主要构成特点及防雷要求

高速公路机电系统的设备主要分布在四个地方：通信机房、收费站（机房、监控室、收费停）、隧道以及沿线外场监控设备。避免和减少雷害必须采用综合防雷，对电源系统、外场设备、通信机房、网络系统等全方面进行防雷防护。

2 雷电危害以及防雷器件技术特性

2.1 雷电对高速公路机电系统的主要危害

一般雷电有直击雷、感应雷、线路来波、地电位反击几种作用方式，其中，直击雷的防护主要是建筑防雷应完成的任务，感应雷、线路来波、地电位反击对通信设备防雷需完成的任务。

雷电对高速公路机电系统造成损害的直接后果是电磁污染、电磁干扰、设备损坏、系统崩溃。

2.2 防雷器件的技术特性

目前的防雷技术阶段，通常会用到的防雷器件有压敏电阻、气体放电管、半导体放电管和抑制二极管。

1）压敏电阻（也有用到金属氧化膜压敏电阻的）正弦交流工作电压的最大值必须是在器件标识允许值范围。高于这一标识电压值的电压就会被有效转换，当遇到瞬态较高能量冲击的时候，两极间的高阻抗以10-9s量级的速度将变为低阻抗，高达数千瓦的浪涌功率被吸收掉。压敏电阻通常会按照设计要求用在中等偏高的电压冲击的工作场合。

2）气体放电管的组成是封装于陶瓷管或玻璃管中相隔特定距离的两个电极，在发生电压冲击时，两个电极间就会产生某种电弧，电离气体由高阻抗转向低阻抗放电。放电过程一个更高的冲击幅值会被阻止掉，此处的弧电压大约降低10到30伏特。放电管受到瞬态高能量冲击，它能以10-6s量级的速度，吸收掉高达数千瓦的浪涌功率，把两极间的高阻抗变为低阻抗。

3）抑制二极管与普通齐纳二极管的工作原理类似。与齐纳管相比，抑制二极管（简称TVS）有更高的电流导通能力。TVS的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12s量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。

4）半导体放电管的工作状态如同一个开关。其原理是遭遇雷害是瞬间过电压如果超过半导体放电管的断态峰值电压时，随即产生瞬间雪崩效应，在瞬间电流的作用下，其电压即下降为半导体放电管导通电压VT（＜5V），这样电子线路得到有效保护。在浪涌之后半导体放电管回到阻断工作状态。

3 高速公路机电系统综合防雷措施

3.1 外场供电电源防雷。高速公路的供电采用TN-S接地系统，除了考虑隔一定距离进行重复接地外，采用铠装电缆埋地传输是一个很好的防雷办法。电源防雷系统必须按照三级防雷要求没计施工。监控外场设备的供电线路较长，受感应雷的感应电流较大，一般设备末端的防雷器的放电电流应为20kA以上，要求二级防雷器的放电电流为40kA以上，一级防雷器放电电流为80kA以上。

3.2 通信传输系统防雷。为了避免数据传输过程中受到干扰和破坏，外场信号和业务数据采用光缆进行远距离传输，这样就可以很好的防止信号系统遭遇雷害，也是目前通用的传输方式。这其中涉及信号传输设备光端机，光端机本身的防雷就不能单靠安装压敏电阻进行简单防护的问题了。

3.3 监控外场设备防雷。信号防雷器把加装在控制信号线的起始端和结束端，把视频防雷器加装在视频线起始端和结束端；摄像机和光端机的电源输入端也要相应的加上电源防雷器件，这样才能确保安全。

监控外场设备接地也很重要，所有防雷设备都需要通过接地系统把雷电流泄人大地。一般采用一点共用接地，接地电阻为4Ω，该接地极与从供电点引出的保护接地线并接，或者通过安装地电位均衡器等防雷设备，即可满足要求。

3.4 外场设备土建施工中的防雷。当设备基础开挖后，应先将接地扁钢打入底下1.5-2.0m后浇灌混凝土之前把扁钢与设备基础的钢筋笼焊接。在施工中尽量利用高速公路附属构造物的钢筋作防雷接地极，一般都是接地电阻通常远远小于1Ω的良好接地极。

3.5 隧道机电系统防雷。隧道广场必须专门设置接地网，由于隧道广场的监控设备相对集中，且一般都采用钢管做线缆的护管，因此，应尽量将保护钢管与建构筑物基础的钢筋以及接地网统一连接，钢管和钢管之间也必须用钢筋焊接连通。将接地干线与隧道洞内的预留洞室内的钢筋作重复接地，使接地网更加可靠。

3.6 通信机房防雷。机房最大雷害是感应雷，侵入机房及计算机网络系统主要有三个途径：1）电源线进入；2）信号传输通道引入；3）地电位反击。根据有关规范规定，电子设备的工作接地和保护接地应当采用联合接地方式即共同合用一组接地体，通信机房接地电阻不应大于1Ω才能达到防止地电位反击的技术要求。还有需要强调的是机房外部防雷，这块涉及空气截雷即避雷针或避雷带、引下线或接地系统，再有就是机房的内部防雷，主要是对建筑物内设备受到过电压侵袭时，保护装置能快速动作将能量泄放，从而保护设备不受损坏。

4 结束语

高速公路监控设备的防雷工程是一个综合防护工程，必须要有良好的接地装置、精心细致的工程施工以及合理的防雷设备选型。其中工程施工是关键，工程技术人员将防雷保护与对待信号干扰一样重视，就一定能够大大减少雷电的侵害，保证高速公路机电系统的正常运行。

参考文献：

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