对高速公路机电设备接地改造技术的试论
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[摘 要]高速公路的机电设备的接地，不但与人的生命安全直接相关，而且也会影响到设备的正常运行。本文章通过实际的比较，对高速机电设备的接地类型以及对接地电阻的讨论，最后通过接地改造的三种主要方式：层叠法，灌注法以及换土法，分析了高速公路设备接地改造的重要性。
[关键词]高速公路；机电设备；接地改造
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0350-01
1、引言
随着我国经济发展，基础设施的建设也在飞速发展，高速公路也在快速的发展。对高速公路机电设备的养护工作，需要以对机电设备的系统化，科学化为目标，通过实际施工过程为基础，通过借用计算机系统，以信息技术为支撑，通过对设备的规范系统的管理，实现高速公路设备的稳定安全运行。
在高速公路的管理以及施工过程中，设备的接地占有重要的地位，不但涉及到人身安全，还直接关系到设备的正常运行。所以，机电设备改造过程中的接地，需要正确的知识，合理的选择施工方式为基础。
2、高速公路机电设施接地类型
根据目前的施工要求以及条件，可以把高速公路机电设备的接地划分为以下四种：
2.1 安全接地
高速公路机电设备的安全接地是很重要的，通过与设备的绝缘机构成为设备安全的双重保证。例如外置的摄像和车检器的控制设备以及配电柜，外壳都要通过接地实现安全的要求。在以往例子中，会发现由于配电箱的绝缘层的破坏，外壳未能接地，造成当环境湿度较大时，配电箱对地的电压偏高，造成危险。
2.2 工作接地
现在高速公路中的各种监控以及管理的中心，弱点的设备的广泛分布，都会考虑接地，随着技术的进步，电子元件的安全性越来越高，基本排除了设备需要接地的困难，但是因为雷电的影响，目前还是要求设备使用接地的方式，通过建立接地，保证设备稳定。在实际的高速公路管理中，可以通过对车道，监控室，数据显示屏以及配电室的联合工作接地，既可以达到数据信号反馈以及处理过程的统一，也可以确保接地的稳定性，通过设备的扁钢带的有效接地，同时能够避免雷击的电流流入大地后地电位的升高反击机电设备，造成安全隐患。
2.3 防雷接地
雷电对高速公路机电设备的影响主要是通过两种方式：
第一种是直雷击，对于直雷击的解决方法是使用避雷针或者避雷线的使用，通过人工接引或者使用建筑的金属骨架作为接引的导线，把雷击产生的巨大电流接入大地，达到避免雷击对设备造成的危害。
第二种是感应雷，感应雷除对设备的危害之外，还会危害信号电缆。虽然目前的高速公路开始大面积使用光缆，但是在局限内继续使用电缆，电话线的作为传输介质。如果雷击正好位于附近，静电感应以及电磁感应引起的瞬时电流会造成设备的危险。可以采用在信号两端加装防雷器的措施，避免由于感应雷对高速公路设备造成的危害。
2.4 联合接地
所谓联合接地就是通过高速公路中的建筑的接地系统和设备的接地系统互相的链接形成一个有机的整体，而且将设备的接地和建筑物的防雷接地相连，通过这样一个共同的接地系统，完成对高速公路设备的接地改造。
3、接地电阻的计算方法
为了保证高速公路设备的基地改造能够确实的确保设备的稳定安全，接地电阻是完成这个目的的一个重要指标，为了检测以及估计接地电阻是否能达到要求，需要计算接地系统的接地电阻，而防雷以及过电保护的接地电阻，需要计算其冲击接地电阻。
高速公路设备的基地改造需要从接地极以及接地线两部分考虑。接地极占接地系统主要地位，而接地线主要作为辅助出现。现在需要对此种接地系统的接地电阻进行逻辑运算，可以先通过单根的垂直接地极的电阻运算来完成。
已知：R =k ρΩ
式中：
K一简化计算系数
P一土壤的电阻率，Ω？m。
对于使用2.5m长的钢管或者角钢为接地极，顶部深埋0.8m的接地方式，单根接地极的极低电阻估计为土壤电阻的13.
有些高速公路的施工条件比较困难，土壤结构比较坚硬，接地极的铺设困难，可以使用水平铺设扁钢或者角钢为接地极的方法，满足要求的条件。在突然地电阻已知的情形下，只有通过增加接地极的面积的方式完成对接地电阻的降低，但有时会浪费材料但是作用不理想。
施工过程中，可以采用水平和竖直接地极的混合方法来满足接地电阻的要求，通常使用水平的扁钢串联若干竖直的直钢作为接地极的接地方式。添加的竖直直钢数量越多，水平扁钢会增长，接地电阻越小。需要注意的是采用这种混合接地极的方式，水平接地极长度是有条件的。机电设备的接地系统位于外场时，还需要计算其对冲击电阻的作用。
当高速公路的机电设备处于桥上，设备的接地可以采用两种方式：对于旱桥，可以沿着桥墩布设的接地线，使用桥墩为接地极，对于水桥，能够直接使用桥墩的基座为接地极，通过设备与桥墩的金属骨架的链接为接地线。采用下面方式计算其接地电阻：
Ω
式中：
pS：水的电阻率，Ω？m；
S：钢筋混凝土体与水接触的表面积，m 2。
4、高速公路机电设备接地改造的施工方法
4.1 层叠法
对于垂直接地极的情形，在每个接地极附近，可以开挖一个半径0.25m的圆坑。对于水平接地极，需要开挖一个半米宽小沟，之后在上层轮流铺土壤与食盐7，8层，每层土壤厚度10cm，食盐的厚度为3cm左右，各层加水踩实，加水量可通过一公斤食盐加2升水的数量计算。竖直的电极，每个使用食盐40公斤。
4.2 灌注法
在竖直电极的钢管的身上可以等差的钻上小孔，小孔的直径的大约是1cm，间隔10cm可以钻2-3个，将此钢管埋入地下，埋好后使用漏斗将食盐或者CuSO4 顺着钢管 灌入，是饱和溶液自然的通过钢管身上小孔进入土壤。通常也能使用亚铁氰化铜的饱和溶液，具有良好的导电性，能够与其他化合物成为胶状， 具有很好的稳定性。
4.3 换土法
通过对接地极附近的土壤更换为比原电阻率小4或者910的土壤，之后踩实，能够使得更换后的土壤的电阻率仅为原来的25或者13，更换的土壤可以使用粘土或者砂质的粘土，除此之外，也能够使用焦炭粉以及碎的木屑。
通过对土壤的化学处理更换，既可以降低电阻，也可以提高土壤稳定性。普通的土壤会随着稳定升高，造成土壤的失水，使得接地电阻上升，但是由于含有化学溶剂的土壤，因为水分蒸发，浓度上升，有利于溶液的电解过程，除此之外因为化学药品的原因，使得冰点降低，会低于水，这也是含有化学溶剂土壤的好处。但是，含有化学药品的土壤也有许多的不足：第一会增加腐蚀作用，尤其是盐类。第二可能污染周边的环境，尤其是具有毒性的氰化物以及各种重金属盐类。第三这些化学药品的浓度会随着时间渐渐的降低，要及时的补充。例如食盐就需要在两年左右补充，添加首次的二分之一。所以使用灌注法相对于层叠法更易于补充盐类。换土法在使用低电阻的焦炭或者木屑时，其电阻率会因为湿度，压力的变化而不同，稳定性不好，使用效果较差。
5、结语
随着我国基础设施的飞速发展，逐渐建设起四通八达的高速公路网络，高速公路的机电设备也在快速发展，在充分享受机电设备为我们的生活带来方便的同时，也需要进一步重视机电设备的安全问题，接地改造就成为这其中的重中之重。在进行高速公路设备接地改造的过程，建立安全稳定的接地系统，而且在经过严格的测试条件下，满足各种规范的要求的接地系统，只有这样，才可以既能确保工作人员的人身安全的同时，保证机电设备的稳定运行，避免试过的发生，使高速公路更好的服务社会，最大化的发挥自身作用。
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