高速公路隧道机电系统防雷措施

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摘要：结合某工程实例，对高速公路隧道机电系统遭受雷击的形式进行分析，给出机电系统的防雷措施，包括对机电系统的接地防雷措施、预防电磁脉冲措施及具体的防雷处理等，希望可以通过防雷措施的合理运用，避免隧道机电系统遭受雷击现象的发生。

关键词：隧道；机电系统；防雷措施

1工程概况

某高速公路工程设计全长22.9km，公路所在地属于山区，周围山体众多，因此该公路施工多采用隧道形式，隧道内部设置有机电系统，用以保障隧道内的安全行车，工程施工前经勘查得知，该地区雷电天气较多，要求施工单位做好隧道内机电系统的防雷措施。

2公路隧道机电系统防雷措施研究

2.1遭雷击形式

（1）本工程隧道机电系统遭受雷击的形式大致分为两种，直击雷及感应雷。直击雷指雷电直接击中机电系统，导致机电系统瘫痪无法正常运营，直击雷瞬间电流巨大，对系统的隧道机电的危害极高；感应雷是雷电击中地面，雷电进入地面后产生磁场，进而对机电系统的电子设备产生影响[1]。（2）传统隧道机电系统采用电子设备较少，受直击雷的影响较大。采用的直击雷防护措施较多。本工程采用的电子设备较多，因此在隧道防雷系统中要更注重对感应雷的防护，保证机电系统的正常运营。

2.2防雷措施

2.2.1采用防雷接地技术（1）高速公路隧道机电系统的防雷工作中最重要的就是接地技术，接地是指对机电系统采用相应的措施，使雷电对机电系统产生的电流可以及时导入大地，避免对系统造成伤害。在本工程隧道机电系统建设过程中，施工单位应做好接地设计，实现系统的防雷目标。（2）防雷接地技术从不同防护性能上划分可分为四种，包括防雷接地、交流电接地、直流电接地、安全保护接地，其中防雷接地是为了防止雷击；交流电与直流电接地主要是为了防止隧道系统中的电流危害，避免产生安全事故；安全保护接地主要是为了防止电磁脉冲对隧道机电系统的影响。在工程隧道机电系统中采用防雷接地和安全防护接地，在进行防雷接时要注意将机电系统的监控中心、配电中心、通风中心等各个位置进行接地，连接应采用扁钢带为介质，此类材料可以使地网呈现等电位状态，有效地防止发生反击现象[2]。2.2.2电磁脉冲防护措施2.2.2.1设置防雷屏蔽本工程高速公路隧道机电系统中采用的电子设备数量较多，采取防雷措施较为到位，遭受直击雷的概率小，而电磁脉冲对机电系统的冲击较为明显，因此，要预防电磁脉冲对机电设备带来的影响。施工单位要做好机电设备、线路的屏蔽工作，将机电设备采用金属壳、金属网进行保护，在线路进行铺设时，采用金属槽进行覆盖，做好金属管槽的连接工作，以隔绝电磁脉冲对设备的影响。2.2.2.2等电位连接（1）电磁脉冲是雷击时产生的瞬时高压，其与附近金属物体形成电位差，从而引起电压反击，对机电系统中的设备造成影响或破坏，因此，为避免电磁脉冲产生的影响，施工单位可以采取等电位连接的方式来平衡产生的电位差，从而避免出现电压反击现象[3]。（2）为实现等电位连接，施工单位可以在本工程隧道内设置等电位连接带，贯穿于整个隧道。连接带每50m进行一次接地设置，及时将电磁脉冲传输至大地，隧道内的电子设备可以预留等电位连接口，通过连接口实现与等电位连接带的连接，所有的设备均应进行连接，不得出现遗漏。隧道内的线缆应沿着隧道方向分开布设，在距离隧道洞口100m的位置，采用金属进行架设，并与等电位连接至少两个电位；隧道周围或出入口处采用的金属广告牌、标志、路灯和信号灯金属杆、摄像机金属支架等设施，均应与隧道内的等电位连接点相连，连接时采用就近原则，如距离超过20m以上可设置独立的接地装置。2.2.2.3安装SPD防雷系统（1）SPD防雷系统是一种有效预防电磁脉冲的装置，它可以对隧道内的通讯装置、照明系统、监控装置等各种机电实时保护，使其避免受到电磁脉冲的干扰及破坏。其主要原理是通过在机电设备输入端和输出端的位置安装电涌保护器，当存在电磁脉冲的影响时，此装置将电磁脉冲通过接地设施导入大地中，从而实现对设备的保护[4]。（2）结合工程隧道内使用的设备类型、位置，不同的设备电涌保护器的安装要求也存在差异。对隧道内的配电箱中应安装II级实验要求的电源电涌保护器，对隧道外的配电箱中安装I级实验要求的电源电涌保护器；对隧道内的监控器将电源电涌保护器安装在电源端，并在输入端安装信号电涌保护器，对隧道外的监控器、摄像头等设备应将电源电涌保护器安装在UPS电源端口处，信号电涌保护器安装在金属线的输入端。2.2.3具体防雷处理2.2.3.1变电室防雷处理变电室主要是为隧道机电系统提供电能，保证隧道系统的正常工作，一旦变电室遭受雷击，整个隧道系统将直接进入瘫痪状态。因此，在设置本工程变电室时要做好防雷措施，①施工单位应在变电室构筑物附近安装避雷针或设置避雷网，避免直接遭遇雷击。②变电室高压侧、低压侧以及所有线路上均要安装避雷针，防止雷电沿线路进入对设备造成损害。③变电室中的设备要定期进行检修，排除可能遭受雷击的隐患。2.2.3.2电源线路防雷处理①进行高速公路隧道供电线路防雷处理时，应在线路所在的变压器位置设置避雷器，保护电源的安全，避雷器最好选用氧化锌材料，此类材料对雷电的隔绝性能强，避雷效果好[5]。②在电源线路铺设时，最好将其设置于地下，并将线路周围采用金属管进行保护，金属管道可以有效地避免线路遭受雷击。③线路安装完成后，要做好提醒措施，设置警示标牌，提醒周围人员此处存在线路，避免线路的金属保护层遭受人为破坏，丧失防雷效果。2.2.3.3机房防雷保护（1）在设置机房时，为避免其遭受雷电的直接侵害，需要对机房的选取地址进行详细调查，避开易遭受雷击的位置，并对机房及周围的构筑物实行全方位保护，合理布置避雷针等装置。（2）机房内采用防静电的地板，机房的墙面及天花顶采用具有扩散性的材料，防止雷电对机房内部设备造成破坏，在机房的地板下方要设置等电位接口，然后将机房的导电元件与接口相连接，使其形成等电位，避免电磁脉冲的影响，最后，机房顶部的梁柱之间、外墙与电子设备之间的距离要控制在1m以上，使其具有独立性，保证不会因机房遭受雷电攻击后，所有设备全部遭受影响[6]。

3结语

高速公路隧道机电防雷工程是一项系统的工程，由于高速公路隧道中使用的机电设备种类繁多，如无法合理设置防雷系统，则极易发生雷击灾害，给高速公路的建设方造成直接经济损失，同时严重人们的出行，因此，施工单位应加强对高速公路隧道防雷工作的重视，合理地进行隧道机电防雷系统的布置，保证隧道机电设施的安全运行。

参考文献：

[1]张淑霞，吴安坤，曾勇.北盘江大桥的雷电防护设计[J].现代建筑电气，2019（12）：27-30.

[2]陆人治，方辉，李思遥.隧道配套设施的雷电防护设计[J].浙江气象，2011，32（1）：41-45.

[3]蔡智敏.高速公路机电设施雷电破坏的分析与治理[J].西部交通科技，2020（1）：144-147.

[4]王党华.高速公路机电养护信息化管理策略分析[J].价值工程，2011（20）.

[5]徐娜.高速公路机电系统安全运行管理及其评价研究[D].长安大学，2009.

[6]郭勇.关于高速公路机电设备的维护与管理的分析[J].电子世界，2013（12）.

作者：邢健 单位：河北交通投资集团承秦高速公路承德段有限公司