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浅议高速公路机电系统雷电危害及防御

高速公路机电系统包括通信、收费、监控设备的弱电设备系统和供配电照明设备的强电设备系统。由于高速公路所涉地域广、距离长、穿越地形复杂，极易受到雷电的干扰。因此，建设一个优良的防雷系统十分重要。
　　一、雷电的危害
　　雷电是一种破坏极大的强干扰源，对机电设备主要影响有两个方面：〔1〕直击雷：庞大的电流，瞬间使地电位升高，庞大的电位差对设备造成损坏。〔2〕感应雷：雷电流产生强大的电磁波，可使电源线、信号线感应极高的脉冲电压，雷电流在流经电气设备时产生高热，对设备造成破坏。
　　二、雷电的防御
　　机电设备通常采纳的防雷手段主要有接地、屏蔽、等电位连接和过电压保护等方法。接地是防雷技术的重要环节，依据其作用和要求，可分为防雷接地(避雷针、避雷带、避雷网的接地)、交流工作接地(电源零线)、安全保护接地(机壳接地、防静电接地)、直流工作接地(逻辑地、信号地)四大类。
　　1．收费站防雷
　　在收费站，应将收费车道、监控机房、配电房的接地网连为一体，互相间用440mm扁钢带不少于两处连接，实现地网均压等电位，防止地电位反击。这样就可消除建筑物上及建筑物内所有设备之间危险的电位差，并减少建筑物内部的磁场强度。收费车道、监控机房、配电房接地系统应尽量采纳建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接起来作为地网，尽量以自然接地物为基础辅以人工接地体补充，外形尽可能采纳闭合。
　　2．监控室雷电防护
　　监控室供配电系统一般采纳三相五线和单相三线的供电制式运行。由于电力线采纳户外线路直接引入为监控室提供有效的能源支持，电力线是重要的引雷途径，必须进行有效的防护。第一级防护：在配电室使用火花间隙放电器对直击雷进行绝大部分汲取。第二级防护：在监控机房电源的输入端加装三相电源避雷器进行二级防护，对第一级火花间隙放电器汲取雷电后残余部分感应雷电进行汲取，使雷电的能量基本汲取完毕。第三级防护：在专用设备输入端加装三级防雷设备，对第二级汲取后，残余的雷电杂波及其它操作过电压、容性负载感性负载引起的浪涌过电压实施进一步的汲取，并对电力线出现的差模干扰、共模干扰实施有效的抑制和汲取。如有条件，应使第一级防雷器件与第二级防雷器件之间拉开直线距离10m以上、第二级与第三级之间拉开直线距离5m以上，利用电力线上的自由电感、自由电阻进行级级解偶，以达到级级保护器的响应时间相配合，实现真正的多级保护；如不能实现利用电力线实施距离解偶时，应该采纳人为的电阻、电感实施LC延迟解偶，以达到多级保护的目的。
　　3． 收费亭防雷
　　收费亭应保证其金属墙体整体电气连通，利用收费岛地基的钢筋网，将收费亭、自动栏杆、通行灯、车道监控摄像机等金属构件可靠电气连通，实现等电位连接。收费亭内的金属机柜、计算机网络及终端设备的金属外壳与已可靠接地的收费亭金属构件应可靠电气连通。
　　4． 外场设备防雷
　　外场机电设备一般包括高速公路两侧的路况检测设备、紧急 、可变情报板等，除安装避雷针外，还应对这些设备进行信号防雷和电源防雷。按传输信号类型可分为：视频、音频、数据、控制信号防雷。通常的防雷措施是在信号线两端安装相应的信号防雷器。信号防雷器有过压、过流双重保护功能，可以有效的滤除信号线路感应入侵的雷电波，起到防雷效果。
　　三、防雷器安装应注意的问题
　　1．在机电系统中常常有几台设备串并接在一起的现象，如422/485通讯形式，这时应实现多级防护，多级防护是以各防雷区为层次，使雷电能量逐级减弱，使各级限制电压互相配合，最终使过电压值限制在设备绝缘强度之内。
　　2．防雷器的保护范围是有限的，一般防雷器与设备线路距离超过10m以上将使防护效果劣化，这是因为防雷器和需要保护的设备之间的电缆上有反射造成的电压，其辐值与线路长度、负载阻抗成正比。
　　3．一般电源防雷器连线长度要求在25cm之内。当连接线长度超过该值时，可以采纳两根以上分开的连接线并接以分担磁场强度，减少压降，单纯加粗连接线是没有什么效果的。
　　4．当串并式防雷器的输出线和输入线、地线靠近敷设，会使输出线内感应出瞬态浪涌，虽然其强度较原来为小，但仍可能是危险的。应使输入线、地线与输出线分开敷设或垂直敷设，尽量减少并行敷设的长度，拉开敷设的距离。
　　5．防雷器的接地应与设备保护地相连，连接线应采纳多股铜绞线，不应采纳单股铜芯线，以便于雷电流泄放。其线径应按等电位连接导体的方法估算。