高速公路機(jī)電設(shè)備防雷技術(shù)研究論文
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，高速公路成為交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。高速公路機(jī)電系統(tǒng)是保障高速公路高效運(yùn)行和有效管理的重要組成部分，隨著高速公路管理技術(shù)信息化、科學(xué)化水平的提高，機(jī)電設(shè)備數(shù)量和種類越來(lái)越多，高速公路機(jī)電設(shè)備面臨的雷電侵害也越來(lái)越多。為了避免造成設(shè)備故障和經(jīng)濟(jì)損失，必須要采用合理的防雷技術(shù)，保障高速公路機(jī)電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。
1、高速公路機(jī)電設(shè)備遭受雷擊的形式及影響
高速公路機(jī)電設(shè)備種類較多、數(shù)量較大，遭受雷擊的可能性比較大。通常情況下，高速公路機(jī)電設(shè)備遭受雷擊的方式主要包括直擊雷和感應(yīng)雷兩種。直擊雷的電壓非常高，產(chǎn)生較大的瞬間電流，對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備危害性較大。感應(yīng)雷時(shí)在雷電的電流導(dǎo)入大地時(shí)，在雷擊部位周邊形成自上而下的強(qiáng)磁場(chǎng)，處于該強(qiáng)磁場(chǎng)范圍內(nèi)的電力設(shè)備和磁場(chǎng)相切割，產(chǎn)生瞬間閃擊現(xiàn)象，從而造成機(jī)電設(shè)備損壞。由于直擊雷的影響較大，破壞形式較為直觀，人們通常重視機(jī)電設(shè)備對(duì)直擊雷的防范，而忽視了感應(yīng)雷的破壞。隨著電子設(shè)備的逐漸普及，感應(yīng)雷的破壞越來(lái)越嚴(yán)重，產(chǎn)生的危害逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。高速公路機(jī)電設(shè)備越來(lái)越多，越來(lái)越依靠諸多電子設(shè)備提升管理效率，對(duì)電子設(shè)備依賴性較強(qiáng)，因此造成感應(yīng)雷的危害和破壞越來(lái)越嚴(yán)重。為了確保高速公路機(jī)電設(shè)備能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，為高速公路工作人員和機(jī)電設(shè)備維護(hù)人員提供安全工作環(huán)境，必須要針對(duì)直擊雷和感應(yīng)雷及其他雷擊形式采用合理的預(yù)防、防范措施，做好雷擊防護(hù)，降低設(shè)備雷擊概率，減少雷擊損失，避免人員傷亡。通過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，在高速公路機(jī)電設(shè)備雷擊事件中，對(duì)設(shè)備造成傷害最為嚴(yán)重的還是感應(yīng)雷，一旦出現(xiàn)感應(yīng)雷，波及和破壞的范圍及空間比較大，可謂是無(wú)孔不入，對(duì)先進(jìn)機(jī)電設(shè)備及微電子設(shè)備危害更大。越是耗能小、技術(shù)先進(jìn)、靈敏度高的.先進(jìn)電子設(shè)備，在面臨感應(yīng)雷破壞時(shí)產(chǎn)生的危害越嚴(yán)重[1]。在高速公路機(jī)電設(shè)備管理過(guò)程中，必須要將防雷技術(shù)和措施落實(shí)到位，結(jié)合先進(jìn)防雷技術(shù)，綜合考慮高速公路機(jī)電設(shè)備所處環(huán)境，做好防雷處理，確保機(jī)電設(shè)備安全。
2、高速公路機(jī)電設(shè)備防雷技術(shù)
�。�1）高速公路機(jī)電設(shè)備防雷接地技術(shù)高速公路機(jī)電設(shè)備防雷接地屬于重要防雷技術(shù)，無(wú)論是直擊雷或是感應(yīng)雷，都需要將傳遞的電壓或電流導(dǎo)入大地。構(gòu)建良好的接地系統(tǒng)，能夠最大限度保障機(jī)電設(shè)備安全，確保工作人員人身安全。接地系統(tǒng)對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要保障作用。防雷接地包括多種形式，按照機(jī)電設(shè)備防護(hù)雷擊所需要發(fā)揮的作用和防雷要求，可以將防雷接地分為4個(gè)類型，主要包括交流工作接地、防雷接地、直流工作接地和安全保護(hù)接地等類型。現(xiàn)階段，大規(guī)模集成電路技術(shù)方面逐漸成熟，出于對(duì)濾波器分辨率的需要，已經(jīng)妥善解決電子技術(shù)對(duì)共時(shí)信號(hào)的互相干擾問(wèn)題，從而確保聯(lián)合接地成為可能，推動(dòng)共地技術(shù)的深入發(fā)展。高速公路收費(fèi)站中，要將配電房、監(jiān)控機(jī)房和收費(fèi)車道的地網(wǎng)連接為一體，采用扁鋼帶作為介質(zhì)相互連接，從而使地網(wǎng)均壓等電位防止電位反擊。通過(guò)采用此種措施，消除建筑物和建筑物內(nèi)的機(jī)電設(shè)備的電位差，從而削弱建筑物內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，降低感應(yīng)雷的破壞強(qiáng)度。通過(guò)采取等電位連接方式，能夠?qū)⑹召M(fèi)站等建筑物內(nèi)的機(jī)電設(shè)備避雷和防雷能力明顯提高，同時(shí)可放寬接地電阻要求，從而降低收費(fèi)站建筑成本，降低施工難度，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益[2]。
�。�2）機(jī)電設(shè)備防雷措施高速公路交通網(wǎng)絡(luò)中，容易遭受雷擊的主要包括收費(fèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控系統(tǒng)和電源線路、機(jī)電設(shè)備電子部分等部位。為了降低雷擊對(duì)機(jī)電設(shè)備的破壞，必須要重視關(guān)鍵環(huán)節(jié)的防雷、避雷。
�。�2.1）監(jiān)控系統(tǒng)的防雷高速公路收費(fèi)站設(shè)置行車監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)，通常都是按照車道的多少設(shè)置6路以上攝像機(jī)，為了避免諸多攝像機(jī)遭受雷擊，從而造成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的破壞，必須要在每臺(tái)攝像機(jī)控制線路位置增加485防雷器，采用就近原則，將防雷器連接在攝像機(jī)外殼上或者直接接地連接。將各臺(tái)攝像機(jī)的視頻輸出端子安裝BNC型防雷器，實(shí)現(xiàn)就近接地或連接外機(jī)殼。攝像機(jī)視頻連接線接入監(jiān)控機(jī)房后，要將各個(gè)控制端口、視頻輸入端口位置安裝485防雷器和BNC防雷器。鋪設(shè)攝像機(jī)視頻線路時(shí)，要將視頻線穿過(guò)金屬管后埋于地下，防止放置地面上造成雷擊破壞[3]。
�。�2.2）機(jī)電設(shè)備電子防雷在安裝有監(jiān)控系統(tǒng)及其他機(jī)電設(shè)備的建筑物內(nèi)，要嚴(yán)格按照建筑物防雷等級(jí)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，在重視外部防雷的同時(shí)，要進(jìn)行內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)。在建筑物內(nèi)部，必須要安裝必要的電涌保護(hù)器，防止電纜線路遭受雷擊，造成電源輸入雷擊破壞。在電子信息系統(tǒng)中，要做好均壓等電位、瀉流分流和屏蔽防雷措施。在同一層或同一部位的不同金屬構(gòu)件、設(shè)備外殼、管道及電纜外皮等位置做好等電位連接，實(shí)現(xiàn)均衡電位，避免建筑物內(nèi)產(chǎn)生反擊或跨步電壓，從而減少雷電電磁脈沖對(duì)電子設(shè)備的干擾，減少對(duì)人員的傷亡。瀉流分流是將引下線、接閃器和接地將雷電分流入地，從而通過(guò)保護(hù)設(shè)備和部件避免雷擊造成系統(tǒng)設(shè)備反擊。采用法拉第屏蔽籠、屏蔽箱盒、屏蔽電纜等措施，利用可以利用的自然屏蔽體，防止繞擊雷、側(cè)擊、球雷襲擊，從而達(dá)到防御雷電電磁脈沖，衰減及阻擋施加在設(shè)備上的電壓能量。
�。�2.3）通信系統(tǒng)和交流配電系統(tǒng)防雷接地措施高速公路機(jī)電設(shè)備中，通信設(shè)備是穩(wěn)定服務(wù)工作及實(shí)現(xiàn)傳輸設(shè)備安全的重要保障，由于通信系統(tǒng)的跨度較大，必須要做好通信系統(tǒng)的防雷接地工作。在傳輸設(shè)備機(jī)柜上可以提供兩個(gè)接地螺栓，采用單點(diǎn)接地方法接入大地，其中一條為傳輸設(shè)備工作底線（GND），主要用于連接各種直流工作電源地線，另外一條為二次保護(hù)電路地線（PGND），在接入大地可泄放經(jīng)一次保安單元后剩余的電荷。對(duì)于交流配電系統(tǒng)而言，要提供一個(gè)獨(dú)立的交流安全地，并將交流電網(wǎng)提供的保護(hù)地線斷開(kāi)，如果無(wú)法做到這一點(diǎn)，也可以與配線架防雷地公用，但要安裝電源防雷裝置，以防交流電網(wǎng)出現(xiàn)干擾信號(hào)[5]。
�。�2.4）收費(fèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備防雷措施高速公路收費(fèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)電設(shè)備較多，同時(shí)拓展面較廣，容易遭受雷擊破壞。通常情況下，收費(fèi)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)路由器的雙絞線網(wǎng)線位置、計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡端口位置必須要安裝RJ45防雷器，避免網(wǎng)絡(luò)線路導(dǎo)入雷擊電流，造成計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損壞。在連接收費(fèi)站計(jì)算機(jī)的路由器和監(jiān)控機(jī)房之間的同軸電線兩端位置，分別安裝RJ45接口和RJ45防雷器。此外，還要將各個(gè)端口安裝的防雷器按照就近原則分別接地或連接機(jī)器外殼。
（2.5）電源線路防雷高速公路使用高壓電線時(shí)，必須在接入的三相電源變壓器位置各相接地處安裝避雷器。避雷器材質(zhì)盡量選擇氧化鋅材料。在電源變壓器外殼、電源低電壓一端的零線、電纜金屬外殼都應(yīng)該按照就近原則連接到地上或接地端。電源變壓器和配電房之間的低電壓電纜電路都采取地下布線方式，將電纜電線穿入金屬管中，深埋于地下，避免地面雷擊。配電房到監(jiān)控機(jī)房的輸電電路也要埋入地下并采用屏蔽措施。收費(fèi)站建筑內(nèi)的配電箱電路兩頭的屏蔽部分要就近接地。收費(fèi)站使用的是弱電，要在電纜兩端分別安裝B220/20KA型單相電源防雷器，采用屏蔽電纜并埋于地下。在監(jiān)控室配電箱內(nèi)安裝B380/40K型電源防雷箱，通過(guò)遠(yuǎn)程主動(dòng)防御報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。將B380/80KA型電源防雷箱安裝在配電室的低壓配電屏上，吸收電源線上的高強(qiáng)度浪涌電流，避免雷擊強(qiáng)電流破壞機(jī)電設(shè)備。高速公路所有戶外攝像機(jī)的電源輸入端都需要安裝電源防雷器，采用串聯(lián)的方式進(jìn)行連接（串聯(lián)連接方式如圖1所示）。處于高速公路路中及露天狀況下的攝像機(jī)必須要在安裝攝像機(jī)的線桿上設(shè)置避雷針，避免雷擊破壞攝像機(jī)，從而導(dǎo)致電流進(jìn)入攝像機(jī)視頻線，導(dǎo)致整個(gè)攝像機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)受到破壞[4
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