高速公路機電設(shè)備防雷技術(shù)分析論文
1、引言
近年來，隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，作為國家基礎(chǔ)建設(shè)性工程的高速公路其建設(shè)規(guī)模不斷擴大，各種機電設(shè)備越來越多的應用于高速公路中。目前應用于高速公路的機電設(shè)備一般由弱電設(shè)備和強電設(shè)備所組成。由于高速公路特殊的建設(shè)環(huán)境，機電設(shè)備極易遭受雷電的干擾。輕者造成設(shè)備損壞，高速公路機電設(shè)備系統(tǒng)無法運行，重者造成人員傷亡，給國家和個人帶來極大損失。因此，探討高速公路機電設(shè)備防雷技術(shù)具有重要意義。
2、雷電對高速公路機電設(shè)備的影響
雷電是自然界常見現(xiàn)象。一般是由于大氣中的冷熱空氣相互摩擦產(chǎn)生了帶不同極性電荷的小水滴，這種不同極性（正負）電荷不斷積累，當達到一定極限值時，就會在不同極性的云團之間、云團與大地之間存在強大電場從而在云團與云團之間、云團與大地之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象。發(fā)生雷電時一般伴隨著降水和冰雹等。雷電有著電壓高、電流大等特點，其爆發(fā)能量巨大，極其容易雷擊電子設(shè)備，由于其對電子設(shè)備巨大的破壞性和危害性，已被定義為電子時代的一大公害。作為一種極具破壞力的強干擾源，雷電從危害性分類可分為直擊雷、感應雷以及球形雷等三種。直擊雷是一種瞬間放電現(xiàn)象，往往發(fā)生在帶電云層與建筑物、帶電云層與大地或帶電云層與防雷裝置之間，直擊雷發(fā)生的同時，還往往伴隨著熱電效應或機械力等一系列的破壞作用。直擊雷時會瞬間增大地球表面的電位，從而造成巨大電位差，巨大的電位差給設(shè)備以及人員會造成嚴重的傷害，同時容易引起火宅。感應雷時，云團與大地之間會產(chǎn)生能量巨大的電場，云團通過潮濕空氣向大地放電，同時也會產(chǎn)生強大磁場，從而對設(shè)備產(chǎn)生嚴重干擾。球形雷是一種發(fā)生幾率極小的雷電種類，它是一種氣體漩渦，一般產(chǎn)生于閃電通路的急轉(zhuǎn)彎處，科學界推測認為它是一團帶有高電荷的氣體混合物，球形雷可以穿過門窗、煙囪等物體，從而進入建筑物，甚至可以在導線上滑動，有時伴隨著“嗡嗡”響聲。多數(shù)球形雷的火球會沒有聲音的消失，但有的在消失時伴隨著爆炸聲，造成能量極大的破壞力，使建筑物倒塌、人和家畜死亡。球形雷在遇人遇物后立即爆炸，威力驚人，同時產(chǎn)生刺鼻的氣味，造成傷亡、火災等事故。目前高速公路機電設(shè)備的`雷擊主要是由直擊雷和感應雷兩種所造成的。直擊雷時，瞬間產(chǎn)生的巨大電位差直接雷擊高速高路建筑物和高速公路機電設(shè)備，造成建筑物的損壞，機電設(shè)備系統(tǒng)的癱瘓，從而使得高速公路交通秩序無法正常運行，嚴重時甚至危及人員生命安全。感應雷時，雷電電流從高速公路機電設(shè)備的電源線纜、通信線路、衛(wèi)星天線等地方進行入侵，由于機電設(shè)備分為弱電設(shè)備和強電設(shè)備，而感應雷對弱電設(shè)備極其敏感，其產(chǎn)生的感應電流通過電源電纜對弱電設(shè)備進行沖擊，從而造成弱電設(shè)備損壞，甚至燒毀等嚴重事故。
3、高速公路機電設(shè)備防雷技術(shù)探討
目前在高速公路機電設(shè)備系統(tǒng)中存在大量的防雷薄弱環(huán)節(jié)，這是因為在高速公路設(shè)計以及施工過程中機電設(shè)備的防雷問題往往容易被忽視所造成的，高速公路機電設(shè)備的雷擊事故時有發(fā)生，從而給國家和個人造成了不必要的損失。高速公路機電設(shè)備的防雷工作是一項極其復雜的工程，防雷工作應該從多個方面、不同角度進行綜合防范，本文主要從機電設(shè)備接地系統(tǒng)防雷、機電設(shè)備信號防雷和場區(qū)機電設(shè)備防雷等三個方面進行防雷技術(shù)探討。
3.1機電設(shè)備接地系統(tǒng)防雷技術(shù)探討
接地在防雷技術(shù)中扮演著重要的角色。對于直擊雷，其防護一般是通過使用避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶等作為接閃器，雷電通過上述接閃器由接地裝置將雷電引入大地；對于感應雷，一般通過同地位接地、屏蔽接地等措施進行相應的防護。因此，將雷電通過接地系統(tǒng)引入大地是目前防雷的一項重要技術(shù)。目前，對于高速公路機電設(shè)備的接地系統(tǒng)主要分為交流工作接地、機電設(shè)備保護接地、直流工作接地等三種。變壓器是交流電路的不可忽略的重要組成部分，對于高速公路機電設(shè)備的交流電路亦是如此。高速公路機電設(shè)備的變壓器是與外部電網(wǎng)進行連接，所以一般安裝在室外，當發(fā)生雷擊時，變壓器就會直接受到雷擊產(chǎn)生的感應電流的沖擊，對其造成損壞，由于變壓器處于供電電路中，從而直接影響了機電設(shè)備系統(tǒng)的正常工作。為了保證變壓器以及機電設(shè)備系統(tǒng)的正常運行，一般對變壓器進行接地處理，接地時直接將變壓器中性點與大地連接，當正常工作時，不影響向機電設(shè)備供電，當發(fā)生雷擊時，通過接地的方式直接進行跳閘保護，這樣既保證了變壓器不被損壞，又保證了機電設(shè)備的安全。機電設(shè)備在正常工作時是一個帶電導體，由于設(shè)備運輸過程中的碰撞或長時間的使用等原因造成機電設(shè)備絕緣作用發(fā)生損害，雷擊時，容易形成機電設(shè)備、人、大地三者之間的電流通路，從而造成觸電危險。因此為了消除這種潛在的人員安全隱患，一般將機電設(shè)備正常工作時的不帶電金屬部分進行接地保護，當發(fā)生絕緣破損時，由于接地裝置的電阻極�。ㄒ话阋鬄�1Ω以下），從而泄漏電流能夠近乎全部的通過接地裝置引入大地，避免觸電危險。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，在高速公路機電設(shè)備系統(tǒng)中，弱電設(shè)備部分主要是由集成電路、微電子元件等電子器件為核心的電路所組成，其主要采用直流電源進行工作，由于弱電設(shè)備對電源要求極其苛刻，極小的電源波動都會使得電路發(fā)生干擾，當直流電源受到外部干擾而發(fā)生波動時，就會給弱電設(shè)備部分帶來巨大沖擊干擾，嚴重時甚至燒毀整個弱電設(shè)備系統(tǒng)。直流工作進行接地，可以有效的將干擾引入大地，從而使得弱電設(shè)備穩(wěn)定工作在同一低壓直流系統(tǒng)中，另外在接地時，將弱電設(shè)備全部引至統(tǒng)一接地系統(tǒng)，從而保證了在信號傳輸過程中的電位參考點相同，有利于弱電設(shè)備中不同類型信號（模擬信號和數(shù)字信號）的傳輸，衰減甚至消除了由于數(shù)模轉(zhuǎn)換所帶來的電磁干擾，提高了弱電設(shè)備處理數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)的準確性，進而避免了弱電設(shè)備受到干擾不能正常工作甚至毀壞問題。
3.2機電設(shè)備信號防雷技術(shù)探討
高速公路機電設(shè)備的傳輸信號類型一般有視頻信號、音頻信號、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡信號、控制信號等幾種，這幾種傳輸信號主要由雙絞線、同軸電纜、光纖電纜等介質(zhì)進行傳輸。除了光纖電纜（保護層為非金屬）外，其余介質(zhì)均容易遭受雷擊，發(fā)生雷擊時，不僅信號受到影響，而且還將雷電的高壓電傳遞給機電設(shè)備，從而造成機電設(shè)備傳輸信號無法正常傳輸，甚至破壞機電設(shè)備，造成高速公路機電設(shè)備系統(tǒng)癱瘓。針對可能發(fā)生的信號雷擊問題，可以在視頻信號線兩端、音頻信號線和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡信號線兩端分別安裝視頻防雷器、音頻防雷器和數(shù)據(jù)防雷器，防雷器有過壓、過流保護功能，在發(fā)生雷擊時，可以將雷電波濾除，從而達到防雷效果。3.3場區(qū)機電設(shè)備防雷技術(shù)探討對于場區(qū)機電設(shè)備的防雷技術(shù)應該分別從外部防雷和外部防雷兩方面進行防雷保護。外部防雷一般是指外場的機電設(shè)備的防雷以及機電設(shè)備外部建筑物的防雷兩種，外場機電設(shè)備一般裸露于外界環(huán)境中，主要包括高速公路路況檢測設(shè)備、緊急電話、氣象監(jiān)測設(shè)備等，除了安裝避雷針外，還應對這些外場機電設(shè)備進行多重防雷（包括信號防雷和電源防雷），另外機電設(shè)備的建筑物也應進行避雷針、接地線等保護措施，例如在機電設(shè)備集中的建筑物，應該以獨立避雷針或者避雷網(wǎng)進行保護，并將電流引至遠離機電設(shè)備所在的區(qū)域。內(nèi)部防雷則應該對機電設(shè)備安裝防雷器、電涌保護器等，例如在機電設(shè)備的總配電柜和各個系統(tǒng)配電箱應安裝電源防雷器，從而對系統(tǒng)內(nèi)的各種用電設(shè)備進行保護。對于大型供電部分如空調(diào)、動力供電等采用獨立的配電系統(tǒng)，以減少雷擊時的互相干擾和關(guān)聯(lián)損失。
4、結(jié)語
雷電是一種不可避免的自然現(xiàn)象，雷擊會引起機電設(shè)備損壞、人員傷亡等危害。對于高速公路機電設(shè)備這一容易遭受雷擊的設(shè)備系統(tǒng)，應該科學合理的對防雷工作進行技術(shù)探討，做好防雷保護措施，積極降低雷電帶來的危害，從而為確保我國高速公路正常運行，推動我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展發(fā)揮重要的作用。
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