芻議高速公路機(jī)電系統(tǒng)過電壓保護(hù)與防雷接地設(shè)計(jì)

陳志強(qiáng)

廣東新粵交通投資有限公司

芻議高速公路機(jī)電系統(tǒng)過電壓保護(hù)與防雷接地設(shè)計(jì)

陳志強(qiáng)

廣東新粵交通投資有限公司

本文主要從高速公路機(jī)電系統(tǒng)過電壓保護(hù)與防雷接地設(shè)計(jì)的重要性出發(fā)并重點(diǎn)分析了高速公路機(jī)電系統(tǒng)的過電壓入侵途徑和高速公路機(jī)電系統(tǒng)防雷接地設(shè)計(jì)兩方面。

機(jī)電系統(tǒng)；高速公路；防雷接地設(shè)計(jì)

高速公路防雷系統(tǒng)工程中房建防雷與機(jī)電系統(tǒng)防雷應(yīng)具有良好協(xié)調(diào)性，機(jī)電設(shè)計(jì)中防雷部分在設(shè)計(jì)上需有良好的綜合性和系統(tǒng)性，即在技術(shù)參數(shù)的確定、防雷產(chǎn)品選型、施工材料的選取、防雷器安裝等方面都要深入研究和探討，防雷系統(tǒng)方案要完整 , 技術(shù)指標(biāo)和工藝要求要明確。

1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)過電壓保護(hù)與防雷接地設(shè)計(jì)的重要性

現(xiàn)階段，電子科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使得人們對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)安全穩(wěn)定性的需求越來越大。然而，在實(shí)際進(jìn)行公路工程路基路面的施工過程中，會(huì)給其沿線的土壤電阻率造成一定影響，這就使其成為了雷電或雷擊感應(yīng)的薄弱點(diǎn)。在此情況下，高速公路的機(jī)電系統(tǒng)就會(huì)遭受不同程度的雷電侵害。例如，部分機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備功能喪失，嚴(yán)重的甚至能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，這就給公路涉及的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)以及工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本帶來隱患和損失。長(zhǎng)此以往，高速公路網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)水平將難以得到快速發(fā)展。因此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)在明確高速公路機(jī)電系統(tǒng)過電壓保護(hù)問題的前提下，找出具體控制的措施。

2 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的過電壓入侵途徑分析

2.1 輻射耦合的入侵

高速公路機(jī)電系統(tǒng)的過電壓輻射耦合入侵方式，是以雷電產(chǎn)生的電磁脈沖作用于周圍的媒介來向外傳播的。換句話說，就是以電磁波的形式來影響公路工程機(jī)電系統(tǒng)的過電壓保護(hù)。電磁波的輻射耦合途徑包括：電纜、天線以及機(jī)殼等。

2.2 傳導(dǎo)耦合的入侵與控制

高速公路機(jī)電系統(tǒng)的過電壓入侵，主要是通過電子設(shè)備與系統(tǒng)電子設(shè)備之間的傳導(dǎo)耦合來實(shí)現(xiàn)作用的。此過程，傳導(dǎo)耦合的作用是通過雷電流與電子設(shè)備之間的電路連接來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，雷電流就會(huì)沿著機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)的連接電路，影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行。

這里指的系統(tǒng)連接線路包括：電源線、連導(dǎo)線以及信號(hào)線等。而系統(tǒng)過電壓的傳導(dǎo)入侵也可按照耦合方式的不同，分為電容性耦合、阻抗性耦合以及電感性耦合。對(duì)其進(jìn)行控制可通過在系統(tǒng)的控制回路中安裝浪涌保護(hù)器，以降低線路的阻抗和電源內(nèi)阻。值得注意的是，由于電感性耦合引起的感應(yīng)過電壓入侵，是與雷電流的工作頻率成正比的。因此，系統(tǒng)建設(shè)人員可通過減小互感，來實(shí)現(xiàn)高速公路機(jī)電系統(tǒng)的過電壓保護(hù)。

3 高速公路機(jī)電系統(tǒng)防雷接地設(shè)計(jì)分析

3.1 明確防雷接地的設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)高速公路防雷接地系統(tǒng)的過程中，設(shè)計(jì)人員要充分考慮工程所處的環(huán)境影響因素、雷電活動(dòng)情況、設(shè)備布設(shè)情況以及雷擊造成問題的影響范圍等。具體來說，設(shè)計(jì)人員可綜合采用分流、接閃、屏蔽、均壓、共用接地以及合理布線等電磁脈沖防護(hù)措施。此過程，接地設(shè)計(jì)人員要以綜合治理、全面規(guī)劃以及應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)為核心，從而實(shí)現(xiàn)高速公路機(jī)電系統(tǒng)的防雷接地設(shè)計(jì)應(yīng)用效果。

3.2 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)采用的防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大多為共用接地系統(tǒng)，其是由等電位連接網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)的接地裝置組成的。而接地裝置是由人工接地體和自然接地體組成。因此，在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員要先保證接地電阻值接入的電子設(shè)備為最小值。對(duì)于接地裝置的設(shè)計(jì)使用，要采用自然接地體，即建筑物的基礎(chǔ)鋼筋、收費(fèi)島、收費(fèi)大棚支柱的基礎(chǔ)鋼筋以及車道的基礎(chǔ)鋼筋等。此外，在設(shè)置機(jī)電系統(tǒng)空地建設(shè)的過程中，要將人工水平接地體與垂直接地體的間距控制在5m以內(nèi)。這樣一來，就能降低地方限制所帶來的設(shè)計(jì)影響。

3.3 直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)高速公路防雷設(shè)計(jì)的規(guī)范內(nèi)容，將收費(fèi)亭和監(jiān)控中心大樓所能承受的雷擊次數(shù)設(shè)置在0.06次/a以上，即二類防雷建筑工作。具體來說，設(shè)計(jì)人員可按照滾球法來設(shè)計(jì)直擊雷的防護(hù)效果。首先，設(shè)計(jì)人員要確定避雷針的布局、樹木以及高度等指標(biāo)參數(shù)，以保證其具有保護(hù)高速公路收費(fèi)亭以及監(jiān)控中心大樓各類通信天線安全的效果。其次，作用于收費(fèi)亭的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)，可將金屬構(gòu)架、金屬頂棚、金屬支柱以及路面的基礎(chǔ)鋼筋作為引下線、接閃器以及其他相關(guān)的接地裝置。此外，對(duì)于廣場(chǎng)的照明設(shè)備、道路，也要通過設(shè)置避雷針以保證人員使用的安全穩(wěn)定性。最后，設(shè)計(jì)人員還要對(duì)廣場(chǎng)的攝像機(jī)、情報(bào)板以及立柱等場(chǎng)外設(shè)備，設(shè)置避雷針以實(shí)現(xiàn)與場(chǎng)外電子設(shè)備的接地共用。

3.4 屏蔽和等電位處理設(shè)計(jì)

由于高速公路的監(jiān)控中心大多設(shè)置在建筑物的低層，因此雷擊屏蔽及等電位處理設(shè)計(jì)人員，應(yīng)使建筑結(jié)構(gòu)中的金屬門窗框與鋼筋形成一個(gè)屏蔽籠。具體可在監(jiān)控中心機(jī)房底部通過預(yù)設(shè)等電位連接端子板，以實(shí)現(xiàn)防雷接地系統(tǒng)電氣的就近連接。對(duì)于機(jī)房的外墻結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)鋼筋的設(shè)備應(yīng)加密，即將鋼筋的網(wǎng)孔控制在200×200mm以內(nèi)。這樣一來，鋼筋結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)與門窗的電氣連接，從而形成一個(gè)完整而可靠的屏蔽籠。

3.5 感應(yīng)雷及雷擊電磁脈沖(LEMP)的防護(hù)設(shè)計(jì)

由于感應(yīng)雷及電磁脈沖所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，是通過高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸線、電源供電線路以及各種管線而形成了瞬間高電壓脈沖。這種電磁脈沖會(huì)嚴(yán)重破壞機(jī)電系統(tǒng)中的各類用電設(shè)備以及微電子芯片。一方面，設(shè)計(jì)人員要對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行防雷處理。相關(guān)研究表明，進(jìn)、出建筑物的信號(hào)線纜主要作用于：直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B)、直擊雷非防護(hù)區(qū)(LPZ0A)以及第一防護(hù)區(qū)(LPZ1)交界處。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過設(shè)置具有配套適用性的SPD，來保護(hù)車輛檢測(cè)信號(hào)輸入處、收費(fèi)亭網(wǎng)絡(luò)信號(hào)以及電動(dòng)欄桿的控制信息等。另一方面，防雷接地設(shè)計(jì)人員還要電源系統(tǒng)采取相應(yīng)的控制措施。具體來說，設(shè)計(jì)人員要在直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B)、直擊雷非防護(hù)區(qū)(LPZ0A)以及與第一防護(hù)區(qū)(LPZ1)交界處，通過安裝能夠承受I級(jí)分類試驗(yàn)的限壓型浪涌保護(hù)器和浪涌保護(hù)器作為第一級(jí)防雷保護(hù)設(shè)備。這里指的具體內(nèi)容包括：變電所、配電房處的變壓器高以及低壓側(cè)應(yīng)分別安裝適配的電源SPD等。

4 結(jié)束語

綜上所述，高速公路機(jī)電系統(tǒng)的過電壓保護(hù)工作，要在明確不同入侵途徑的前提下，通過安裝浪涌保護(hù)器與減小互感來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。而防雷接地設(shè)計(jì)要按照雷擊的類型，對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)，以提高接地設(shè)計(jì)的作用效果。

[1]柳志江,李杏,葉明,鄒治寰. 淺談茂湛高速公路機(jī)電系統(tǒng)的防雷保護(hù)[J]. 科學(xué)之友,2012,04：38-39.