刍议高速公路机电系统防雷的重要性与防护技术

摘要 高速公路机电系统防雷设施是高速公路机电系统建设过程中一项不可忽视的措施，尤其是雷害重灾区的高速公路机电系统建设更加重要。各地的公路建设管理部门在机电系统设计和建设过程中，都应对有关的专业防雷规范和设计方法进行严格控制。然而，受到管理力度不一致、机电工程运营管理以及建设主体不同等因素的影响，高速公路机电系统防雷在应用、设备、技术和管理方面常会出现一些问题。本文就对高速公路机电系统防雷设置的重要性和防护技术进行了分析。

关键词 高速公路；机电系统；防雷；重要性；防护技术

中图分类号 TM862 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0180-01

高速公路的通风照明、收费、监控与通信系统为一个具有强大功能的电子、电器系统，也称为高速公路机电系统。受到高速公路建设易受雷电的危害和干扰、地形复杂、距离长、涉及地域广等因素的影响，仅仅在高速公路机电系统中建设避雷针已经无法完全满足高速公路收费、监控、通信系统以及微电子设备、通信、电子的实际需要。为了进一步满足高速公路建设和运行的各项需要，我国高速公路机电系统的防雷建设，已经逐渐发展到了综合防雷工程阶段。防雷已经逐渐成为了一项系统性的工程，主要涉及公用接地系统、合理系统的接地、防感应雷击的电涌保护器（SPD）的安装、综合布线的规范、屏蔽措施、等电位连接措施、直击雷的防护等六个主要组成部分。所以，在高速公路机电系统防雷设计和建设中，不仅需要避免受到直击雷的影响，同时应避免受到雷击电磁脉冲和感应雷的损害，实现两者的相互补充、有机结合，共同形成一套较为完善的防雷体系。

1 防雷设计说明

系统防雷设计通常涉及内部防雷和外部防雷两个方面，其中，内部防雷系统主要目的在于为建筑物内部的人员和设备的安全提供保护，在受到防雷保护的设备前端设置一定的避雷器，从而形成一个集大地、线路与设备于一体的等电位体；外部防雷系统主要涉及接地极、引下线、避雷带、避雷针等方面，主要目的在于为建筑物本体防止受到雷击提供保护，利用引下线、避雷带、避雷针等将击中建筑物的雷电输送至地下。

在建筑物之外阻拦雷电流，通过内部设施将雷击造成的雷电流完全泄放入地，从而为后接设备的安全提供保证。接地、引下线和避雷带等共同形成了外部防雷系统，其主要目标在于为防止建筑物本体受到雷击提供保护，从而避免其发生人身安全事故及火灾事故。电气设备所受的雷电影响主要包括下述四个方面，即开关过电压、感应雷、传导雷、直击雷。

2 雷电防护设计

2.1 感应雷的防护

感应雷能够经过天馈线、网络线、视频线和电力电缆等进入建筑物，因为电力电缆的雷电波传输损耗较小，且距离较长，因而更加易于受到感应雷侵入的影响，相关研究结果证实，感应雷所导致的雷击事故发生率在80%左右。所以，加强建筑物系统内部设备的感应雷防护措施具有十分重要的作用，尤其是电源部位。

感应雷还能够利用空间感应对通信站内部的线路造成损坏，尽管感应雷通过机壳和建筑物的屏蔽作用影响后，其能量会大大衰退，但很多站内电信系统都不具备较强的抗过压能力，若得不到有效的处理，则会造成更加严重的设备故障。

基于防雷器的系统防护措施是最为可靠、经济、简单的感应雷电防护方法，防雷器也被称为防雷保安器、涌浪抑制器、过电压保护器或等电连接器，防雷器能够在产生瞬间态现象后，保持两端电位的一致性，或是将其控制在一定的范围之内，并向有源导体上转移。防雷器自身需要具备一定的阻燃能力，即便发生自毁或失效也不会起火。电源避雷器同时应具备失效分离设备，在失效后可以与电源系统自动断开，并不会对通信电源系统的有效运行产生影响。

2.2 直击雷的防护措施

第一，接地体。接地体指的是具有散流作用的土壤中导体，接地体通常应满足下述条件：40×4mm以上的扁钢，50×50×5mm以上的角钢，3.5mm以上的壁厚，50mm以上的直径。通过把多根接地体共同连接成地网，布置地网时通常选择环型地网，通常环型地网的附近连接，从而保持内部电位和雷电流散流的均衡。垂直接地体长度通常在1.5m至2.5m之间，埋线深度在0.8m左右，地极间隔保持在5米左右，水平接地体深度为1m，并向建筑物外将其引出50m内的长度。通常选择建筑物基础钢筋做接地体进行框架结构建筑。

第二，引下线。引下线的主要目标在于安全地将接闪器中的雷电流完全泄入地下，且引下线的数量应在两根以上，且对称均匀地分布在建筑物附近，引下线之间的距离通常在18m以内，通过焊接的方式连接引下线，并将其焊接于各层均压环上，选择相同面积的扁钢或是10mm圆钢形式的引下线。若建筑物为框架结构，则将建筑物内的钢筋作为防雷引下线。

第三，接闪器。避雷针及其相关产品包括避雷网、避雷带、避雷线等接闪器。建筑物的接闪器通常选择避雷网，以降低建筑雷击事件的发生率。若屋面存在天线等有关的通信设备，则可通过避雷针等设施进行局部保护，避免接闪器高度过大，进而提高建筑物雷击事件的发生率。避雷网网格的大小通常在10m×10m左右，可靠连接避雷网和避雷针。

3 总结

现阶段，仍未形成一套相对固定的高速公路机电系统防雷设计模式，其主要原因在于，防雷系统的设计会在很大程度上受到多种复杂因素的影响，主要涉及系统设备内部的布局和种类、当地的气候环境、地理位置、机电设备的类型等等。所以，对高速公路机电系统防雷设施进行系统调查，因地制宜地开展防护措施设计，有助于为各种系统和设备的有效运行提供保证，防止雷击对人员和设备造成伤害和损伤。

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