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摘要：國(guó)家有關(guān)防雷保護(hù)技術(shù)措施的規(guī)定已經(jīng)非常詳細(xì)，有關(guān)參數(shù)指標(biāo)也十分明確。但因?yàn)楣窓C(jī)電系統(tǒng)的施工往往要滯后于土建工程，如果設(shè)計(jì)階段再出現(xiàn)某些環(huán)節(jié)的疏漏或脫節(jié)，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中就可能造成技術(shù)匹配混淆，甚至出現(xiàn)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的混亂和交叉干擾。本文對(duì)目前公路機(jī)電系統(tǒng)防雷經(jīng)常被忽略的幾類問(wèn)題予以梳理澄清，以期對(duì)完善防雷保護(hù)的系統(tǒng)措施有所借鑒。

相對(duì)于高速公路隧道內(nèi)部的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，隧道外部的遠(yuǎn)程控制設(shè)備更加繁瑣，高速公路隧道外部的傳輸設(shè)備更具面廣的流散性特點(diǎn)。盡管在道路施工的時(shí)候，高速公路的電子設(shè)備裝置了防雷系統(tǒng)。但時(shí)至今日，在高速公路隧道電氣設(shè)備方面，雷雨天氣對(duì)其的隱患仍然很大。

1、高速公路機(jī)電設(shè)備雷擊事故原因分析

當(dāng)自然界帶電積云靠近地面并與地面凸起物之間電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)空氣擊穿強(qiáng)度后便會(huì)發(fā)生激烈的放電現(xiàn)象，每個(gè)放電過(guò)程都包括先導(dǎo)放電、主放電和余光放電三個(gè)階段。雷暴過(guò)程所產(chǎn)生的強(qiáng)大電壓將釋放大量極具破壞力的熱能。雷電通常通過(guò)直擊雷和感應(yīng)雷的形式入侵電子設(shè)備。直擊雷就是雷電直接擊中線路，其雷擊過(guò)電流經(jīng)由電氣設(shè)備入地；感應(yīng)雷則是由電流引發(fā)磁場(chǎng)變化以及導(dǎo)體感應(yīng)到過(guò)電壓及過(guò)電流后所形成的雷擊，感應(yīng)雷對(duì)高速公路低壓機(jī)電設(shè)備破壞較大[1]。

2、高速公路機(jī)電系統(tǒng)防雷措施

2.1外部防雷措施

（1）接閃器。接閃器主要是依照建筑物所處的位置以及重要性和結(jié)構(gòu)特征等對(duì)是否使用避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷針等進(jìn)行綜合考慮，使用合理的方式進(jìn)行接閃器:控制。（2）引下線。在引下線使用時(shí)需要注意對(duì)機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕度是否符合標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，保證連接的牢固性。（3）接地裝置。在避雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加強(qiáng)接地系統(tǒng)的管理是非常重要的，可以將雷電快速的引入大地當(dāng)中，不管是感應(yīng)雷還是直擊雷等都可以通過(guò)這樣的方式進(jìn)行控制和處理。為了安全的將雷電的能量快速的分流到大地，防止設(shè)備出現(xiàn)過(guò)度損耗等情況，公路建筑及其內(nèi)部的電源設(shè)備、弱電設(shè)備、通信系統(tǒng)都需要做好防雷接地處理，機(jī)房弱電系統(tǒng)的防雷接地需要綜合化的進(jìn)行路線分析，加強(qiáng)電氣相通,將電磁屏蔽作用充分地發(fā)揮出來(lái)。

①交流電源防雷接地。在交流電源防雷接地的過(guò)程中，主要是為了控制變壓器等設(shè)備免遭雷擊。雷電的感應(yīng)電流通過(guò)線路會(huì)對(duì)變壓器出現(xiàn)沖擊，導(dǎo)致變壓器在安全運(yùn)行過(guò)程中受到影響，因此需要重視將變壓器中性點(diǎn)與地之間的相連，就算出現(xiàn)了事故，變壓器也可以自動(dòng)跳閘對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

②直流工作接地。直流工作接地也是非常重要的，在當(dāng)前社會(huì)快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，信息化逐步成為大勢(shì)所趨。計(jì)算機(jī)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展具有非常重要的作用，計(jì)算機(jī)逐步引入到各種監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，在此過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多弱電設(shè)備。這些弱電設(shè)備電子器件是直流工作的，如果出現(xiàn)雷擊會(huì)導(dǎo)致弱電設(shè)備直接燒毀，直流工作接地一方面能夠保證微電子系統(tǒng)處于同一低壓直流系統(tǒng)當(dāng)中，避免外來(lái)電源對(duì)電路電位產(chǎn)生干擾，在電機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中形成一個(gè)綜合化的管控系統(tǒng)，控制數(shù)據(jù)的傳輸和加強(qiáng)弱電保護(hù)[2]。

2.2浪涌保護(hù)器的選擇

2.2.1電源系統(tǒng)SPD的選型及安裝

（1）分類。

第一，電壓開關(guān)型SPD（間隙型）。在無(wú)電涌時(shí)呈高阻態(tài)，但對(duì)電涌響應(yīng)時(shí)，其阻抗突變?yōu)榈妥柚档囊环NSPD。開關(guān)型SPD的常用器件有火花間隙、氣體放電管等。該類SPD的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間較慢，通流容量大，適用于LPZOA區(qū)或LPAOB區(qū)。安裝方式一般采用“3+1”的保護(hù)模式。電壓開關(guān)型SPD的起動(dòng)電壓高，電壓不穩(wěn)，且殘壓太高，容易擊穿設(shè)備。可見，電壓開關(guān)型SPD不能單獨(dú)使用，應(yīng)作為多級(jí)保護(hù)中的一級(jí)。

第二，限壓型SPD（壓敏電阻型）。限壓型SPD在電涌出現(xiàn)時(shí)為高阻抗，隨著電涌電流和電壓的增加，阻抗連續(xù)變小。限壓型SPD的組件一般為壓敏電阻、抑制二極管。該類型SPD具有連續(xù)的電壓、電流特性，適用于LPZOB區(qū)、LPZ1及以上防雷分區(qū)，用于限制雷電過(guò)電壓。限壓型SPD的標(biāo)稱導(dǎo)通電壓很低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間快，電氣性能穩(wěn)定，殘壓也很低。因此，該類型SPD可以單獨(dú)使用，也可以組合使用，進(jìn)行多級(jí)保護(hù)。

第三，混合型SPD。這是將電壓開關(guān)型元件和限壓型元件組合的SPD，當(dāng)承受電壓不同時(shí)，可以呈現(xiàn)三種不同的特性—兩者各自的特性，以及兩者組結(jié)合的特性。由于開關(guān)型SPD的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間較限壓型SPD慢，若將開關(guān)型SPD和限壓型SPD組合進(jìn)行多級(jí)防護(hù)，限壓型SPD會(huì)先導(dǎo)通，位于首級(jí)的開關(guān)型SPD起不到防護(hù)作用。因此，在選擇SPD時(shí)，不應(yīng)將開關(guān)型SPD放在首級(jí)，而后級(jí)保護(hù)選用限壓型SPD。但是，當(dāng)環(huán)境比較惡劣時(shí)，可以將開關(guān)型SPD和限壓型SPD組合，用作首級(jí)防護(hù)。

2.2.2安裝

第一級(jí)SPD：該級(jí)SPD主要安裝在低壓變壓器引到總配電柜的進(jìn)線側(cè)，主要作用是泄放大部分入侵建筑物的雷電流。該區(qū)域的雷擊危險(xiǎn)性較高，屬于B級(jí)防雷區(qū)。選用SPD的標(biāo)稱放電電流應(yīng)大于40kA，最大持續(xù)操作電壓應(yīng)大于385V，泄漏電流應(yīng)小于20μA，響應(yīng)時(shí)間應(yīng)少于25ns。

第二級(jí)SPD：該級(jí)SPD主要是安裝在各樓層低壓配電箱的低壓進(jìn)線側(cè)，主要作用是防止雷擊過(guò)電壓從交流配電線進(jìn)入用戶端，保護(hù)后端設(shè)備的安全，免遭雷擊。該區(qū)域?qū)儆贑級(jí)防雷區(qū)，應(yīng)選用C級(jí)防雷保護(hù)裝置，標(biāo)稱電流放電電流應(yīng)大于20kA，最大持續(xù)操作電壓應(yīng)大于275V，泄漏電流應(yīng)小于20μA，響應(yīng)時(shí)間應(yīng)少于25ns[3]。

第三級(jí)SPD：該級(jí)SPD主要安裝在設(shè)備控制箱的進(jìn)線側(cè)，主要作用是進(jìn)一步減少雷電流的剩余影響，限制電網(wǎng)中的過(guò)電壓，將電壓限制在電氣設(shè)備所能承受的沖擊耐受電壓下，進(jìn)一步保護(hù)后端設(shè)備的安全。該區(qū)域?qū)儆贒級(jí)防雷區(qū)，應(yīng)安裝D級(jí)防雷保護(hù)裝置，標(biāo)稱電流放電電流應(yīng)大于10kA，最大持續(xù)操作電壓應(yīng)大于275V，泄漏電流應(yīng)小于20μA，響應(yīng)時(shí)間應(yīng)少于25ns。

2.3信號(hào)系統(tǒng)雷電防護(hù)

將適配的SPD設(shè)置在高速公路建筑物信號(hào)線纜直擊雷（非）防護(hù)區(qū)和第一防護(hù)區(qū)交界處，適配的信號(hào)SPD安裝在收費(fèi)崗?fù)すた貦C(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、電動(dòng)欄桿、信號(hào)檢測(cè)及輸入處。將適配的同軸信號(hào)SPD安裝在廣場(chǎng)攝像機(jī)、車道攝像機(jī)等視頻信號(hào)輸入/出處；并應(yīng)在天饋線路上安裝相應(yīng)的SPD保護(hù)，同時(shí)還應(yīng)將電纜內(nèi)芯空線和浪涌保護(hù)器接地端接地處理。

2.4屏蔽及等電位處理

在高速公路建筑物底層設(shè)置監(jiān)控中心，借助建筑結(jié)構(gòu)鋼筋及金屬門窗等組成屏蔽籠，并在建筑物底部預(yù)留等電位連接端，使其與就近的建筑物鋼筋金屬結(jié)構(gòu)形成可靠的電氣連接。將建筑物外墻鋼筋加密處理，金屬門窗設(shè)置屏蔽防護(hù)，并將鋼筋網(wǎng)孔尺寸控制在20cm×20cm，使其與建筑物結(jié)構(gòu)主筋形成可靠的電氣連接。此外，還應(yīng)將防靜電地板設(shè)置在機(jī)房，并在地板下增設(shè)面積至少50mm 2的銅排，增設(shè)環(huán)形閉合接地匯流排，使其與機(jī)房等電位接地端形成可靠的電氣連接。對(duì)于接近機(jī)房光纜末端的金屬屏蔽層應(yīng)加強(qiáng)光纖數(shù)字配線架等電位應(yīng)和加強(qiáng)芯連通。

3、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備造成影響的雷電有直擊雷和感應(yīng)雷兩種，高速公路機(jī)電系統(tǒng)防雷措施也相應(yīng)地分為直擊雷防護(hù)措施和雷擊電磁脈沖防護(hù)措施兩類。無(wú)論哪種雷電破壞，高速公路管理部門都應(yīng)加強(qiáng)防雷應(yīng)急預(yù)案，絕緣外露導(dǎo)電部件，限制人員活動(dòng)范圍并按規(guī)范正確設(shè)置警示標(biāo)識(shí)，切實(shí)減小雷電事故發(fā)生概率和造成的損失。