高速公路机电设备防雷措施研究以及在新台高速公路的应用

官劲光

[摘 要]在高速公路运营过程中，机电设备发挥着十分重要的作用，其能有效保证高速公路的运营效益和正常的交通秩序。一般情况下，高速公路中的机电设备主要包括弱电设备和强电设备，其中公路隧道照明设备、收费设备、监控设备以及通讯设备等都属于弱电设备。雷击危害是造成高速公路机电设备损坏的重要原因，因此，相关工作人员应该做好机电设备防雷接地工作，避免高速公路机电设备受到雷击伤害。笔者所在的广东新台高速公路地处粤西沿海地区，收费站场空旷，为雷击多发地区。本文阐述了雷电的成因、危害，对高速公路防雷工程及方案进行了分析，并对新台高速公路近年来的机电设施防雷采取的防雷措施进行了小结。

[关键词]高速公路；机电设备；防雷措施

中图分类号：S335 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0187-01

1 雷电形成原因

雷电是一种常见的自然现象，出现雷电现象往往伴随着放电的过程，对人类的生产与生活构成一定的危险性。雷电产生的原因主要是在大气对流的过程中热空气上升，在一定的高度与冷空气发生接触，冷暖空气的摩擦接触形成了带有异性电荷的小水滴。当带有电荷的小水滴聚集到一定程度的时候，就会形成带有电荷的云团。由于电荷的存在，在云团之间和云团与大地之间会形成强大的电场，从而产生放电过程，整个放电过程在瞬间剧烈发生，爆发出强大的电火花，造成空气的体积的剧烈膨胀，由此在空中形成雷电。

2 雷电对高速公路的危害

雷电现象是自然界中常见的一种自然放电现象，雷电现象产生的电流和电压非常大，对机电设备具有较大破坏性。在高速公路运营过程中，需要许多机电设备协同配合才能保证高速公路的运营效果和正常通车秩序，但由于高速公路一般建设在旷野中，非常容易遭受到雷电灾害的影响，进而导致机电设备损坏，影响高速公路的正常工作。雷电对高速公路机电设备的危害主要有两类，分别是直击雷和感应雷。

直击雷对高速公路机电设备产生的危害主要是巨大的电流，由于地面与云团之间存在较大的电位差，进而会产生较大的电流，从而对机电设备造成二次严重损害。感应雷对高速公路机电设备的危害主要是在雷电产生时，雷电电流会沿着机电设备的天线、电缆等部件对机电设备的电路造成破坏，进而使机电设备被烧毁。

在以往高速公路的设计和施工过程中由于工作人员认识浅薄等原因，高速公路的防雷问题往往会被设计人员和施工人员的忽视，导致高速公路机电设备的防雷问题成为高速公路系统运行过程中最为薄弱的环节，雷电破坏机电设备的安全事故时有发生。遭受雷电破坏的机电设备，轻则机电设备功能丧失，无法运作，重则导致整个高速公路系统完全瘫痪，无法正常工作，车辆无法安全通行，给高速公路的安全管理构成了严重的障碍，直接影响到公路运行的经济效益。

3 现阶段高速公路防雷工程中存在的问题分析

由于高速公路机电设备的绝缘性能较差，在遭受强大电流时会导致设备内部的电子元件受损。在传统高速公路机电设备设计与安装过程中，工作人员往往会忽视设备的防雷措施，进而导致设备缺乏一定的雷电保护，极易受到雷电的侵害。目前，高速公路机电设备防雷工程中的常见问题有以下几点。

第一，高速公路防雷系统工程存在房建防雷与机电系统防雷在设计要求上脱节现象，防雷工作往往是分开进行的，缺乏综合设计和统一管理。

第二，高速公路机电系统中防雷部分的设计内容存在系统方案不完整，技术指标和要求不明确，防雷综合性和系统性要求都较差，防雷产品的厂家、型号、规格无指定，具体技术指标无定量现象。

第三，目前，我国高速公路防雷施工还没有统一的施工规范和制度，高速公路机电设备防雷工作缺乏有效的管理，进而导致防雷工程的效果不佳。

第四，防雷系统没有定期检测，容易带来因防雷器失效而发生机电设备被雷击的事故。另外，防雷系统日常维护管理无强制性规定。不利于及时发现防雷工程中出现的问题，容易导致雷击事故的发生，带来机电设备的损坏，甚至于危及人身安全。

4 高速公路机电设备的接地防雷方案

4.1 接地防雷

在进行接地防雷施工时，需要选择合适且正确的施工方式，进而保证防雷接地的效果。例如，在实际施工阶段，为了提高防雷击地系统的防雷接地效果，相关工作人员需要对防雷系统的放电线路进行统一布局，将防雷金属导线、网络通信线路、机电设备等进行有效相连。

4.2 交流电源防雷接地

在机电设备交流电源中，变压器是它的提供单元，因为变压器常常是安装在室外的，所以和上一级电网进行自连。当线路中出现雷击时，通过输电线路，雷击感应电流便会冲击变压器，因此只有对变压器中性点选用自接的接地方式，才能确保机电设备、变压器的安全性。一般来说，可将220伏相电压电源提供给机电设备，在出现线路雷击事故时，能够及时跳闸，以避免高速公路机电设备遭受损失。如果机电系统未安装隔离变压器，对供电电源实行就近自接原则时，应将电涌保护器SPD安装在设备供电电源、弱电设备电源系统之间，通过分流，有效降低雷击电磁脉冲产生的瞬时过电压，这样才能使供电线路不会因发生雷击而遭受破坏。

4.3 直流接地

在高速公路机电设备防雷击地系统中，直流接地是最常用的一种接地方式，其能有效保证机电设备电位的稳定性，进而提高机电设备的防雷接地质量。同时，在同一防雷接地系統中，工作人员通过将全部弱电设备进行连接，还能有效降低弱点设备的信号干扰，以免雷电灾害引起触底电位冲击情况。在布设机电设备、选择避雷针时，为预防机电设备之间发生互相干扰、屏蔽等现象，应选取适宜的避雷针。随着时间的推移，接地网络会产生腐蚀、老化等现象，因此在初期设计时，应为接地系统预留出充足的施工空间，这样才能在施工空间对接地网络进行有效的防腐处理。

5 新台高速公路机电设备的接地防雷措施及应用

第一，对收费岛机电设备（如自动栏杆机、费额显示器、车道摄像机、不锈钢收费亭等）进行联合接地。

第二，委托地方气象局防雷检测机构对沿线收费站机电设备及站房进行防雷接地检测并形成报告，对于出现的检测发现的问题及时委托具有防雷资质的施工单位进行整改（如更换防雷器、更新地网、检修机房屋顶避雷带等）。

第三，新增外场机电设备（如计重设备、外场监控、可变情报板等）要求设计单位严格按照相关规范对基础、立柱及门架进行防雷接地系统设计；要求施工单位严格按照施工图纸确定防雷接地实施方案；完工验收前及时委托具有检测资质的第三方检测机构进行检测。

结语

雷电现象是自然界中不可预防的现象，但雷击灾害却会导致机电设备受损，人员伤亡等严重事故，进而影响高速公路的正常运营。在对高速公路机电设备进行防雷接地处理时，工作人员需要先对高速公路中机电设备的分布情况进行分析和研究，进而选择合适的防雷接地线路，采取有效的防雷措施，进而降低雷电给机电设备造成的危害，最终保证高速公路正常运营。

参考文献

[1] 王露.关于高速公路机电系统防雷问题的探讨[J].西部交通科技，2016（04）：39-42.