高速公路機電系統(tǒng)防雷設計與施工

1、<p>　　高速公路機電系統(tǒng)防雷設計與施工</p><p>　　摘要：本文對高速公路收費、通信、監(jiān)控三大機電系統(tǒng)的防雷裝置、等電位連接、共用接地體設計方案和施工技術要求等進行分析探討，為高速公路機電系統(tǒng)防雷工程配置合理、性能優(yōu)良，實現(xiàn)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠等提供理論參考。 </p><p>　　關鍵詞：高速公路；機電系統(tǒng)；防雷工程；設計；施工 </p><p>

2、;　　中圖分類號：U412.36+6文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　高速公路涉及地域廣、路線長，多位于野外和空曠地帶，地形復雜，收費站區(qū)、服務區(qū)和道路設施、設備均為道路上孤立建筑物，且供電、通信、監(jiān)控、收費等公路機電系統(tǒng)融合了先進的傳感技術、通信技術和計算機技術，為一個功能強大的電器、電子系統(tǒng)，極易遭受直

3、接雷擊和雷電電磁脈沖危害，一旦遭受雷電災害，即可造成公路設備損壞和系統(tǒng)癱瘓。河南省3-10月多有雷電發(fā)生，境內高速公路每年都有不同程度的雷擊事故，不僅使高速公路設施設備遭受巨大損失，而且直接影響高速公路系統(tǒng)的安全運營和人員生命、財產損失，2009年8月17日凌晨，寧洛高速公路平頂山南收費站發(fā)生雷擊事故，收費站設備遭雷擊癱瘓，經(jīng)過近14小時的現(xiàn)場設備維修調試后，收費站才逐漸恢復正常運行，而在同一天的雷電天氣中，許平南高速公路多處收費站遭遇

4、了不同程度的雷擊。因此，加強高速公路機電系統(tǒng)的綜合防雷設計和施工建設十分重要。 </p><p>　　1 高速公路機電系統(tǒng)易遭雷擊原因分析 </p><p>　　高速公路機電系統(tǒng)點多、面廣、線長，系統(tǒng)設備主要分布在收費站（收費棚、監(jiān)控室、變配電房）、隧道（包含隧道廣場）和公路沿線外場監(jiān)控設備，兼有強電設備和大量的通信、監(jiān)控及傳感等弱電設備，但一直以來公路管理部門及工程建設部門都未重視高速公

5、路機電系統(tǒng)設計和施工中的強電和弱電設備的防雷問題，接地要求不高，接地處理更是簡單，使公路機電系統(tǒng)易遭受雷擊的薄弱環(huán)節(jié)較多，尤其受感應雷和反擊雷危害最大。高速公路所經(jīng)之地通常地勢平緩，因而收費站建筑物就成為曠野區(qū)域的最高突出點，再加上收費站周圍安裝的高桿燈，更易引雷；而且收費站供電線路多采用架空電纜，在一定程度上加劇了雷電波經(jīng)供電線路入侵用電系統(tǒng)的機率。在一些復雜的地質層面，敷設的傳輸和控制線路也是遭雷擊和雷電感應的薄弱點，受公路路基、路

6、面施工影響，沿路一線的土壤電阻率發(fā)生了改變，這也成為高速公路沿線區(qū)域易遭雷擊的原因之一。 </p><p>　　2 高速公路防雷工程設計 </p><p>　　高速公路收費、通信、監(jiān)控三大機電系統(tǒng)防雷工程建設較為復雜，不是僅依靠幾種先進的防雷裝置和設備就可完全消除雷電影響、保障機電系統(tǒng)免受雷擊，必須采取科學的綜合防雷設計與施工，盡可能一一排除產生雷擊的各種可能因素，才能將高速公路機電系統(tǒng)的

7、雷擊災害程度降至最低。據(jù)防雷技術工作人員通過大量的實踐經(jīng)驗和研究分析，要實現(xiàn)高速公路機電系統(tǒng)的防雷應做好外部防雷、電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡系統(tǒng)的防雷保護工作。 </p><p>　　2.1 直擊雷防護 </p><p>　　首先要做好高速公路建筑物直擊雷防護，通常采用避雷針、避雷帶相結合防雷模式。辦公樓頂部應采用Φ8鍍鋅圓鋼的避雷帶，頂部四角加設短避雷針，中間安裝8~1

8、0m避雷針用于樓頂天線防護并增加避雷效果；收費棚安裝1~2支裝飾性避雷針，運用立柱鋼筋作引下線；配電房、發(fā)電機室、監(jiān)控室及通信房安裝避雷帶，其中在監(jiān)控室和通信房等玻璃窗外應另加金屬屏蔽網(wǎng)，網(wǎng)格應小于15cm×15cm，同時做好接地處理。 </p><p>　　2.2 電源線路防雷 </p><p>　　高速公路供電線路一般為10KV高壓供電線路，在線路末端應采用外敷金屬等絕緣護套

9、的電纜穿鋼管后埋地經(jīng)電源變壓器后再引入配電房，線路末端在接入電源變壓器處要安裝氧化鋅避雷器進行防護，電源變壓器機殼、電源低壓側零線以及線路的金屬護套和鋼管兩端要分別就近作可靠接地；電源變壓器進入配電房的低壓輸電線長度應大于15m，線路要作埋地敷設；配電房低壓配電屏上需安裝ZS150E-400：100KA電源防雷箱，可吸收雷擊時電源線產生的巨大浪涌電流。配電房進入監(jiān)控樓內的供電電纜屏蔽并埋地引入，電纜兩端屏蔽層要就近進行接地處理，樓內配電

10、箱應安裝自帶遠程告警干節(jié)點的PRAC-380B：40KA電源防雷箱。配電房進入收費棚內的供電線纜應埋地布線并屏蔽，在監(jiān)控機房UPS輸出配電箱及收費車道內配電箱兩處分別安裝ZSPD TT20KC單相電源防雷器。所有戶外攝像機電源輸入端都要串聯(lián)安裝ZSPD TT20KC電源防雷器。 </p><p>　　2.3 監(jiān)控系統(tǒng)防雷 </p><p>　　高速公路收費站處監(jiān)控系統(tǒng)通常有6~8路攝像機，

11、每臺攝像機視頻輸出端口都要安裝COAXB-CCTV防雷器并就近進行接地，視頻線應穿金屬管后埋地敷設；攝像機控制線處應安裝RS485/422防雷器并接地；進入監(jiān)控機房的視頻線和控制線輸入端口分別安裝COAXB-CCTV和RS485/422防雷器并就近接地。 </p><p>　　2.4 計算機網(wǎng)絡防雷 </p><p>　　高速公路收費計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)防雷設計中要在連接監(jiān)控機房和收費車道HUB

12、間同軸電纜兩端分別安裝RJ45接口和RJ45-E100防雷器，在HUB通向收費計算機雙絞線上以及計算機網(wǎng)卡端口處應分別安裝上述兩種防雷器，各防雷器均應就近進行接地處理。 </p><p>　　2.5 等電位連接和共用接地體 </p><p>　　作好等電位連接是高速公路防雷技術措施之一，公路建筑設施、系統(tǒng)設備各類管線、設備安裝防雷裝置后均應作等電位連接并接地，最后利用鋼筋混凝土結構將建筑物

13、內所有金屬構件的多重連接建立成三維連接網(wǎng)絡，從而減少建筑物金屬構件與設備、設備與設備之間因雷擊產生電位差，造成雷電電磁脈入侵并干擾、損壞微電子設備。高速公路共用接地系統(tǒng)大多采用建筑物基礎鋼筋地網(wǎng)，接地體接地電阻應≤4Ω。 </p><p>　　3 高速公路防雷工程施工安裝 </p><p>　　防雷工程應由具有相當資質的工程隊進行施工建設，保證工程建設的科學合理和安全可靠。在施工過程中應注

14、意以下幾個問題：一是防雷器等接線端子應牢固安裝，否則易造成雷電接地泄放達不到要求、電位抬高擊壞設備等；二是要確保防雷接地線的正確鏈接，電源保護地與現(xiàn)場地連接好；三是如果遇防雷器與接地極距離＜1m時可采用4mm&sup2;以上銅線，距離＞1m時應依照距離的遠近選用6mm&sup2;以上銅線；四是確保與接地極相連的所有導線連接牢固可靠，并在導線上涂導電膏，以使線路安全連接、線纜面積足夠和雷電泄流的通暢。 </p>

15、<p><b>　　4 結語 </b></p><p>　　高速公路防雷工程是較為負責的系統(tǒng)工程，因此，在工程設計和施工過程中，因地制宜、周密細致的進行防雷方案設計，加強防雷結構方案優(yōu)化、技術參數(shù)確定、防雷產品選型和施工材料選取、施工工藝考究、防雷裝置安裝技巧等方面的深入研究探討，確保高速公路機電系統(tǒng)防雷工程配置合理、性能優(yōu)良，起到全面防護作用，并實現(xiàn)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠，且投資

16、小、維護方便。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 王昆. 高速公路系統(tǒng)防雷現(xiàn)狀分析[J]. 科技與企業(yè)，2011（11） </p><p>　　[2] 付宏博，姚騰飛. 淺談高速公路機電系統(tǒng)防雷設計[J]. 黑龍江交通科技，2003（2）：90-91 </p><p>　　[3