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摘要：國家有關防雷保護技術措施的規定已經非常詳細，有關參數指標也十分明確。但因為公路機電系統的施工往往要滯后于土建工程，如果設計階段再出現某些環節的疏漏或脫節，在項目實施過程中就可能造成技術匹配混淆，甚至出現關聯系統的混亂和交叉干擾。本文對目前公路機電系統防雷經常被忽略的幾類問題予以梳理澄清，以期對完善防雷保護的系統措施有所借鑒。

相對于高速公路隧道內部的電氣設備來說，隧道外部的遠程控制設備更加繁瑣，高速公路隧道外部的傳輸設備更具面廣的流散性特點。盡管在道路施工的時候，高速公路的電子設備裝置了防雷系統。但時至今日，在高速公路隧道電氣設備方面，雷雨天氣對其的隱患仍然很大。

1、高速公路機電設備雷擊事故原因分析

當自然界帶電積云靠近地面并與地面凸起物之間電場強度達空氣擊穿強度后便會發生激烈的放電現象，每個放電過程都包括先導放電、主放電和余光放電三個階段。雷暴過程所產生的強大電壓將釋放大量極具破壞力的熱能。雷電通常通過直擊雷和感應雷的形式入侵電子設備。直擊雷就是雷電直接擊中線路，其雷擊過電流經由電氣設備入地；感應雷則是由電流引發磁場變化以及導體感應到過電壓及過電流后所形成的雷擊，感應雷對高速公路低壓機電設備破壞較大[1]。

2、高速公路機電系統防雷措施

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構特征等對是否使用避雷網、避雷帶、避雷針等進行綜合考慮，使用合理的方式進行接閃器:控制。（2）引下線。在引下線使用時需要注意對機械強度、耐腐蝕度是否符合標準進行分析，保證連接的牢固性。（3）接地裝置。在避雷系統設計時加強接地系統的管理是非常重要的，可以將雷電快速的引入大地當中，不管是感應雷還是直擊雷等都可以通過這樣的方式進行控制和處理。為了安全的將雷電的能量快速的分流到大地，防止設備出現過度損耗等情況，公路建筑及其內部的電源設備、弱電設備、通信系統都需要做好防雷接地處理，機房弱電系統的防雷接地需要綜合化的進行路線分析，加強電氣相通,將電磁屏蔽作用充分地發揮出來。

①交流電源防雷接地。在交流電源防雷接地的過程中，主要是為了控制變壓器等設備免遭雷擊。雷電的感應電流通過線路會對變壓器出現沖擊，導致變壓器在安全運行過程中受到影響，因此需要重視將變壓器中性點與地之間的相連，就算出現了事故，變壓器也可以自動跳閘對設備進行保護。

②直流工作接地。直流工作接地也是非常重要的，在當前社會快速發展狀態下，信息化逐步成為大勢所趨。計算機對人類社會發展具有非常重要的作用，計算機逐步引入到各種監控系統當中，在此過程中會出現很多弱電設備。這些弱電設備電子器件是直流工作的，如果出現雷擊會導致弱電設備直接燒毀，直流工作接地一方面能夠保證微電子系統處于同一低壓直流系統當中，避免外來電源對電路電位產生干擾，在電機電系統應用過程中形成一個綜合化的管控系統，控制數據的傳輸和加強弱電保護[2]。

2.2浪涌保護器的選擇

2.2.1電源系統SPD的選型及安裝

（1）分類。

第一，電壓開關型SPD（間隙型）。在無電涌時呈高阻態，但對電涌響應時，其阻抗突變為低阻值的一種SPD。開關型SPD的常用器件有火花間隙、氣體放電管等。該類SPD的特點是動態響應時間較慢，通流容量大，適用于LPZOA區或LPAOB區。安裝方式一般采用“3+1”的保護模式。電壓開關型SPD的起動電壓高，電壓不穩，且殘壓太高，容易擊穿設備。可見，電壓開關型SPD不能單獨使用，應作為多級保護中的一級。

第二，限壓型SPD（壓敏電阻型）。限壓型SPD在電涌出現時為高阻抗，隨著電涌電流和電壓的增加，阻抗連續變小。限壓型SPD的組件一般為壓敏電阻、抑制二極管。該類型SPD具有連續的電壓、電流特性，適用于LPZOB區、LPZ1及以上防雷分區，用于限制雷電過電壓。限壓型SPD的標稱導通電壓很低，動態響應時間快，電氣性能穩定，殘壓也很低。因此，該類型SPD可以單獨使用，也可以組合使用，進行多級保護。

第三，混合型SPD。這是將電壓開關型元件和限壓型元件組合的SPD，當承受電壓不同時，可以呈現三種不同的特性—兩者各自的特性，以及兩者組結合的特性。由于開關型SPD的動態響應時間較限壓型SPD慢，若將開關型SPD和限壓型SPD組合進行多級防護，限壓型SPD會先導通，位于首級的開關型SPD起不到防護作用。因此，在選擇SPD時，不應將開關型SPD放在首級，而后級保護選用限壓型SPD。但是，當環境比較惡劣時，可以將開關型SPD和限壓型SPD組合，用作首級防護。

2.2.2安裝

第一級SPD：該級SPD主要安裝在低壓變壓器引到總配電柜的進線側，主要作用是泄放大部分入侵建筑物的雷電流。該區域的雷擊危險性較高，屬于B級防雷區。選用SPD的標稱放電電流應大于40kA，最大持續操作電壓應大于385V，泄漏電流應小于20μA，響應時間應少于25ns。

第二級SPD：該級SPD主要是安裝在各樓層低壓配電箱的低壓進線側，主要作用是防止雷擊過電壓從交流配電線進入用戶端，保護后端設備的安全，免遭雷擊。該區域屬于C級防雷區，應選用C級防雷保護裝置，標稱電流放電電流應大于20kA，最大持續操作電壓應大于275V，泄漏電流應小于20μA，響應時間應少于25ns[3]。

第三級SPD：該級SPD主要安裝在設備控制箱的進線側，主要作用是進一步減少雷電流的剩余影響，限制電網中的過電壓，將電壓限制在電氣設備所能承受的沖擊耐受電壓下，進一步保護后端設備的安全。該區域屬于D級防雷區，應安裝D級防雷保護裝置，標稱電流放電電流應大于10kA，最大持續操作電壓應大于275V，泄漏電流應小于20μA，響應時間應少于25ns。

2.3信號系統雷電防護

將適配的SPD設置在高速公路建筑物信號線纜直擊雷（非）防護區和第一防護區交界處，適配的信號SPD安裝在收費崗亭工控機網絡信號、電動欄桿、信號檢測及輸入處。將適配的同軸信號SPD安裝在廣場攝像機、車道攝像機等視頻信號輸入/出處；并應在天饋線路上安裝相應的SPD保護，同時還應將電纜內芯空線和浪涌保護器接地端接地處理。

2.4屏蔽及等電位處理

在高速公路建筑物底層設置監控中心，借助建筑結構鋼筋及金屬門窗等組成屏蔽籠，并在建筑物底部預留等電位連接端，使其與就近的建筑物鋼筋金屬結構形成可靠的電氣連接。將建筑物外墻鋼筋加密處理，金屬門窗設置屏蔽防護，并將鋼筋網孔尺寸控制在20cm×20cm，使其與建筑物結構主筋形成可靠的電氣連接。此外，還應將防靜電地板設置在機房，并在地板下增設面積至少50mm 2的銅排，增設環形閉合接地匯流排，使其與機房等電位接地端形成可靠的電氣連接。對于接近機房光纜末端的金屬屏蔽層應加強光纖數字配線架等電位應和加強芯連通。

3、結束語

對高速公路機電設備造成影響的雷電有直擊雷和感應雷兩種，高速公路機電系統防雷措施也相應地分為直擊雷防護措施和雷擊電磁脈沖防護措施兩類。無論哪種雷電破壞，高速公路管理部門都應加強防雷應急預案，絕緣外露導電部件，限制人員活動范圍并按規范正確設置警示標識，切實減小雷電事故發生概率和造成的損失。