论文部分内容阅读
摘要:本文首先分析了高速公路机电系统过电压保护，然后对防雷接地技术的要求进行了介绍，在此基础上详细研究了高速公路机电系统的防雷接地，以为实践工作提供借鉴。
关键词:高速公路；机电系统；过电压保护；防雷接地
Abstract: this paper first analyzes the highway mechanical and electrical system overvoltage protection, and then the lightningproof grounding technology requirements are introduced in this paper, on the basis of detailed research on the highway of mechanical and electrical system lightningproof grounding, thought to provide reference for the practical work.
Keywords: highways; and Mechanical and electrical system; Over-voltage protection; Lightningproof grounding
中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号
高速公路机电系统的功能较为强大，并且还是种类繁多的一种电子系统。一般情况下，高速公路都处于郊区外，存在着弱电及强电设备，很容易受到雷击，使全部系统遭到破坏，或者一些设备损坏，因此，非常不便于高速公路运营管理，甚至还能导致很多直接及间接经济损失，所以要高度重视高速公路机电系统的防雷问题。
一、高速公路机电系统过电压保护分析
对于高速公路机电系统过电压保护，其重点有监控、通信、供配电及收費系统的过电压保护以及防雷接地主要内容，供配电系统过电压保护与防雷接地，可以参照行业或者国家标准。机电系统过电压保护与防雷接地，对直击雷及感应雷保护、接地设计等进行重点考虑。实践表明，雷电过电压损坏设备、破坏数据这一原因通常导致高速公路机电系统发生瘫痪。因为高速公路机电系统的结构较为繁杂、比较多的控制回路，极易由于雷击电磁感应，破坏其系统，雷电入侵耦合途径主要包括两种：其一为辐射耦合方式；其二为传导耦合方式。
1．辐射耦合方式
对于辐射耦合，它指雷电电磁脉冲经过四周的媒介质，通过电磁波形式，往外进行传播，根据电磁场规律，雷电电磁波能量往四周范围进行发射，机壳、天线及电缆是辐射耦合的主要途径。
2.传导耦合方式
对于传导耦合，其为电子设备和雷电流间的一个重要耦合途径，一定要于电子设备和雷电流间具有完全的连接电路，雷电流顺着此连接电路侵入到电子设备中。信号线、互连导线与电源线等构成传导耦合连接线路，根据耦合方式，能把传导耦合划成电感性、阻抗性以及电容性耦合[1]。
在两电路的电流经过同个公共阻抗的情况下，其中一电路的电流于此公共阻抗上产生的电压会对另个电路造成影响，是所谓的共阻抗耦合。要尽可能地减少线路阻抗及电源内阻，尽可能加粗并缩短地线，减少公共地线阻抗。没有办法减少线路阻抗与电源内阻的时候，根本性的一个手段为：于各个控制回路内，进行浪涌保护器的加装。电容性耦合带来的感应过电压和雷电流的耦合电容、雷电过电压及接地电阻成正比，降低耦合电容能作为阻止电容性耦合的方法。在工程内，重点运用隔离、屏蔽对策。电感性耦合带来的感应过电压与雷电流的互感、雷电过电流以及接地电阻成正比，减少互感是阻止电感性耦合的有效方法。
二、防雷接地技术的要求
防雷接地主要确保雷电浪涌电流，同时把其导入大地，以免被保护物受到感应雷、直击雷等浪涌过电流及过电压造成的危害，就高速公路中的全部建筑物、电器设备、线路这些不带电金属部分，还有所有气管道及水管道等均与防雷接地装置，实施了金属性连接。线、避雷针、带、网、接地汇集线、接地引下线、接地引入线以及接地体是常见的防雷接地装置。
接地为防雷技术的主要环节，感应雷或直击雷，在最后，均可将雷电导入大地。对于优良的接地系统，其为设备及人身安全、系统稳定工作的主要保证。按照要求与作用，接地能划成重复接地、防雷接地、工作接地、保护接地以及直流工作接地。解决了共地时的信号“互扰”问题，联合接地存在了先决条件。把配电房、收费车道及监控机房地方的地网连接起来，成为整体，在相互间，把4x40mm的扁钢带作为纽带，实施多于两处的连接，确保地网均压等电位[2]。能清除建筑物中全部设备间具有的危险电位差，使建筑物中磁场强度减小。配电房、收费车道及监控机房接地系统尽量地运用建筑物地基的钢筋，与自然金属接地物进行连接，把其当作地网，尽可能地使用自然接地物当作基础。用人工接地体实施补充，针对外形，能运用闭合方式。当利用等电位连接以后，使建筑物与内部设备的避雷能力得以提升，由于运用等电位连接，因此，就建筑物接地电阻的要求能降低，设计的投资成本极大地减少，极大降低了施工难度。
三、高速公路机电系统防雷接地分析
1.交流电源防雷接地
变压器为机电设备进行交流电源提供的一个单元，变压器经常安置于室外，和上级电网进行直接连接。在线路有雷击的时候，经过输电线路，雷击感应电流往变压器进行冲击，为确保系统机电设备与变压器的安全，常常对变压器中性点直接接地运行方式进行采取。工作正常的时候，能给机电设备带来220V相电压电源，线路雷击问题出现的时候，能合理地实施跳闸保护，确保高速公路机电系统设备安全。针对未配设隔离变压器，直接利用就近供电电源的那些机电系统，能够于设备供电电源与弱电设备电源系统之间，进行电涌保护器SPD的增加，把雷击电磁脉冲造成的瞬时过电压，依靠分流方式，减低至弱电设备要求的范围中。
2.直流工作接地
弱电系统的工作电压因为常常利用直流电源，其中的弱电设备有着很严的电源要求，在供电电源发生波动的时候，会严重地干扰弱电设备，更严重的情况下，弱电设备能被烧坏。对于弱电系统接地，其能确保全部微电子设备工作在相同的低压直流系统内，使电路电位得到合理稳定，以防系统会受到外来电源造成的干扰。另外，弱电设备一起共用接地系统，确保信号在传输时候，能利用一致的电位参考点，对设备之间模拟信号与数字信号的传输是有益的，使每个弱电设备之间数模转换造成的多种电磁干扰得以避免，使系统数据信号的处理速率提高，保证信号准确地进行传递。联合接地系统的建立能保证现代高速机电弱电设备进行可靠地工作[3]。对于高速收费站，为保证统一的数据信号，数据反馈屏以及配电房、收费车道以及监控机房这些服务设施的全部机电设备的所有接地系统共同构成联合接地系统，为提高接地的可靠性，机电设备能够利用多于两处的金属4-40mm的扁钢带进行合理接地，以防雷击电流发生泄底之后，地电位对机电设备造成反击。统一的接地防雷系统形成，要按照有关的规范实施试验，接地电阻要是不满足要求，要进行人工接地体的架设，与建筑物钢筋配合起来，形成联合接地网。
3.屏蔽与等电位处理
在建筑物的低层，设置监控中心。运用建筑内的金属门窗框和结构钢筋一起组成屏蔽笼，需要于机房底进行等电位连接端子板的预留，和建筑物梁、柱中主钢筋就近进行可靠电气连接。在机房中进行防静电地板的配置，同时于防静电板下面，顺着墙四周以及设备集中区周围进行铜排的运用，进行环形闭合接地汇流排的设置，它和预留的局部等电位接地端子板进行合理电气连接。对于防静电地板金属支撑架，需要和接地汇流排、等电位连接网就近实施可靠性电气连接。针对机房光缆尾部的金属屏蔽层，加强芯应该和光纤数字配线架中的等电位连接带保持一定连通。出入收费亭的每种线缆的金属屏蔽层需要和线缆沟的等电位接地端子板就近地进行可靠电气连接[4]。还要把收费岛上面的收费亭、信号灯、费显装置以及车道护栏这些全部的金属构件和收费岛等电位均压环进行可靠性电气连接，同时收费亭和收费岛等电位其中的均压环不低于两处进行可靠电气连通。
四、总结
综上所述，高速公路机电系统是高速公路进行监控、指挥与操作的中心装置，但是其极易经受雷击，实践证明，科学有效地就机电系统设备实施防雷接地系统的设计，装置受到雷击的破坏必定会减少，且会使机电系统设备运行时候的安全性可靠性得到提高，同时有力推动了高速公路的服务水平。
【参考文献】
[1]林维勇．GB50057--94建筑物防雷设计规范(2000版) [S]．北京：中国计划出版社，2008．
[2]刘明，刘晓东，徐学文，等．高速公路机电系统的雷电防护探讨[J]．内蒙古气象，2009(1)：44—46．
[3]钟汉枢，张毅，李卫民，江凡．公路隧道防雷接地系统研究[J]．公路．2009．
[4]张春芳高速公路机电系统防雷保护技术[J]．交通世界，2007(10)：50～51．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:高速公路；机电系统；过电压保护；防雷接地
Abstract: this paper first analyzes the highway mechanical and electrical system overvoltage protection, and then the lightningproof grounding technology requirements are introduced in this paper, on the basis of detailed research on the highway of mechanical and electrical system lightningproof grounding, thought to provide reference for the practical work.
Keywords: highways; and Mechanical and electrical system; Over-voltage protection; Lightningproof grounding
中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号
高速公路机电系统的功能较为强大，并且还是种类繁多的一种电子系统。一般情况下，高速公路都处于郊区外，存在着弱电及强电设备，很容易受到雷击，使全部系统遭到破坏，或者一些设备损坏，因此，非常不便于高速公路运营管理，甚至还能导致很多直接及间接经济损失，所以要高度重视高速公路机电系统的防雷问题。
一、高速公路机电系统过电压保护分析
对于高速公路机电系统过电压保护，其重点有监控、通信、供配电及收費系统的过电压保护以及防雷接地主要内容，供配电系统过电压保护与防雷接地，可以参照行业或者国家标准。机电系统过电压保护与防雷接地，对直击雷及感应雷保护、接地设计等进行重点考虑。实践表明，雷电过电压损坏设备、破坏数据这一原因通常导致高速公路机电系统发生瘫痪。因为高速公路机电系统的结构较为繁杂、比较多的控制回路，极易由于雷击电磁感应，破坏其系统，雷电入侵耦合途径主要包括两种：其一为辐射耦合方式；其二为传导耦合方式。
1．辐射耦合方式
对于辐射耦合，它指雷电电磁脉冲经过四周的媒介质，通过电磁波形式，往外进行传播，根据电磁场规律，雷电电磁波能量往四周范围进行发射，机壳、天线及电缆是辐射耦合的主要途径。
2.传导耦合方式
对于传导耦合，其为电子设备和雷电流间的一个重要耦合途径，一定要于电子设备和雷电流间具有完全的连接电路，雷电流顺着此连接电路侵入到电子设备中。信号线、互连导线与电源线等构成传导耦合连接线路，根据耦合方式，能把传导耦合划成电感性、阻抗性以及电容性耦合[1]。
在两电路的电流经过同个公共阻抗的情况下，其中一电路的电流于此公共阻抗上产生的电压会对另个电路造成影响，是所谓的共阻抗耦合。要尽可能地减少线路阻抗及电源内阻，尽可能加粗并缩短地线，减少公共地线阻抗。没有办法减少线路阻抗与电源内阻的时候，根本性的一个手段为：于各个控制回路内，进行浪涌保护器的加装。电容性耦合带来的感应过电压和雷电流的耦合电容、雷电过电压及接地电阻成正比，降低耦合电容能作为阻止电容性耦合的方法。在工程内，重点运用隔离、屏蔽对策。电感性耦合带来的感应过电压与雷电流的互感、雷电过电流以及接地电阻成正比，减少互感是阻止电感性耦合的有效方法。
二、防雷接地技术的要求
防雷接地主要确保雷电浪涌电流，同时把其导入大地，以免被保护物受到感应雷、直击雷等浪涌过电流及过电压造成的危害，就高速公路中的全部建筑物、电器设备、线路这些不带电金属部分，还有所有气管道及水管道等均与防雷接地装置，实施了金属性连接。线、避雷针、带、网、接地汇集线、接地引下线、接地引入线以及接地体是常见的防雷接地装置。
接地为防雷技术的主要环节，感应雷或直击雷，在最后，均可将雷电导入大地。对于优良的接地系统，其为设备及人身安全、系统稳定工作的主要保证。按照要求与作用，接地能划成重复接地、防雷接地、工作接地、保护接地以及直流工作接地。解决了共地时的信号“互扰”问题，联合接地存在了先决条件。把配电房、收费车道及监控机房地方的地网连接起来，成为整体，在相互间，把4x40mm的扁钢带作为纽带，实施多于两处的连接，确保地网均压等电位[2]。能清除建筑物中全部设备间具有的危险电位差，使建筑物中磁场强度减小。配电房、收费车道及监控机房接地系统尽量地运用建筑物地基的钢筋，与自然金属接地物进行连接，把其当作地网，尽可能地使用自然接地物当作基础。用人工接地体实施补充，针对外形，能运用闭合方式。当利用等电位连接以后，使建筑物与内部设备的避雷能力得以提升，由于运用等电位连接，因此，就建筑物接地电阻的要求能降低，设计的投资成本极大地减少，极大降低了施工难度。
三、高速公路机电系统防雷接地分析
1.交流电源防雷接地
变压器为机电设备进行交流电源提供的一个单元，变压器经常安置于室外，和上级电网进行直接连接。在线路有雷击的时候，经过输电线路，雷击感应电流往变压器进行冲击，为确保系统机电设备与变压器的安全，常常对变压器中性点直接接地运行方式进行采取。工作正常的时候，能给机电设备带来220V相电压电源，线路雷击问题出现的时候，能合理地实施跳闸保护，确保高速公路机电系统设备安全。针对未配设隔离变压器，直接利用就近供电电源的那些机电系统，能够于设备供电电源与弱电设备电源系统之间，进行电涌保护器SPD的增加，把雷击电磁脉冲造成的瞬时过电压，依靠分流方式，减低至弱电设备要求的范围中。
2.直流工作接地
弱电系统的工作电压因为常常利用直流电源，其中的弱电设备有着很严的电源要求，在供电电源发生波动的时候，会严重地干扰弱电设备，更严重的情况下，弱电设备能被烧坏。对于弱电系统接地，其能确保全部微电子设备工作在相同的低压直流系统内，使电路电位得到合理稳定，以防系统会受到外来电源造成的干扰。另外，弱电设备一起共用接地系统，确保信号在传输时候，能利用一致的电位参考点，对设备之间模拟信号与数字信号的传输是有益的，使每个弱电设备之间数模转换造成的多种电磁干扰得以避免，使系统数据信号的处理速率提高，保证信号准确地进行传递。联合接地系统的建立能保证现代高速机电弱电设备进行可靠地工作[3]。对于高速收费站，为保证统一的数据信号，数据反馈屏以及配电房、收费车道以及监控机房这些服务设施的全部机电设备的所有接地系统共同构成联合接地系统，为提高接地的可靠性，机电设备能够利用多于两处的金属4-40mm的扁钢带进行合理接地，以防雷击电流发生泄底之后，地电位对机电设备造成反击。统一的接地防雷系统形成，要按照有关的规范实施试验，接地电阻要是不满足要求，要进行人工接地体的架设，与建筑物钢筋配合起来，形成联合接地网。
3.屏蔽与等电位处理
在建筑物的低层，设置监控中心。运用建筑内的金属门窗框和结构钢筋一起组成屏蔽笼，需要于机房底进行等电位连接端子板的预留，和建筑物梁、柱中主钢筋就近进行可靠电气连接。在机房中进行防静电地板的配置，同时于防静电板下面，顺着墙四周以及设备集中区周围进行铜排的运用，进行环形闭合接地汇流排的设置，它和预留的局部等电位接地端子板进行合理电气连接。对于防静电地板金属支撑架，需要和接地汇流排、等电位连接网就近实施可靠性电气连接。针对机房光缆尾部的金属屏蔽层，加强芯应该和光纤数字配线架中的等电位连接带保持一定连通。出入收费亭的每种线缆的金属屏蔽层需要和线缆沟的等电位接地端子板就近地进行可靠电气连接[4]。还要把收费岛上面的收费亭、信号灯、费显装置以及车道护栏这些全部的金属构件和收费岛等电位均压环进行可靠性电气连接，同时收费亭和收费岛等电位其中的均压环不低于两处进行可靠电气连通。
四、总结
综上所述，高速公路机电系统是高速公路进行监控、指挥与操作的中心装置，但是其极易经受雷击，实践证明，科学有效地就机电系统设备实施防雷接地系统的设计，装置受到雷击的破坏必定会减少，且会使机电系统设备运行时候的安全性可靠性得到提高，同时有力推动了高速公路的服务水平。
【参考文献】
[1]林维勇．GB50057--94建筑物防雷设计规范(2000版) [S]．北京：中国计划出版社，2008．
[2]刘明，刘晓东，徐学文，等．高速公路机电系统的雷电防护探讨[J]．内蒙古气象，2009(1)：44—46．
[3]钟汉枢，张毅，李卫民，江凡．公路隧道防雷接地系统研究[J]．公路．2009．
[4]张春芳高速公路机电系统防雷保护技术[J]．交通世界，2007(10)：50～51．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。