高速公路房建机电工程的防雷设计及施工问题研究

高速公路房建机电工程的防雷设计及施工问题研究

王保撑

（广州航天海特系统工程有限公司广东省广州市510663）

摘要：随着社会的发展，我国的高速公路建设越来越多，机电工程的应用也越来越广泛。机电工程中各种材料设备及施工技术也不断地更新。防雷接地专项工程是关系人身安全以及设备安全的重要环节。本文首先分析高速公路主要雷击危害，然后对高速公路房建机电工程在防雷设计与施工方面的关键要点展开探讨，望能够引起同行人员的关注与重视。

关键词：高速公路；机电工程；防雷；设计；施工

引言：

高速公路沿线房建机电工程是一个设备类型众多、功能复杂多样的综合性电子系统，由通信系统、供电系统、收费系统、以及监控系统等多个部分构成，系统是否能够安全稳定运行直接关系到高速公路的使用效益。同时，高速公路多建设于距离城市中心较远的地区，距离长，沿线穿越地形条件复杂，分布有大量的强电、弱电设备，遭受雷击作用力影响的可能性大。一旦受到雷击作用力影响，将会对高速公路房建机电工程的正常运行产生严重影响，并造成巨大的经济损失。因此，对高速公路房建机电工程的防雷设计与施工问题必须引起相关运营管理人员的极大重视。本文即针对该问题做详细分析与探讨。

1高速公路机电系统防雷接地的重要性分析

接地系统是目前高速公路机电系统使用最为普遍的防雷措施，通过接地系统，高速公路机电系统能够将已经吸纳的强大闪电能量传递给大地，这种利用电位补偿的办法简单有效，是目前高速公路机电系统防范直击雷和分散雷的最主要方法。直击雷的电流能量和分散雷的电磁干扰能量都能够通过电阻很小的接地系统流向大地。这期间如果接地系统不够完善，或者是存在传导障碍的话，则接地系统不但起不到防护的作用，反而会成为机电系统遭受雷电袭击的罪魁祸首。

2雷电对高速公路机电设备的危害性分析

在交通运行系统中，高速公路的占有力在不断增强，成为陆路交通体系的核心交通模式。伴随着科学技术、数字化技术、通信技术等的不断革新，诸多机电设备不断被应用到高速公路中，如电子监控、信号塔、照明、收费装置等，都已经实现电子化，大大提高了高速公路的运行效率，也为驾驶者提供了一些便利。但是，机电设备在高速公路系统中的应用，也带来了一定的困扰，一旦遭遇雷电等恶劣天气，机电设备会受到严重损坏，甚至还会引起严重的火灾或爆炸事故，后果不堪设想。通常来讲，在高速公路上的机电设备遭遇雷击，主要以直击雷与感应雷为主。直击雷的电压参数较高，会在瞬间产生强大的电流值，会对机电设备构成严重的损坏。感应雷常常发生在雷电电流导入大地之时，在雷击位置会产生一个庞大的强磁场，在磁场内的设备会与磁场相互切割，出现刹那间闪击现象，进而会损坏机电设备。相较于感应雷，直击雷所造成的危害性与影响更大，破坏性更强，因此，人们在机电设备防雷上大都以防范直击雷为主，对感应雷的防范重视度不足。目前，应用到高速公路上的机电设备在逐渐增多，感应雷所造成的危害在不断加重，进而引起人们的重视。为提升高速公路运行的安全性与稳定性，必须重视高速公路机电设备的防雷处理，以直击雷与感应雷为防范对象，及时做好雷击防护工作，以降低雷击损坏程度，也能防止造成人员伤亡。防雷技术的应用应从防雷接地处理与机电设备防雷处理两个层面着手，进而营造安全、稳定、和谐的高速公路运行环境。

3防雷设计要点

3.1收费站的防雷设计

收费站场的供配电系统的防雷设计中，除了在配电房低压输出端加装防雷器之外，还需要对重点设备例如交换机以及服务器等设备进行重点保护，通常采用并联型的电源防雷器。整体防雷处理可以将同一建筑内的接地装置连接在一起，形成一个等电位体，车道之间以及车道与广场之间采用40mm×4mm扁钢连接，连接处进行防腐处理。机房内所有形式的接地都要与房建预留的接地扁钢连接，保证电阻值小于1Ω。亭外的摄像机和自动栏杆可以采用多股导线将外壳与接地系统可靠连接，连接处要采用焊接处理，确保安全性和可靠性。

3.2收费广场防雷设计

高速公路收费广场外部防雷主要对象是收费大棚。本区域防雷设计建议采用联合接地的方式进行处理，接闪器可直接利用金属屋面同时联合辅助防雷地网以加强防雷效果。一般来说，高速公路收费站防雷地网网格可按照5×5.0m标准布置，地网防雷材料选型为角钢（按照5×5×50.0mm标准设计）+扁钢（4×40.0mm标准设计），地网两端直接与收费广场环形地网连接。同时，可将收费广场房建工程立柱内柱钢筋直接作为防雷引下线，与地网相连接。通过此种方式，能够实现地网的均压等电位，对预防地电位反击作用力有确切作用。在收费广场电源防雷方面，设计方案中在电源线出口位置按照40kA/路标准加装过电压保护器装置，相应电源线引入收费广场进线端同样按照40kA/路标准加装过电压保护器装置。通过该设计策略，避免高速公路收费站与收费广场间因落雷所产生过电压对机电设备正常运转造成不良影响。除此以外，在收费广场内部防雷设计方面，防雷设计的关键是在沿线所有收费亭下设置汇流排，汇流排经截面积35.0mm²铜缆与收费亭所有设备外壳连接，同时在汇流排上单独用导线与地网就地连接。

4防雷施工要点

4.1监控装置的防雷处理

在高速公路上，收费站区域都会设置一定的监控系统，监控装置的数量取决于车道的数量，一般都多于6台摄像机。为保证行车与收费监控效果，必须加强对监控装置的有效保护，禁止摄像机受到雷击，否则会导致监控系统瘫痪。因此，要在摄像机的控制线路上安装型号为485的防雷器械，遵循就近原则，把防雷器进行接地连接或连接到摄像机的外壳上。还要在每台机器视频输出端口安装型号为BNC的防雷器。在敷设视频线路时，要把视频线从金属管中穿过，然后再埋入地下，禁止将其放在地面上，那样容易受到雷击。

4.2收费系统的防雷措施

收费系统是高速公路成本回收的重要途径，同样也是体现高速公路运营服务质量的衡量标准。收费系统的防雷主要安置在收费亭内以及站内配电箱，车道控制器在电源输入端加装电源防雷器，所有数据传输的线路在工业以太网交换机端口前加装数据防雷器。站内收费系统配电箱采用380V输入220V输出模式，因此每相线路上均安装SPD1电源防雷器，各级电源SPD必须安装在交流配电设备的交流输入端，宜采用凯文接线方式连接，即室内接地汇集线与接地引入线连接处断开，断开处的两端分别单独引线接至SPD的接地端。

4.3电源线路的防雷处理

在公路电源线路的防雷处理方面，应在三相电源的变压器区域接地位置上安装避雷装置。工作人员在选择避雷器时，要保证避雷器的材料为氧化锌。此外，在电源位置低电压端口的零线位置、变压器外壳与电缆的金属外壳处都应安装防雷器，安装时应遵循就近原则，实施接地操作或外壳安装。变压器与配电房处的低电压线路应实施地下敷设线路的方法，可将电线通入到金属管内，然后将该线路埋设在地下，能有效避免雷击现象。此外，从监控部分到配电系统间的线路应实施地下埋设，且还要进行屏蔽处理，配电箱中线路的两端屏蔽的区域也要遵循就近的接地方法。通常情况下，收费站运行所应用的是弱电系统，此时可在两个端口安装型号为20KA与B220的单相电源防雷装置，且要使用屏蔽性质的电缆，还要将其埋设在地下。

4.4接地极施工

接地极施工应从以下几个方面着手：①依据设计图纸要求，对接地装置（网）的线路进行测量放线，挖沟槽。用大锤将垂直接地极垂直打入定位中心线上，接地极顶端距地不小于0.6m，接地体与地面保持垂直，防止接地体与土壤产生缝隙，增加接触电阻影响散流效果。②水平接地体常用-40mm×4mm热镀锌扁钢，沿建筑物四周敷设构成封闭环状，应垂直敷设在沟槽中，埋设深度距离地面不小于0.6m。③钢质接地极长度不小于2.5m，其间距不应小于长度的2倍并均匀布置，铜质和石墨材料宜挖坑埋设。④土壤电阻率较高的地区，应采用换土法，降阻剂法或其他新技术，新材料降低接地装置的接地电阻。⑤钢质接地装置宜采用焊接法，其焊接长度应符合如下规定：a.扁钢与扁钢焊接长度为扁钢宽度的2倍，要求3面施焊；b.圆钢与圆钢焊接长度为圆钢直径的6倍，要求双面施焊；c.圆钢与扁钢焊接长度为圆钢直径的6倍；d.扁钢和圆钢与角钢，钢管相互焊接时，除应在接触部位两侧施工焊外，还应该增加圆钢搭接件；e.焊接部位去除焊渣药皮后做防腐处理。f.铜质接地极采用热熔或焊接，钢质和铜质接地极之间连接应采用熔接或采用搪锡后螺栓连接，连接部位做防腐处理。

5结语

高速公路是我国经济发展的基础，其正常运行对于地方经济的发展和社会正常生活有着非常深刻的意义，而机电系统作为支撑高速公路正常运行的关键性系统，对于其防雷的处理至关重要，不论是在设计还是在施工过程中，都要严格遵守防雷规范要求，提高系统抵抗雷电灾害的能力，并且采取相应的措施降低系统遭受雷击的可能性，将雷电的危害降到最低，保证高速公路的正常运行。

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