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[摘 要]本文对高速公路收费、通信、监控三大机电系统的防雷装置、等电位连接、共用接地体设计方案和施工技术要求等进行分析探讨，为高速公路机电系统防雷工程配置合理、性能优良，实现系统运行的稳定可靠等提供理论参考。
[关键词]高速公路；机电系统；防雷工程；设计；施工
中图分类号：TV551.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0165-01
引言
高速公路涉及地域广、路线长，多位于野外和空旷地带，地形复杂，收费站区、服务区和道路设施、设备均为道路上孤立建筑物，且供电、通信、监控、收费等公路机电系统融合了先进的传感技术、通信技术和计算机技术，为一个功能强大的电器、电子系统，极易遭受直接雷击和雷电电磁脉冲危害，一旦遭受雷电灾害，即可造成公路设备损坏和系统瘫痪。因此，加强高速公路机电系统的综合防雷设计和施工建设十分重要。
1 高速公路机电系统易遭雷击原因分析
高速公路机电系统点多、面广、线长，系统设备主要分布在收费站（收费棚、监控室、变配电房）、隧道（包含隧道广场）和公路沿线外场监控设备，兼有强电设备和大量的通信、监控及传感等弱电设备，但一直以来公路管理部门及工程建设部门都未重视高速公路机电系统设计和施工中的强电和弱电设备的防雷问题，接地要求不高，接地处理更是简单，使公路机电系统易遭受雷击的薄弱环节较多，尤其受感应雷和反击雷危害最大。高速公路所经之地通常地势平缓，因而收费站建筑物就成为旷野区域的最高突出点，再加上收费站周围安装的高杆灯，更易引雷；而且收费站供电线路多采用架空电缆，在一定程度上加剧了雷电波经供电线路入侵用电系统的机率。在一些复杂的地质层面，敷设的传输和控制线路也是遭雷击和雷电感应的薄弱点，受公路路基、路面施工影响，沿路一线的土壤电阻率发生了改变，这也成为高速公路沿线区域易遭雷击的原因之一。
2 高速公路防雷工程设计
高速公路收费、通信、监控三大机电系统防雷工程建设较为复杂，不是仅依靠几种先进的防雷装置和设备就可完全消除雷电影响、保障机电系统免受雷击，必须采取科学的综合防雷设计与施工，尽可能一一排除产生雷击的各种可能因素，才能将高速公路机电系统的雷击灾害程度降至最低。据防雷技术工作人员通过大量的实践经验和研究分析，要实现高速公路机电系统的防雷应做好外部防雷、电源系统、数据监控系统、视频监控系统以及网络系统的防雷保护工作。
2.1 直击雷防护
首先要做好高速公路建筑物直击雷防护，通常采用避雷针、避雷带相结合防雷模式。办公楼顶部应采用Φ8镀锌圆钢的避雷带，顶部四角加设短避雷针，中间安装8～10m避雷针用于楼顶天线防护并增加避雷效果；收费棚安装1～2支装饰性避雷针，运用立柱钢筋作引下线；配电房、发电机室、监控室及通信房安装避雷带，其中在监控室和通信房等玻璃窗外应另加金属屏蔽网，网格应小于15cm×15cm，同时做好接地处理。
2.2 电源线路防雷
高速公路供电线路一般为10KV高压供电线路，在线路末端应采用外敷金属等绝缘护套的电缆穿钢管后埋地经电源变压器后再引入配电房，线路末端在接入电源变压器处要安装氧化锌避雷器进行防护，电源变压器机壳、电源低压侧零线以及线路的金属护套和钢管两端要分别就近作可靠接地；电源变压器进入配电房的低压输电线长度应大于15m，线路要作埋地敷设；配电房低压配电屏上需安装ZS150E-400：100KA电源防雷箱，可吸收雷击时电源线产生的巨大浪涌电流。配电房进入监控楼内的供电电缆屏蔽并埋地引入，电缆两端屏蔽层要就近进行接地处理，楼内配电箱应安装自带远程告警干节点的PRAC-380B：40KA电源防雷箱。配电房进入收费棚内的供电线缆应埋地布线并屏蔽，在监控机房UPS输出配电箱及收费车道内配电箱两处分别安装ZSPD TT20KC单相电源防雷器。所有户外摄像机电源输入端都要串联安装ZSPD TT20KC电源防雷器。
2.3 监控系统防雷
高速公路收费站处监控系统通常有6～8路摄像机，每台摄像机视频输出端口都要安装COAXB-CCTV防雷器并就近进行接地，视频线应穿金属管后埋地敷设；摄像机控制线处应安装RS485/422防雷器并接地；进入监控机房的视频线和控制线输入端口分别安装COAXB-CCTV和RS485/422防雷器并就近接地。
2.4 计算机网络防雷
高速公路收费计算机网络系统防雷设计中要在连接监控机房和收费车道HUB间同轴电缆两端分别安装RJ45接口和RJ45-E100防雷器，在HUB通向收费计算机双绞线上以及计算机网卡端口处应分别安装上述两种防雷器，各防雷器均应就近进行接地处理。
2.5 等电位连接和共用接地体
作好等电位连接是高速公路防雷技术措施之一，公路建筑设施、系统设备各类管线、设备安装防雷装置后均应作等电位连接并接地，最后利用钢筋混凝土结构将建筑物内所有金属构件的多重连接建立成三维连接网络，从而减少建筑物金属构件与设备、设备与设备之间因雷击产生电位差，造成雷电电磁脉入侵并干扰、损坏微电子设备。高速公路共用接地系统大多采用建筑物基础钢筋地网，接地體接地电阻应≤4Ω。
3 高速公路防雷工程施工安装
防雷工程应由具有相当资质的工程队进行施工建设，保证工程建设的科学合理和安全可靠。在施工过程中应注意以下几个问题：一是防雷器等接线端子应牢固安装，否则易造成雷电接地泄放达不到要求、电位抬高击坏设备等；二是要确保防雷接地线的正确链接，电源保护地与现场地连接好；三是如果遇防雷器与接地极距离<1m时可采用4mm？以上铜线，距离>1m时应依照距离的远近选用6mm？以上铜线；四是确保与接地极相连的所有导线连接牢固可靠，并在导线上涂导电膏，以使线路安全连接、线缆面积足够和雷电泄流的通畅。
4 结语
高速公路防雷工程是较为负责的系统工程，因此，在工程设计和施工过程中，因地制宜、周密细致的进行防雷方案设计，加强防雷结构方案优化、技术参数确定、防雷产品选型和施工材料选取、施工工艺考究、防雷装置安装技巧等方面的深入研究探讨，确保高速公路机电系统防雷工程配置合理、性能优良，起到全面防护作用，并实现系统运行的稳定可靠，且投资小、维护方便。
参考文献
[1]王昆.高速公路系统防雷现状分析[J].科技与企业，2011（11）
[2]梅兵.高速公路机电系统防雷设计探析[J].机电信息，2011（12）
[关键词]高速公路；机电系统；防雷工程；设计；施工
中图分类号：TV551.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0165-01
引言
高速公路涉及地域广、路线长，多位于野外和空旷地带，地形复杂，收费站区、服务区和道路设施、设备均为道路上孤立建筑物，且供电、通信、监控、收费等公路机电系统融合了先进的传感技术、通信技术和计算机技术，为一个功能强大的电器、电子系统，极易遭受直接雷击和雷电电磁脉冲危害，一旦遭受雷电灾害，即可造成公路设备损坏和系统瘫痪。因此，加强高速公路机电系统的综合防雷设计和施工建设十分重要。
1 高速公路机电系统易遭雷击原因分析
高速公路机电系统点多、面广、线长，系统设备主要分布在收费站（收费棚、监控室、变配电房）、隧道（包含隧道广场）和公路沿线外场监控设备，兼有强电设备和大量的通信、监控及传感等弱电设备，但一直以来公路管理部门及工程建设部门都未重视高速公路机电系统设计和施工中的强电和弱电设备的防雷问题，接地要求不高，接地处理更是简单，使公路机电系统易遭受雷击的薄弱环节较多，尤其受感应雷和反击雷危害最大。高速公路所经之地通常地势平缓，因而收费站建筑物就成为旷野区域的最高突出点，再加上收费站周围安装的高杆灯，更易引雷；而且收费站供电线路多采用架空电缆，在一定程度上加剧了雷电波经供电线路入侵用电系统的机率。在一些复杂的地质层面，敷设的传输和控制线路也是遭雷击和雷电感应的薄弱点，受公路路基、路面施工影响，沿路一线的土壤电阻率发生了改变，这也成为高速公路沿线区域易遭雷击的原因之一。
2 高速公路防雷工程设计
高速公路收费、通信、监控三大机电系统防雷工程建设较为复杂，不是仅依靠几种先进的防雷装置和设备就可完全消除雷电影响、保障机电系统免受雷击，必须采取科学的综合防雷设计与施工，尽可能一一排除产生雷击的各种可能因素，才能将高速公路机电系统的雷击灾害程度降至最低。据防雷技术工作人员通过大量的实践经验和研究分析，要实现高速公路机电系统的防雷应做好外部防雷、电源系统、数据监控系统、视频监控系统以及网络系统的防雷保护工作。
2.1 直击雷防护
首先要做好高速公路建筑物直击雷防护，通常采用避雷针、避雷带相结合防雷模式。办公楼顶部应采用Φ8镀锌圆钢的避雷带，顶部四角加设短避雷针，中间安装8～10m避雷针用于楼顶天线防护并增加避雷效果；收费棚安装1～2支装饰性避雷针，运用立柱钢筋作引下线；配电房、发电机室、监控室及通信房安装避雷带，其中在监控室和通信房等玻璃窗外应另加金属屏蔽网，网格应小于15cm×15cm，同时做好接地处理。
2.2 电源线路防雷
高速公路供电线路一般为10KV高压供电线路，在线路末端应采用外敷金属等绝缘护套的电缆穿钢管后埋地经电源变压器后再引入配电房，线路末端在接入电源变压器处要安装氧化锌避雷器进行防护，电源变压器机壳、电源低压侧零线以及线路的金属护套和钢管两端要分别就近作可靠接地；电源变压器进入配电房的低压输电线长度应大于15m，线路要作埋地敷设；配电房低压配电屏上需安装ZS150E-400：100KA电源防雷箱，可吸收雷击时电源线产生的巨大浪涌电流。配电房进入监控楼内的供电电缆屏蔽并埋地引入，电缆两端屏蔽层要就近进行接地处理，楼内配电箱应安装自带远程告警干节点的PRAC-380B：40KA电源防雷箱。配电房进入收费棚内的供电线缆应埋地布线并屏蔽，在监控机房UPS输出配电箱及收费车道内配电箱两处分别安装ZSPD TT20KC单相电源防雷器。所有户外摄像机电源输入端都要串联安装ZSPD TT20KC电源防雷器。
2.3 监控系统防雷
高速公路收费站处监控系统通常有6～8路摄像机，每台摄像机视频输出端口都要安装COAXB-CCTV防雷器并就近进行接地，视频线应穿金属管后埋地敷设；摄像机控制线处应安装RS485/422防雷器并接地；进入监控机房的视频线和控制线输入端口分别安装COAXB-CCTV和RS485/422防雷器并就近接地。
2.4 计算机网络防雷
高速公路收费计算机网络系统防雷设计中要在连接监控机房和收费车道HUB间同轴电缆两端分别安装RJ45接口和RJ45-E100防雷器，在HUB通向收费计算机双绞线上以及计算机网卡端口处应分别安装上述两种防雷器，各防雷器均应就近进行接地处理。
2.5 等电位连接和共用接地体
作好等电位连接是高速公路防雷技术措施之一，公路建筑设施、系统设备各类管线、设备安装防雷装置后均应作等电位连接并接地，最后利用钢筋混凝土结构将建筑物内所有金属构件的多重连接建立成三维连接网络，从而减少建筑物金属构件与设备、设备与设备之间因雷击产生电位差，造成雷电电磁脉入侵并干扰、损坏微电子设备。高速公路共用接地系统大多采用建筑物基础钢筋地网，接地體接地电阻应≤4Ω。
3 高速公路防雷工程施工安装
防雷工程应由具有相当资质的工程队进行施工建设，保证工程建设的科学合理和安全可靠。在施工过程中应注意以下几个问题：一是防雷器等接线端子应牢固安装，否则易造成雷电接地泄放达不到要求、电位抬高击坏设备等；二是要确保防雷接地线的正确链接，电源保护地与现场地连接好；三是如果遇防雷器与接地极距离<1m时可采用4mm？以上铜线，距离>1m时应依照距离的远近选用6mm？以上铜线；四是确保与接地极相连的所有导线连接牢固可靠，并在导线上涂导电膏，以使线路安全连接、线缆面积足够和雷电泄流的通畅。
4 结语
高速公路防雷工程是较为负责的系统工程，因此，在工程设计和施工过程中，因地制宜、周密细致的进行防雷方案设计，加强防雷结构方案优化、技术参数确定、防雷产品选型和施工材料选取、施工工艺考究、防雷装置安装技巧等方面的深入研究探讨，确保高速公路机电系统防雷工程配置合理、性能优良，起到全面防护作用，并实现系统运行的稳定可靠，且投资小、维护方便。
参考文献
[1]王昆.高速公路系统防雷现状分析[J].科技与企业，2011（11）
[2]梅兵.高速公路机电系统防雷设计探析[J].机电信息，2011（12）