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摘要：随着科学技术的不断发展，高速公路的增加的同时，高速公路上的机电系统也是不断的增加了，但是电子设备对电压的耐受力较差，经常会受到雷电的袭击，因此，加强机电设备的防雷接地措施是当务之急。本文主要从阐述雷电对高速公路机电系统的危害性出发，具体分析了雷电侵入机电系统的主要途径，并提出相应的防雷接地措施，希望能够为相关研究提供一定的借鉴。
关键词：高速公路；防雷接地；危害性
随着我国高速公路系统在全国范围逐步完善以来，高速公路建设中涉及到的通讯、收费、供配电等机电系统因电问题日益突出。虽然就目前技术水平来看，我国强电防雷接地技术已经较为成熟，但是集成度高、运算速度快、工作电压低的弱点电子设备防雷接地技术依然有待加强，其抗雷电磁脉冲的能力差，容易受到雷电影响。因此，在高速公路机电系统建设、日常维护及操作过程中，要注意防雷问题，并着重做好整个机电系统的防雷接地工作，以确保系统运行过程中不会或少受雷电侵害。
一、雷电对高速公路机电系统的危害性及防雷接地的意义
（一）危害性分析
作为一种常见的自然现象，雷电所造成的危害是众所周知的，其对高速公路机电系统的危害也是极具破坏力。雷电具有高电压、强电流等特征，对电子设备的侵害程度较大，现已成为电子时代的公害之一，更是造成高速公路机电设备损害的重要凶手。目前，高速公路机电系统遭受雷电侵袭所形成的损害主要包括两大方面：其一，直击雷。即雷电在释放过程中，产生了巨大的电流，并使地电位瞬间升高，形成电位差，从而造成公路机电设备的损害以及相关人员伤亡等；其二，感应雷。高速公路机电系统机房是整个公路电子系统的“中枢神经”，对机房的破坏往往并不是通过直接释放巨大电流而形成的，而是电流通过卫星天线、通信线路等途径侵入到机房当中，并对弱点电流形成冲击，从而造成设备烧毁事故的发生。
（二）防雷接地的意义
防雷接地主要可以从两个方面进行解释：一是防止雷击造成损害；二是静电接地以防静电危害，其是将已纳入防雷系统的闪电能量通过电流传输方式释放入大地，从而使原本破坏力极强的直击雷和雷电电磁干扰能量等得到有效的分流和释放，以确保高速公路收费系统、监控系统、通信系统以及交流配电系统等得到保护，确保减少雷雨天气对这些系统的影响，并保证相关人员的人身安全。如果高速公路防雷接地不良，极有可能会引雷入室，导致公路的机电系统遭受引雷威胁。
二、雷电侵入机电系统的主要途径
雷电侵入机电系统需要通过以下几种途径：通过信号传输电缆侵入。主要包括摄像系统信号线、网络线等，一般遇雷主要可能有两个原因：其一，电缆旁边有高大建筑物、大树等地面突出物，一旦出现雷雨天气，直击雷就可能会击中这些突出物，并使电流直接击穿电缆，从而侵入到电缆芯线里面；其二，利用地电位反击。目前我国相关部门已经注意到了高速公路避雷的重要性，并且对公路上的建筑物、机电设备等安装了避雷针或其他避雷装置，然而强大的雷电流经接地装置或引下线导入大地之时，该位置就会呈现出喇叭形电位分布，一旦附近有计算机设备接地装置并与其接近，强大的电流就会进入到计算机设备线路中，如果计算机与线路当时是连通的，那么雷电流则会直接侵入计算机设备，并导致设备损毁或损坏；其三，利用供电线路侵入。高速公路上存在的低压及高压电力线，往往都会成为直击雷或感应雷的“传导线路”，并通过线路侵入到机电系统当中；其四，通过设备与信号电缆接口相连处进入。当雷云对地放电之时，雷电水平电场就会感应到过电压，过电压则会通过附近的机电设备与信号电缆接口相连处进入，并损毁或损坏设备。
三、高速公路机电系统综合防雷接地的具体措施
针对上述雷电侵入机电系统的途径分析可见，高速公路的防雷接地举措需要从以下几个方面着手：
（一）收费系统防雷接地措施
通常情况下，收费系统受到雷电侵入主要是通过：一是直击雷。易产生反击电压和感应过电压，从而对收费系统造成损害；二是暂态过电压。其是配电系统中最为常见的一种干扰形式，包括内部操作过电压、雷电过电压，利用UPS和稳压器也无法消除其影响。
综合来看，收费系统防雷接地措施的实行要遵循三大原则：第一，要采用综合防护，对收费系统进行系统化、整体化的防雷接地设计；第二，要根据设备选择过电压设备的类型；第三，防雷系统设计要根据国家规定的防雷设计规范及过电压保护设计规范等标准进行实施。
为了保障收费系统设备安全正常运行，避免系统设备遭受各种直击雷及暂态过电压的损坏及干扰，具体需要采取三级保护方案：第一级，对收费系统进行粗保护。供电系统负责找出系统最易遭雷击（例如配电房引入室内位置）的位置，并将该点的流通容量设置大于60KA；第二级，对收费系统进行细保护。第二级保护由收费系统负责，该系统部门要注意设置位于供电线进入收费系统UPS前的流通容量大于20KA；第三级，对收费系统进行精保护。精保护是在细保护基础上进行的，当第二级保护设备距离控制矩阵、路由器或者服务器等大于15米之时，需要在车道控制机设备前端安装精保护。
（二）监控系统防雷接地措施
虽然目前我国高速公路上的监控系统（例如外设监控摄像机）多数采用光纤传输，但是光端机与摄像机之间的电缆连接线却很容易受感应雷破坏，事实上在实际使用过程中也极易遭遇雷击现象。因此，要在视频线始末两端加装视频防雷器，信号线的始末两端加装信号防雷器，有条件情况下，也可以使用内置光端机的摄像机，以减少受雷的可能性。
（三）合理布线措施
在防雷接地过程中要注意线路的合理布局，例如引入线路要加装电涌保护器或避雷器；易受雷击影响的强弱电线路要利用金属管进行防护以可靠接地等。整体线路布局要以减少雷电对线路造成影响的可能性为基础，在线路设计之时要尽可能的将雷电灾害减至最低。
（四）通信系统和交流配电系统防雷接地措施
通信设备是稳定高速公路服务工作，实现传输设备安全的基本保障，因此，必须要认真做好通讯系统的防雷接地工作。例如，在传输设备机柜上可以提供两个接地螺栓，采用单点接地方法接入大地，其中一条为传输设备工作底线（GND），主要用于连接各种直流工作电源地线，另外一條为二次保护电路地线（PGND），在接入大地可泄放经一次保安单元后剩余的电荷。对于交流配电系统而言，要提供一个独立的交流安全地，并将交流电网提供的保护地线断开，如果无法做到这一点，也可以与配线架防雷地公用，但要安装电源防雷装置，以防交流电网出现干扰信号。
四、总结
总而言之，高速公路需要着重做好整个机电系统的防雷接地工作，利用科学、合理的方法对防雷接地系统进行规范化设计，需要通过科学、合理的方法对防雷接地系统进行规范化设计，并就设计要点进行相应的监控和管理，以确保系统运行过程中不会或少受雷电侵害，并提高高速公路的综合服务水平。
参考文献：
[1]曹英宝.高速公路机电系统综合防雷接地措施研究[J].交通世界（运输.车辆），2011（10）.
[2]罗云锋.基于高速公路机电系统综合防雷接地对策研究[J].科技与企业，2012（16）.
关键词：高速公路；防雷接地；危害性
随着我国高速公路系统在全国范围逐步完善以来，高速公路建设中涉及到的通讯、收费、供配电等机电系统因电问题日益突出。虽然就目前技术水平来看，我国强电防雷接地技术已经较为成熟，但是集成度高、运算速度快、工作电压低的弱点电子设备防雷接地技术依然有待加强，其抗雷电磁脉冲的能力差，容易受到雷电影响。因此，在高速公路机电系统建设、日常维护及操作过程中，要注意防雷问题，并着重做好整个机电系统的防雷接地工作，以确保系统运行过程中不会或少受雷电侵害。
一、雷电对高速公路机电系统的危害性及防雷接地的意义
（一）危害性分析
作为一种常见的自然现象，雷电所造成的危害是众所周知的，其对高速公路机电系统的危害也是极具破坏力。雷电具有高电压、强电流等特征，对电子设备的侵害程度较大，现已成为电子时代的公害之一，更是造成高速公路机电设备损害的重要凶手。目前，高速公路机电系统遭受雷电侵袭所形成的损害主要包括两大方面：其一，直击雷。即雷电在释放过程中，产生了巨大的电流，并使地电位瞬间升高，形成电位差，从而造成公路机电设备的损害以及相关人员伤亡等；其二，感应雷。高速公路机电系统机房是整个公路电子系统的“中枢神经”，对机房的破坏往往并不是通过直接释放巨大电流而形成的，而是电流通过卫星天线、通信线路等途径侵入到机房当中，并对弱点电流形成冲击，从而造成设备烧毁事故的发生。
（二）防雷接地的意义
防雷接地主要可以从两个方面进行解释：一是防止雷击造成损害；二是静电接地以防静电危害，其是将已纳入防雷系统的闪电能量通过电流传输方式释放入大地，从而使原本破坏力极强的直击雷和雷电电磁干扰能量等得到有效的分流和释放，以确保高速公路收费系统、监控系统、通信系统以及交流配电系统等得到保护，确保减少雷雨天气对这些系统的影响，并保证相关人员的人身安全。如果高速公路防雷接地不良，极有可能会引雷入室，导致公路的机电系统遭受引雷威胁。
二、雷电侵入机电系统的主要途径
雷电侵入机电系统需要通过以下几种途径：通过信号传输电缆侵入。主要包括摄像系统信号线、网络线等，一般遇雷主要可能有两个原因：其一，电缆旁边有高大建筑物、大树等地面突出物，一旦出现雷雨天气，直击雷就可能会击中这些突出物，并使电流直接击穿电缆，从而侵入到电缆芯线里面；其二，利用地电位反击。目前我国相关部门已经注意到了高速公路避雷的重要性，并且对公路上的建筑物、机电设备等安装了避雷针或其他避雷装置，然而强大的雷电流经接地装置或引下线导入大地之时，该位置就会呈现出喇叭形电位分布，一旦附近有计算机设备接地装置并与其接近，强大的电流就会进入到计算机设备线路中，如果计算机与线路当时是连通的，那么雷电流则会直接侵入计算机设备，并导致设备损毁或损坏；其三，利用供电线路侵入。高速公路上存在的低压及高压电力线，往往都会成为直击雷或感应雷的“传导线路”，并通过线路侵入到机电系统当中；其四，通过设备与信号电缆接口相连处进入。当雷云对地放电之时，雷电水平电场就会感应到过电压，过电压则会通过附近的机电设备与信号电缆接口相连处进入，并损毁或损坏设备。
三、高速公路机电系统综合防雷接地的具体措施
针对上述雷电侵入机电系统的途径分析可见，高速公路的防雷接地举措需要从以下几个方面着手：
（一）收费系统防雷接地措施
通常情况下，收费系统受到雷电侵入主要是通过：一是直击雷。易产生反击电压和感应过电压，从而对收费系统造成损害；二是暂态过电压。其是配电系统中最为常见的一种干扰形式，包括内部操作过电压、雷电过电压，利用UPS和稳压器也无法消除其影响。
综合来看，收费系统防雷接地措施的实行要遵循三大原则：第一，要采用综合防护，对收费系统进行系统化、整体化的防雷接地设计；第二，要根据设备选择过电压设备的类型；第三，防雷系统设计要根据国家规定的防雷设计规范及过电压保护设计规范等标准进行实施。
为了保障收费系统设备安全正常运行，避免系统设备遭受各种直击雷及暂态过电压的损坏及干扰，具体需要采取三级保护方案：第一级，对收费系统进行粗保护。供电系统负责找出系统最易遭雷击（例如配电房引入室内位置）的位置，并将该点的流通容量设置大于60KA；第二级，对收费系统进行细保护。第二级保护由收费系统负责，该系统部门要注意设置位于供电线进入收费系统UPS前的流通容量大于20KA；第三级，对收费系统进行精保护。精保护是在细保护基础上进行的，当第二级保护设备距离控制矩阵、路由器或者服务器等大于15米之时，需要在车道控制机设备前端安装精保护。
（二）监控系统防雷接地措施
虽然目前我国高速公路上的监控系统（例如外设监控摄像机）多数采用光纤传输，但是光端机与摄像机之间的电缆连接线却很容易受感应雷破坏，事实上在实际使用过程中也极易遭遇雷击现象。因此，要在视频线始末两端加装视频防雷器，信号线的始末两端加装信号防雷器，有条件情况下，也可以使用内置光端机的摄像机，以减少受雷的可能性。
（三）合理布线措施
在防雷接地过程中要注意线路的合理布局，例如引入线路要加装电涌保护器或避雷器；易受雷击影响的强弱电线路要利用金属管进行防护以可靠接地等。整体线路布局要以减少雷电对线路造成影响的可能性为基础，在线路设计之时要尽可能的将雷电灾害减至最低。
（四）通信系统和交流配电系统防雷接地措施
通信设备是稳定高速公路服务工作，实现传输设备安全的基本保障，因此，必须要认真做好通讯系统的防雷接地工作。例如，在传输设备机柜上可以提供两个接地螺栓，采用单点接地方法接入大地，其中一条为传输设备工作底线（GND），主要用于连接各种直流工作电源地线，另外一條为二次保护电路地线（PGND），在接入大地可泄放经一次保安单元后剩余的电荷。对于交流配电系统而言，要提供一个独立的交流安全地，并将交流电网提供的保护地线断开，如果无法做到这一点，也可以与配线架防雷地公用，但要安装电源防雷装置，以防交流电网出现干扰信号。
四、总结
总而言之，高速公路需要着重做好整个机电系统的防雷接地工作，利用科学、合理的方法对防雷接地系统进行规范化设计，需要通过科学、合理的方法对防雷接地系统进行规范化设计，并就设计要点进行相应的监控和管理，以确保系统运行过程中不会或少受雷电侵害，并提高高速公路的综合服务水平。
参考文献：
[1]曹英宝.高速公路机电系统综合防雷接地措施研究[J].交通世界（运输.车辆），2011（10）.
[2]罗云锋.基于高速公路机电系统综合防雷接地对策研究[J].科技与企业，2012（16）.