高速公路机电设备防雷技术的应用研究

摘要：随着我国经济不断发展，作为国家基础建设性工程的高速公路其建设规模不断扩大，各种机电设备越来越多的应用于高速公路中由于高速公路特殊

的建设环境，机电设备极易遭受雷电的干扰。轻者造成设备损坏，高速公路机电设备系统无法运行，重者造成人员伤亡，给国家和个人带来极大损失。因此，

探讨高速公路机电设备防雷技术具有重要意义。

关键词：高速公路；机电设备：防雷技术

1、雷电对高速公路机电设备的危害

雷电是一种常发自然现象，通常因大气中热空气与冷空气摩擦而产生

带有不同电荷的小水滴，当这种正负电荷达到一定值时，因不同极性的云

团之间、云团与地之间存在强大的电场，从而产生云团之间以及云团对大

地的放电现象，具有电压高、电流大等特点，很容易破坏电子设备，已经

被国际电工委员会列为电子时代的一大公害。

目前高速公路机电设备的雷击主要是由直击雷和感应雷两种所造成

的。直击雷时，瞬间产生的巨大电位差直接雷击高速高路建筑物和高速公

路机电设备，造成建筑物的损坏，机电设备系统的瘫痪，从而使得高速公

路交通秩序无法正常运行，严重时甚至危及人员生命安全。感应雷时，雷

电电流从高速公路机电设备的电源线缆、通信线路、卫星天线等地方进行

入侵，由于机电设备分为弱电设备和强电设备，而感应雷对弱电设备极其

敏感，其产生的感应电流通过电源电缆对弱电设备进行冲击，从而造成弱

电设备损坏，甚至烧毁等严重事故。

2、高速公路防雷措施的不足

通过分析高速公路运作过程中的检测资料、防雷工程的审核资料、高

速公路的施工监督资料、工程的竣工验收资料，发现高速公路机电设备的

防雷措施存在以下几个方面的不足：（1）高速公路在规划和设计过程中缺

乏对统一的防雷方案设计。统一的防雷方案设计是将高速公路的建筑系统

与机电系统作为一个有机的整体进行全面的综合性的防雷设计。目前在高

速公路的防雷设计的往往将各个板块相互孤立不同的方案分别在不同工程

阶段完成，存在较为严重的脱节现象，没有统一性和协同性，导致机电设

备部分的防雷效果达不到最佳状态。（2）缺乏对高速公路机电设备防雷措

施的足够重视，没有明确的防雷目标。高速公路上的监控设备、收费设备、

通信设备、供电设备、隧道通风设备共同构成了高速公路的机电设备系统，

机电设备防雷对象繁多复杂。（3）高速公路的设计、施工与监理技术人员

对机电设备防雷措施缺少专业的认知知识，缺乏相关的施工经验。一定的

防雷知识和防雷工程的施工经验对高速公路机电设备的防雷措施的有效实

施具有重要影响，然而目前市场上设计、施工与监理技术人员对防雷区域

的划分、接地系统的设置、屏蔽措施的应用等专业的防雷措施掌握不够系

统，直接导致最终防雷工程的质量低下，相关防雷措施缺乏规范，导致雷

电对机电设备破坏较为严重，并造成财产人员的损失，影响高速公路的经

济效益。（4）高速公路管理部门对机电设备防雷装置的检测检查和调查分

析较为缺失。为了保证防雷装置正常运行，必须对高速公路机电设备进行

定期的检查与维护，排除失效的防雷装置，整改损毁的设备系统。

3、高速公路机电设备防雷技术探讨

3.1 机电设备接地系统防雷技术

接地在防雷技术中扮演着重要的角色。对于直击雷，其防护一般是通

过使用避雷针、避雷线、避雷网、避雷带等作为接闪器，雷电通过上述接

闪器由接地装置将雷电引入大地；对于感应雷，一般通过同地位接地、屏

蔽接地等措施进行相应的防护。因此，将雷电通过接地系统引入大地是目

前防雷的一项重要技术。目前，对于高速公路机电设备的接地系统主要分

为交流工作接地、机电设备保护接地、直流工作接地等三种。

变压器是交流电路的不可忽略的重要组成部分，对于高速公路机电设

备的交流电路亦是如此。高速公路机电设备的变压器是与外部电网进行连

接，所以一般安装在室外，当发生雷击时，变压器就会直接受到雷击产生

的感应电流的冲击，对其造成损坏，由于变压器处于供电电路中，从而直

接影响了机电设备系统的正常工作。为了保证变压器以及机电设备系统的

正常运行，一般对变压器进行接地处理，接地时直接将变压器中性点与大

地连接，当正常工作时，不影响向机电设备供电，当发生雷击时，通过接

地的方式直接进行跳闸保护，这样既保证了变压器不被损坏，又保证了机

电设备的安全。

机电设备在正常工作时是一个带电导体，由于设备运输过程中的碰撞

或长时间的使用等原因造成机电设备绝缘作用发生损害，雷击时，容易形

成机电设备、人、大地三者之间的电流通路，从而造成触电危险。因此为

了消除这种潜在的人员安全隐患，一般将机电设备正常工作时的不带电金

属部分进行接地保护，当发生绝缘破损时，由于接地装置的电阻极小（一

般要求为1Ω以下），从而泄漏电流能够近乎全部的通过接地装置引入大地，

避免触电危险。

随着科学技术的不断发展，在高速公路机电设备系统中，弱电设备部

分主要是由集成电路、微电子元件等电子器件为核心的电路所组成，其主

要采用直流电源进行工作，由于弱电设备对电源要求极其苛刻，极小的电

源波动都会使得电路发生干扰，当直流电源受到外部干扰而发生波动时，

就会给弱电设备部分带来巨大冲击干扰，严重时甚至烧毁整个弱电设备系

统。直流工作进行接地，可以有效的将干扰引入大地，从而使得弱电设备

稳定工作在同一低压直流系统中，另外在接地时，将弱电设备全部引至统

一接地系统，从而保证了在信号传输过程中的电位参考点相同，有利于弱

电设备中不同类型信号（模拟信号和数字信号）的传输，衰减甚至消除了

由于数模转换所带来的电磁干扰，提高了弱电设备处理数据和传输数据的

准确性，进而避免了弱电设备受到干扰不能正常工作甚至毁坏问题。

3.2 机电设备信号防雷技术

高速公路机电设备的传输信号类型一般有视频信号、音频信号、数据

和网络信号、控制信号等几种，这几种传输信号主要由双绞线、同轴电缆、

光纤电缆等介质进行传输。除了光纤电缆（保护层为非金属）外，其余介

质均容易遭受雷击，发生雷击时，不仅信号受到影响，而且还将雷电的高

压电传递给机电设备，从而造成机电设备传输信号无法正常传输，甚至破

坏机电设备，造成高速公路机电设备系统瘫痪。针对可能发生的信号雷击

问题，可以在视频信号线两端、音频信号线和数据网络信号线两端分别安

装视频防雷器、音频防雷器和数据防雷器，防雷器有过压、过流保护功能，

在发生雷击时，可以将雷电波滤除，从而达到防雷效果。

3.3 场区机电设备防雷技术

对于场区机电设备的防雷技术应该分别从外部防雷和内部防雷两方面

进行防雷保护。外部防雷一般是指外场的机电设备的防雷以及机电设备外

部建筑物的防雷两种，外场机电设备一般裸露于外界环境中，主要包括高

速公路路况检测设备、紧急电话、气象监测设备等，除了安装避雷针外，

还应对这些外场机电设备进行多重防雷（包括信号防雷和电源防雷），另外

机电设备的建筑物也应进行避雷针、接地线等保护措施，例如在机电设备

集中的建筑物，应该以独立避雷针或者避雷网进行保护，并将电流引至远

离机电设备所在的区域。内部防雷则应该对机电设备安装防雷器、电涌保

护器等，例如在机电设备的总配电柜和各个系统配电箱应安装电源防雷器，

从而对系统内的各种用电设备进行保护。对于大型供电部分如空调、动力

供电等采用独立的配电系统，以减少雷击时的互相干扰和关联损失。

4、结束语

雷电的产生对高速公路的机电设备的正常运作构成了巨大的安全威

胁，目前高速公路机电设备防雷措施仍然存在着较多的不足，需要从提高

工作人员的专业素养、出台相关防雷监测规范、完善保存事故资料、提高

防雷意识等方面出发加强对雷电危害的预防。

参考文献

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市政桥梁

2016.16 171