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科技资讯

２００６　　ＮＯ．１６

ＳＣＩＥＮＣＥ　＆　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ

高速公路收费现场机电系统防雷综合论述

林勇卫

（广西高速公路管理局桂柳高速公路管理处　　５４５００５）

摘　要：高速公路收费现场机电系统防雷指的是收费岛、监控楼和配电站这一区域的机电系统防雷措施，在高速公路这一区域的机电系统内集中了电源、计算机网络、有线通信、无线通信、视频监控、程控交换机等各类子系统，都不同程度地遭受雷电侵害。轻者部分设备被雷电击坏，系统丧失部分功能；重者全系统瘫痪，经济损失严重；更有甚者，雷雨季节因系统频繁遭受雷电侵扰，系统不能正常运行，全部系统功能尽失，给交通安全带来极大隐患。

关键词：雷电电磁脉冲干扰　过电压　联合接地　法拉第笼　等电位连　接辅助加地网　架空避雷网随着经济的发展，高速公路路网建设加快了步伐。管理使用者对计算机收费、监控和通信系统等电子设备的要求越来越高。电子计算机、电子系统设备日益向高频率、高精度、高灵敏度方向发展。这些电子设备非常灵敏，但工作电压较低（５Ｖ～１２Ｖ左右），其本身耐压也非常低（－７Ｖ～＋１５Ｖ）。一旦有过电压引入，就会击穿损坏。加之高速公路路网的收费站、管理机构大都建于郊外相对空旷之地。电子计算机、电子系统设备极易遭受雷击、雷电电磁脉冲干扰破坏而丧失使用功能。以各种电子计算机为例，当雷电电磁脉冲的磁场强度超过０．０７　高斯时，就会引起电子计算机的误动作，当磁场强度超过２．４高斯时，就会造成电子计算机的永久性损坏。因此，我们必须对雷电电磁脉冲采取必要的防护措施，以便在先进的建筑物内实现良好的电磁兼容性（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）。面对这种挑战，设计人必须转变观念，把雷电电磁脉冲防护当作防雷设计的重点。这不只是电气一个专业的事，因为它涉及到电子设备的位置和管线的布置等问题，各个专业应充分协商，从整体上解决防雷设计上的问题。否则建筑物设计得再好，电子设备再好，电子设备在雷雨季节也无法正常使用。

一、基础知识：雷电对电子、电气设备的危害作用主要有三种方式

１、直击雷－－物体直接遭受雷电的袭击。以及防雷装置接闪时，巨大的雷电流在周围空间产生强大的交变电磁场，由于电磁感应使附近导体中产生很高的感应电动势。感应对一切导体和电子设备发生作用，可以是闭合的金属回路产生感应电流，也可以是不闭合的导体回路产生感应电动势，由于其迅变时间极短，所以感应的电压可以很高，从而使设备损坏和干扰附近的电力线路和电子设备。这就是雷电直击雷的雷电电磁脉冲（Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｐｕｌｓｅ，简称ＬＥＭＰ）干扰。

２、感应雷－－天空中的雷云静电以及雷击放电时雷电波的电磁辐射对电力线路和电子设备的电磁干扰。感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：当雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷击放电时，雷云中的电荷迅速释放，而导体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道，就会在电路中形成电脉冲。二是电磁感应：在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，在其附近的导体中产生很高的感应电动势，这就是感应雷的雷电电磁脉冲干扰。雷击点周围１ｋｍ左右的敏感电子系统，都有可能受到雷电电磁脉冲或雷电电磁脉冲过电压的损坏。电子电路能够承受的浪涌电压仅为（－７Ｖ～＋１５Ｖ），然而，雷浪涌电压可以高达数千伏，甚至数万伏，因此，雷浪涌电压侵入电子设备往往使电子设备失效损坏。研究表明：静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。雷电在导线上感应起电涌，并沿导线传播到与之相连的电子、电气设备，当这些设备的耐压较低时就会被感应雷损坏。电磁感应和静电感合称为感应雷，又叫二次雷。它对设备的损害没有直击雷来的猛烈，但它要比直击雷发生的机率大得多。

３、雷电侵入波－－由外部各种强、弱电线路或电缆线路传２４

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来的雷浪涌电压、电磁波、电脉冲对本地电子设备的干扰损坏。雷击浪涌可以通过电力线、电话线等金属导线传输到数公里远，致使雷害范围扩大。

二、直击雷、感应雷和雷电侵入波等雷电的危害采用的防雷措施：

（一）直击雷的防雷措施：自从二百多年前富兰克林发现雷电的电本质并发明避雷针防雷以来，避雷针防雷方式是目前世界上公认的最成熟的防雷装置。传统的常规避雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。由于传统接闪器并没有消除雷击，而只是将雷电流引向自身，这样会带来地电位升高、侧击、雷电流电磁干扰等问题，但可采用其它技术手段解决。

１、直击雷的接闪：接闪器（也叫接闪装置）有三种形式：避雷针、避雷带和避雷网，它位于建筑物等被保护的突出物顶部，其作用是引雷或叫截获闪电，即把雷电流引下。理论上有耐流耐压能力，能连续接闪的任何金属物体都可以作为接闪器。

２、直击雷的分流：引下线上与接闪器连接，下与接地装置连接，它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。接闪器接闪时巨大的雷电流通过引下线入地，会在周围空间产生强大的交变电磁场，由于电磁感应使附近设备感应出高电压，从而损坏和干扰附近的电力线路和电子设备。在国标《建筑物防雷设计规范》（ＧＢ５００５７－９４）中，对金属引下线的规定就已采取了降低引下线电磁干扰的措施，如多根引下线的分流作用，均匀对称的布置在建筑物四周可相互抵消内部电磁场，而利用建筑物的钢筋框架作为引下线引下雷电流，恰好能很好的达到此目的。由于用作引下线的钢筋混凝土柱内的钢筋和整个建筑物的屏蔽网都在外墙处，雷电流需经此处的钢筋分流到接地装置上，所以外墙处的电流密度大，电磁场强。因此，建筑物中的电源和通信等线路的主干线不应靠近外墙，尽可能远离用作引下线的钢筋，最好能设置在电磁环境相对较佳的建筑物的中心或靠近中心部位。

３、直击雷的接地：不管采用何种雷电防护措施，其目的都是将雷电能量泄放入地，防雷接地是雷电流对地的一个泄放通道。对于系统的防雷最有利的措施是系统有良好的接地，良好接地不仅能及早的泄掉感应雷产生的电压，同时也可泄掉静电以及由于设备漏电而产生的对地电压，达到保护设备和人身安全的目的，具体的系统防雷也是从接地开始的。良好的接地效果也是防雷成功的重要保证之一。

⑴首先区分以下几种接地类型：①交流工作接地（交流地）：三相四线交流电系统的中性线（Ｎ线）直接或经特殊设备（如阻抗，电阻等）与大地作金属连接，这种地线是产生噪声的主要地方。②交流保护地线：三相四线交流电系统的保护接地ＰＥ线。③直流工作接地（直流地）：它是直流电源标准电压的起点，在非浮空的直流电源，就把它作为地线，而且就是接地的连线。④屏蔽地又称机壳地：它使机壳和大地处于相等电位可以保护人身安全，也可以防止静电、电磁感应并屏蔽外界干扰。⑤安全保护接地：就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。其目的是防止因绝缘损坏或其他原因使设备金属外壳带电而造成触电的危险。⑥防静电接地：所有设