高速公路机电系统防雷接地技术探讨马伟伟

高速公路机电系统防雷接地技术探讨马伟伟

马伟伟

北京云星宇交通科技股份有限公司北京丰台100078

摘要：随着交通事业和电子科技的快速发展，各种电子设备被广泛地应用于高速公路机电系统中，不仅包括有大量通信、监控、收费等的弱电设备系统，还包括供配电照明、通风等强电设备系统。高速公路一般远离城市地处郊外，穿越地形复杂。很多外场设备及收费站机房处于海拔高的空旷地带，极易受到雷电的袭击，造成了部分机电设备的损毁，甚至整个机电系统的瘫痪，严重影响交通运输的正常运行和安全。本文结合自己的工作岗位和工作实际，在通过长期工作实践的基础上，从以下几方面进行总结分析探讨，雷电的危害性，防雷接地的重要性，施工过程中的防雷接地施工工艺的规范性，阐述了在高速公路机电设备防雷接地施工中降低电阻常用到三种主要方式，即接地体垂直打入法、换土法、采用降阻剂降阻等方法，在实际方法选用中应根据高速公路的地形地貌土质特点等情况分析比较降阻方式，选择适合的经济的接地措施。即用较少的投资获得最大的降阻效果。提出了建立高速公路机电设备综合防雷接地系统的整体运行方案，确保高速公路机电设备日常使用中的可靠性。

关键词：高速公路、机电设备、防雷、接地

绪论

以往在高速公路的设计和施工中，常常忽视机电设备的防雷接地问题，导致机电系统中存的防雷环节比较薄弱，机电设备受雷击的事故时有发生，造成了部分机电设备的损毁，甚至整个系统的瘫痪。由于高速公路环境比较复杂，个别路段地处山区接地条件差。要做好防雷接地系统需要很大的财力。好多施工单位为了节省成本弄虚作假。还有部分施工单位对接地降阻技术了解的不够，使用的方法不经济造成了很大的浪费。业主使用单位在日常使用中，觉得防雷器及接地都安装到位可以万无一失，平时也不注意保养维护。本文通过真实案例来说明施工中防雷接地的重要性，根据现场的实际情况分析来选择适合的经济的接地措施。提出业主在施工期间对接地隐蔽工程及工序交接的过程中应加强管理，在日常使用过程中应定期复测机电设备的接地电阻，如发现不合格及时采取措施，最大程度的降低雷电对机电设备的危害。

一、雷电的危害及防雷接地的重要性

1、雷电的危害

雷电是一种常发自然现象，对建筑物和设备设施都会造成较大损坏，特别是对高速公路的机电设备的危害。雷电对高速公路机电设备损害主要有“直击雷”和“感应雷”两类：

1.1第一种是直击雷，对于直击雷的解决方法是使用避雷针或者避雷线的使用，通过人工接引或者使用借助的金属骨架作为接引的导线，把雷击产生的巨大电流接入大地，达到避免雷击对设备造成的危害。

1.2第二种是感应雷，感应雷除对设备的危害之外，还会危害信号电缆。虽然目前的高尚公路开始大面积使用光缆，但是在局限内继续使用电缆，电话线的作为传输介质。如果雷击整合位于附近，静电感应以及电磁感应引起的瞬时电流会造成设备的危险，可以采用在信号两端加装防雷器的措施，避免由于感应雷对高速公路设备造成的危害。

2、防雷接地的重要性

良好的接地效果是防雷成功的重要保证之一，如何做好以防雷接地为核心的高速公路机电系统的防雷问题应受到广泛的重视。当高速公路建筑物被雷电击中后，就有可能对建筑物内部的机电设备造成直击过电压和感应过电流的危害。对于直击雷，其防护通常是通过使用避雷针、避雷带、避雷线等作为接闪器，通过引下线和接地体把雷电引放到大地。对于感应雷则是通过等电位连接、屏蔽、使用避雷器等进行相应的防护。为了保证雷电击中建筑物后雷电能量能够安全地泄入大地中，因此将装有机电设备的公路建筑物、内部弱电设备、电源线路、网络通信等系统均与防雷接地装置作有效的防雷金属连接。

3.接地的分类

接地的种类按作用主要分为两类：一是为了保护操作人员人身安全及设备不受损害的接地，称为保护接地；而是为了保障设备正常运行的接地，称为工作接地。

（1）机电设备保护接地

机电设备在正常工作时是一个带电体，同时也是人操作控制的主要设备，当机电设备运输过程中发生碰撞或使用时间过长都可能导致设备绝缘损害，此时如果运行管理人员没有发现此隐患，而与设备金属外壳直接接触时，由于人体是个导电体，就会在机电设备一人一大地间形成一个电流通路，电流就会通过人体流入大地，导致运行人员发生触电危险。为了避免发生触电危险，通常对机电设备正常运行时不带电的金属部分通过保护接地装置与大地有效连接。如果接地装置的电阻远小于人体电阻时，泄漏电流通过人体的电流就很小，就可以把泄漏电流有效控制在安全范围值下，通常要求机电设备保护接地电阻小于1ω。

（2）机电设备工作接地

工作接地是为了系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地，它分为机器逻辑地、信号回转接地、屏蔽接地。工作接地的目的是保证机电设施防雷系统能够和相关机电设备正常运作，同时还需满足测量和精度的具体要求。

二、机电设备防雷接地施工工艺的规范性

按照通车设计要求，机电外场设备应分别设置防雷接地（10Ω）和保护接地（4Ω），且两地网之间至少要有20m的距离。或者设置共用接地极（1Ω），如要完全达到以上要求，作为一个独立外场设备接地，困难较大。根据计算，接地电阻为1Ω、土壤导电率为100s/m，所需的接地网面积为2500m2.这在施工中难度极大，为此，在实际运用中，一般采用一点共用接地，接地电阻小于1Ω，同时，该接地级与从供电点引出的保护接地线并接，或者通过安装地电位均衡器等防雷设备，即可满足要求。

当设备基础开挖后，应先将接地扁钢打入底下1.5-2.0米后再与设备基础的钢筋笼焊接，然后浇灌混泥土。由于设备基础的混泥土在保持与含水分的土壤接触时，毛细管将水分吸收到混凝土里，可降低混泥土的电阻率，钢筋混凝土基础完全可以作为良好的接地装置。从混泥土钢筋笼引出接地极后，若测得接地电阻不满足要求，可在设备基础周围补打接地桩。

三、防雷接地常用到的降阻方式

由于高速公路机电设备分布在沿线，地理环境、地势、施工条件差异很大，因此要降低接地装置的接地电阻值，必须针对具体情况采用合理的方式方法。经过多年的施工和试验，我总结了以下接地施工的方法和工艺。

1.接地体垂直打入法

1.1适用条件及施工方法

此种方法是我们采用最多最常用的工艺，适用于平原或土层较厚，大地土壤平均电阻率p≤150Ω.m时；利用50x50x4镀锌角钢、35x3镀锌扁钢焊接加工而成，每组5根，串联而成。

1.2接地体布设

接地体分布最好按扇形分布，最小间距不小于2.5米，先挖深0.5-0.8m的沟，沟宽为40-50cm，将接地体打入沟底一下，边打边测量边增加接地体的组数，直到接地电阻符合设计要求为止。一般接地体组数不超过三组，每组串联5根接地极。超过3组再增加接地体效果不明显，这时应考虑采取其他降阻方式。

2.换土法

本法适用于山区、丘陵或南方地表水丰富但土壤平均电阻率p值大于300Ω.m。由于地理位置或地势条件所限，接地体必须埋设在土壤条件为石质或沙土地、或者不缺地表水但土壤缺少无机盐等电解质的地方，大地导电系数较低，需采用换填法。选择平坦地势，在地面上间隔2m开挖1.5m见方基坑，坑深满足接地体的上端距地面0.8米。坑内添加粘图，农家粪土、工业食盐等有机土混合物，打入角钢接地体，接地体为2-2.5m的50x50x4热镀锌角钢，将拌搅好的降阻剂顺着接地体缓缓注入，使之渗入后在角钢四周形成柱体层，生产根状物。接地体间由引线（35x3）镀锌扁钢连接，引线沟深为0.8m。

3.采用降阻剂降阻

降阻剂的降阻效果是不可置疑的，因为降阻剂已在实际的接地工程中得到大量的应用，由于降阻剂的扩散和渗透作用，降低接地体周围的土壤电阻率，关于扩散和渗透作用，一般化学降阻剂强于其他型式的降阻剂，彭润土类的降阻剂扩散和渗透作用较差，但降阻剂的稳定性和长效性与扩散和渗透作用是矛盾的。扩散和渗透好的降阻剂其稳定性和长效性都比较差，因为扩散和渗透性强的降阻剂容易随雨水的流动而流失。

接地体同周围施加降阻剂后，相当于扩大了接地的有效截面，这个机理对固体降阻剂和膨润土降阻剂最为明显，而化学降阻剂和树枝状的降阻剂随着时间的流失有效截面的增大则不太明显，会越来越小。一般土质越

密实，接触电阻越小，土壤越松散接触电阻越大；接触电阻还与电极表面状况有关，接地极表面越光滑，接触电阻越小，接触极表面越粗糙，接触电阻越大，接地极生锈后，接触电阻会逐渐增大。接地体施加降阻剂后，会减少或消除电阻，但只要某些物理降阻剂和膨润土才具有这方面的功能，而化学降阻剂和流质降阻剂则不具有这方面的功能，有些降阻剂由于腐蚀还会使接触电阻变大。

四．机电设备使用中的雷电防护

高速公路业主单位需要根据机电系统的防雷要求定期进行检测，保证防雷设施能够满足国家的相关规定。单位需要设立专项负责人，负责对防雷设施进行全面检查，每次雷雨之后，维护人员需对监控、收费、等电子设备电源线上的防雷设施进行检查，查看是否受到雷电的影响，如果有破损的情况，需要立即进行维修或更换，定期的检查机房、收费站、外场设施的接地电阻值，如不合格应及时改造，并做好详细记录归档。防雷接地作为一项复杂的系统工程，即使各项指标都符合要求，但也不是是万无一失。如遇到比较大的感应雷。只能在最大限度地降低雷电的损害程度。

结论

随着我们基础设施的飞速发展，逐渐建设起四通八达的高速公路网络，高速公路的机电设备也在快速发展，在充分享受机电设备为我们的生活带来方便的同事，也需要进一步重视机电设备的安全问题，接地改造就成为这其中的重中之重。建设单位在设计防雷设施时，应根据当地原有运行经验、气候状况、地形地貌的特点和土壤电阻率的高低等条件进行全面、综合分析,通过技术经济比较来确定,因地制宜地选择合理的方法。这样,既可保障线路、设备的正常运行,又可避免接地装置工程投资过高。业主在使用过程中定期检测保证各种接地设施符合要求，建立安全稳定的接地系统，只有这样才可以确保工作人员的人身安全，保证机电设备的稳定运行，避免事故的发生，使高速公路更好的服务社会，最大化的发挥自身作用。

参考文献

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