隔离式防雷技术在智能交通建设中的应用

隔离式防雷技术在智能交通建设中的应用

甘倩

深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司，广东省深圳市

摘要：电气系统和信息系统的安全性防护是目前智能交通建设中的重要方向，本文所述的隔离式防雷接地技术主要特点是超低残压，超低残流，有效抑制雷击引起的地电位反击，在智能交通建设中应用该技术，实现超高社会效益与经济效益，并在国内外同类技术上展现突破性创新。

关键词：隔离式防雷；智能交通；电力系统；电子设备安全

1. 绪论

当代及未来社会电气化、信息化程度越来越高，智慧交通、5G通信和智慧化系统已经进入国防建设、国民经济建设的各个领域，来自外部的以雷电为主要因素对电气系统和信息系统的损毁将是导致整个社会瘫痪的重要原因。目前，传统防雷技术面临以下困难：

1. 追求小接地电阻值，使用大量的钢筋含高腐蚀性电离子的降阻剂，成本高且对土壤的污染较严重，不利于环保。

2. 无论国防系统还是民用系统，都将出现越来越多小型化、移动化、智慧化、可视化、个性化的设施需求，抗雷击风险能力弱，继续依靠占地面积大的接地网作为防护手段显然不符合现代技术发展的需要。

2. 主要研究内容及其应用

2.1主要研究内容

智能交通建设中，多功能智能杆、智慧公交站台等设施上将会挂载多种电子仪器和电磁设备，较为精密，在雷暴天气里运行容易吸引雷电，产生较大安全问题，接地技术的合理运用，能够在很大程度上减少雷电对设备的破坏，保障电子设备的正常运行。

隔离式防雷接地技术是一种区别与传统泄放式防雷的技术，由接地隔离抑制器、电源隔离抑制器、泄放单元和接地体组成，主要特点是超低残压，超低残流，有效抑制雷击引起的地电位反击。

外部防雷技术主要针对的是直击雷，当雷电接近相关设备时，磁场就会对雷电的放电过程形成干扰，将流向相关电子设备的电流引向避雷针，通过避雷针和接地线将电流导入地下。

内部防雷技术主要是针对感应雷，通过屏蔽静电和设备上感应出的电流来实现防护。

2.2主要技术优势

1. 地电位反击防护。在地排上加装对雷电浪涌起抑制作用的接地隔离抑制器，抑制器再与防雷接地排连接后接入地网，有效抑制雷电流入地所引起的地电位反击的雷电能量，降低被保护设备所承受的雷电残压和残流。

2. 接地技术。将防雷、保护、工作精确分组并隔离，防止雷电流通过接地线进入保护和工作系统。

3. 选频滤波技术。将雷电及其他电磁脉冲利用其频率、频带特性进行隔离。

a选频：确定雷电流的功率频谱范围，并和电力、通信等的频谱进行区分，同时根据地域雷电的特殊性进行频谱调整；

b滤波：采用电子设备（滤波器）实现该雷电流频谱的串联阻抗大于要求值，以达到隔离的功能，阻断雷电流在电源或者信号线传播，且强制其通过并联支路进入大地。

2.3核心创新点

1. 将单一的钳压方法，提高到钳压+分流混合方式，将过去单一的强调电压幅度（残压）指标提升到电压幅度（残压）指标+电流（残流）指标，并采用电路失配的方法阻断或者抑制能量向负荷端传播；

2. 根据电磁波的频率、频带、振幅提出相应的解决方案；

3. 提高“分组隔离接地装置”的性能指标可以相应降低接地网接地电阻值；

4. 提高了被保护系统的电磁兼容能力。

5. 通过物联网技术将用电安全、环境安全、燃爆安全、雷电预警等数据接入综合城市安全系统，对防雷设备、接地电阻、接地网状态进行监管，防止由于雷电导致的雷电灾害和其他次生灾害。

2.4主要应用

2.4.1以深圳市红荔路智慧交通建设中应用隔离式防雷技术为例

红荔路在智能交通建设中新建了多种集电气、电子设备为一体的室外综合体，其集成设备数量多、功率小、体积小，且位于城市街道中，遭受直击雷风险低，遭受感应雷风险高。因此，在多功能智能杆件智能交通专用空间中，利用隔离式防雷技术构建了一个综合性的配电配网及防雷接地系统，为杆件及其挂载的各类设备服务，同时减少了多功能智能杆件接地网的敷设密集程度。该系统利用隔离抑制器对雷电电涌脉冲的高阻抗特性，强制雷电电涌脉冲通过泄放单元放进入接地装置；该系统通过在电源、信号、接地端口上串接雷电隔离单元，并在这些端口与大地间设置雷电能量的泄放单元，阻断、抑制雷电通过这些端口入侵智能交通系统，只能从泄放单元进入大地。同时，将该系统纳入智慧道路平台，实现统一化管理。

2.4.2其他应用

目前隔离式防雷技术已应用于深圳、杭州、佛山、南宁、西安、安康等多座城市若干条智慧道路，取得了良好的效果。雷电数据、设备运行数据均实时上传到中心平台，高效地保证智慧道路的安全。

3. 结语

隔离式防雷技术的应用社会效益、经济效益巨大：

1. 环保节能：采用电子设备隔离雷电对电力和信息设备的损坏，不占用土地，显著减少了环境污染，根据中国标准化研究院《深圳远征技术有限公司雷电防护与接地保护技术碳减排项目研究报告》数据，在“十四五”期间应用，按照全国10%的使用率计算，将减碳排量18422万吨 CO2，减少18.7万亩土地占用，减少37.5万亩土地污染；

2. 实现了产品化和物联网化，通过预警方式保护人身安全，且不占地、无污染、无改造、少维护、可远程监管检测，经初步测算，该技术可节省约30%的建设投资，全生命周期（10 年）可节省50%以上成本。

3. 极大的提高了智能交通系统及其设施的可靠性、安全性和可持续性等能力，提高了未来社会的安全保障，减少因为雷击造成的20%以上的总故障率，并提前预设可能出现的因为战争或者其他原因导致的强电磁损伤和损毁。

4. 该技术的应用推动了安全产业化。

5. 应用在400V供电系统中的残流能力从传统技术的50%下降到5%以下，残压从1.5kv下降到0.8kV，抗雷电能量能力提高将近20倍；耐压从10kv提高到25kv；

因此在智能交通建设中应用隔离式防雷技术，提升抗雷电能力，且实现智能化、网络化，是未来社会发展和保障的新课题。

参考文献

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