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高速公路機(jī)電設(shè)備防雷技術(shù)分析論文
1、引言
近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，作為國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)性工程的高速公路其建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，各種機(jī)電設(shè)備越來(lái)越多的應(yīng)用于高速公路中。目前應(yīng)用于高速公路的機(jī)電設(shè)備一般由弱電設(shè)備和強(qiáng)電設(shè)備所組成。由于高速公路特殊的建設(shè)環(huán)境，機(jī)電設(shè)備極易遭受雷電的干擾。輕者造成設(shè)備損壞，高速公路機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行，重者造成人員傷亡，給國(guó)家和個(gè)人帶來(lái)極大損失。因此，探討高速公路機(jī)電設(shè)備防雷技術(shù)具有重要意義。
2、雷電對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備的影響
雷電是自然界常見現(xiàn)象。一般是由于大氣中的冷熱空氣相互摩擦產(chǎn)生了帶不同極性電荷的小水滴，這種不同極性（正負(fù)）電荷不斷積累，當(dāng)達(dá)到一定極限值時(shí)，就會(huì)在不同極性的云團(tuán)之間、云團(tuán)與大地之間存在強(qiáng)大電場(chǎng)從而在云團(tuán)與云團(tuán)之間、云團(tuán)與大地之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象。發(fā)生雷電時(shí)一般伴隨著降水和冰雹等。雷電有著電壓高、電流大等特點(diǎn)，其爆發(fā)能量巨大，極其容易雷擊電子設(shè)備，由于其對(duì)電子設(shè)備巨大的破壞性和危害性，已被定義為電子時(shí)代的一大公害。作為一種極具破壞力的強(qiáng)干擾源，雷電從危害性分類可分為直擊雷、感應(yīng)雷以及球形雷等三種。直擊雷是一種瞬間放電現(xiàn)象，往往發(fā)生在帶電云層與建筑物、帶電云層與大地或帶電云層與防雷裝置之間，直擊雷發(fā)生的同時(shí)，還往往伴隨著熱電效應(yīng)或機(jī)械力等一系列的破壞作用。直擊雷時(shí)會(huì)瞬間增大地球表面的電位，從而造成巨大電位差，巨大的電位差給設(shè)備以及人員會(huì)造成嚴(yán)重的傷害，同時(shí)容易引起火宅。感應(yīng)雷時(shí)，云團(tuán)與大地之間會(huì)產(chǎn)生能量巨大的電場(chǎng)，云團(tuán)通過(guò)潮濕空氣向大地放電，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)，從而對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。球形雷是一種發(fā)生幾率極小的雷電種類，它是一種氣體漩渦，一般產(chǎn)生于閃電通路的急轉(zhuǎn)彎處，科學(xué)界推測(cè)認(rèn)為它是一團(tuán)帶有高電荷的氣體混合物，球形雷可以穿過(guò)門窗、煙囪等物體，從而進(jìn)入建筑物，甚至可以在導(dǎo)線上滑動(dòng)，有時(shí)伴隨著“嗡嗡”響聲。多數(shù)球形雷的火球會(huì)沒(méi)有聲音的消失，但有的在消失時(shí)伴隨著爆炸聲，造成能量極大的破壞力，使建筑物倒塌、人和家畜死亡。球形雷在遇人遇物后立即爆炸，威力驚人，同時(shí)產(chǎn)生刺鼻的氣味，造成傷亡、火災(zāi)等事故。目前高速公路機(jī)電設(shè)備的雷擊主要是由直擊雷和感應(yīng)雷兩種所造成的。直擊雷時(shí)，瞬間產(chǎn)生的巨大電位差直接雷擊高速高路建筑物和高速公路機(jī)電設(shè)備，造成建筑物的損壞，機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的癱瘓，從而使得高速公路交通秩序無(wú)法正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至危及人員生命安全。感應(yīng)雷時(shí)，雷電電流從高速公路機(jī)電設(shè)備的電源線纜、通信線路、衛(wèi)星天線等地方進(jìn)行入侵，由于機(jī)電設(shè)備分為弱電設(shè)備和強(qiáng)電設(shè)備，而感應(yīng)雷對(duì)弱電設(shè)備極其敏感，其產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過(guò)電源電纜對(duì)弱電設(shè)備進(jìn)行沖擊，從而造成弱電設(shè)備損壞，甚至燒毀等嚴(yán)重事故。
3、高速公路機(jī)電設(shè)備防雷技術(shù)探討
目前在高速公路機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)中存在大量的防雷薄弱環(huán)節(jié)，這是因?yàn)樵诟咚俟吩O(shè)計(jì)以及施工過(guò)程中機(jī)電設(shè)備的防雷問(wèn)題往往容易被忽視所造成的，高速公路機(jī)電設(shè)備的雷擊事故時(shí)有發(fā)生，從而給國(guó)家和個(gè)人造成了不必要的損失。高速公路機(jī)電設(shè)備的防雷工作是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工程，防雷工作應(yīng)該從多個(gè)方面、不同角度進(jìn)行綜合防范，本文主要從機(jī)電設(shè)備接地系統(tǒng)防雷、機(jī)電設(shè)備信號(hào)防雷和場(chǎng)區(qū)機(jī)電設(shè)備防雷等三個(gè)方面進(jìn)行防雷技術(shù)探討。
3.1機(jī)電設(shè)備接地系統(tǒng)防雷技術(shù)探討
接地在防雷技術(shù)中扮演著重要的角色。對(duì)于直擊雷，其防護(hù)一般是通過(guò)使用避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶等作為接閃器，雷電通過(guò)上述接閃器由接地裝置將雷電引入大地；對(duì)于感應(yīng)雷，一般通過(guò)同地位接地、屏蔽接地等措施進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)。因此，將雷電通過(guò)接地系統(tǒng)引入大地是目前防雷的一項(xiàng)重要技術(shù)。目前，對(duì)于高速公路機(jī)電設(shè)備的接地系統(tǒng)主要分為交流工作接地、機(jī)電設(shè)備保護(hù)接地、直流工作接地等三種。變壓器是交流電路的不可忽略的重要組成部分，對(duì)于高速公路機(jī)電設(shè)備的交流電路亦是如此。高速公路機(jī)電設(shè)備的變壓器是與外部電網(wǎng)進(jìn)行連接，所以一般安裝在室外，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，變壓器就會(huì)直接受到雷擊產(chǎn)生的感應(yīng)電流的沖擊，對(duì)其造成損壞，由于變壓器處于供電電路中，從而直接影響了機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的正常工作。為了保證變壓器以及機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的正常運(yùn)行，一般對(duì)變壓器進(jìn)行接地處理，接地時(shí)直接將變壓器中性點(diǎn)與大地連接，當(dāng)正常工作時(shí)，不影響向機(jī)電設(shè)備供電，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，通過(guò)接地的方式直接進(jìn)行跳閘保護(hù)，這樣既保證了變壓器不被損壞，又保證了機(jī)電設(shè)備的安全。機(jī)電設(shè)備在正常工作時(shí)是一個(gè)帶電導(dǎo)體，由于設(shè)備運(yùn)輸過(guò)程中的碰撞或長(zhǎng)時(shí)間的使用等原因造成機(jī)電設(shè)備絕緣作用發(fā)生損害，雷擊時(shí)，容易形成機(jī)電設(shè)備、人、大地三者之間的電流通路，從而造成觸電危險(xiǎn)。因此為了消除這種潛在的人員安全隱患，一般將機(jī)電設(shè)備正常工作時(shí)的不帶電金屬部分進(jìn)行接地保護(hù)，當(dāng)發(fā)生絕緣破損時(shí)，由于接地裝置的電阻極�。ㄒ话阋鬄�1Ω以下），從而泄漏電流能夠近乎全部的通過(guò)接地裝置引入大地，避免觸電危險(xiǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在高速公路機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)中，弱電設(shè)備部分主要是由集成電路、微電子元件等電子器件為核心的電路所組成，其主要采用直流電源進(jìn)行工作，由于弱電設(shè)備對(duì)電源要求極其苛刻，極小的電源波動(dòng)都會(huì)使得電路發(fā)生干擾，當(dāng)直流電源受到外部干擾而發(fā)生波動(dòng)時(shí)，就會(huì)給弱電設(shè)備部分帶來(lái)巨大沖擊干擾，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀整個(gè)弱電設(shè)備系統(tǒng)。直流工作進(jìn)行接地，可以有效的將干擾引入大地，從而使得弱電設(shè)備穩(wěn)定工作在同一低壓直流系統(tǒng)中，另外在接地時(shí)，將弱電設(shè)備全部引至統(tǒng)一接地系統(tǒng)，從而保證了在信號(hào)傳輸過(guò)程中的電位參考點(diǎn)相同，有利于弱電設(shè)備中不同類型信號(hào)（模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)）的傳輸，衰減甚至消除了由于數(shù)模轉(zhuǎn)換所帶來(lái)的電磁干擾，提高了弱電設(shè)備處理數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而避免了弱電設(shè)備受到干擾不能正常工作甚至毀壞問(wèn)題。
3.2機(jī)電設(shè)備信號(hào)防雷技術(shù)探討
高速公路機(jī)電設(shè)備的傳輸信號(hào)類型一般有視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、控制信號(hào)等幾種，這幾種傳輸信號(hào)主要由雙絞線、同軸電纜、光纖電纜等介質(zhì)進(jìn)行傳輸。除了光纖電纜（保護(hù)層為非金屬）外，其余介質(zhì)均容易遭受雷擊，發(fā)生雷擊時(shí)，不僅信號(hào)受到影響，而且還將雷電的高壓電傳遞給機(jī)電設(shè)備，從而造成機(jī)電設(shè)備傳輸信號(hào)無(wú)法正常傳輸，甚至破壞機(jī)電設(shè)備，造成高速公路機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)癱瘓。針對(duì)可能發(fā)生的信號(hào)雷擊問(wèn)題，可以在視頻信號(hào)線兩端、音頻信號(hào)線和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線兩端分別安裝視頻防雷器、音頻防雷器和數(shù)據(jù)防雷器，防雷器有過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)功能，在發(fā)生雷擊時(shí)，可以將雷電波濾除，從而達(dá)到防雷效果。3.3場(chǎng)區(qū)機(jī)電設(shè)備防雷技術(shù)探討對(duì)于場(chǎng)區(qū)機(jī)電設(shè)備的防雷技術(shù)應(yīng)該分別從外部防雷和外部防雷兩方面進(jìn)行防雷保護(hù)。外部防雷一般是指外場(chǎng)的機(jī)電設(shè)備的防雷以及機(jī)電設(shè)備外部建筑物的防雷兩種，外場(chǎng)機(jī)電設(shè)備一般裸露于外界環(huán)境中，主要包括高速公路路況檢測(cè)設(shè)備、緊急電話、氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備等，除了安裝避雷針外，還應(yīng)對(duì)這些外場(chǎng)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行多重防雷（包括信號(hào)防雷和電源防雷），另外機(jī)電設(shè)備的建筑物也應(yīng)進(jìn)行避雷針、接地線等保護(hù)措施，例如在機(jī)電設(shè)備集中的建筑物，應(yīng)該以獨(dú)立避雷針或者避雷網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，并將電流引至遠(yuǎn)離機(jī)電設(shè)備所在的區(qū)域。內(nèi)部防雷則應(yīng)該對(duì)機(jī)電設(shè)備安裝防雷器、電涌保護(hù)器等，例如在機(jī)電設(shè)備的總配電柜和各個(gè)系統(tǒng)配電箱應(yīng)安裝電源防雷器，從而對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的各種用電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于大型供電部分如空調(diào)、動(dòng)力供電等采用獨(dú)立的配電系統(tǒng)，以減少雷擊時(shí)的互相干擾和關(guān)聯(lián)損失。
4、結(jié)語(yǔ)
雷電是一種不可避免的自然現(xiàn)象，雷擊會(huì)引起機(jī)電設(shè)備損壞、人員傷亡等危害。對(duì)于高速公路機(jī)電設(shè)備這一容易遭受雷擊的設(shè)備系統(tǒng)，應(yīng)該科學(xué)合理的對(duì)防雷工作進(jìn)行技術(shù)探討，做好防雷保護(hù)措施，積極降低雷電帶來(lái)的危害，從而為確保我國(guó)高速公路正常運(yùn)行，推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展發(fā)揮重要的作用。
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