高速公路外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備防雷措施探討高速公路機(jī)電系統(tǒng)的特點(diǎn)是點(diǎn)多、面廣、線長，既有強(qiáng)電沒備，又有大量的監(jiān)控、通信、傳感等弱電設(shè)備，外場(chǎng)設(shè)備遍布全路段，曠野區(qū)域往往有突出的設(shè)備點(diǎn)，控制線路經(jīng)常需遠(yuǎn)距離傳輸。在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中，雖然也設(shè)計(jì)和安裝有各種型號(hào)的防雷器以及進(jìn)行接地施工，但是，強(qiáng)電和弱電系統(tǒng)的防雷問題一直不被重視，接地的要求也不統(tǒng)一，弱電系統(tǒng)的接地處理更為簡單。高速公路機(jī)電系統(tǒng)的防雷薄弱環(huán)節(jié)相對(duì)來說較多，易遭雷害，特別是感應(yīng)雷害和反擊雷害。因此，有必要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善高速公路機(jī)電系統(tǒng)的防雷抗災(zāi)能力，更好的為高速公路運(yùn)營服務(wù)。高速公路機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)備主要分布在三個(gè)地方：收費(fèi)站(變配電房、監(jiān)控室、收費(fèi)棚)、隧道(含隧道廣場(chǎng))以及沿線外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備。實(shí)現(xiàn)防雷的方法主要為外部防雷、電源系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷防護(hù)等五個(gè)方面。其中高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的防雷應(yīng)該進(jìn)行重點(diǎn)分析和研究。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備主要分布在高速公路隧道內(nèi)、隧道廣場(chǎng)以及高速公路沿線。高速公路隧道內(nèi)設(shè)有火災(zāi)報(bào)警設(shè)施、電力監(jiān)控設(shè)施(電流、電壓、電量、通風(fēng)照明控制設(shè)備等)、交通監(jiān)控設(shè)施(車檢器、情報(bào)板、風(fēng)速風(fēng)向儀、CO／VI檢測(cè)儀、照度檢測(cè)儀、緊急電話、隧道廣播、車道指示燈等)和隧道視頻監(jiān)控設(shè)施等=隧道廣場(chǎng)設(shè)有亮度檢測(cè)儀、緊急電話、廣播、車檢器、情報(bào)板、攝像機(jī)等；道路沿線設(shè)有車檢器、情報(bào)板、攝像機(jī)、能見度儀、氣象檢測(cè)器等問題，使監(jiān)控系統(tǒng)成為最容易受雷擊的部分，設(shè)備眾多，地處空曠地帶、取電線路和信號(hào)線路長，接地施工難等。經(jīng)過多年的摸索，我們總結(jié)出以下一些監(jiān)控設(shè)備的防雷經(jīng)驗(yàn)，與同行交流。◆主線監(jiān)控設(shè)備數(shù)量眾多，設(shè)備制造廠商對(duì)自己的產(chǎn)品情況最為了解，應(yīng)首先要求設(shè)備制造廠商隨機(jī)安裝配套電源防雷器、信號(hào)防雷器。在設(shè)備受雷擊案例中，主要以感應(yīng)雷危害為多，越長的線纜越容易受到感應(yīng)雷擊。采用隨機(jī)配套防雷設(shè)備，既可避免各類連接線(視頻線、控制線、電源線等)引發(fā)的感應(yīng)雷的侵?jǐn)_，減少了施工中繁瑣的接線工作，同時(shí)也避免了因接線產(chǎn)生的故障隱患，安裝過程更方便快捷。如在高速公路大量應(yīng)用的某廠家生產(chǎn)的情報(bào)板，其防雷系統(tǒng)考慮得較為全面，在實(shí)踐應(yīng)用中極少出現(xiàn)設(shè)備受雷擊的現(xiàn)象。◆外場(chǎng)供電電源一般都需從幾百米甚至幾公里外的低壓供電點(diǎn)引入，電源接地及防雷設(shè)備的選擇和安裝就顯得尤為重要。通常，高速公路的供電采用TN-S接地系統(tǒng)，除了考慮隔一定距離進(jìn)行重復(fù)接地外，采用鎧裝電纜埋地傳輸是一個(gè)很好的防雷辦法，規(guī)范要求入戶電纜應(yīng)埋地15米以上的要求，也說明了此方法是合理的。此外，電纜埋地敷設(shè)對(duì)防止電纜被偷盜也有很好的效果。◆電源防雷系統(tǒng)必須按照三級(jí)防雷要求沒計(jì)施工，由于監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備的一、二級(jí)防雷通常由供配電系統(tǒng)施工人員負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、施工，所以往往容易被忽視，因此，在監(jiān)控系統(tǒng)施工時(shí)，必須對(duì)此進(jìn)行復(fù)核，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。我們?cè)趯?shí)際測(cè)試中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)未安裝防雷設(shè)備或者配套防雷器不滿足要求的情況。同時(shí)，監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備的供電線路較長，受感應(yīng)雷的感應(yīng)電流較大，一般設(shè)備末端的防雷器的放電電流應(yīng)為20kA以上，若由廠家配套，應(yīng)對(duì)此明確提出要求；同時(shí)，應(yīng)要求二級(jí)防雷器的放電電流為40kA以上，一級(jí)防雷器放電電流為80kA以上。◆為保證信號(hào)傳輸?shù)目煽浚鈭?chǎng)數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)全部采用光纖遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，同時(shí)采用光纖型緊急電話系統(tǒng)，有效防止信號(hào)被雷擊。如果大量采用光端機(jī)進(jìn)行信號(hào)傳輸，對(duì)光端機(jī)本身的防雷性能要求就提出更高的要求，而不僅僅是安裝壓敏電阻進(jìn)行簡單防護(hù)。◆防雷工程的施工安裝工藝必須引起高度重視。施工安裝工藝主要存在以下幾個(gè)方面問題：◇防雷器等接線端子安裝不牢固，導(dǎo)致雷電接地泄放不滿足要求，電位抬高擊壞設(shè)備，設(shè)備箱體和箱門應(yīng)采用銅線連接◇防雷接地線誤接至電源保護(hù)地且電源保護(hù)地未與現(xiàn)場(chǎng)地連接；◇防雷接地銅線截面積太小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)防雷器與接地極距離小于1米時(shí)，應(yīng)采用4ram2以上銅線，當(dāng)防雷器與接地極距離大于1米時(shí)，應(yīng)按距離遠(yuǎn)近采用6mm2以上銅線；◇所有與接地極連接的導(dǎo)線必須確保連接可靠牢固，盡可能涂上導(dǎo)電膏。保證線路連接可靠、線纜面積足夠、雷電泄流通暢。◆目前監(jiān)控視頻攝像機(jī)通常采用光纖傳輸，有些單位認(rèn)為光纜不受感應(yīng)雷影響，可以不安裝信號(hào)防雷器，有些工程商為節(jié)約成本省去防雷器件。事實(shí)上，為方便維護(hù)，解碼器、光端機(jī)等設(shè)施一般都集中在一個(gè)保護(hù)箱內(nèi)，且安裝在攝像機(jī)桿離地1．3米左右，在光端機(jī)與攝像機(jī)之間有一段5-10米的電纜連接線，其視頻線和控制線很容易受到感應(yīng)雷的壞，而攝像機(jī)和光端機(jī)上所配的浪涌保護(hù)電路防雷效果有限，在實(shí)際運(yùn)行中，就經(jīng)常出現(xiàn)由于這一原因而使攝像機(jī)遭遇雷擊的現(xiàn)象。因此，需要在控制信號(hào)線的起始端和結(jié)束端加裝信號(hào)防雷器，視頻線起始端和結(jié)束端加裝視頻防雷器；在攝像機(jī)和光端機(jī)的電源輸入端也加上電源防雷器件。當(dāng)然，也可以采用內(nèi)置光端機(jī)的攝像機(jī)來減少雷害的發(fā)生，目前已有廠家推出內(nèi)置光端機(jī)的一體化球機(jī)產(chǎn)品，采用光端機(jī)與球機(jī)一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，光端機(jī)模塊與球機(jī)之間無線纜連接，在球機(jī)外部僅有一根光纖和一根經(jīng)變壓器隔離輸入的電源線，這樣可以避免傳統(tǒng)分體式光端機(jī)與球機(jī)之間因?yàn)橛懈黝愡B接線(如視頻線、控制線、電源線等)而引發(fā)的感應(yīng)雷的侵?jǐn)_，也減少了施工中繁瑣的接線工作。◆監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備要求有一個(gè)良好的接地系統(tǒng)，所有防雷設(shè)備都需要通過接地系統(tǒng)把雷電流泄人大地。人們習(xí)慣單方面追求接地電阻的數(shù)值，認(rèn)為接地電阻越小，防雷效果越好，被保護(hù)的對(duì)象就越安全。但是，為達(dá)到低的阻值，經(jīng)濟(jì)支出和施工難度都會(huì)增加。按照通常的設(shè)計(jì)要求，機(jī)電外場(chǎng)設(shè)備應(yīng)分別設(shè)置防雷接地極(10Ω)和保護(hù)接地極(4Ω)，且兩地網(wǎng)之間至少要有20m的距離。或者設(shè)置共用接地極(1Ω)，如要完全達(dá)到以上要求，作為一個(gè)獨(dú)立外場(chǎng)設(shè)備接地，困難較大。根據(jù)計(jì)算，接地電阻為1Ω、土壤導(dǎo)電率為100寸，所需的接地網(wǎng)面積為2500m2。這在施工中難度極大，為此，在實(shí)際運(yùn)用中，一般采用一點(diǎn)共用接地，接地電阻為4Ω，同時(shí)，該接地極與從供電點(diǎn)引出的保護(hù)接地線并接，或者通過安裝地電位均衡器等防雷設(shè)備，即可滿足要求。◆為避免土建施工單位不重視基礎(chǔ)接地工作，導(dǎo)致影響設(shè)備運(yùn)行安全的情況發(fā)生，外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的基礎(chǔ)應(yīng)交由機(jī)電施工單位負(fù)責(zé)施工，當(dāng)設(shè)備基礎(chǔ)開挖后，應(yīng)先將接地扁鋼打入底下1.5-2.0米后再與設(shè)備基礎(chǔ)的鋼筋籠焊接，然后澆灌混凝土。由于設(shè)備基礎(chǔ)的混凝土在保持與含水分的土壤接觸時(shí)，毛細(xì)管將水分吸到混凝土里，可降低混凝土的電阻率，鋼筋混凝土基礎(chǔ)完全可以作為良好的接地裝置。從混凝土鋼筋籠引出接地極后，若測(cè)得接地電阻不滿足要求，可在設(shè)備基礎(chǔ)周圍補(bǔ)打接地樁。同時(shí)盡量利用大橋等構(gòu)造物的主體鋼筋作為設(shè)備接地極，從橋墩鋼筋網(wǎng)內(nèi)引出的鋼筋是良好接地極，其接地電阻通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1Ω。◆隧道廣場(chǎng)必須專門設(shè)置接地網(wǎng)，一般與強(qiáng)電共用接地網(wǎng)，此日寸，接地電阻應(yīng)≤1Ω。由于隧道廣場(chǎng)的監(jiān)控設(shè)備相對(duì)集中，且一般都采用鋼管做線纜的護(hù)管，因此，應(yīng)盡量將保護(hù)鋼管與建構(gòu)筑物基礎(chǔ)的鋼筋以及接地網(wǎng)統(tǒng)一連接，鋼管和鋼管之間也必須用鋼筋焊接連通。這樣的接地網(wǎng)可以便界面以內(nèi)的電場(chǎng)分布比較均勻，減少跨步電壓對(duì)人的危害。◆隧道內(nèi)的接地主干線過去通常采用扁鋼，經(jīng)計(jì)算4*40的扁鋼每一公里電阻為1Ω。如果施工焊接不良，其電阻阻值將變的很大，對(duì)隧道內(nèi)的機(jī)電設(shè)備的防雷不利，我們采用50mm2的銅纜作為隧道接地主干線與隧道洞口的接地網(wǎng)可靠連接，同時(shí)，將接地干線與隧道洞內(nèi)的預(yù)留洞室內(nèi)的鋼筋作重復(fù)接地，使接地網(wǎng)更加可靠。◆隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)備的防雷保護(hù)工作同樣重要，一些設(shè)計(jì)和施工單位認(rèn)為隧道不在空曠地帶，無需進(jìn)行防雷，其實(shí)，隧道就如同一座大型民用建筑，內(nèi)部所有的通過金屬纜線連接的機(jī)電設(shè)備都必須進(jìn)行防雷保護(hù)，且金屬機(jī)箱(柜)應(yīng)與接地系統(tǒng)可靠連接。隧道內(nèi)安裝的CO／VI檢測(cè)器、車檢器以及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，特別是火災(zāi)報(bào)警器，目前大部分使用日本能美公司設(shè)備，采用電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸，容易受到感應(yīng)雷擊。在我省實(shí)際運(yùn)行中，隧道光端機(jī)、CO／VI檢測(cè)器、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)都不同程度受到過雷擊，也應(yīng)按照內(nèi)部防雷的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。高速公路監(jiān)控設(shè)備的防雷工程是一個(gè)綜合防護(hù)工程，不管如何復(fù)雜，都離不開三塊內(nèi)容：良好的接地裝置、精心細(xì)致的工程施工以及合理的防雷設(shè)備選型。其中工程施工更為重要，如果工程技術(shù)人員將防雷保護(hù)與對(duì)待信號(hào)干擾一樣重視，各種設(shè)備、各種電源及信號(hào)電纜各自分兵把守、各自保護(hù)，就一定能夠大大減少雷電的侵害，保證高速公路機(jī)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。