对于刍议刍议公路机电系统电气保护书写

论文导读：
摘要：本文就高速公路机电设备的电气和防雷保护进行概述，并提出了一些采取规范化、系统化解决措施的建议。
关键词：高速公路；电气设备；接地与防雷

一、对电气保护实施规范化管理

高速公路建设中，大量新技术、新产品的推广日趋成熟、规范化，特别是许多机电设施的广泛应用，为推动高速公路智能化管理，提高公路运营综合水平奠定了坚实的硬件基础。
从现已开通的多数设备运转情况来看，一般设备的单机质量相当平稳。对电气设备构成较大危害的因素之一是来自雷电侵扰以及电气设施周边的电磁场干扰和破坏。这种损害大部分是由雷击过流释放和导体感应过程引发瞬间（暂态）过电压变量造成的。鉴于高速公路电子产品比重逐年上升的趋势，以及在高速公路管理中的显著作用和易受侵害的处境，特别需要采取必要的安全保护措施，切实改善机电系统的整体防范能力，避免因为局部保护措施的薄弱，
引起系统通讯中断、数据丢失，甚至故障漫延，波及系统的核心，造成瘫痪。实施的各项措施，应当务实、规范，便于操作和检验；易于管理、维护。

二、系统化解决电气保护问题

高速公路机电系统因有大量机电设施设置在室外环境，所应用的技术门类繁杂，供电和通讯站点分散且距离远等特点，使得采取电气保护与防雷措施时存在一定的难度。首先，将各个电子设备彻底绝缘并屏蔽所有电磁感应的影响，这种图纸上虚构的理想环境，在现实里几乎是不可能的，许多现场存在的未知因素有可能恰巧就是发生问题的所在。其次，采用全面均衡电位，即覆盖室内和室外设备之间，信号传输通道和电源回路之间，保持统一地电位的作法，同样在比较广阔的区域内是难以做到的。
因此，作为一整套较为完备的高速公路电气保护系统，应当视设备安装地点的客观条件，圈定保护区范围和关键点，采取分片建立互不干扰保护区的方法，凡是纳入同一保护区域内的电气设备应根据设备在系统中的重要程度，划分成核心敏感层与保护层，采取分级保护方案。
机电系统的设备应被置于第一级和第二级保护措施之下。在第一级保护措施中，理想方式是共用统一的电位均衡体系统，相邻保护区域之间的地电位应当按照GB50057规范，视被保护目标的安全等级，保证有足够的安全距离。第二级和第（核心设备层）保护的局部电位均衡体系应当与公共总电位均衡体系统（等电位接地端子排、引下线、隔离装置和接地极等）可靠短接。根据高速公路呈带状延伸的特征，可以采取关键节点梯次设置保护区的形式。通常可以划分为站区建筑物与收费车道联合保护区；变配电室保护区；外场设备集中点联合保护区；独立外站（单一设备）保护节点等，参见图1。
图1 外场设备集中点联合保护区
各保护区内除了进行设备之间必要的屏蔽、等电位处理外，更应从一个完整系统的角度，来综合所有专业电磁兼容性的技术要求。
其它一些措施也应受到同等重视。例如，接地极工频阻值的要求，等电位接地汇流排的安装位置和固定方法，综合布线的线间安全隔离，电源交流相序间平衡干扰等。解决高速公路机电系统的电气保护问题，应注意高速公路沿线地域广阔，地质、地貌、气候环境的复杂多样性。尽可能多的了解当地雷暴日分布，跨越沿途的高压输变走廊，无线通信基站等可能直接对设备产生影响的电磁场环境资料。在设计之初就能引起足够关注，避免同一项目的不同施工阶段重复设置避雷和等电位接地装置；避免各均衡电位系统的接地装置纵横交错，无法保证必须的安全间隔；避免相邻精密系统之间的信号源和电源，在互不知情的状态下，任意排列敷设，相互间产生电磁感应干扰。倘若在大型系统集成项目中的房建、土建、管道、供电设施等隐蔽工程完成之前，就开始引入综合电气保护的观念，协调各专业知识介入，着手解决那些显而易见的隐患，会起到简化工序，理清脉络，降低建设成本的作用。

三、实际应用中的几项措施

基于上述认识，若想达到电气保护的预期效果，在高速公路机电系统建摘自：毕业论文的格式www.7ctime.com
设时，需要全面、综合分析并依据客观条件系统地解决问题。应当依据适用的标准、规范，建立起保护措施。当然，因地区差异保护措施会各有侧重，每一种解决方案必须遵循实用、可靠、经济的原则，方案的深度适用于普遍性。对已经明了的潜在隐患，应尽可能地放在前期排除危害源干扰；对雷电（雷击点、雷击高度、雷击论文导读：一加装100KA通流容量的第一级过电压放电器（避雷器），用以直接泄放高能雷击电流，起到粗保护作用。如果条件具备，最好选配专用保护箱。在各机电系统（收费、监控、通信等）专用的配电箱内加装一次性40KA的第二级过电压放电器，将瞬时过电压变量残压和二次感应的瞬时过电压箝位在15KV，进一步分级过滤掉对设备形成威胁的剩余残压和二
角度）等许多不容易确定甚至是后期形成的影响，应待系统运行稳定后针对出现的局部保护欠缺，进行雷暴日观察，查明原因，做后续重点防治。
通常情况，高速公路线路传输信号中没有高频源，因此，在布设有外场机电设备的桥梁等构造物区段，应当将构造物结构主筋焊通，在接地阻值符合使用要求前提下，可以利用桥墩桩基钢筋网作为全部电气设备共用接地极，其它所有金属构件应尽量连通，形成大范围内的多点重复接地且联成一体的地电位均衡体和电气回路。接地体阻值在达不到要求时，应补打人工接地体或采取规范降阻措施。这样所有构造物上的设备均可利用可靠的公用接地条件，而后，各系统采取进一步的保护措施。房建群更应该如此，近距离内建筑物应形成单一最外部泄放直击雷的保护网，雷击电流导流通道、等电位装置和线间屏蔽等措施可一并解决，各专业分享使用。特别是应当把诸如监控站房、通信机房、专用设备间、电源室等框架结构房屋墙体内钢筋连通，形成环绕房间的均压环，使自然导流通道尽可能短接，消除短距离的电势差。房屋的防雷接地装置和电气保护地、工作地应做联合接地处理，避雷针（接闪器）引下线应与房屋结构主筋焊通。在每一处机电设备功能房间内应安装一个局部等电位接地汇流排，并将各个局部接地汇流排引至建筑物底层总等电位接地汇流排，牢固与接地极相连。所有接地引下线应做短接，接地引下线导体截面积和安装方式应满足GB50057规范要求。详见图2。
室内布线可参照GB/T50311，需要采取相应的屏蔽措施以抵御电磁对耐压能力较弱的数据线路的窜扰。实际应用中，即使是等电位接地装置环境十分良好，高雷暴地区的雷电窜入；设备日常开启操作；静电放电；雷击电流泄放过程产生二次感应；甚至遭雷电反击等引起的耦合过电压（浪涌电压）现象时有发生。所以，需要综合现场的可利用资源，在保证有可靠接地条件下，安装相应等级的过电压保护器，实施分层次泄放过电流，抑制残压。
选择过电压放电器时，应根其主要性能指标配置在机电系统的各个保护环节。电源过电压放电器采用并联接线方式，可以安装在电源控制箱内；信号过电压保护器则应串接在信号终端设备接口附近，加装的信号过压放电器去耦工作时，不应引起传输通道较大的阻尼效应。为确保过电压保护器能够正常发挥作用，应参照国家相应规范及保护器厂家使用说明进行选配安装，必须注意保护器的适用范围，安装火花隙，解耦式等要求。过电压保护器的选型应从保护设备端的第向外推算出第

一、二级的规格需要。

一般处理措施是在建筑物内的电源主配电箱开关出线端，统一加装100KA通流容量的第一级过电压放电器（避雷器），用以直接泄放高能雷击电流，起到粗保护作用。如果条件具备，最好选配专用保护箱。在各机电系统（收费、监控、通信等）专用的配电箱内加装一次性40KA的第二级过电压放电器，将瞬时过电压变量残压和二次感应的瞬时过电压箝位在15KV，进一步分级过滤掉对设备形成威胁的剩余残压和二次感应过电压。
远距离二次供电，是典型高速公路机电系统的配电方式，在综合客观环境条件和成本因素之后，外场配电箱可以选择采取二级电源过电压保护措施，雷击多发区、土壤电导率偏大的地点则需要在改进接地措施的。同时，电源进线端增加第一级过电压放电器，设备端口安装第过电压放电器。
第保护是电气设备侧过电压的精细保护级，起到进一步降低或限制暂态残压的作用。由于经过一、二级的泄放保护作用后，传至本级的过电压能量已大为减弱，通用电气设备本身绝缘耐压性能，是可以承受第I级（1.5KV）甚至是第II级（2.5KV）过压标准的。如果盲目简单堆砌保护器的数量，也可能会带来并联引线压降和二次耦合干扰等副作用。因此，在设备终端已安装第二级保护器的位置，第电源保护器（浪涌抑制器）可视具体情况省略从简。高速公路机电系统的信息网络结构逐渐多样、复杂化，暴露的电气安全缺陷也显著增多，虽然不少设备电路加装了避雷二极管、光电隔离等安全结构，但通信设备端口耐压性能受其工作原理的限制依然很脆弱，尤其是容易遭雷电脉冲过电压危害的野外设备采取一定的第电气保护措施是非常必要的(见图3)。
选择第信号馈线保护器时，应注意信号输入端或网络连接口的传输速度、阻抗特性、
衰耗、工作频段、最大工作限流等接口技术指标，必须与通信设备相匹配；保护器和电缆内的空线对，均应作保护地妥善处论文导读：上提高系统的防护强度，减少直接和间接的经济损失。上一页123
理；线路与接口有良好绝缘配合；保护装置输出残压 ≤50KV。
过电压保护器作为保护机电设备的装置，其动作结果就是阻止雷击、电磁感应等产生的过电压侵扰，因此保护器比较易损，需要经常检查、更换。
结束语
虽然电气保护与防雷措施有一定的概率因素存在，但是许多研究结果和经验表明，如果采取合理的保护措施，会在很大程度上提高系统的防护强度，减少直接和间接的经济损失。