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摘 要：雷电作为一种常见的自然现象，具有极大的破坏性，雷击所能造成的破坏性后果包括设备严重损坏、人员伤亡等。目前我国高速公路机电系统不断的增加，设计产品种类繁多的机电设备，如何做好机电系统防雷接地工作日益成为一个焦点问题。特别是山区高速公路机电防雷接地问题上仍得不到有效的解决，并且集成商对防雷系统的重视程度不够。本文主要对山区高速公路机电防雷接地存在的问题进行简要分析，并提出相应的解决方案，最后从整体上提出系统的解决方案。
关键词：高速公路；山区；机电防雷；接地；措施
中图分类号：U238文献标识码： A
高速公路一般在远离市区的郊外，所涉地域广、距离长、穿越地形复杂，既有强电设备又有大量弱电设备，极易遭受雷击，造成整个系统或部分设备损坏， 给高速公路运营管理带来极大的不便，而且会带来巨大的直接经济损失和间接经济损失, 因此机电系统的防雷问题应受到广泛的重视。高速公路遭雷击的方式分为直击雷和感应雷。直击雷具有电压高、电流大的特点，其破坏性极大。感应雷是雷电电流被导入大地时，瞬时自上而下产生了一个强力磁场，处在这个强力磁场的所有电器、信号、电源及它们的传输线路都切割了磁力线，发生的闪击现象。过去人们对雷电的防护大多局限于对直击雷的防护，随着各种电子设备的普遍应用，感应雷造成的损失越来越大，在实际中真正对高速公路机电系统造成危害的大多是感应雷。
1 由系统通信线等信号传输电缆侵入
高速公路机电工程中的通信线主要包括计算机系统的网络线、摄像系统的信号线等，信号传输电缆线中出现的雷过电压、过电流，一般包含两种情况 ：一是信号传输电缆旁有大树、高大建筑物、独立避雷针等地面突出物，当直击雷击中这些突出物时，强电压将把附近土壤击穿，雷电流直接侵入到电缆外皮，进而击穿电缆使高压侵入电缆芯线。雷电流在电缆外皮流动时也可以在芯线上感应出过电压。另一种情况是当设备附近发生雷云对地放电时，由雷电水平电场感应出过电压。根据有关部门统计资料表明，埋地电缆芯线上的感应过电压一般为几百到几千伏，情况严重时可达5kV 以上。信号电缆直接与设备的接口相连，因此过电压会由此而入。
2 接地电阻降低的方案
2.1 深埋法。在山区高速公路施工路段上存在不良土壤的地方，其电阻率较高，明显不适合进行防雷接地，而对之进行常规作业难度较大，费用较高，因此可以考虑在其地下深处埋接地体，这种方式的作用是非常显著的，特别是这样无须考虑土壤的冻结和干燥等其他影响土壤电阻率的不良因素。
2.2 深井接地法。在山区高速公路施工路段不良土壤的地方，其深处土壤也不适宜进行防雷接地时，其主要做法是用钻机钻孔，把钢管打入井内，再向钢管内和井内灌满电阻率适宜的泥浆。
2.3 换土法。这种方案是将电阻率较高的山区土壤移换成电阻率较低的土壤，如粘土或黑土等，在接地体周围半米以内替换土壤，根据实际经济条件和地质条件，有的地区可以选择将所有埋没接地体的土壤更换，进行土壤更换应该随取随买，尽量避免破坏土壤的特性。
2.4 污水引入法。如果在特殊地段，上述方法均不适用时，可以采用污水引入法。其主要做法是将无腐蚀性的污水引导埋没接地体的土壤中，借此降低土壤的电阻率。
2.5 人工处理法。在接地体周围添加电阻率较低的材料，这些材料要具有流失性差、性能稳定、水分吸收性强的特点，并且要求不具有强腐蚀性。人工处理降低电阻的一大有效方法是采用盐类，如氯化钠、硫酸镁等。这类处理方式对于降低电阻率有着明显的效果，但是其容易流失、持久性差，所以采用的频率不高。
2.6 降阻剂法。这种方法就是在接地體上浇注降阻剂，要求降阻剂本身的电阻极低，只有零点几到几欧姆，将其裹在接地体周围，并且紧贴接地体。
2.7 非金属接地法。上述几种降阻方法，有可能因为地势较高、砂石层较厚、地下水位偏低等原因而失去效果，打深接地极和将接地极向站外延伸的施工方法难度较大，而降阻剂方法具有一定的时效性，数年后失效仍需添加更新。因此，在此情况下可以选择非金属接地模块。如以下实例：
2006年太原分公司负责建设101KV盖家庄变电站，由于该变电站所处的海拔较高，并且地下权威砂石质土质，电阻率高于20欧姆，深井无法开凿且效果较差；按常规设计，经计算无法满足变电站接地要求，故经济技术比较，决定采用深圳市英和盛电子有限公司生产的接地模块及施工技术，来实施本接地工程。经设计计算和参考同类型变电站的模块布置方式，最终确定本站采用接地模块100块，网格形状均匀布置，垂直方式敷设，回填豁土，与接地扁钢焊接，并在焊接点做防锈处理；工程竣工后，该站接地电阻实测结果0.46 欧，达到设计接地电阻<0.5欧的要求。
经过实践检验，上述七种方案都可以较有效的降低山区高速公路高电阻率土壤环境的接地问题，并且取得比较理想的效果。但是选择何种方案，则应该因地制宜，而不应该绝对化，根据具体情况，灵活运用。
3 系统防雷接地的方案
在我国山区高速公路区域往往有较为突出的设备点，电力线路翻山越岭，地质层面较为复杂，也因此而较容易受到雷击的威胁。但是在公路机电设备防雷问题上一直得不到充分的重视，因此应该根据这种情况拦截、屏蔽、光电隔离、均压、分流和联合接地等综合防雷措施。
3.1 联合接地。目前，收费站区、办公区的接地系统是由施工单位负责，而与机电系统的衔接存在不顺畅的问题。因此如果条件允许的情况下，最好将建筑物和机电系统或子系统之间采用联合接地的方式。在建筑物和机电系统之间采用联合接地时，接地体以采用自然接地体为主。当自然接地体同时满足3个条件，即接地电阻能满足规定值要求；基础外表面无绝缘防水层；基础内钢筋必须连接成电气通路，同时形成闭合环，闭合环距地面不小于0.7m，一般不再设置人工接地体。
3.2 拦截方案。收费站、收费站机房和收费中心机房的拦截要求应该按照《建筑物防雷设计规范》的相关要求进行设计，其均匀分布的接闪器和引下线拦截闪电，将雷电流均匀地分流入地。外场设备如收费广场的摄像机应安装防直击雷的避雷针，在外场的设备机箱设置良好的接地系统。
3.3 直流工作接地
随着电力电子技术的不断成熟，利用计算机技术、通信技术等组成的高速公路控制系统的综合自动化程度有了飞速的发展。计算机、电子集成电路、微电子等电子器件已成为高速公路机电设备的核心。由于弱电系统的工作电压通常采用直流电源，其弱电设备对电源要求很严，当供电电源出现波动时，就会给弱电设备带来巨大的干扰，严重时会烧毁弱电系统中的弱电设备。弱电系统接地可以保证所有微电子设备工作于同一低压直流系统中，有效地稳定电路的电位，防止外来电源对系统的干扰。同时弱电设备共同使用一个接地系统，保证了信号传输过程中选用统一的电位参照点，有利于设备间数字信号和模拟信号的传输，有效地衰减各弱电设备间数模转换带来的各种电磁干扰，提高了系统数据信号的处理速率和信号传递的准确性。建立联合接地系统已成为现代高速机电弱电设备高效工作的有利保障。在高速收费站中，为了数据信号的统一，收费车道、监控机房、数据反馈屏及配电房等公路服务设施的所有机电设备的接地系统形成一个联合接地系统，同时为了保证接地的可靠性，机电设备采用不少于两处的金属4～40 mm 扁钢带有效接地，防止雷击电流泄底后地电位反击冲击机电设备。
4 结束语
山区高速公路机电防雷接地问题非常复杂，因为其自身复杂的特征，所以不能采用常规的接地方式，而应该对其高电阻率进行降低措施。本文主要对其接地电阻的降低方案进行简要的分析，并且对系统防雷接地方案进行阐述，供同行探讨。
参考文献：
[1]尤三伟，孙玉红.高速公路隧道机电设备防雷与接地系统浅析[J].中国西部科技，2007（18）.
[2]贾绥林.关于高速公路机电设备防雷措施的探讨[J].黑龙江交通科技.2013（7）.
[3]樊亮.高速公路机电设备防雷技术的探讨[J].中国新技术新产品，2012（5）.
关键词：高速公路；山区；机电防雷；接地；措施
中图分类号：U238文献标识码： A
高速公路一般在远离市区的郊外，所涉地域广、距离长、穿越地形复杂，既有强电设备又有大量弱电设备，极易遭受雷击，造成整个系统或部分设备损坏， 给高速公路运营管理带来极大的不便，而且会带来巨大的直接经济损失和间接经济损失, 因此机电系统的防雷问题应受到广泛的重视。高速公路遭雷击的方式分为直击雷和感应雷。直击雷具有电压高、电流大的特点，其破坏性极大。感应雷是雷电电流被导入大地时，瞬时自上而下产生了一个强力磁场，处在这个强力磁场的所有电器、信号、电源及它们的传输线路都切割了磁力线，发生的闪击现象。过去人们对雷电的防护大多局限于对直击雷的防护，随着各种电子设备的普遍应用，感应雷造成的损失越来越大，在实际中真正对高速公路机电系统造成危害的大多是感应雷。
1 由系统通信线等信号传输电缆侵入
高速公路机电工程中的通信线主要包括计算机系统的网络线、摄像系统的信号线等，信号传输电缆线中出现的雷过电压、过电流，一般包含两种情况 ：一是信号传输电缆旁有大树、高大建筑物、独立避雷针等地面突出物，当直击雷击中这些突出物时，强电压将把附近土壤击穿，雷电流直接侵入到电缆外皮，进而击穿电缆使高压侵入电缆芯线。雷电流在电缆外皮流动时也可以在芯线上感应出过电压。另一种情况是当设备附近发生雷云对地放电时，由雷电水平电场感应出过电压。根据有关部门统计资料表明，埋地电缆芯线上的感应过电压一般为几百到几千伏，情况严重时可达5kV 以上。信号电缆直接与设备的接口相连，因此过电压会由此而入。
2 接地电阻降低的方案
2.1 深埋法。在山区高速公路施工路段上存在不良土壤的地方，其电阻率较高，明显不适合进行防雷接地，而对之进行常规作业难度较大，费用较高，因此可以考虑在其地下深处埋接地体，这种方式的作用是非常显著的，特别是这样无须考虑土壤的冻结和干燥等其他影响土壤电阻率的不良因素。
2.2 深井接地法。在山区高速公路施工路段不良土壤的地方，其深处土壤也不适宜进行防雷接地时，其主要做法是用钻机钻孔，把钢管打入井内，再向钢管内和井内灌满电阻率适宜的泥浆。
2.3 换土法。这种方案是将电阻率较高的山区土壤移换成电阻率较低的土壤，如粘土或黑土等，在接地体周围半米以内替换土壤，根据实际经济条件和地质条件，有的地区可以选择将所有埋没接地体的土壤更换，进行土壤更换应该随取随买，尽量避免破坏土壤的特性。
2.4 污水引入法。如果在特殊地段，上述方法均不适用时，可以采用污水引入法。其主要做法是将无腐蚀性的污水引导埋没接地体的土壤中，借此降低土壤的电阻率。
2.5 人工处理法。在接地体周围添加电阻率较低的材料，这些材料要具有流失性差、性能稳定、水分吸收性强的特点，并且要求不具有强腐蚀性。人工处理降低电阻的一大有效方法是采用盐类，如氯化钠、硫酸镁等。这类处理方式对于降低电阻率有着明显的效果，但是其容易流失、持久性差，所以采用的频率不高。
2.6 降阻剂法。这种方法就是在接地體上浇注降阻剂，要求降阻剂本身的电阻极低，只有零点几到几欧姆，将其裹在接地体周围，并且紧贴接地体。
2.7 非金属接地法。上述几种降阻方法，有可能因为地势较高、砂石层较厚、地下水位偏低等原因而失去效果，打深接地极和将接地极向站外延伸的施工方法难度较大，而降阻剂方法具有一定的时效性，数年后失效仍需添加更新。因此，在此情况下可以选择非金属接地模块。如以下实例：
2006年太原分公司负责建设101KV盖家庄变电站，由于该变电站所处的海拔较高，并且地下权威砂石质土质，电阻率高于20欧姆，深井无法开凿且效果较差；按常规设计，经计算无法满足变电站接地要求，故经济技术比较，决定采用深圳市英和盛电子有限公司生产的接地模块及施工技术，来实施本接地工程。经设计计算和参考同类型变电站的模块布置方式，最终确定本站采用接地模块100块，网格形状均匀布置，垂直方式敷设，回填豁土，与接地扁钢焊接，并在焊接点做防锈处理；工程竣工后，该站接地电阻实测结果0.46 欧，达到设计接地电阻<0.5欧的要求。
经过实践检验，上述七种方案都可以较有效的降低山区高速公路高电阻率土壤环境的接地问题，并且取得比较理想的效果。但是选择何种方案，则应该因地制宜，而不应该绝对化，根据具体情况，灵活运用。
3 系统防雷接地的方案
在我国山区高速公路区域往往有较为突出的设备点，电力线路翻山越岭，地质层面较为复杂，也因此而较容易受到雷击的威胁。但是在公路机电设备防雷问题上一直得不到充分的重视，因此应该根据这种情况拦截、屏蔽、光电隔离、均压、分流和联合接地等综合防雷措施。
3.1 联合接地。目前，收费站区、办公区的接地系统是由施工单位负责，而与机电系统的衔接存在不顺畅的问题。因此如果条件允许的情况下，最好将建筑物和机电系统或子系统之间采用联合接地的方式。在建筑物和机电系统之间采用联合接地时，接地体以采用自然接地体为主。当自然接地体同时满足3个条件，即接地电阻能满足规定值要求；基础外表面无绝缘防水层；基础内钢筋必须连接成电气通路，同时形成闭合环，闭合环距地面不小于0.7m，一般不再设置人工接地体。
3.2 拦截方案。收费站、收费站机房和收费中心机房的拦截要求应该按照《建筑物防雷设计规范》的相关要求进行设计，其均匀分布的接闪器和引下线拦截闪电，将雷电流均匀地分流入地。外场设备如收费广场的摄像机应安装防直击雷的避雷针，在外场的设备机箱设置良好的接地系统。
3.3 直流工作接地
随着电力电子技术的不断成熟，利用计算机技术、通信技术等组成的高速公路控制系统的综合自动化程度有了飞速的发展。计算机、电子集成电路、微电子等电子器件已成为高速公路机电设备的核心。由于弱电系统的工作电压通常采用直流电源，其弱电设备对电源要求很严，当供电电源出现波动时，就会给弱电设备带来巨大的干扰，严重时会烧毁弱电系统中的弱电设备。弱电系统接地可以保证所有微电子设备工作于同一低压直流系统中，有效地稳定电路的电位，防止外来电源对系统的干扰。同时弱电设备共同使用一个接地系统，保证了信号传输过程中选用统一的电位参照点，有利于设备间数字信号和模拟信号的传输，有效地衰减各弱电设备间数模转换带来的各种电磁干扰，提高了系统数据信号的处理速率和信号传递的准确性。建立联合接地系统已成为现代高速机电弱电设备高效工作的有利保障。在高速收费站中，为了数据信号的统一，收费车道、监控机房、数据反馈屏及配电房等公路服务设施的所有机电设备的接地系统形成一个联合接地系统，同时为了保证接地的可靠性，机电设备采用不少于两处的金属4～40 mm 扁钢带有效接地，防止雷击电流泄底后地电位反击冲击机电设备。
4 结束语
山区高速公路机电防雷接地问题非常复杂，因为其自身复杂的特征，所以不能采用常规的接地方式，而应该对其高电阻率进行降低措施。本文主要对其接地电阻的降低方案进行简要的分析，并且对系统防雷接地方案进行阐述，供同行探讨。
参考文献：
[1]尤三伟，孙玉红.高速公路隧道机电设备防雷与接地系统浅析[J].中国西部科技，2007（18）.
[2]贾绥林.关于高速公路机电设备防雷措施的探讨[J].黑龙江交通科技.2013（7）.
[3]樊亮.高速公路机电设备防雷技术的探讨[J].中国新技术新产品，2012（5）.