防雷接地的介绍与应用
摘要：随着高层建筑的不断涌现和电子信息系统的广泛应用，雷电灾害也日益成为人们日常生活中的重要危害之一。每年夏季，全国各地都会发生雷击灾害事故，诸如电子信息系统遭到破坏、通讯中断、建筑物被毁、甚至危急人的生命安全，因此造成不可估量的经济损失。在此，仅从雷电的形成、雷击灾害的形成以及如何防御雷击灾害等方面作如下简析，用以提醒人们不可小视雷电危害，利用科学知识防御雷击灾害，将雷击灾害的损失降到最低限度。
随着科技的发展，我国的高速公路也在不断增加，自然而然高速公路的机电系统也相应的增加了，那么，对于这些机电系统来说，做好防雷接地的措施已是当务之急。本文从什么是防雷接地，防雷接地技术的要求，以及综合防雷接地的办法这三方面来对高速公路机电系统的防雷接地技术进行研究的。
关键词：高速公路；机电系统；防雷接地技术
1雷电的形成
雷电是云内、云与云之间或云与大地之间的放电现象。夏季的午后，由于太阳辐射的作用，近地层空气温度升高，密度降低，产生上升运动，在上升过程中水汽不断冷却凝结成小水滴或冰晶粒子，形成云团，而上层空气密度相对较大，产生下沉运动，这样的上下运动形成对流。在对流过程中，云中的小水滴和冰晶粒子发生碰撞，吸附空气中游离的正离子或负离子，这样水滴和冰晶就分别带有正电荷和负电荷，一般情况下，正电荷在云的上层，负电荷在云的底层，这些正负电荷聚集到一定的量，就会产生电位差，当电位差达到一定程度，就会发生猛烈的放电现象，这就是雷电的形成过程。雷电电荷在放电过程中，产生很强的雷电电流，雷电电流将空气击穿，形成一个放电通道，出现的火光就是闪电。在放电通道中空气突然加热，体积膨胀形成爆炸的冲击波产生的声音就是雷声。
2 雷击灾害的形成
云内和云与云之间的放电，叫云间闪电或云闪，云与大地之间的放电，叫云地闪电或地闪。云闪因其不能到达地面，一般不会对人类活动造成影响，对人类活动造成影响的主要是地闪。地闪发生时，产生的雷电流从云中泄放到大地，在其泄放通道上造成的危害即雷击灾害。当雷电流从云中泄放到大地时，直接打在建筑物、构筑物及人畜身上，产生电效应、热效应和机械力，造成毁坏和伤亡，称之为“直击雷”；当雷电流从云中泄放到大地时，在其泄放通道周围产生电磁感应向外传播或直接通过导体传导，导致在影响范围内的金属部件、电子元件和电气装置，受到电磁脉冲的干扰而毁坏，称之为“雷击电磁脉冲”。我国是雷击灾害多发地区，每年都会因雷击灾害造成众多的人员伤亡和巨大的经济损失，因此做好防雷减灾工作，将雷击灾害降低到最低限
3 雷电的危害种类
根据雷电产生和危害特点的不同，雷电危害可以分为直击雷、雷电感应、雷电波侵入以及比较少见的球形雷等。 直击雷：当雷电直接击在建筑物上，强大的雷电流使建（构）筑物水份受热汽化膨胀， 从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或爆炸。另外，当雷电击中接闪器，电流沿引下线向大地泻放时，这时对地电位升高，有可能向临近的物体跳击，称为雷电“反击”，从而造成火灾或人身伤亡。 雷电感应：雷电感应又称感应雷，它又分为静电感应和电磁感应。静电感应是雷云接近地面时，在地面凸出物的顶部感应出大量异性电荷，在雷云与其他部位或其他雷云放电后，凸出物顶部电荷失去束缚，并以雷电波的形式高速传播而形成的。电磁感应是发生雷击后，雷电流在周围空间产生的迅速变化的强磁场在附近金属导体上感应出很高的电压形成的。 雷电波侵入：由于雷击，在架空线路或空中金属管道上产生的冲击电压沿线路或管道的两方向迅速传播的雷电波称为雷电波入侵。其传播速度为300 m／μs(在电缆中为150 m／μs)。 球形雷：多在强雷暴雨时闪电最频繁的时候出现。球雷火球可辐射出大量的热能，因此它的烧伤力比破坏力要大。
4、什么是防雷接地
（一）工作接地
工作接地是供电系统用变压器的中性点直接与地面相接，无论是在工作还是事故的情况下，都能对电器设备的可靠运行进行保证，使人体接触得电降低，迅速切除故障设备或线路，从而使电器设备和输电线路的绝缘水平降低。
（二）保护接地
保护接地是电器设备在正常工作的条件下，对于不带电的金属部分和接地体之间要做好金属连接。在中性点不接地系统中，如果没有对电气设备采取保护接地措施，那么，一旦该设备某处出现绝缘损坏，外壳就会带电，同时由于线路与大地间有电容存在，人体碰到此绝缘损坏电器设备外壳，电流就会流入人体，从而形成通路，人因此会受到触电的危险。相反，如果装有接地装置以后，接地电流就会同时沿着接地体和人体两条通路流过，流过人体的电流和接地的电阻大小成正比，当接地电阻极其小时，流经人体的电流对人体的生命安全就不会构成威胁，人体就避免了触电的危险。
（三）重复接地
重复接地是将零线上的多点与大地多次进行金属性连接。当中型点直接接地系统中发生碰壳或接地短路时，可使对地电压降低；即使零线发生断裂，故障的危害程度也不会太大。
（四）直流工作接地
直流工作接地是包括计算机在内的一切微，大部分采用的是中、大规模集成电路，在较低的直流电压下进行工作，为让同一系统的计算机、微电子设备的工作电路具有相同的电位参考点，把所有设备的零电位点接于一个接地装置中，可以使电路的电位稳定，对外来干扰起到了妨碍作用。同一系统的设备接于同一接地装置以后，不管是模拟量还是数字量，在进行交换或者通信时，都有统一的电位参考点，这样，就能给接于同一接地装置的计算机或者微电子设备，提供一个稳定的工作电位，从而对各种电磁干扰有效地进行减少甚至消除，进一步对数据处理或信号传递准确无误进行保证。
（五）防雷接地
防雷接地是为了使雷电浪涌电流并导入大地，从而避免了被保护物遭受直击雷或感应雷等浪涌过电压、过电流的危害，对高速公路上的所有建筑物、电器设备、线路以及网络等不带电金属部分，以及一切水、气管道等都和防雷接地装置进行了金属性连接。防雷接地装置具体包括避雷针、带、线、网、接地引下线、接地引入线、接地汇集线、接地体等等。
5、防雷接地技术的要求
防雷技术的一个重要环节就是接地，无论是直击雷或者是感应雷，最终都能把雷电引入大地。一个良好的接地系统是人身安全、设备安全以及系统稳定工作的重要保障。接地根据其作用和要求，可分为防雷接地、工作接地、保护接地、直流工作接地以及重复接地五大类。因为大规模集成电路的广泛应用，对于各滤波器来说，它的分辨率和现代电子技术的要求相适应了，对共地时的信号“互扰”的问题进行了解决，这样，联合接地就有了先决条件，所以，共地技术得到了迅速的推广以及广泛的应用。把收费站，应将收费车道、监控机房、配电房这些地点的地网连成一个整体，相互间以4×40mm扁钢带为纽带，进行不少于两处的连接，实现地网均压等电位，对地电位反击进行了有效防止。这样就可消除建筑物内所有设备之间存在的危险的电位差，此外还减少了建筑物内部磁场的强度。收费车道、监控机房、配电房接地系统必须要尽可能的采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接起来，并以此作为地网，尽量要用自然接地物作为基础，以人工接地体进行补充，在外形方面，要尽可能的采用闭合的方式。这样采用了等电位连接之后，不但提高了建筑物及其内部的设备的避雷能力，而且，因为采用的是等电位连接，所以，可以放宽对建筑物接地电阻的要求，大大减少了建设设计的投资成本，并且使施工难度也大大降低。
6、综合防雷接地的办法
防雷作为一项系统的工程，主要包括防止直接的雷击和抑制雷电电磁脉冲干扰等各种传输形式造成的危害等。高速公路机电系统采用的是拦截、屏蔽、光电隔离、均压、分流和联合接地等综合防雷措施。
1、对于拦截方面的设计，具体包括收费亭、收费站机房、收费中心机房要按照《建筑物防雷设计规范》的要求进行设计以及安装避雷装置，其中，拦截闪电的是均匀分布的接闪器和引下线，对雷电流进行均匀地分流入地。对于外场设备的摄像机来说，它必须要安装防直击雷的避雷针，并且在外场的设备机箱设置性能较好的接地系统。
2、信号传输线的屏蔽
（1）电缆最外层的铠装保护套要多设计点可靠接地；
（2）电缆的转移阻抗以及绝缘层介质的绝缘强度决定了电缆屏蔽的效果好坏，所以，选用的电缆要具备较小的转移阻抗。
3、光电隔离
在投资允许的条件下，要尽可能选用光设备。
4、均压
均压就是对导体进行良好的导电性连接，从而让它们达到电位相等的条件，提供低阻抗的连续通道给雷电流，使其得以快速的导入大地。
5、分流
造成机电系统电子设备损坏的主要原因之一就是雷电感应过电压。为对雷电过电压波的侵害进行有效地防止，机电系统还必须把避雷器装置在电缆和终端设备输入端的连接处。
6.联合接地
在条件允许的情况下，对建筑物和机电系统或机电系统不同的子系统之间最好能够采取联合接地方式进行连接。并且在建筑物和机电系统之间采用联合接地的时候要以自然接地体为主，辅之以其它接地方式。当然，对于自然接地体来说，它必须要同时满足三个条件，也就是（1）接地电阻满足规定值的要求；（2）基础外表面应该不存在绝缘防水层；（3）基础内钢筋要相互连接成电气通路，并形成闭合环，这样之后就不再对它设置人工接地体。采用此方法采，就形成了一个电阻极小、引下线阻抗极小以及平面的等电位自然防雷网络框架。
结语：
总之，高速公路的机电系统防雷接地的问题是十分复杂的，它的涉及面也比较广，那么，在以后的机电工程中，为了把雷击造成的损失降到最小，要尽可能得采取联合接地的方法，另外，还应该加强对避雷器的使用。