高速公路收費所(站)一般由建筑物、供配電系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)組成,大都位于空曠區(qū)域,且站內(nèi)部分設(shè)施孤立、較高,所以雷雨天氣時,容易引發(fā)雷電,從而對機電系統(tǒng)造成損壞,導致整個收費系統(tǒng)癱瘓。
那么雷電一般通過什么途徑去侵害高速公路機電系統(tǒng)呢?
雷電侵害高速公路征管所(站)機電系統(tǒng)設(shè)備的途徑很多,主要包括感應(yīng)雷、電磁波輻射、雷電波的侵入、直擊雷以及高電位反擊等途經(jīng)。
1、感應(yīng)雷
感應(yīng)雷是雷電在雷云之間或雷云對地放電時,強大的雷電流會在其周圍感應(yīng)出瞬變的強電磁場(電磁感應(yīng)現(xiàn)象),并會在放電通道附近的導線或機電設(shè)備上產(chǎn)生靜電感應(yīng)。感應(yīng)雷雖然沒有直接雷猛烈,但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多,感應(yīng)雷包括靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種情況。
1)靜電感應(yīng)雷:帶有大量負電荷的雷云所產(chǎn)生的電場會在架空線路上或外場設(shè)備上感生出被電場束縛的正電荷。當雷云對地放電或?qū)υ崎g放電時,云與大地間的電場消失(嚴格說是大大減弱),那么在線路上或外場設(shè)備上感應(yīng)出的這些被束縛的正電荷也就在一瞬間失去了束縛,電荷來不及立即流散,在電勢能的作用下,產(chǎn)生對地很高的靜電感應(yīng)過電壓,這些正電荷將沿著線路對高速公路機電系統(tǒng)產(chǎn)生大電流沖擊,造成高速公路機電系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生不同程度的毀壞。
2)電磁感應(yīng)雷:雷擊發(fā)生在供電線路或外場設(shè)備上附近,或擊在避雷針、避雷帶等金屬體上會產(chǎn)生強大的交變電磁場,此交變電磁場的能量將感應(yīng)于線路并通過電力線纜、傳輸信號線纜、設(shè)備間連接線或金屬體等,使連接在線路中高速公路機電系統(tǒng)的電子設(shè)備遭到損害(由于避雷針、避雷帶的存在,建筑物上落雷機會反倒增加,內(nèi)部設(shè)備遭感應(yīng)雷危害的機會和程度增加了)。
2、電磁波輻射
雷電發(fā)生時,會產(chǎn)生雷電電磁脈沖。由于高速公路收費系統(tǒng)微電子設(shè)備非常靈敏,它極易接收微弱的信息電磁波,所以更易接收強大的雷電電磁脈沖信號。
3、雷電波的侵入(浪涌)
最常見的電子設(shè)備危害不是由于直接雷擊引起的,而是由于雷擊發(fā)生時在電源和信號線路中感應(yīng)的電流浪涌引起的。一方面由于電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化,從而造成設(shè)備耐壓、耐過電流的水平下降,對雷電(包括感應(yīng)雷及操作過電壓浪涌)的承受能力下降,另一方面由于信號來源路徑增多,系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入。
4、直擊雷
直擊雷是指雷云直接對大地某點發(fā)生的強烈放電,它可以直接擊中高速公路機電系統(tǒng)的線纜、金屬體等,雷電流便沿著線纜或金屬體進入高速公路供配電系統(tǒng)(電源系統(tǒng))及信號系統(tǒng)(征費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)),直接摧毀高速公路機電系統(tǒng)的終端設(shè)備。此時雷電的主要破壞力為電流特性,而不是放電產(chǎn)生的高電位。
5、高電位反擊
雷電發(fā)生時,受雷擊的金屬體與大地之間產(chǎn)生一個很高的電壓,若高速公路機電系統(tǒng)恰好處在這個高電位之中,該高電壓就會對機電系統(tǒng)產(chǎn)生閃擊(高電位反擊),造成高速公路機電系統(tǒng)設(shè)備的絕緣被擊穿。