1、 氣象觀測場坪防雷設(shè)計 摘要：本文對位于海邊高山的氣象觀測場坪進(jìn)行了防雷設(shè)計，重點討論了直擊雷防護(hù)、雷電感應(yīng)和電磁脈沖防護(hù)。關(guān)鍵字：防雷 直擊雷 接地0 引言氣象觀測場坪是氣象臺站獲取氣象資料的主要場所，我臺擬建設(shè)的觀測場地處海邊高山廣闊地區(qū)，均處于雷電活動頻繁地帶。氣象觀測場坪的自動氣象觀測設(shè)備所有的數(shù)據(jù)采集是通過傳感器獲得，由于數(shù)據(jù)是微電流信號，對電磁環(huán)境十分敏感，自動氣象觀測設(shè)備的采集器到機房傳輸數(shù)據(jù)較遠(yuǎn)，因此氣象觀測場坪的防雷措施十分重要。1 觀測場及觀測設(shè)備1.1 觀測場坪觀測場坪為1010米的正方形觀測場，四周為觀測圍網(wǎng)，場坪中有風(fēng)桿基礎(chǔ)、風(fēng)桿拉線基礎(chǔ)、主設(shè)備基礎(chǔ)、云高儀基礎(chǔ)、百葉

2、箱基礎(chǔ)、雨量筒基礎(chǔ)和圍欄基礎(chǔ)等，各設(shè)備基礎(chǔ)間有電纜溝連接，觀測場坪地質(zhì)多為巖石，土壤電阻率高，容易遭受雷擊。1.2 觀測設(shè)備觀測設(shè)備包括采集系統(tǒng)及組件、通信單元、溫濕度傳感器、雨量傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、氣壓傳感器、能見度傳感器、云高儀傳感器和供電系統(tǒng)。能見度儀、北斗終端、2塊太陽能板、采集系統(tǒng)機箱、電源系統(tǒng)機箱安裝于主設(shè)備立桿上，溫濕度傳感器安裝于玻璃鋼百葉箱內(nèi)，風(fēng)速風(fēng)向傳感器安裝在風(fēng)桿上。風(fēng)桿高度為10m，主設(shè)備立桿高度為3.5m，云高儀高為1.7m，百葉箱高為2m，雨量筒高為0.5m。2 雷電分類及防護(hù)2.1 直擊雷直擊雷，雷暴活動區(qū)內(nèi)，雷云直接通過人體、建筑物或設(shè)備等對地所產(chǎn)生的放電現(xiàn)

3、象，稱之為直接雷。此時雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產(chǎn)生的高電位，雷電擊中人體建筑物或設(shè)備時，強大的電流轉(zhuǎn)變成熱能，瞬間可釋放強大能量，直接雷具有強大的破壞力。閃電擊中管道或?qū)Ь€時，雷電流可以沿線傳送到很遠(yuǎn)的地方，其巨大的電熱效應(yīng)不僅對設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，并可危及有關(guān)操作人員的安全。防直擊雷的避雷裝置有避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)和避雷線等。2.2 雷電側(cè)擊防雷電側(cè)擊的措施，通常沿建筑物四周設(shè)水平避雷帶（均壓環(huán)）。2.3 雷電反擊防止雷電反擊的措施是將建筑物的金屬物體與防雷裝置的接閃器、引下線分隔開保持一定距離。2.4 雷電感應(yīng)雷電感應(yīng)，當(dāng)雷云來臨時，在其所覆蓋的地表面和

4、各種物體上尤其是導(dǎo)體上將感生出大量與雷云底部電荷符號相反的電荷，形成靜電場，當(dāng)這種靜電場強度不足以擊穿空氣產(chǎn)生中和效應(yīng)，而雷云對另一雷云或帶電體放電后，云中電荷消失，此時地面物體尤其是導(dǎo)體上聚集的電荷卻產(chǎn)生了很高的電勢，串入用電設(shè)施同樣會造成對電子器件的損壞。防止雷靜電感應(yīng)產(chǎn)生火花，建筑物內(nèi)的金屬物和突出屋面的金屬物均應(yīng)接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上（即實現(xiàn)等電位聯(lián)結(jié)）。2.5 雷電波侵入對電纜進(jìn)出線，應(yīng)在進(jìn)出端將電纜金屬外皮、鋼管等與電氣設(shè)備接地連接。2.6 雷電電磁脈沖雷電電磁感應(yīng)，閃電電流在閃電通道周圍的空間產(chǎn)生磁場，這種磁場將隨時間而變化，并在附近的各類金屬導(dǎo)體上激發(fā)出感應(yīng)電動勢或感生電流

5、，在閃電電流入地過程中，變化磁場在附近金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢或感生電流也會造成電氣設(shè)備的損壞。為減少電磁干擾的感應(yīng)效應(yīng)，宜采取基本的屏蔽措施。3 設(shè)計方案為了很好的解決海邊自動氣象觀測場坪的防雷措施，首先考慮在自動氣象場坪內(nèi)架設(shè)單獨的避雷針，盡可能的讓雷擊點遠(yuǎn)離設(shè)備及線纜，讓設(shè)備及線纜的閃電感應(yīng)降到最低；由于采集器內(nèi)安裝了防雷板，所以要充分考慮站內(nèi)的電源進(jìn)線、接地、等電位、屏蔽措施。3.1 觀測場直擊雷防護(hù)由于觀測場設(shè)備架設(shè)在海邊山上，所以設(shè)計觀測場內(nèi)安裝1根獨立的避雷針，以減少雷擊點與主設(shè)備的距離，降低設(shè)備雷電感應(yīng)概率和減小設(shè)備雷電感應(yīng)。在觀測場內(nèi)安裝1根14m的避雷針，根據(jù)建筑物防雷設(shè)

6、計規(guī)范gb50057-2012附錄d規(guī)定，避雷針與風(fēng)桿、主設(shè)備立桿、云高儀、百葉箱和雨量筒的最大距離，可以根據(jù)下列公式計算：式中： 避雷針在 高度的 平面保護(hù)半徑； 避雷針的高度； 滾球半徑，按照gb50057-2010版確定（45m）； 被保護(hù)物的高度（m）； 避雷針在地面上的保護(hù)半徑。計算得出：避雷針最大保護(hù)距離10m高的風(fēng)向風(fēng)速桿為4.3m，最大保護(hù)距離3.5m高的云高儀為15.22m，最大保護(hù)距離1.5m高的云高儀為21m，最大保護(hù)距離1.7m高百葉箱為20.36，最大保護(hù)距離1m高雨量筒為23.18m。3.2 觀測場電源及信號防護(hù)觀測場內(nèi)內(nèi)安裝了電源箱，供給自動氣象站內(nèi)的所有設(shè)備電源

7、，因此，在自動氣象站內(nèi)的電源箱內(nèi)或建筑物取電配電箱內(nèi)安裝電源電涌保護(hù)器，沖擊電流25ka，保護(hù)電壓水平不大于1.5kv，在電涌保護(hù)器前段安裝空氣開關(guān)保護(hù)。觀測場采集器到機房的信號需要在線纜兩端安裝信號電涌保護(hù)器，標(biāo)稱電流25ka，c2、in時電壓保護(hù)水平up（x-c）保護(hù)水平不大于30v，在電涌保護(hù)器前段安裝空氣開關(guān)保護(hù)。3.3 觀測場地網(wǎng)的設(shè)置觀測場地網(wǎng)應(yīng)沿圍欄四周敷設(shè)成環(huán)形閉合接地地網(wǎng)，并從地網(wǎng)四角及每條邊的中間處引入觀測場內(nèi)，觀測場內(nèi)的地網(wǎng)可與線纜地溝重合敷設(shè)，其接地體可敷設(shè)在線纜地溝底部，埋設(shè)深度離地面0.7m，安裝完成后回土夯實。觀測場內(nèi)所有設(shè)備，如金屬立桿、采集器機箱、電源機箱、風(fēng)

8、桿、金屬圍欄、扶手等均要與地網(wǎng)牢固連接。同時觀測場地網(wǎng)沿自動站線纜地溝輻射延伸至本地機房，與本地機房設(shè)備保護(hù)地及設(shè)備工作地合設(shè)共地，輻射延伸接地體敷設(shè)在線纜地溝底部，埋設(shè)深度離地面0.7m，安裝完成后回土夯實。選擇觀測場地網(wǎng)材料時，充分考慮到了其導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性、耐腐性和承受雷電流的能力，選用熱鍍鋅鋼材，垂直接地體選用50mm離子接地棒，長度每根5m，由于現(xiàn)場的土質(zhì)均為巖石，周邊的垂直接地體采用機器鉆進(jìn)方式，并利用特效降阻劑配合使用，安裝6根；線纜溝槽內(nèi)的垂直接地裝置采用50505mm熱鍍鋅角鋼，長度每根2.5m，由于現(xiàn)場的土質(zhì)均為巖石，垂直接地體采用機器鉆進(jìn)方式，并利用特效降阻劑配合使用，水

9、平接地母線選用404mm鍍鋅扁鋼，垂直接地體間距為每隔46m設(shè)置一根，接地體埋設(shè)深度宜大于0.7m，在凍土地區(qū)應(yīng)埋設(shè)在凍土層以下，接地體所有焊接口均應(yīng)作防腐處理。3.4 觀測場地網(wǎng)接地電阻觀測場地網(wǎng)接地電阻不宜大于4 ，對周圍土壤電阻率大于1000 的高土壤電阻率地區(qū)，接地電阻可適當(dāng)放寬，但要求采用多根環(huán)型接地體和多支線外延接地體，外延接地體的外延長度應(yīng)小于接地網(wǎng)的有效長度 ( 其中 為土壤電阻率)。另外，采取增加澆灌降阻劑或換土法等方法降低共用接地網(wǎng)的接地電阻值。4 結(jié)束語本文對位于海邊高山的氣象觀測場坪進(jìn)行了防雷設(shè)計，重點討論了直擊雷防護(hù)、雷電感應(yīng)和電磁脈沖防護(hù)。參考文獻(xiàn)1 gb50057-2012 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范2 謝俊. 芻議氣象觀測站防雷技術(shù)的應(yīng)用j.廣東科技.2012(9):188-1903梅衛(wèi)群，江燕如.建筑防雷工程與設(shè)計m.北京：氣象出