新一代天氣雷達(dá)站防直擊雷安全性能評(píng)價(jià)

李 萍，蔡河章，張泉鋒，管 超

（福建省三明市氣象局，福建 三明365000）

1 引言

氣象雷達(dá)站的防直擊雷不但關(guān)系到雷達(dá)站自身的安全，而且關(guān)系到能否準(zhǔn)確提供氣象災(zāi)害信息，關(guān)系到政府部門能否迅速傳遞防災(zāi)減災(zāi)決策，關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全問(wèn)題［1］。有關(guān)新一代天氣雷達(dá)也有一些其他研究［2］，如對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)［3］、雨量［4］、人工增雨作業(yè)效果等。為使雷達(dá)設(shè)備的防直擊雷的抗擾性能達(dá)到要求，本文根據(jù)福建省三明市新一代天氣雷達(dá)站址的周邊環(huán)境，就其防直擊雷措施進(jìn)行了詳實(shí)的論述，以期獲得減少雷害，使雷達(dá)系統(tǒng)能正常發(fā)揮其作用。

2 自然環(huán)境概況

2.1 氣候概況

福建省三明市泰寧縣地處福建省西北部，屬于中亞熱帶季風(fēng)型山地氣候，每年的3～6月為雨季，同時(shí)也是雷暴多發(fā)時(shí)期。年平均降水量為1787.2mm，相對(duì)濕度為84%，平均年日照時(shí)數(shù)為1606.7h，年太陽(yáng)輻射量4316.17MJ/m2［5］，50年來(lái)平均無(wú)霜期為275d［6］。

2.2 地形及地貌概況

新一代天氣雷達(dá)站位于東經(jīng)117°04′50″，北緯27°00′31″，海拔1700m。雷達(dá)站塔樓及裙樓均設(shè)在峨眉峰山頂上，除了距雷達(dá)站塔樓中心點(diǎn)20m左右的東北方向有一微波站及一鐵塔外，其余周邊均為山坡空地。

3 雷達(dá)站防直擊雷安全評(píng)價(jià)

3.1 接閃器安全評(píng)價(jià)

3.1.1 建筑物的直擊雷防護(hù)

（1）塔樓及裙樓的直擊雷防護(hù)。防直擊雷接閃器直接利用屋面的建筑鋼筋組成暗裝接閃網(wǎng)；并在屋面距外沿100mm處敷設(shè)一圈明設(shè)接閃帶，材料φ12熱鍍鋅圓鋼，支撐卡高度100mm，間距80cm。屋面上所有金屬構(gòu)件或外露金屬管道均用φ12熱鍍鋅圓鋼與接閃網(wǎng)（帶）焊接聯(lián)接。接閃帶、網(wǎng)均應(yīng)互相焊接聯(lián)接。

（2）塔樓的側(cè)擊雷防護(hù)。混凝土的鋼筋互相連接，其連接要求，構(gòu)件內(nèi)有箍筋或成網(wǎng)狀鋼筋，其箍筋與鋼筋的連接，鋼筋與鋼筋的連接采用土建施工的綁扎法；單根鋼筋、圓鋼或外引預(yù)埋連接板、線與上述鋼筋的連接采用焊接。結(jié)構(gòu)圈梁中的鋼筋每層連成閉合回路保證電氣連通，就近與防雷裝置引下線焊接。外墻上的欄桿、門窗、幕墻等較大的金屬物與防雷裝置連接。豎直敷設(shè)的金屬管道及金屬物的頂端和底端與防雷裝置連接。由于雷達(dá)站塔樓（含天線罩）的高度為45.592m，除了做好以上措施外，還從一層起每隔6m設(shè)置一圈水平接閃帶，以防止側(cè)擊雷，同時(shí)也可起到均壓的效果。水平接閃帶在土建一并施工。

3.1.2 雷達(dá)天線的直擊雷防護(hù)

雷達(dá)天線的直擊雷防護(hù)，采用3支等高接閃桿，接閃桿的布置位置分別為西南、東偏南15°、北偏西15°，每根接閃桿間隔120°。接閃桿基座布置在27.4m高的平臺(tái)上（此處承受力最大），與天線罩的距離3.1m。避雷針針身長(zhǎng)度23.6m，由兩部分組成：①雷達(dá)天線仰角零度下邊緣以下部分采用內(nèi)徑150mm的無(wú)縫熱鍍鋅鋼管，鋼管長(zhǎng)7.6m；在距離基座4.2m處采用兩根直徑60mm的熱鍍鋅鋼管作為抓手將接閃桿與塔樓進(jìn)行第二點(diǎn)固定。②在雷達(dá)天線仰角零度下邊緣以上使用高強(qiáng)度玻璃鋼接閃桿，設(shè)計(jì)風(fēng)速60m/s；接閃桿長(zhǎng)16m，其內(nèi)使用截面積50mm2多股銅芯線實(shí)現(xiàn)接閃器與金屬支撐桿的電氣連接（圖1）。

圖1 接閃桿安裝位置示意

3.2 引下線安全評(píng)價(jià)

利用塔樓沿四周外側(cè)構(gòu)造柱內(nèi)的主筋作為建筑物防直擊雷引下線，且自下而上通長(zhǎng)焊接連通，下部與獨(dú)立基礎(chǔ)底部鋼筋焊接連通，上部與塔樓8層露面水平圈梁主鋼筋及接閃帶焊接連通。

3.3 接地裝置安全評(píng)價(jià)

雷達(dá)站接地采用共用接地系統(tǒng)，依據(jù)土壤電阻率高的情況，接地電阻設(shè)計(jì)值不大于4Ω。充分利用建筑物的自然接地體，利用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鐵將塔樓基礎(chǔ)接地與裙樓基礎(chǔ)接地進(jìn)行4點(diǎn)以上焊接。塔樓共有12個(gè)8m深的孔樁，每個(gè)孔樁的主鋼筋通長(zhǎng)通焊良好電氣連接，并與承臺(tái)基礎(chǔ)進(jìn)行焊接。

由于雷達(dá)站處地土壤電阻率高，還采用了在建筑物外埋設(shè)環(huán)型人工輔助接地網(wǎng)，該環(huán)型水平接地體敷設(shè)在散水坡以外。采用水平接地極與垂直接地極組成的復(fù)合接地裝置，并施與一定量的降阻劑。水平接地極采用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鐵，垂直接地極采用50mm×5mm的等邊熱鍍鋅角鋼長(zhǎng)度1.5m，間隔3m沿水平接地極敷設(shè)，降阻劑敷設(shè)在水平接地極以及外邊緣的垂直接地極上。在人工接地裝置外引支線中點(diǎn)沿四個(gè)方向均勻布設(shè)一深度50m的深井接地裝置，并采用降阻劑進(jìn)行填充。同時(shí)在人工接地裝置外圍8個(gè)不同方向均勻布設(shè)一6m×3m×3m的泄流坑。

塔樓基礎(chǔ)下面采用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鐵鋪設(shè)成3m×3m的網(wǎng)格進(jìn)行均壓處理。人工接地裝置及連接線穿過(guò)人行道以及接地裝置距人行道不足3m時(shí)采取用鍍鋅扁鋼做均壓等電位處理、接地體深埋措施、用瀝青絕緣層絕緣等措施，以防止跨步電壓和接觸電壓。

3.4 雷達(dá)機(jī)房的防雷安全評(píng)價(jià)

在雷達(dá)塔樓8層機(jī)房的內(nèi)墻（磚墻）抹灰層下面玻璃窗上敷設(shè)50mm×50mm不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)邊緣采用金屬條壓接并每隔1m焊接到大樓鋼筋上；在玻璃窗上加裝50mm×50mm不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)與玻璃窗金屬框連接，并與墻面屏蔽網(wǎng)電氣連接。8層機(jī)房結(jié)構(gòu)柱、以及上下樓板鋼筋網(wǎng)采用φ6mm鋼筋加密，縱橫網(wǎng)格為50mm×50mm的網(wǎng)格，采用綁扎或電焊，綁扎的每一平方電焊一次；同時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋每隔1m預(yù)留20mm長(zhǎng)的鋼筋頭（緊挨墻體內(nèi)側(cè)）作為與外加屏蔽網(wǎng)、金屬門框電氣連接用。機(jī)房用金屬屏蔽門，采用銅編織線進(jìn)行接地，金屬門框與機(jī)房屏蔽網(wǎng)、大樓主鋼筋可靠電氣連接。所有的不銹鋼網(wǎng)、金屬門框與機(jī)房局部等電位連接母排進(jìn)行連接。為防雷擊電磁脈沖干擾，所有線纜均應(yīng)敷設(shè)在金屬屏蔽槽（管）內(nèi)，并進(jìn)行多次等電位連接后進(jìn)入機(jī)房。雷達(dá)機(jī)房和控制室內(nèi)設(shè)備滿足距引下線不應(yīng)小于1.0m的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

三明市新一代天氣雷達(dá)站由于設(shè)置在高山上，加之電力傳輸線路架空引入，更是易被雷電經(jīng)常光顧，迄今為止，該雷達(dá)站防雷裝置已正常運(yùn)行1年多，因有相對(duì)比較完善的雷電防護(hù)系統(tǒng)，塔樓的雷達(dá)設(shè)備未曾遭到雷電損害，已經(jīng)被證明是完全經(jīng)得起考驗(yàn)的，可以在今后新建天氣雷達(dá)站中借鑒應(yīng)用。

［1］胡春良，包炳生.新一代多普勒氣象雷達(dá)與雷電防護(hù)設(shè)置［J］.科技通報(bào)，2010，26（6）：926～930.

［2］張亞萍，程明虎，劉 德.利用天氣雷達(dá)觀測(cè)資料預(yù)報(bào)小流域流量［J］.氣象學(xué)報(bào)，2012，70（3）：562～575.

［3］馮晉勤，黃愛(ài)玉，張治洋，等.基于新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品閩西南強(qiáng)對(duì)流天氣臨近預(yù)報(bào)方法研究［J］.氣象，2012，38（2）：197～203.

［4］徐廣闊，孫建華，雷 霆，等.多普勒天氣雷達(dá)資料同化對(duì)暴雨模擬的影響［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2009，20（1）：36～46.

［5］蔣宗孝，阮錫章，伍毓柏，等.三明市農(nóng)業(yè)氣候資源概況［J］.氣象科技，2004，32（增刊）：68～72.

［6］張尾蘭，黃立盛，江艷芳，等.泰寧縣近50年氣候資源及主要?dú)庀鬄?zāi)害變化特征分析［J］.福建農(nóng)業(yè)科技，2012（5）：51～56.