漢濱區(qū)國家基本氣象站雷電防護(hù)設(shè)計(jì)

宋衛(wèi)民

(安康市金安防雷工程有限公司，陜西安康　725000)

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漢濱區(qū)國家基本氣象站雷電防護(hù)設(shè)計(jì)

宋衛(wèi)民

(安康市金安防雷工程有限公司，陜西安康725000)

摘要：根據(jù)漢濱區(qū)國家基本氣象站的實(shí)際狀況，針對氣象站觀測室內(nèi)部的設(shè)備和通信設(shè)施等弱電系統(tǒng)，從屏蔽、接地、綜合布線、等電位連接和過電壓保護(hù)等方面進(jìn)行防雷電感應(yīng)設(shè)計(jì)；對室外觀測場各觀測儀器設(shè)備，從防直擊雷保護(hù)和防雷擊電磁脈沖等方面提出具體、針對性的防護(hù)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：觀測站；防雷設(shè)計(jì)

漢濱區(qū)國家基本氣象站(東徑109°02′,北緯32°43′)位于陜西省安康市漢濱區(qū)城郊一里坡的高井村，海拔高度290.8 m。氣象站北邊為值班室，南邊為觀測場。由于漢濱區(qū)國家基本氣象站地勢較高、四周空曠，容易遭受雷擊,因此作好漢濱區(qū)國家基本氣象站的綜合雷電防護(hù)是十分必要的。依據(jù)雷電防護(hù)方面的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[1-3]，并根據(jù)該站的實(shí)際狀況，對漢濱區(qū)國家基本氣象站的防雷裝置進(jìn)行設(shè)計(jì),希望能夠有效防護(hù)雷電災(zāi)害，保障氣象站觀測儀器和傳輸設(shè)備的安全運(yùn)行。

1觀測站防雷標(biāo)準(zhǔn)

漢濱區(qū)國家基本氣象站的土壤主要有黏土、風(fēng)化石。黏土土壤電阻率一般在200～800 Ω·m之間，風(fēng)化石土壤電阻率一般在1 500～3 000 Ω·m之間，都不利于雷電流的擴(kuò)散。根據(jù)漢濱區(qū)國家基本氣象觀測站周邊環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和土壤電阻率等計(jì)算，觀測室設(shè)防后電子信息系統(tǒng)的防雷裝置攔截效率E為0.90

2觀測室防雷設(shè)計(jì)

由于氣象站觀測室自身結(jié)構(gòu)形成了法拉第籠效應(yīng)，因此，防雷設(shè)計(jì)不必考慮其外部防雷措施，只對其內(nèi)部防雷(即防雷電感應(yīng))進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1屏蔽

由于建筑物結(jié)構(gòu)自身的屏蔽，觀測室內(nèi)所有電子信息設(shè)備應(yīng)盡量安放在靠近觀測室中心的位置，與建筑物防護(hù)屏蔽體有一定的距離，并利用機(jī)柜的金屬外殼進(jìn)行二次屏蔽。由外部進(jìn)入觀測室內(nèi)的所有線纜均應(yīng)采取穿金屬管埋地敷設(shè)，并在入戶處就近與防雷裝置連接，進(jìn)入室內(nèi)的線纜采用走線橋架進(jìn)行屏蔽，金屬橋架應(yīng)在首末端分別與防雷接地裝置連接一次。

2.2接地

室內(nèi)所有設(shè)備的防雷接地、安全保護(hù)接地和電器設(shè)備接地統(tǒng)一共用該建筑物的基礎(chǔ)接地地網(wǎng)，總等電位接地端子排設(shè)置在觀測室中央位置，采用截面積不小于25 mm2的銅芯導(dǎo)線與建筑物基礎(chǔ)地網(wǎng)可靠連接。

2.3等電位連接

觀測室應(yīng)采用M型等電位連接方式。采用截面積不小于50 mm2的銅帶在防靜電地板下組成1.2 m×1.2 m的接地網(wǎng)格，并與總接地端子排連接。進(jìn)入觀測室內(nèi)所有線纜的金屬屏蔽管、線槽線架首末端均應(yīng)采用截面積不小于16 mm2的銅芯導(dǎo)線與總接地端子排連接，其機(jī)械連接處應(yīng)采用金屬編織帶做等電位連接。UPS、數(shù)據(jù)柜、網(wǎng)絡(luò)柜、計(jì)算機(jī)等設(shè)備金屬外殼均采用截面積不小于2.5 mm2的銅芯導(dǎo)線與接地裝置連接，連接導(dǎo)線和等電位連接端子板間應(yīng)采用螺栓連接。

2.4過電壓保護(hù)

供配電采用TN-S接地系統(tǒng)。供電線路由室外變配電室埋地引入，觀測室總配電柜進(jìn)線處設(shè)計(jì)安裝8/20 μs，In(放電電流)>40 kA的限壓型電源浪涌保護(hù)器(SPD)裝置，SPD連接導(dǎo)線長度不宜大于0.5 m、最小截面為4 mm2，各設(shè)備供電插座均選用適合型號(hào)的防雷插座。傳輸線路傳感器和采集器線纜口均安裝8/20 μs，ISN(額定放電電流)≥5 kA，漏電流≤20 μA的信號(hào)SPD。SPD連接導(dǎo)線應(yīng)平直，最小截面為2.5 mm2。

3觀測場防雷設(shè)計(jì)

觀測場主要是利用安裝在風(fēng)塔上的接閃針來達(dá)到防直擊雷保護(hù)，然而觀測場內(nèi)的所有設(shè)備設(shè)施卻處于直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B)，由于該區(qū)域的電磁場強(qiáng)度沒有得到衰減，為防止觀測場及附近出現(xiàn)地閃時(shí)，雷電產(chǎn)生的脈沖電磁場從空中直接輻射入該區(qū)域內(nèi)電子設(shè)備，因此還需要采取雷擊電磁脈沖防護(hù)措施。

3.1接地網(wǎng)

漢濱區(qū)國家基本氣象站共用接地系統(tǒng)由觀測室地網(wǎng)、室外觀測場地網(wǎng)共同組成，兩地網(wǎng)間的連接帶不少于兩處，采用4×40熱鍍鋅扁鋼或Φ16熱鍍鋅圓鋼進(jìn)行連接，連接帶的埋設(shè)深度>0.5 m。觀測場和觀測室所有設(shè)備共用同一接地系統(tǒng)，其接地電阻應(yīng)小于1 Ω。觀測場地網(wǎng)設(shè)計(jì)及其與觀測室地網(wǎng)連接如圖1所示。

圖1　觀測場地網(wǎng)與觀測室地網(wǎng)連接示意圖

3.2防直擊雷

觀測場有兩根風(fēng)向桿，分別位于觀測場東西兩側(cè)。利用裝設(shè)在風(fēng)向桿上的接閃短針作為觀測場接閃器，接閃針選用直徑為16 mm2的圓銅，依據(jù)二類防雷建筑物設(shè)防的滾球半徑計(jì)算，該風(fēng)桿高度應(yīng)為10.5 m，接閃針針高1.5 m。引下線采用屏蔽電纜，其截面積為50 mm2的多股銅線。引下線入地點(diǎn)附近設(shè)置垂直接地體，并與觀測地網(wǎng)作可靠連接。

3.3屏蔽

觀測場內(nèi)風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)傳輸線應(yīng)采用帶屏蔽層的電纜經(jīng)金屬風(fēng)桿內(nèi)敷設(shè)，傳輸線的外屏蔽層首尾應(yīng)與風(fēng)桿做電氣連接。其他各傳感器設(shè)備無屏蔽措施，因此，所有突出金屬物均采用等電位連接。雨量器、遙測雨量計(jì)、稱重雨量計(jì)、大型蒸發(fā)皿、主采集箱、地溫采集箱、自動(dòng)氣象站信號(hào)轉(zhuǎn)接盒、串口、能見度測試儀等的金屬外殼均應(yīng)就近與觀測場地網(wǎng)可靠連接。

4結(jié)語

氣象觀測站是獲得氣象資料的主要場所，它所獲得的氣象資料對天氣預(yù)報(bào)、氣候分析預(yù)測起著至關(guān)重要的作用。因此，做好氣象觀測站的雷電防護(hù)對保證觀測資料的及時(shí)、準(zhǔn)確獲取非常重要。氣象觀測站的雷電安全防護(hù)是一項(xiàng)綜合工程，結(jié)合漢濱區(qū)氣象觀測站實(shí)際情況，嚴(yán)格按照國家和行業(yè)有關(guān)防雷技術(shù)規(guī)范要求，主要從直擊雷防護(hù)和雷電感應(yīng)兩方面對漢濱區(qū)氣象觀測站的雷電防護(hù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，應(yīng)可保障觀測站設(shè)備設(shè)施的安全運(yùn)行。然而，一旦發(fā)生極端天氣過程，出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)防護(hù)的超強(qiáng)度雷電流和規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值的雷電流,觀測站遭受雷擊損壞的可能性還是存在的。

尹貞鈐，田中偉，許偉峰，等.GStar-I型自動(dòng)土壤水分觀測儀數(shù)據(jù)標(biāo)定方法研究[J].陜西氣象，2015(6)：34-37.

參考文獻(xiàn)：

[1]QX 4—2015氣象臺(tái)(站)防雷技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50343—2012建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].

基金項(xiàng)目：渭南市氣象局科研項(xiàng)目(2014wk-6)

作者簡介：尹貞鈐(1970—)，女，陜西渭南人，漢族，高工，從事氣象為農(nóng)服務(wù)工作。

收稿日期：2015-05-28

文章編號(hào)：1006-4354(2015)06-0034-04

中圖分類號(hào)：P429

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B