肇慶多普勒天氣雷達(dá)綜合防雷安全措施研究

鐘震美 梁裕昌 劉康 潘仕虎

摘要：文章主要針對多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行分析，針對肇慶市新一代天氣雷達(dá)站實(shí)際情況確定防雷的類別以及防雷等級。同時(shí)針對肇慶雷達(dá)系統(tǒng)的塔樓、供電系統(tǒng)以及機(jī)房等提出綜合防雷措施，希望能夠保證多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。關(guān)鍵詞：多普勒天氣雷達(dá)；綜合防雷；安全措施

肇慶作為我國南方城市，屬于我國的低煒度地區(qū)，導(dǎo)致肇慶地區(qū)的自然條件復(fù)雜，也是我國雷電氣象的重災(zāi)區(qū)，每年雷電發(fā)生日超過1/4的時(shí)間，在90天以上，屬強(qiáng)雷區(qū)。面對這種問題，在廣東省氣象局以及相關(guān)部門安全發(fā)展理念的引導(dǎo)下，也開始抓責(zé)任落實(shí)。另外在多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用中，也必須注重其防雷。尤其是在當(dāng)前防雷技術(shù)不斷發(fā)展與完善的情況下，通過綜合防雷安全措施能夠?yàn)槎嗥绽辗览紫到y(tǒng)的安全運(yùn)行提供保障。

1 多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)概述

1.1 多普勒天氣雷達(dá)

多普勒天氣雷達(dá)作為一種探測工具，利用主動(dòng)遙感能夠?qū)Ω鞣N天氣發(fā)生的內(nèi)在因素進(jìn)行監(jiān)測，包括云、雨雪以及強(qiáng)對流天氣等。多普勒天氣雷達(dá)的正常應(yīng)用是基于多普勒效應(yīng)的，利用這一原理對天氣氣象散射體相對于雷達(dá)的速度進(jìn)行測定，通過測定能夠得出大氣風(fēng)場以及氣流速度等數(shù)據(jù)，通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)來反映或推測出天氣狀況[1]。

1.2 新一代多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用的重要意義

目前世界上大部分的氣象系統(tǒng)均采用新一代的多普勒雷達(dá)系統(tǒng)，號稱“超級千里眼”的多普勒雷達(dá)也是目前世界上最先進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)天氣雷達(dá)相比，多普勒天氣雷達(dá)的產(chǎn)品信息多達(dá)72種，甚至能夠監(jiān)測對流云層的生成、變化以及速度，對于氣象部門的天氣預(yù)報(bào)而言，精確度和預(yù)測準(zhǔn)確度也會(huì)進(jìn)一步提高。在20世紀(jì)90年代美國就開始在國內(nèi)甚至在全球內(nèi)設(shè)置了 165臺NEXRDA，這一雷達(dá)系統(tǒng)就是基于多普勒信號處理技術(shù)，作為目前世界上最先進(jìn)以及最準(zhǔn)確的天氣雷達(dá)系統(tǒng)，在各種重大災(zāi)害性天氣的監(jiān)測和預(yù)報(bào)中具有很好的作用和能力，對于強(qiáng)災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度高達(dá)90%。我國在20世紀(jì)末才開始應(yīng)用多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)，對于我國氣象水平的發(fā)展具有重要意義，不僅能夠提高我國氣象監(jiān)測水平，而且對于未來天氣雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展也具有指導(dǎo)意義[2]。

2防雷分類與防雷等級確定

2.1 防雷分類

在對廣東省平均雷暴日的分析中發(fā)現(xiàn)，近10年肇慶的平均雷暴日在每年92天左右，按照我國《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB5005—2000》這一強(qiáng)制性國標(biāo)要求，肇慶屬于強(qiáng)雷區(qū)，因此在進(jìn)行防雷措施以及多普勒雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)中需要按照第二類防雷建筑物的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。

2.2 多普勒天氣雷達(dá)站電子信息系統(tǒng)防雷等級劃分

根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343—2012的規(guī)定，雷達(dá)站屬于雷電防護(hù)等級為B級，因此，肇慶多普勒天氣雷達(dá)站的電子信息系統(tǒng)防雷等級為B級。

3 多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)綜合防雷措施

3.1 塔雷直擊雷防雷措施

按照《新一代天氣雷達(dá)站防雷設(shè)計(jì)規(guī)范QX2—2000》中的規(guī)定，需要在多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的雷達(dá)天線基座的平臺中安裝相應(yīng)的避雷針或者避雷線來進(jìn)行接閃防雷，一般安裝數(shù)量在兩個(gè)以上。避雷針的高度也需要根據(jù)多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行確定，通過滾球法來進(jìn)行計(jì)算。如圖1所示，在肇慶多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的雷達(dá)塔樓頂層中布置4根專用的避雷針，同時(shí)確定避雷針和雷電天線罩之間的距離為3 m。隨著發(fā)展的進(jìn)行，人們在防雷設(shè)計(jì)中也進(jìn)一步追求可靠性，希望在防雷的同時(shí)不影響雷達(dá)電波的傳輸，因此采用玻璃鋼材料作為避雷針安裝的支撐柱。按照國標(biāo)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB5005—2000》中的要求，避雷針和被保護(hù)物之間還需要具有一定的距離，若采用圖1所示的避雷針安裝方式，避雷針最低點(diǎn)距離天線罩頂端的安全距離應(yīng)該確定為3 m，同時(shí)塔樓天面平臺欄桿上還必須做好可靠防雷接地[3]。

3.2 地網(wǎng)防雷

在防雷技術(shù)當(dāng)中，接地防雷是重要的防雷措施之一，也是最重要的防雷技術(shù)，能夠很好地應(yīng)對感應(yīng)雷、直擊雷以及其他形式的雷，通過地網(wǎng)接地能夠?qū)⒏鞣N形式的雷電引入大地。對于地網(wǎng)防雷而言，地網(wǎng)等接地裝置能夠把雷云中的電荷接引，并將其散逸到大地中去，從而能夠和大地中的異種電荷中和。因此在進(jìn)行避雷以及可靠防雷中，需要確定合理并且良好的接地裝置[4]。

在多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)中可以通過布置相應(yīng)的地網(wǎng)來進(jìn)行接地防雷。在多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)外3 m處的地方設(shè)置如圖2所示的一圈人工接地網(wǎng)。同時(shí)使用熱浸鍍鋅扁鋼將其和塔樓基礎(chǔ)鋼筋進(jìn)行有效連接，在其中增加相應(yīng)的垂直接地體，提高避雷防雷效率。另外，還應(yīng)該在垂直接地體的下方灌注長效降阻劑。在進(jìn)行防雷中還必須要考慮安全因素，防止跨步電壓對人體造成的傷害，因此在地網(wǎng)的埋設(shè)中需要深埋，至少1 m，另外，在上部應(yīng)該鋪設(shè)瀝青涂層。

3.3 屏蔽防雷設(shè)計(jì)

為保證肇慶多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須要進(jìn)行屏蔽防雷設(shè)計(jì)來避免雷擊電磁脈沖的干擾。因此，對于肇慶多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)中的電力線、信號線以及光纜等均需要敷設(shè)在金屬屏蔽槽的內(nèi)部，這樣能夠有效地防止電磁脈沖，但是在屏蔽中還應(yīng)該避免3種線不能在同一金屬屏蔽槽中，需進(jìn)行分槽鋪設(shè)，在金屬屏蔽槽中還應(yīng)該預(yù)留相應(yīng)接地端子。在多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的機(jī)房以及控制室中也需要進(jìn)

行防雷，通過對機(jī)房內(nèi)外墻及機(jī)房內(nèi)的柱子均進(jìn)行掛金屬網(wǎng)能夠起到防雷和屏蔽的作用，金屬門和金屬網(wǎng)具有一定的規(guī)格，網(wǎng)孔不應(yīng)該大于100 mm×lOO mm，所有屏蔽的金屬門和金屬網(wǎng)均須可靠接地。另外，在業(yè)務(wù)樓機(jī)房中還應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的均壓環(huán)，同時(shí)還應(yīng)該用于多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)中各設(shè)備和金屬支架相連來接地防雷。

3.4 供電系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)

肇慶多普勒天氣雷達(dá)站在進(jìn)行雷電防護(hù)中應(yīng)該安裝3級浪涌保護(hù)器（Surge Protection Device，SPD）進(jìn)行防雷保護(hù)。在供電系統(tǒng)的總配電柜與分配電盤上預(yù)留一定的空間，來安裝3級SPD，通過SPD來實(shí)現(xiàn)電涌保護(hù)。為實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)在SPD連接中導(dǎo)線必須短并且必須盡可能直。一般SPD連接導(dǎo)線采用BV16型線纜，總長度應(yīng)該低于0.5 m。另外，為保證SPD的功能實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)該盡可能避免SPD中線路老化問題，避免短路問題的發(fā)生，可以在SPD線路中安裝過電壓保護(hù)器件。隨著SPD的發(fā)展與完善，目前配有劣化顯示功能的高端SPD也被發(fā)明應(yīng)用。

3.5 機(jī)房接地引下線的設(shè)計(jì)

肇慶多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)房的設(shè)備接地引下線與雷達(dá)塔樓的防雷引下線分開單獨(dú)連接到接地網(wǎng)上，接地引下線采用75 mm2的裸銅線。為確保引下線不受雷擊電池脈沖感應(yīng)到，接地引下線全程用金屬鋼管進(jìn)行屏蔽，金屬鋼管至少兩點(diǎn)接地。為避免裸銅線與屏蔽鋼管有接觸，裸銅線需先套PVC管后再套金屬屏蔽鋼管[5]。

4 結(jié)語

代多普勒雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)明與應(yīng)用能夠?qū)?zāi)害天氣進(jìn)行探測和預(yù)警，因此，多普勒雷達(dá)系統(tǒng)防雷效果的優(yōu)劣也直接影響著天氣預(yù)測能力和準(zhǔn)確度。因此，在當(dāng)前多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的建設(shè)中，必須要考慮防雷設(shè)計(jì)，對于塔樓進(jìn)行防雷的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該對供電系統(tǒng)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，另外，作為功能實(shí)現(xiàn)的最主要部分還必須對線路進(jìn)行防雷，最后對于多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的機(jī)房等也必須進(jìn)行屏蔽防雷設(shè)計(jì)，保證多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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