水文纜道設(shè)施設(shè)備防雷設(shè)計(jì)及防護(hù)措施

張曦明 李建平 張景

摘 ? 要：本文結(jié)合水文設(shè)施特點(diǎn)從雷電防護(hù)要求以及水文站防雷的特點(diǎn)、直接雷擊的防護(hù)、感應(yīng)雷擊的防護(hù)、通信網(wǎng)絡(luò)的防護(hù)、躲避防護(hù)及纜索防雷等分析防雷特點(diǎn)和防護(hù)措施。水文站宜劃為三類防雷建筑，防雷設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合水文站設(shè)施、站房布置綜合考慮，同時(shí)水文站選址、設(shè)施布置還要滿足防雷要求。并從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出水文纜道防雷處理措施和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：水文設(shè)施 ?雷擊 ?設(shè)計(jì) ?措施

中圖分類號(hào)：P335 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（a）-0051-02

雷電是一種自然現(xiàn)象，雷擊水文設(shè)施，可能使支架劈裂、倒塌、纜索斷股、燒毀、設(shè)備損壞、人員觸電擊傷等。所以，對(duì)防雷問題應(yīng)充分重視，保證防雷措施得當(dāng)，確保安全。

1 ?雷電防護(hù)要求

根據(jù)GB-50057-94中《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的規(guī)定，水文站達(dá)不到三類防雷建筑物的要求。水文站內(nèi)有大量的信息系統(tǒng)，在設(shè)有信息系統(tǒng)的建筑物需要防雷電磁脈沖情況中，當(dāng)建筑物沒有裝設(shè)防止直擊雷裝置以及不處于其他建筑物或者物體的保護(hù)范圍之內(nèi)時(shí)，宜按照第三類防雷建筑物采取防直擊雷的防雷措施。在需要考慮屏蔽情況中，防直擊雷接閃器宜采用避雷網(wǎng)，宜將水文站劃入三類防雷建筑。

2 ?水文站的雷擊防護(hù)措施

采取因地制宜的防雷措施對(duì)水文站進(jìn)行雷電防護(hù)，包括直接雷擊防護(hù)和感應(yīng)雷擊防護(hù)等方面。

2.1 水文站防雷的特點(diǎn)

水文站的位置一般在河流邊，水文設(shè)施突出在河流兩岸和水面上，站房孤立在空曠的空間，高出周圍的地形地物很多，很容易成為雷電襲擊的目標(biāo)，由于水文站一般建筑面積小，因此不利于多級(jí)防雷。水文纜道處于非直擊雷區(qū)，跨度大，很容易受到雷擊，并且水文纜道系統(tǒng)信號(hào)電路多，抗擊雷擊能力差。一般水文站380V交流供電線路架空明線，接入到站區(qū)的附近然后地埋引入建筑內(nèi)部，一部分的水文站由10kV電力線架空接入，經(jīng)過變壓器以后再地埋引入建筑內(nèi)部。鄉(xiāng)村與山區(qū)地理措施差，容易感應(yīng)雷電電磁脈沖。

2.2 直接雷擊的防護(hù)

直接雷擊是指雷云直接通過樹木、機(jī)電設(shè)備、建筑物和人體等被保護(hù)物放電。直擊雷的高電流、高熱效、高機(jī)械力極具破壞性，會(huì)造成建筑物損毀和人員傷亡，危害非常大。

直接雷擊的防護(hù)主要方法是接地。接閃器接收了雷電中的電荷無處釋放，與大地相接就能中和接閃器中的電荷，達(dá)到電荷平衡，避免雷電對(duì)建筑以及人員造成傷害。在此過程中應(yīng)該盡量使接地電阻減小，有利于雷電流快速通過防雷系統(tǒng)。

在站房的雷電防護(hù)中適合選擇避雷帶避免直接雷擊的威脅。此外，由于水位和雨量是在野外觀測(cè)，在一些室外設(shè)備中（比如太陽能電池板、雨量計(jì)和天線等）可以選擇安裝避雷針避免直接雷擊，選擇合適的避雷針以充分保證設(shè)備在避雷針保護(hù)范圍半徑內(nèi)，水位和雨量的信息傳輸線要采用屏蔽線，同時(shí)金屬部件接地處理。

在某些特殊情況下做特殊防雷擊處理。比如纜道索的兩端分別固定在兩岸的鐵塔上，中間為一根鋼絞線橫跨于江河兩岸，這樣就成為了一條長(zhǎng)度較長(zhǎng)的避雷線，雷雨天氣受到雷擊威脅的程度非常大，為避免直接雷擊最簡(jiǎn)單的方式就是將鐵塔的兩腳或者兩腳以上與地網(wǎng)相連，在遭受雷擊以后能夠迅速的將電荷釋放給大地，與大地中所帶的異性電荷相中和，保護(hù)設(shè)施安全。

水文纜道遭受雷擊的可能次數(shù)，可按經(jīng)驗(yàn)公式估算：N=0.015nk（a+10h）（b+10h）×10-6

其中N-年雷擊次數(shù)（次/年）;n-年平均雷電日，依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站資料確定;k-曉正系數(shù)（考慮雷擊的選擇性），依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇;a、b、h-建筑物的長(zhǎng)、寬、高，對(duì)于水文纜道，寬度b為零（m）。因此多雷區(qū)的較大跨度的纜道，遭受雷擊的可能性是很大的。在我國(guó)國(guó)標(biāo)電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范“建筑物和構(gòu)筑物的方雷篇”中推薦一般建筑物和構(gòu)筑物的可能雷擊次數(shù)N不小于0.03次/年時(shí)，則應(yīng)考慮防雷保護(hù)，這項(xiàng)規(guī)定可供水文纜道考慮防雷時(shí)參考。

2.3 感應(yīng)雷擊的防護(hù)

感應(yīng)雷危害是在雷云活動(dòng)中通過靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)的途徑對(duì)設(shè)備和人員產(chǎn)生危害，具有高危險(xiǎn)過電壓。

電源的配電箱應(yīng)該根據(jù)相關(guān)雷電參數(shù)的規(guī)定安裝電涌保護(hù)器SPD，如果所安裝的電涌保護(hù)器不能夠保護(hù)距離較遠(yuǎn)的設(shè)備，還應(yīng)該再安裝第二級(jí)電涌保護(hù)器。

線路中多處安裝電涌保護(hù)器并且沒有準(zhǔn)確數(shù)值限制時(shí)，電壓開關(guān)型電涌保護(hù)器和限壓型電涌保護(hù)器之間長(zhǎng)度最好大于等于10m，限制型電涌保護(hù)器之間的長(zhǎng)度最好大于等于5m，若一些特殊原因不能滿足長(zhǎng)度要求時(shí)應(yīng)該在兩級(jí)電涌保護(hù)器之間增加去耦元件，以消除盲點(diǎn)，能量配合，保護(hù)設(shè)備安全。

2.4 通信網(wǎng)絡(luò)的防護(hù)

水文站的天線分為短波天線和超短波天線以及衛(wèi)星地面站天線。天線同軸電纜引下時(shí)采用雙屏蔽電纜或者單屏蔽電纜，雙屏蔽電纜外層屏蔽金屬膜或者金屬管道至少在兩端，宜在防雷區(qū)的交界處等電位連接，當(dāng)設(shè)備只要求一端等電位連接時(shí)，采用雙層屏蔽電纜，內(nèi)屏蔽金屬膜做一端連接。同軸電纜在靠近設(shè)備的一端應(yīng)該根據(jù)不同的頻率安裝合適的電涌保護(hù)器。

水文站信號(hào)線主要由雨量計(jì)傳輸線和水位計(jì)傳輸線組成。室外傳輸電話線和信號(hào)線盡量做到全部埋入地下敷設(shè)，于入戶端處將信號(hào)線金屬外皮和金屬鋼管連接在接地裝置上，然后在電話線入戶的地方安裝電話線路電涌保護(hù)器。

站內(nèi)供電線路與信號(hào)傳輸線路皆應(yīng)該加以金屬保護(hù)管，埋地安裝，金屬管道間導(dǎo)電貫通，兩端在防雷交界處等電位連接。纜道房?jī)?nèi)最好設(shè)置成環(huán)形的等電位連接，滿足設(shè)備在不同地方進(jìn)出導(dǎo)電物和電力線以及信號(hào)線等的需要，在等電位環(huán)上就近接地。

2.5 躲避防護(hù)

躲避防護(hù)方法是防雷措置當(dāng)中最經(jīng)濟(jì)有效的，雷雨來臨前關(guān)聯(lián)設(shè)備關(guān)機(jī)、切斷電源、拔掉電纜頭等，簡(jiǎn)單易行，在任何防雷場(chǎng)合都是有效的，但是同時(shí)也阻礙了日?；顒?dòng)的進(jìn)行，影響了工作效率。另外在選擇新的水文站地址時(shí)，應(yīng)該考慮雷擊方面的因素盡量避開雷擊多發(fā)區(qū)，為日后防雷的工作減輕壓力，也是一種科學(xué)合理的事前防雷思想和措施。

3 ?水文纜道防雷措施

3.1 纜索必須可靠接地

靠操作室一側(cè)支架滑輪和支架本身都應(yīng)妥善接地，除了利用支架基礎(chǔ)等部位的自然接地體外，還應(yīng)有專門敷設(shè)的接地裝置，總的接地電阻值可參考電力部門和建筑物防雷的經(jīng)驗(yàn)暫定為工頻10歐，經(jīng)試驗(yàn)確定。

3.2 避免將支柱頂?shù)母唠娢灰氩僮魇?/p>

循環(huán)索和起重索絞車均安裝在操作室內(nèi)，一般測(cè)站都是將循環(huán)索和起重索通過支柱（架）頂專項(xiàng)滑輪直接引入操作室，當(dāng)雷擊支柱頂時(shí)產(chǎn)生的高電位也會(huì)通過循環(huán)索和起重索引至室內(nèi)，威脅人員和設(shè)備安全，為了降低操作室的過電壓，建議在支架底部設(shè)置轉(zhuǎn)向滑輪，并與接地裝置妥善連接，使循環(huán)索、起重索沿支架引下至底部設(shè)置轉(zhuǎn)向滑輪再入操作室。

3.3 操作室接地網(wǎng)

操作室內(nèi)地坪四周應(yīng)用扁鐵或圓鋼敷設(shè)環(huán)形接地網(wǎng)，使地面各點(diǎn)的電位分布盡量均勻些，以減小接觸電壓和跨步電壓。操作室面積較大時(shí)（超過4×4m2），可在1～2根兩端與環(huán)形接地網(wǎng)內(nèi)部增設(shè)縱橫均壓帶各一根。

3.4 纜索防雷

雷擊纜索時(shí)，雷電流經(jīng)主索和主索的接地引下線（或利用循環(huán)回索、起重索作為引下線）和接地裝置入地，如果雷電流很大，將使鋼絲繩發(fā)熱甚至熔斷。為了保證其熱穩(wěn)定 性能，鋼絲繩的最小截面積應(yīng)不小于35mm2，通常主索的直徑在10mm以上，完全能滿足防雷要求。

總之，水文站的防雷工作是系統(tǒng)而整體的，簡(jiǎn)單的添置防雷產(chǎn)品并不能解決雷電防護(hù)的需要，要根據(jù)具體情況具體分析，在國(guó)標(biāo)基準(zhǔn)和相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求下進(jìn)行靈活運(yùn)用，構(gòu)建完整防護(hù)體系，取得更好的防雷效果。

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