水文站防雷問題初探
編輯：2021-06-14 17:33:06
摘要
近年來隨著通信技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,大多數(shù)水文站配備了氣象計算機、通信電臺、自動化測驗設(shè)備等電子設(shè)備。這些弱電設(shè)備耐雷水平低,雷擊概率加大，造成了較大的經(jīng)濟損失,水文站防雷日益成為重要而緊迫的課題。本文探討了雷擊的危害,防雷的基本方法,提出了水文站防雷應(yīng)采取的措施和具體要求。山西防雷檢測
1、引言
水文站大多數(shù)分布在河流流經(jīng)的偏遠山區(qū)、空曠地帶，雷電暴雨發(fā)生之際，正是水文測報繁忙之時。水文測驗的跨河纜道、獨立鐵塔、通信天線等都是自然的雷電接閃器，電源線、通信線路和其他進出建筑物的金屬導(dǎo)體都是雷電波的侵入通路。早一些時期建成的水文測報設(shè)施大多數(shù)沒有嚴(yán)格配套的防雷設(shè)施，致使雷擊事故時有發(fā)生。近年來隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，水文現(xiàn)代化有了長足進展，一些水文站有計算機局域網(wǎng)、衛(wèi)星通信設(shè)備、微波或超短波通信設(shè)備、PSTN有線通信設(shè)備、自動化測驗設(shè)備等，大大提高了水文測報精度、縮短了測驗歷時,然而這些設(shè)備十分脆弱，工作電壓低’耐雷水平低，遭雷擊的概率大，而設(shè)備又十分昂貴,雷擊的經(jīng)濟損失巨大，因此，水文設(shè)施的防雷保護，已成為重要而緊迫的課題。運城防雷檢測
2、雷電的產(chǎn)生及雷擊的危害
當(dāng)積雨云高度較低，密度較大，云內(nèi)對流旺盛時，由于水滴的對流、碰撞產(chǎn)生大量電荷，正負電荷在云內(nèi)不同部位聚集，形成極高場強的電場。云與云之間，云與大地之間，強電場在大氣中放電便產(chǎn)生雷電。山西避雷塔
2.1直擊雷的危害
雷云直接通過建筑物、樹木、人體、機電設(shè)備等被保護物對地放電，就稱被保護物被直擊雷擊中。直擊雷的危害主要在于髙電流、熱效應(yīng)、機械力的破壞作用，雷電直接擊中水文站建筑物、通信設(shè)備、通信電纜和操作人員，可能會造成建筑損毀，設(shè)備損壞、人員傷亡和電氣短路弓I起火災(zāi)等嚴(yán)重后果，因此直擊雷發(fā)生的概率雖然很小,但其危害十分大，所以不能掉以輕心。山西避雷器
2.2感應(yīng)雷的危害
這種危害是指在雷云活動過程中，在雷電危害區(qū)域內(nèi)通過靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)途徑，
對電氣設(shè)備和人員產(chǎn)生的危害。危害特點是其具有很髙的危險過電壓。忻州防雷檢測
2.3電磁脈沖輻射的危害
在雷云放電過程中，雷電危害區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的雷電電磁脈沖輻射，會對敏感電子設(shè)備,尤其是通訊設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾危害。危害特點是電磁脈沖感應(yīng)。電磁脈沖輻射也是一種感應(yīng)雷。晉城防雷檢測
2.4 反擊電流
當(dāng)雷電閃擊到接閃裝置上時，由于雷電放電電流幅值大、上升快，會使接地線和接地裝置的電位驟升到100 kV，造成防雷接地引下線或接地電極與其他建筑物接地線、管道、設(shè)備地線間放電，產(chǎn)生反擊電流,造成其他設(shè)備與人身危害。
研究表明直擊雷可在其周圍1 000 m范圍的半導(dǎo)體上感應(yīng)起危險電壓，因此遭遇感應(yīng)雷的概率遠大于直擊雷的概率,可以這樣說防雷主要是防感應(yīng)雷。太原防雷工程
3、防雷的基本方法
3.1接閃
接閃就是讓在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電能量按照人們設(shè)計的通道泄放到大地中去。防雷安全在很大程度上取決于能不能利用有效的接閃裝置，把一定保護范圍內(nèi)的閃電放電捕獲到，納人預(yù)先設(shè)計的對地泄放的合理途徑之中。采用避雷針就是最首要、最基本的行之有效的接閃措施。呂梁避雷檢測
3.2均壓連接
接閃裝置在捕獲雷電時，引下線立即升至很高電位，會對防雷系統(tǒng)周圍的尚處于地電位的導(dǎo)體產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò)，并使其電位升高,進而對人員和設(shè)置構(gòu)成危害。為了減少這種閃絡(luò)危險,最簡單的辦法是采用均壓環(huán)，將處于地電位的導(dǎo)體等電位連接起來,一直到接地裝置。這樣在閃電電流通過時，建筑物內(nèi)的所有設(shè)施立即形成一個“等電位島”，保證導(dǎo)電部件之間不產(chǎn)生有害的電位差，不發(fā)生旁側(cè)閃絡(luò)故電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升髙所產(chǎn)生的反擊。晉中防雷檢測
3.3接地
接地就是讓已經(jīng)納入防雷系統(tǒng)的閃電能量泄放引入大地，良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓,避免發(fā)生反擊。接地是防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能發(fā)揮出來。大同避雷檢測
3.4分流
分流就是在一切從室外來的導(dǎo)線(包括電力電源線、電話線、信號線、天線的饋線等）與接地線之間并聯(lián)一種適當(dāng)?shù)谋芾灼鳌．?dāng)直接雷或感應(yīng)雷在線路上產(chǎn)生的過電壓波沿著這些導(dǎo)線進入室內(nèi)或設(shè)備時，避雷器的電阻突然降到低值,近于短路狀態(tài)，將閃電電流分流人地。對于不耐髙壓的微電子設(shè)備來說應(yīng)進行多級分流。朔州防雷檢測
3.5屏蔽
屏蔽就是金屬網(wǎng)、箔、殼、管等導(dǎo)體把需要保護的對象包圍起來，阻隔閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對電子設(shè)備影響的最有效方法。法拉第籠在水情自動測報系統(tǒng)遙測端站有較好的應(yīng)用。長治避雷檢測
3.6躲避
躲避是防雷措施中最經(jīng)濟有效的方法。譬如:在雷雨來臨之前關(guān)機、斷電、拔電纜頭等做法,這種簡單易行的防雷手段在任何時候都是有效的;另外,在新建站選址時’應(yīng)盡可能地避開多雷區(qū)或易落雷區(qū)，以減少日后在防雷方面的壓力。陽泉避雷檢測
4、水文站防雷措施和要求
水文站防雷的目的就是將諸如水位鐵塔、獨立支架等鐵塔,跨河測流纜索，電源系統(tǒng)，通信設(shè)備天饋線系統(tǒng)以及站內(nèi)建筑物等水文測報設(shè)施保護起來。水文站防雷包括防直擊雷和防感應(yīng)雷。直擊雷的防護主要是靠避雷針、避雷線、避雷帶等接閃器把雷電引瀉人地來保護建筑物和設(shè)備的;感應(yīng)雷的防護主要是通過屏蔽、等電位連接、分流泄放等技術(shù)保護儀器、設(shè)備不因過壓、過流和電磁脈沖而導(dǎo)至損壞。臨汾防雷檢測
水文站防雷設(shè)計沒有專門的設(shè)計規(guī)范，《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》是所有建筑物防雷設(shè)計共同遵守的依據(jù)，水文站也不例外。根據(jù)設(shè)備的相似程度和使用功能，建議水文站設(shè)施防雷設(shè)計參考下列標(biāo)準(zhǔn)：
a. 《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057 - 94)；
b.《電子計算機房設(shè)計規(guī)范》(GB50174 - 93);
c.《通信局(站)雷電過電壓保護工程設(shè)計規(guī)范》(YD/T5098 - 2001);
d.《電子設(shè)備雷擊導(dǎo)則》(GB7450 - 87);
e. 《雷電電磁脈沖的防護》(IEC1312- 1,2,3)。
4.1獨立支承鐵塔的防雷與接地
水文測區(qū)獨立的水位塔、通信天線支架等均應(yīng)在其頂部設(shè)立防直擊雷避雷針及防二次感應(yīng)雷的裝置，避雷針髙度按滾球法計算。接閃器應(yīng)設(shè)置專用雷電流引下線并與防雷地網(wǎng)可靠相連，鐵塔本身與防雷地網(wǎng)應(yīng)有兩點以上焊接連通，以確保多點泄放雷電流。地網(wǎng)接地電阻應(yīng)不大于10 fl。山西避雷驗收
4.2架空纜索的防雷與接地
除用于傳輸信號的纜索、低壓直流輸電線、兩端絕緣的副纜外，水文測站的測流纜索、取沙纜索、浮標(biāo)投擲器等，均可視為避雷線,無需單獨架設(shè)避雷線保護。對于兩端絕緣的副纜、傳輸信號的纜索、低壓直流輸電線等必須架設(shè)專用避雷線，避雷線應(yīng)設(shè)置專用雷電流引下線并與防雷地網(wǎng)可靠相連,地網(wǎng)接地電阻應(yīng)不大于10 fl。對于空間位置較近的多條架空纜索，應(yīng)進行等電位連接。運城避雷檢測
4.3天饋線系統(tǒng)的防雷與接地
通信設(shè)備天饋線應(yīng)在接閃器的保護范圍內(nèi)，天線的同軸電纜宜從鐵塔中心引下，這樣可以減少由于避雷針接閃后的雷電流沿鐵塔泄放時對同軸電纜的感應(yīng)電流，也可采用金屬外護層上、中、下部接在鐵塔上的方案。若天線塔高度超過30 m,天饋線電纜在塔的下部電纜外護層可接地一次(可直接接鐵塔或直接接地皆可)。 朔州防雷檢測
同軸電纜饋線進入機房后與通信設(shè)備連接處應(yīng)安裝天饋避雷器，天饋避雷器的接地端子應(yīng)采用截面積大于25(mm)2的多股銅線接在機房內(nèi)的匯流排上或引接到室外饋線入口處接地線上。晉城防雷
4.4 電源系統(tǒng)防雷與接地
水文站外供電源可能是架空線進人，也可能是穿金屬管埋地進入基站。無論是什么情況，都應(yīng)在出人水文站的電源線出口處加裝大通流量的電源避雷器。因為電源線架線長,走線也較復(fù)雜，易感應(yīng)較強的雷電流。在水文站的'變壓器低壓輸出端安裝電源避雷器作為一級保護;在進人機房、主控制室的二級配電輸入端安裝串聯(lián)電源避雷器作為二級保護;在各設(shè)備端加裝避雷器作為設(shè)備的三級保護。水文站三相電源供電應(yīng)采用三相五線制。外線進人水文站的第一級電源避雷器接地線可以就近接電源保護地(PE);第二級電源避雷器接地可接供電設(shè)備的保護地;第三級電源避雷器接機房匯流排。
4.5信號線路的防雷與接地
由站外進出的信號線都應(yīng)穿金屬管埋地，避免感應(yīng)過大的雷電流。信號線的進站處都應(yīng)加相應(yīng)接口和相應(yīng)信號電平的信號避雷器,避雷器和電纜內(nèi)的空線對均應(yīng)作保護接地。信號線超過5m長度的，在其線兩端設(shè)備的端口，加裝相應(yīng)的信號避雷器。山西避雷工程
4.6接地系統(tǒng)
防雷工程設(shè)計中無論是防直擊雷還是感應(yīng)雷,接地系統(tǒng)是最重要的部分。
4.6.1對接地電阻的要求
從理論上講接地電阻愈小愈好，但從經(jīng)濟合理性考慮,水文站機房的接地系統(tǒng)接地電阻不能大于4 n,鐵塔等獨立避雷系統(tǒng)接地電阻不能大于10 n。現(xiàn)代防雷技術(shù)觀點認為，各設(shè)備進行等電位聯(lián)接形成“等電位孤島”,可以大大降低對接地電阻的要求。太原避雷驗收
4,6.2聯(lián)合接地
近年來聯(lián)合接地的觀點日益成為主流。因為，現(xiàn)代化的城市不可能以足夠的距離作幾個地網(wǎng)來滿足使用要求。采用聯(lián)合接地時只要保證各種接地做到共地網(wǎng)而不共線，機房設(shè)備做到用匯流排或均壓環(huán)實現(xiàn)設(shè)備的等電位聯(lián)接即可。
4.7綜合防雷與接地措施4.7.1等電位連接
在較大的水文站或水情自動測報系統(tǒng)的中心站、區(qū)域分中心站宜采取綜合防雷措施。所有鎧裝電纜和穿鐵管的電纜的電纜金屬外殼和鐵管的兩端要就近接地;超出30 m長的裙裝電纜，每隔15 m重復(fù)接地一次。所有計算機房、通信設(shè)備室、控制等在有靜電地板的下方增設(shè)均壓等電位網(wǎng)格;所有樓層的金屬吊頂要作等電位接地處理。長治避雷檢測
4.7.2 屏蔽與綜合布線
所有布線避免靠近外殼,否則應(yīng)距外墻1.5 m以上;所有信號線路、電話線及電力線路最好置于鐵槽或鐵管內(nèi)，鐵槽或鐵管需兩端就近良好接地;超出30 m則每隔15 m重復(fù)接地;所有天線饋線應(yīng)穿管屏蔽15 m以上兩端就近可靠接地;在所有裝設(shè)穩(wěn)壓器的前端另裝SPD浪涌保護器。運城防雷檢測
參考文獻
1虞昊.現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ).氣象出版社,19952建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB50057 - 94.中國計劃出版社,2001
3通信局(站)雷電過電壓保護工程設(shè)計規(guī)范YD/T5098 - 2001.北京:郵電大學(xué)出_版社,20014劉國章.雷電與防雷誤區(qū).電子技術(shù)應(yīng)用.2000.9
