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                水文站防雷问题初探
                发表日期:2017/6/6 9:36:45 浏览次数:953
                     摘要近年来随着通信技术、计算机技术、网络技术的发展和广泛应用,大多数水文站配备了气象计算机、通信电台、自动化测验设备等电子设备。这些弱电设备耐雷水平低,雷击概率加大,造成了较大的经▂济损失,水文站防雷日益成为重要而紧迫的课题。本文探讨了雷击的危害,防雷的基「本方法,提出了水文站防雷应采取的措施和具体要求。

                关键词防雷接地直击雷感应雷

                1引言

                t(c文站大多数分布在河流流经的偏远山、空旷地带,雷电暴雨发生之际⊙,正是水文测报繁忙之时。水文测验∩的跨河缆道、独立铁塔、通信天线等都是自然的雷电接闪器,电源线、通信线路和其他进出建筑物的金属导体都是雷电波的侵入通路。早一些时期建成的水文测报◥设施大多数没有严格配套的防雷设施←,致使雷击事故时有发生。近年来随着社会经济的发展,水文现代化有了长足进展,一些水文站有计算机局域网、卫星通信设备、微波或超短波通信设备、PSTN有线通信设备、自动化测验设备等,大大提高◥了水文测报精度、缩短了测验历时,然而这些设备十分脆弱,工作电压低耐雷水平低,遭雷击的概率大,而设备又十分昂︻贵,雷击的经济损失巨大,因此,水文设施的防雷保护,已成为重要而紧迫的课题。

                2雷电的产生及雷击的危害

                当积雨云高度较低,密度较大,云内对流旺盛时,由于水滴的对流、碰撞产生大量电荷,正负电荷在云内不√同部位聚集,形成极高场强的电场。云与云之间,云与大地之间,强电场在大气中放电便产生雷电。

                2.1直击雷的危害

                雷云直接通过建筑物、树木、人体、机电设备等被保护物对地放电,就称被保护物被直击雷击中。直击雷的危害主要在于髙电流、热效应、机械力的破坏作用,雷电直接击中水文站建筑物、通信设备、通信╳电缆和操作人员,可能会造成建筑损毁,设备损坏、人员伤亡和电气短路弓I起火灾等严重后果,因此直击雷发生的概率虽然很小,但其危害十分大,所以不能掉以轻心。

                2.2感应雷的危害

                这种危害是指在雷云活动过程中,在雷电危害区域内通过静电感应、电磁感应ㄨ途径,


                对电气设备和人员产生的危害。危害特点是其具有很髙的危险过电压。

                2.3       电磁脉冲辐射的危害

                在雷云放电过程中,雷电危害区域内出现的雷电▓电磁脉冲辐射,会对敏感♂电子设备,尤其是通讯设备产生电磁干扰危害。危害特点是电磁脉冲感应。电磁脉冲辐射也是一种感应雷。

                2.4 ¥

                当雷电闪击到接闪装置上时,由于雷电放电电流幅值大、上升快,会使接地线和接地装置的电位骤升到100 kV造成防雷接地引下线或接地电极与其他建筑↘物接地线、管道、设备ぷ地线间放电,产生反击电流,造成其他设备与人身危害。危害特点是反击电压、电

                研究表明直击雷可在其周围1 000 m范围的半导体∑上感应起危险电压,因此〗遭遇感应雷的概率远大于直击雷的概率,可以这样说防雷主要是防感应雷。

                3防雷的基本方法

                3.1接闪

                接闪就是让在一定范围内出现的闪电能量按照人们设计的通道泄放到大地中去。防雷安全在很大程度上取决于能不能利用有效的接闪装置,把一←定保护范围内的闪电放电捕获到,纳人预先设计的对地泄放的合理途径之中。采用避雷针就是最首要、最基本的行之有效的接闪措施。

                3.2       均压连接

                接闪装置在捕获雷电时,引下线立即升至很高电位,会对防雷系统周围的@ 尚处于地电位的导体产生旁侧闪络,并使其电位升高,进而对人员和设置构成危害。为了减少这种闪络危险,最简单的办法是采用均压环,将处于地电位的导体等电位连接起来,一直到□接地装置。这样在闪电电流通过时,建筑物内的所有设施立即形成一个等电位岛”,保证导电部件︻之间不产生有害的电位差,不发生旁侧闪络故电。完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升髙所产生的反击。

                3.3接地

                接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄☆放引入大地,良□ 好的接地才能有效地降低引下线上的电压,避免发生反击。接地是防雷系统中最基』础的环节。接地不好,所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。

                3.4分流

                分流就是在一切从室外来的导线(包括电力电源线、电话线、信号线、天线的馈→线等)与接地线之间并联一种适当的避雷器。当直接雷或感应雷在线路上产生的过▂电压波沿着这些导线进入室内或设备时,避雷器的电阻突然降到低值,近于短路状态,将闪电电流分流人地。对于不耐髙压的微电子设备来说应进行多级分流⌒。

                3.5屏蔽

                屏蔽就是金▲属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来,阻隔闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道。屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。法拉第笼在水情自动测报系统遥测端站有『较好的应用。

                3.6躲避

                躲避是防雷措施中最经济有效的方法。譬如:在雷雨来临之前关机、断电、拔电缆头等做法,这种简单易行的防雷手段在任何时候都是有效的;另外,在新建站选址时’应尽可能地避开多雷区或易落雷区以减少日后在防雷方面的压力

                4水文站▓防雷措施和要求

                水文站防雷的目的就是将诸如水位铁塔、独立支架等铁塔,跨河测流缆索电源系统,通信设备天馈线系统以及站内建筑物等水文测报设施保护起来。水文站防雷包括防直击雷和防感∮应雷。直击雷的防护主要是靠避雷针、避雷线、避雷带等接闪器把雷电引泻人地来保护建≡筑物和设备的;感应雷的防护主要是通过屏蔽、等电位连接、分流泄放等技术保护仪器、设备不因过压、过流和电磁脉冲而导至损坏。

                水文站防雷设计没有专门的设计规范,《建筑物防雷设计规范∮》是所有建筑物防雷设计共同遵守的依据,水文站也不例外。根据设备的相似程度和使用功能,建议水文站设施防雷设计参考下列标准:

                a.                                                                          《建筑物防雷设计规范》GB50057       - 94)

                b.                                                                              《电子计算机房设计规范》(GB50174  - 93);

                c《通信局()雷电过电压保护工□程设计规范》(YD/T5098 - 2001);

                d.                                                                  《电子设备雷击导则》(GB7450      - 87);

                e.                                                                            《雷电∴电磁脉冲的防护》(IEC1312-       1,2,3)。

                4.1独立支承铁塔的防雷与接地

                水文测区独立的水位塔、通信天线支架等均应在其顶部设立防直击雷避雷针及防二次感应雷的装置,避雷针髙度按滚球法计算。接闪器应设置专用雷电流引下线并与防雷地网╳可靠相连,铁塔本身与防雷地网应有两点以上焊接连通,以确保多点泄放雷电卐流。地网接地电阻应不大于10 fl

                4.2架空缆索的防雷与接地

                除用于传输信号的缆索、低压∩直流输电线、两端绝缘的副缆外,水文测站的测流缆索、取沙缆索、浮标♂投掷器等,均可视为避雷线,无需单独架设避雷线保护。对于两端绝缘的副缆、传输信号的缆索、低压直流输电线等必须架设专用避雷线,避雷线应设置专用雷电流引下线并与防雷地网可靠相连,地网接地电阻应不大于10 fl对于空间位置较近的多条架空缆索,应进行等电位连接。

                4.3天馈线系统的防雷与接地

                通信设备天馈线应在接闪器▽的保护范围内天线的同轴电缆宜从铁塔中心引下,这样可以减少由于避雷针接闪后的雷电流沿铁塔泄放时对同轴电缆的感应电流,也可采用金属外护层上、中、下部接在铁塔上的方案。若天线塔高度超过30 m,天馈线电缆在塔的下部电缆外护层可接地一次(可直接接铁塔或∑直接接地皆可)。


                同轴电缆馈线进入机房后与通信设备连接处应安装天馈避雷器,天馈避雷器的接地端子应采用截面积大于25(mm)2的多股铜线接在机房内的汇流排上或引接到室外馈线入口处接地线上。

                4.4         电源系统△防雷与接地

                水文站外供电源可能是架空线进人,也可能是穿金属管埋地进入基站。无论是什←么情况,都应在出人水文站的电源线出口处加装大通流量的电源避雷器。因为电源线架线长,走线也较复杂,易感应较︾强的雷电流。在●水文站的'变压器低压输出端安装电源避雷器作为一级保护;在进人机房、主控制室的二级配电输入端安装串联电源避雷器作为二级保护;在各设备端加装避雷器作为设备的々三级保护。水文站三相电源供电应采用三相五线制。外线进人水文¤站的第一级电源避雷器接∞地线可以就近接电源保护地(PE);第二级电源避雷器接地可接供电设备的保护地;第三级电源避雷器接机房汇流排。

                4.5信号线路的防雷与接地

                由站外进出的信号线都应穿金属管埋地,避免感应过大☆的雷电流。信号线的进站处都应加相应接口和相应信号电■平的信号避雷器,避雷器和电缆内的空线对均应作保护接地。信号线超过5m长度的,在其线两端设备的端口,加装相应的信号避雷器。

                4.6接地系统

                防雷工程设计中无论是防直击雷还是感应雷,接地系统是最重要※的部分。

                4.6.1对接地电阻的要求

                理论上讲接地电阻愈小愈好,但从经济合理性考虑,水文站机房的接地系统接地电阻不能大于4 n,铁塔等独立避雷系统接地电阻不能大于10 n现代防雷技术观点认为,各设备进行等电位联接形成等电位孤岛”,可以大大降低对接地电♂阻的要求。

                4,6.2联合接地

                近年来联合接地的观点日益成为主流。因为,现代化的城市不可能以足够的距离作几个地网来满足使用要求。采用联合接地时只要保证各种接√地做到共地网而不共线,机房设备做到用汇流排或均压环实现设备的Ψ 等电位联接即可。

                4.7综合防雷与接地措施4.7.1等电位连接

                在较大的水文站或水情自动测报系统的中心站、区域分中心站宜采取综合防雷措施。所有铠装电缆和穿铁管的电缆的★电缆金属外壳和铁管的两端要就近接地;超出30 m长的裙装电缆,每隔15 m重复接地一次。所有计算机房、通信设备室、控制等在有静电地板ξ的下方增设均压等电位网格;所有楼层々的金属吊顶要作等电位接地处理。

                4.7.2           屏蔽与综合布线

                所有布线避免靠近外壳,否则应距外墙1.5 m以上;所有信号线路、电话线及电力线路最好置于铁槽或铁管内,铁槽或铁管需两端就近良好◥接地;超出30 m则每隔15 m重复接地;所有天线馈线ζ 应穿管屏蔽15 m以上两端就近可靠接地;在所有装设稳压器的前端另♀装SPD浪涌保护器。

                参考文献

                1虞昊.现代防雷技术基础.气象出版社,19952建筑『物防雷设计规范GB50057 - 94.中国计划出版社,2001

                3通信局(站)雷电过电压保护◥工程设计规范YD/T5098 - 2001.北京:邮电◇大学出_版社,20014刘国章.雷电与防雷误区.电子技术应用.2000.9


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