防雷工程在觀音閣防汛指揮中心的應(yīng)用

陳強

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117000）

防雷工程在觀音閣防汛指揮中心的應(yīng)用

陳強

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117000）

防雷是通過組成攔截、疏導(dǎo)，最后泄放入地的一體化系統(tǒng)方式,以防止由直擊雷或雷電電磁脈沖對建筑物本身或其內(nèi)部設(shè)備造成損害的防護技術(shù)。文中對觀音閣防汛指揮防雷系統(tǒng)進行分析的基礎(chǔ)上，提出了改建設(shè)計方案。

電荷；雷擊；電磁場；等電位

1 概述

觀音閣水庫是太子河干流上一座大Ⅰ型控制性水利樞紐工程，總庫容21.68億m3，它肩負(fù)著防洪和城市工業(yè)供水、灌溉、發(fā)電等諸多任務(wù)，水庫運行安全的重要性是不言而喻的，防雷技術(shù)的應(yīng)用更加顯得尤為重要。觀音閣水庫管理局地處遼寧本溪境內(nèi)，防汛指揮中心機房位于辦公樓頂層，防汛會商指揮系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、大壩觀測自動化系統(tǒng)、程控交換機和微波系統(tǒng)、局辦公網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，各重要系統(tǒng)的中心設(shè)備均設(shè)在該區(qū)域內(nèi)。由于本溪地處遼寧東部山區(qū)為雷電多發(fā)區(qū)，為此，依地區(qū)地理環(huán)境及系統(tǒng)設(shè)備情況入手，參照國家《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)進行系統(tǒng)防雷分析應(yīng)用。

2 雷擊危害及種類

雷擊是一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象。雖然放電作用時間短，但放電時產(chǎn)生數(shù)萬伏至數(shù)十萬伏沖擊電壓，放電電流可達幾十到幾十萬安培，電弧溫度也可達幾千度以上，它產(chǎn)生的強大電流和電磁場輻射，不僅對通信設(shè)施、計算機網(wǎng)絡(luò)等具有極大的干擾及破壞作用，而且還對人的生命也構(gòu)成極大的威脅，給安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害。

2.1 直擊雷

含有大量電荷的雷云直接對地面的建筑物體或被保護物體進行放電現(xiàn)象。在放電的瞬間，會產(chǎn)生峰值在1 kA到100 kA的脈沖電流，它的上升時間在μs至ms級不等。它主要的破壞作用是直接燒毀所連接的設(shè)備及系統(tǒng)，破壞力在雷擊中是最強大的，如果設(shè)備選址及保護設(shè)施科學(xué)得當(dāng)，則直擊雷擊中的概率是比較小的。

2.2 感應(yīng)雷

含有大量電荷的雷云之間或雷云對地面的其它物體進行放電時產(chǎn)生的瞬變電磁場，在設(shè)備或附近導(dǎo)體上感應(yīng)產(chǎn)生的感生電動勢，致使戶外傳輸信號線路、埋地電力線、設(shè)備間其它的連接導(dǎo)線和電子器件遭到燒毀或擊穿的現(xiàn)象。感應(yīng)雷雖然沒有直擊雷那樣強大，但其發(fā)生的概率要比直擊普遍。在機房設(shè)計或改造時應(yīng)考慮采用電磁屏蔽措施，防止感應(yīng)雷的入侵。感應(yīng)雷產(chǎn)生的雷擊過程主要有3個途徑：①供電電源線路導(dǎo)入；②天線饋線及信號線路等外接導(dǎo)體導(dǎo)入；③地電位反擊電壓通過接地體引線導(dǎo)入。

3 防雷系統(tǒng)防護措施的選擇

根據(jù)GB50343-2004表4.3.1規(guī)定選擇防護等級，一般水雨量測站、中繼站選D級。因該系統(tǒng)要求在惡劣環(huán)境中運行可靠。由于中心站的重要性，所以選用C級。水雨量測站、中繼站、中心站的防雷，可結(jié)合實際情況，選定防護方案，見表1。

表1 防洪方案

由于本溪地區(qū)地處高山及水雨情測報系統(tǒng)特點，因此，防雷系統(tǒng)應(yīng)采用機房內(nèi)外相結(jié)合的防護措施為設(shè)計基礎(chǔ)，按照GB50343-2004規(guī)定構(gòu)筑綜合防雷系統(tǒng)圖。

4 機房外防雷工程應(yīng)用

4.1 避雷針

考慮到測站、中繼站、中心站的實際情況，天線安裝在鐵塔上必須加裝避雷針保護，避雷針高度由下式計算：

式中：R——為接閃器的圓球半徑；h——天線頂端距地高度，m；d——為距避雷針的距離，m；H——為避雷針高，m。

將黃銅棒焊接到引下線制成避雷針，避雷針為1 m×φ12 mm黃銅棒或φ20 mm鋼管。 針長1～2 m采用圓鋼φ16 mm或鋼管φ25 mm。避雷網(wǎng)和避雷帶宜采用圓鋼φ≥8 mm或扁鋼，應(yīng)優(yōu)先采用鍍鋅圓鋼。

4.2 引下線

引下線宜優(yōu)先采用圓鋼或扁鋼（S≥48 mm2、δ≥4 mm），為了減小引下線的電感量，故引下線應(yīng)沿最短路徑接地，并采取防腐措施和保護設(shè)施。

4.3 接地體

接地體地下周邊土壤為良導(dǎo)電性時，能產(chǎn)生良好的泄放電流效果，接地體埋得愈深，土壤濕度和溫度的變化愈小，接地電阻愈穩(wěn)定。在實踐中，均勻土壤電阻率的情況下埋得太深對降低接地電阻值不顯著。實際應(yīng)用中接地裝置埋設(shè)深度一般不小于0.5～0.8 m，這一深度既能避免接地裝置遭受機械損壞，同時也減小氣候?qū)拥仉娮柚档挠绊憽?/p>

實際應(yīng)用中，垂直接地體采用角鋼σ≥4 mm；水平接地體采用扁鋼S≥48 mm2；σ≥4 mm；接地線應(yīng)與水平接地體的截面相同。垂直接地體的長度宜為2.5 m，垂直接地體間距及水平接地體間距為5 m，埋設(shè)深度為0.8 m。在高土壤電阻率地區(qū)，應(yīng)采取措施降低防直擊雷接地裝置的接地電阻，連接采用焊接，并在焊接處作防腐處理。接地裝置工頻接地電阻的計算應(yīng)符合國標(biāo)GBJ65-83《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計規(guī)范》規(guī)定。水雨情測站、中繼站的設(shè)備應(yīng)有良好的接地，接地電阻不大于4 Ω。中心站采用綜合接地裝置，其接地電阻不大于4 Ω。采用綜合接地網(wǎng)時，根據(jù)國標(biāo)GB 50343-2004強制性條文5.2.5規(guī)定，取用最小值，在此中心站實測接地電阻不大于2 Ω。

5 系統(tǒng)防護和屏蔽應(yīng)用

為減少電磁感應(yīng)雷擊效應(yīng)，根據(jù)設(shè)備實際工作情況，設(shè)備應(yīng)采取金屬網(wǎng)屏蔽。機房內(nèi)部防雷設(shè)計主要是電磁脈沖的防護,即在建筑物遭受直擊雷或附近遭雷擊的情況下，防止線路和設(shè)備產(chǎn)生過電流和過電壓即電涌。電源線路應(yīng)改用電纜進出，提高配電線路設(shè)備的耐沖擊過電壓、浪涌保護器安裝位置、電源設(shè)備分類均按照國標(biāo)規(guī)定設(shè)計。連接線要求平直、簡短并在規(guī)定允許值范圍內(nèi)。

進出機房的信號線纜，選用有屏蔽層的電纜，并埋地敷設(shè)，如電話網(wǎng)。計算機網(wǎng)絡(luò)也必須根據(jù)國標(biāo)GB 50343-2004規(guī)定，做好防雷與接地保護。屏蔽層應(yīng)做等電位接地，浪涌保護器應(yīng)根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》選擇。(GPRS)光纖接入在入口處也應(yīng)做好電位接地。

6 等電位連接與共用接地應(yīng)用

為減小電磁輻射干擾，機房應(yīng)采用等電位總匯流排連接，并與防雷裝置相連。機房設(shè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)，等電位連接各設(shè)備以最短的距離相連接。共用接地裝置與總等電位接地端子，通過接地干線引至樓層等電位接地端子板，由此引至設(shè)備機房的局部等電位接地板。接地干線要求采用多股銅芯導(dǎo)線或銅帶，其截面積不應(yīng)小于16 mm2。不同樓層的綜合布線系統(tǒng)設(shè)備間或不同雷電防護區(qū)的配線交接間設(shè)置局部等電位接地端子板。樓層配線柜的接地線采用絕緣銅導(dǎo)線，截面積不應(yīng)小于16 mm2，和配電的保護接地系統(tǒng)等與防雷裝置組成一個共用接地系統(tǒng)，并預(yù)埋等電位連接板。

7 結(jié)語

防雷保護是一項復(fù)雜的工程，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、精心設(shè)計、嚴(yán)格施工，并做好驗收、維護和管理等環(huán)節(jié)工作。根據(jù)多年積累的經(jīng)驗，很好的解決了防汛系統(tǒng)防雷擊問題，系統(tǒng)由于雷擊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中斷的概率在10多年的運行中從未發(fā)生過，為防汛指揮各系統(tǒng)安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)創(chuàng)造了條件，保證了觀音閣水庫防汛度汛安全工作的順利進行。

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