觀測場共用地網(wǎng)與獨(dú)立地網(wǎng)探討

田 野，杜向波

(1.貴州省余慶縣氣象局，貴州 余慶 564400；2.貴州省習(xí)水縣氣象局，貴州 習(xí)水 564600)

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觀測場共用地網(wǎng)與獨(dú)立地網(wǎng)探討

田 野1，杜向波2

(1.貴州省余慶縣氣象局，貴州 余慶 564400；2.貴州省習(xí)水縣氣象局，貴州 習(xí)水 564600)

該文以在建的小巖關(guān)觀測場為例，將現(xiàn)場收集到的數(shù)據(jù)巧妙代入瞬態(tài)電壓的計(jì)算公式中，分別計(jì)算出主采集器和地溫分采集器在不同雷電流流過時(shí)的瞬態(tài)電壓值，并把此值和設(shè)備的耐受電壓進(jìn)行比較，得出獨(dú)立地網(wǎng)能夠很好地防止雷電流的入侵，而采用共用地網(wǎng)就必須保證接地電阻足夠的小，才能保護(hù)設(shè)備不受損壞。

觀測場；瞬態(tài)電壓；防雷接地網(wǎng)

1 引言

自動氣象觀測站由地面氣象觀測場和值班室兩部分組成，觀測場多設(shè)置在四周較空曠的山坡上，易遭受雷擊，就需要用接閃桿來進(jìn)行保護(hù)，然而對于接閃桿和觀測場是否共用地網(wǎng)還存在一點(diǎn)爭議。一部分學(xué)者認(rèn)為，共用地網(wǎng)可以降低兩點(diǎn)之間的電位差，從而有效的防止高電位反擊對設(shè)備造成的損害；另一部分學(xué)者認(rèn)為，共用地網(wǎng)時(shí)，由于各類設(shè)備對地的接地電阻會有微小的差距，從而導(dǎo)致其泄流強(qiáng)度的不同，那么就存在設(shè)備的誤動作或損壞，所以建議兩地網(wǎng)應(yīng)各自獨(dú)立且保持一定的安全距離。現(xiàn)以在建的小巖關(guān)觀測場為例來進(jìn)行討論。

2 現(xiàn)場概況

小巖關(guān)觀測場位于思南縣城西南面，108.24°E，27.92°N， 海拔高度573.0m ，年平均雷暴日54.2d，屬于高雷區(qū)。小巖關(guān)觀測場平面圖如下：

圖1 觀測場設(shè)計(jì)平面圖

小巖關(guān)觀測場防雷設(shè)計(jì)平面圖如下：

圖2 觀測場防雷設(shè)計(jì)平面圖

3 接閃桿采用獨(dú)立接地網(wǎng)

當(dāng)采用獨(dú)立接地網(wǎng)時(shí)，需滿足GB50057-2010中的要求[1]

圖3 防雷裝置至被保護(hù)物的距離

地上部分：當(dāng)hx<5Ri時(shí)，Sa1≥0.4(Ri+0.1hx)；當(dāng)hx≥5Ri時(shí)，Sa1≥0.1(Ri+hx)

地下部分：Se1≥0.4Ri

式中：Sa1為空氣中的距離(m)；Se1為地中距離(m)；Ri為獨(dú)立接閃器接地裝置的沖擊接地電阻(Ω)；hx為被保護(hù)物或計(jì)算點(diǎn)的高度(m)。

根據(jù)QX30-2004《自動氣象站場室防雷技術(shù)規(guī)范》中的最低要求[2]，取Ri=10 Ω，被保護(hù)物的高度取觀測場四周的圍欄高度hx=1.2 m，帶入上式中計(jì)算：

地上部分：hx<5Ri，則Sa1≥4.048 m。

地下部分：Se1≥0.4Ri≥4.0 m

由計(jì)算結(jié)果得出，接閃桿地上部分離被保護(hù)物的距離應(yīng)大于4.048 m，地下部分離被保護(hù)物的距離應(yīng)大于4.0 m即可有效的防止反擊。小巖關(guān)觀測場防雷設(shè)計(jì)采用4只等高接閃桿來保護(hù)，接閃桿均勻分布在4個(gè)角，離最近的保護(hù)物(圍欄)的距離只要大于4.1 m，并且接閃桿的接地電阻值小于10 Ω，就能夠很好的泄流，并且達(dá)到防反擊的效果。

4 接閃桿與觀測場內(nèi)儀器共用接地網(wǎng)

當(dāng)接閃桿遭受雷擊時(shí)，雷電流沿著引下線進(jìn)入接地網(wǎng)，由于接閃桿與觀測場內(nèi)儀器是共用的接地網(wǎng)，所以各設(shè)備上也會有相應(yīng)的分支雷電流流過，且各設(shè)備距離接閃桿的距離不相同，雷電流在地網(wǎng)中分流的影響，在各個(gè)設(shè)備上產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓也各不相同。當(dāng)加在設(shè)備上的瞬態(tài)電壓大于設(shè)備自身的耐沖擊電壓時(shí)，就會對設(shè)備造成損害。

雷電流在傳輸過程中的任意一點(diǎn)的瞬態(tài)電壓值為[3]：

4.1 取最大雷電流值計(jì)算

按照二類防雷建筑物類別，取雷電流的幅值為150 KA，波頭時(shí)間變化率為15 KA/μs，現(xiàn)計(jì)算接閃桿接閃后，雷電流流入地網(wǎng)中部分設(shè)備的瞬態(tài)電壓值。

如圖2觀測場防雷設(shè)計(jì)平面圖，當(dāng)接閃桿B4遭受150 KA 的雷電流直接雷擊時(shí)，雷電流進(jìn)入接地裝置后瞬間分流，假設(shè)每個(gè)分支流入50%的雷電流，此時(shí)雷電流經(jīng)過5次分流后流到主采集器接地點(diǎn)的電流為4.69 kA。

根據(jù)公式(1)計(jì)算，其中L0按照第二類防雷標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，引下線的單位長度電感取其等于1.5 μΗ/m 。

采集器上的瞬態(tài)電壓為35.635 kV。

地溫采集器上的瞬態(tài)電壓為6.86 kV。

4.2 取貴州省內(nèi)平均雷電流值計(jì)算

按照貴州地區(qū)的實(shí)際情況，取雷電流正地閃的平均強(qiáng)度為54.2 kA，波頭時(shí)間變化率為11.06 kA/μs[4]。帶入上式計(jì)算：

此時(shí)雷電流經(jīng)過5次分流后流到主采集器接地點(diǎn)的電流為1.69 kA。

采集器上的瞬態(tài)電壓為19.2 kV。

地溫采集器上的瞬態(tài)電壓為4.16 kV。

由于觀測場內(nèi)的設(shè)備屬于特殊需要保護(hù)的電子信息設(shè)備[5]，耐沖擊過電壓類別為Ⅰ類，耐沖擊過電壓額定值為1.5 kA。由上述計(jì)算可以看出，接閃桿接閃后流到設(shè)備接地點(diǎn)的瞬態(tài)電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所規(guī)定的耐沖擊過電壓的額定值，主要原因是接地電阻值和流入設(shè)備的雷電流過大造成的。從理論上來說，只要接閃桿接閃后，設(shè)備損壞的可能性非常大。

5 結(jié)論

從上述的計(jì)算結(jié)果可以看出，采取獨(dú)立地網(wǎng)的方式，只要接地電阻值小于10 Ω，且滿足GB50057-2010要求計(jì)算出的安全距離，就不會有雷電流流入設(shè)備的保護(hù)地網(wǎng)中，這對設(shè)備來說才是最安全的。若采用共用接地網(wǎng)，這就要求共用地網(wǎng)的接地電阻值必須要很小，最好限制的1 Ω以下，這樣就使得雷電流以最快的速度入地，降低了設(shè)備上的瞬態(tài)電壓，從而更好的保護(hù)了設(shè)備。另外還可以在接閃桿的位置多設(shè)幾處分支導(dǎo)體，使雷電流盡快入地，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。

[1] GB50057-2010.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] QX30-2004.自動氣象站場防雷技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 馬金福，陳志良.氣象觀測場防雷設(shè)計(jì)與施工中需注意的幾個(gè)問題[J].浙江氣象，2008.

[4] 丁旻，吳古會.貴州省雷電破壞作用分析[J].科技風(fēng)，2012.

[5] GB50343-2012.建筑物電子信系統(tǒng)息防雷技術(shù)規(guī)范[S].

2014-11-25

田野(1988—)，男，助工，主要從事氣象科技服務(wù)工作。

1003-6598(2015)03-0056-02

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