新疆戈壁地質防雷地網設計研究

劉秋榮，李春娥

（1.新疆哈密地區氣象局，新疆 哈密 839000；2.新疆氣象培訓中心，烏魯木齊 830000）

0 引言

氣象自動站和大風測試儀等氣象設備借助嵌入式計算機系統進行信息處理、數據處理、網絡通訊等都大大提高了觀測數據質量和傳輸效率，但氣象設備采用了大規模的電子集成電路，其工作和信號電壓很低，抗干擾、抗電涌的能力極低，如果缺乏必要的雷電防護措施，一旦遭受雷電電磁脈沖（LEMP）的沖擊，則會引發氣象自動站硬件的永久性損壞，造成區域性觀測數據缺失和經濟損失。且區域氣象自動站、能見度和大風測試等設備大都安裝在交通不便的戈壁灘或高山之間，新疆干旱少雨，戈壁地質含鹽堿的濃度較高，且土壤的電阻率大，防雷接地不易作好，極易遭受直接雷擊。本文主要就如何作好戈壁地質下的防雷接地通過實例進行研究。

1 戈壁地質的特點及雷電等級的確定

接地系統是防雷工程建設中施工難度最大也是最重要的一個分項，由于環境的不同接地網的設計也存在較大差異。系統的接地工程主要由接地體、連接線組成接地網絡，其中影響接地效果的主要因素有土壤電阻率、接地體的選擇、接地材料的防腐和合理的規劃接地網絡。因此接地網的設計和工程實施是做好防雷工程的關鍵。

1．1 戈壁地質的特點

戈壁地質一般是沙子和石石頭的混合體，地質中含有較高的腐蝕性鹽堿，少雨干旱土壤地阻率較高，表1是某地區采集的光伏電站現場的實測土壤地租率，該光伏電站是建設在戈壁地質上的，測試結果說明，土壤電阻率ρ的平均值都在2000Ω／Ω·m左右，為高土壤地質。在這樣的條件下制作防雷地網是非常困難的，施工難度較大，防雷地阻也不易合格。

表1 光伏列陣區土壤電阻率測試

1．2 雷電等級的確定

根據國家標準 《建筑物防雷設計規范》《建筑物防雷設計規范》GB50057－2010（2011年10月1日實施）附錄一計算方法，建筑物年預計雷擊次數按下式確定：

N＝k·N·gAe（1）

式（1）中：N—建筑物年預計雷擊次數，次／a；k—校正系數，在一般情況下取1，在下列情況下取相應數值：位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1．5；金屬屋面沒有接地的磚木結構建筑物取1．7；位于山頂上或曠野的孤立建筑物取2；Ng—建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度，次／（km2／a）；Ae—與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積，km2。

式（1）是確定建筑物年預計雷擊次數關系式，新疆各地雷暴日天數差距很大，最多的為阿克蘇為32．7天，最少的為和田為2．8天。按式（1）選取阿克蘇年平均雷暴日最大為32．7天、k校正系數取2計算，自動站年預計雷擊次數約為0．2次／a。依據中華人民共和國氣象行業標準QX4—2000《氣象臺（站）防雷技術規范》規定，第6款6．4條規定，“除一級和二級防雷自動氣象站場室以外的自動氣象站場室，均應劃為三級防雷自動氣象站場室”。

2 接地體材料的分類與選擇

隨著防雷電工作的深入和發展，新的接地材料不斷開發使用，接地電阻的壽命和穩定性大大提高。以下介紹幾種常用材料供參考。

2．1 金屬接地體

金屬接地體，就是傳統的金屬導體，如扁鋼、圓鋼、角鋼、鋼管、銅棒、銅板等。用傳統接地材料做地網的優點是便于取材、成本低，適合在土壤電阻率較低的場合使用。缺點是受季節影響較大，接地電阻不夠穩定，抗鹽、酸、堿腐蝕的能力較差，地網使用壽命相對較短，在土壤電阻率特別高的戈壁環境條件下制作地網是比較困難的。

2．2 非金屬接地體

目前，針對不同地域、環境條件開發了許多非金屬防雷接地產品，這些產品與傳統接地體相比具有降低接觸電阻、接地電阻穩定、減少地電位反擊、使用壽命長和適用于沙漠、戈壁、鹽堿地、高原和凍土等惡劣地質條件的地區的特點。

通過大量的工作實際比較，使用傳統的金屬材料雖然成本低，但是其用地面積、施工難度較大，尤其在新疆戈壁環境下地網的使用壽命、穩定性等遠不如非金屬材料。

3 結語

氣象設備的特殊性，需要設計更強的防雷方案，盡可能避免或減少氣象設備遭受雷擊損失，確保氣象設備數據準確及時的采集和上傳。在制定防雷方案時，認真分析不同的地質環境、鹽堿腐蝕、土壤電阻率、土層結構、季節因數、氣候等因素，采用科學、合理的方法，選用合適的材料，以確保防雷地網的穩定可靠。

［1］中華人民共和國住房和城鄉建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 50057－2010 建筑物防雷設計規范［S］．2011.

［2］國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.QX30－2004自動氣象站場室防雷技術規范［S］．2004.

［3］中國氣象局.QX3-2000氣象信息系統雷擊電磁脈沖防護規范［S］．2000.