氣象雷達(dá)自動(dòng)臺(tái)站的防雷探討

馮 健，梁 韜，陳佐寒

廣東省茂名市氣象局，廣東茂名 525000

0 引言

作為粵西地區(qū)集天氣雷達(dá)觀測、中短波天線發(fā)射塔及氣象觀測自動(dòng)站為一體的茂名市茂港區(qū)海洋氣象觀測臺(tái)站的防雷設(shè)計(jì)與施工，筆者有幸參與其中，現(xiàn)就針對其特殊的地理環(huán)境與其多用途性做防雷方面的探討。茂名市地處雷州半島，是雷電的重災(zāi)區(qū)，年平均雷暴日為94.4天，根據(jù)該臺(tái)站的使用性質(zhì)及年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.06次/年，該臺(tái)站劃為二類防雷建筑物。

1 雷達(dá)塔樓的直擊雷防護(hù)

由于塔樓為框架結(jié)構(gòu)，可以充分利用建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋做防雷裝置。用塔樓基礎(chǔ)鋼筋做自然接地體，與人工輔助地網(wǎng)構(gòu)成聯(lián)合接地。用結(jié)構(gòu)柱主鋼筋從下到上通長焊接作為引下線，柱筋分別與各層板筋、梁筋等結(jié)構(gòu)鋼筋焊接連通，形成縱橫交貫的“法拉第籠”式電氣通路。在塔樓女兒墻上采用Ф12鍍鋅圓鋼架設(shè)避雷帶，并與女兒墻內(nèi)鋼筋網(wǎng)可靠焊接，在塔樓屋角處設(shè)置Ф16的銅芯避雷短針。避雷帶與屋面所有金屬物體（包括避雷針、天線底座等）保持可靠電氣連通。為防側(cè)擊雷，塔樓建筑結(jié)構(gòu)圈梁與構(gòu)造柱內(nèi)鋼筋可靠焊接作為均壓環(huán)，外墻金屬門窗及屏蔽網(wǎng)要與主柱筋可靠連接。

1.1 雷達(dá)天線電纜、波導(dǎo)管及傳輸信號(hào)線路的防護(hù)

雷達(dá)天線電纜、波導(dǎo)管及傳輸信號(hào)線必須穿鋼管引入雷達(dá)機(jī)房，并連接到雷達(dá)機(jī)房接地母排，這一接地母排經(jīng)95mm2銅芯線敷設(shè)在弱電金屬屏蔽槽內(nèi)引下到一樓輔助機(jī)房的接地總母排處，該金屬屏蔽槽途經(jīng)每層樓都與該層等電位連接帶作電氣連接。此接地總母排用-40×4鍍鋅扁鋼穿Ф75PVC管引出與接地地網(wǎng)相連。

1.2 雷達(dá)機(jī)房的防護(hù)

雷達(dá)機(jī)房使用防靜電地板，在此地板下面用用3mm×25mm扁銅帶設(shè)置環(huán)形閉合等電位連接帶，并與機(jī)房四角的接地預(yù)埋連接板作電氣連接。機(jī)房內(nèi)的設(shè)備外殼、機(jī)柜等所有裸露金屬構(gòu)件，以及直流地、屏蔽地和SPD 接地等地線，均就近與機(jī)房等電位連接帶作可靠電氣連接。另外，靜電地板的金屬支架在機(jī)房四角處分別與等電位連接帶作電氣連接，在每條支架下面用0.5mm×50mm的紫銅帶敷設(shè)縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)格。

2 中、短波天線塔、發(fā)射機(jī)房及自動(dòng)站的雷電防護(hù)

因?yàn)檫@三個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)之間的距離都達(dá)不到分網(wǎng)的距離，因此這三個(gè)系統(tǒng)共用一套防雷接地網(wǎng)。該地地表都以海沙為主，經(jīng)過我們的測量，該土壤電阻率在1 000Ω·m以上。該地網(wǎng)上面設(shè)備都以弱電為主，該接地電阻值需要達(dá)到4Ω以下。

2.1 接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)及施工

因?yàn)樵撆_(tái)站地處海邊，土壤電阻率高，接地電阻為了達(dá)到4Ω以下，我們采取多管齊下的方式：

1）換土

在設(shè)計(jì)地網(wǎng)范圍內(nèi)，在垂直接地體接觸的地表50cm厚的海沙處用電阻率低的紅色黏土替換。

2）接地網(wǎng)用料的選材

水平接地體選用的是-40×4鍍鋅扁鋼敷設(shè)，垂直接地體L50×50×5×2000的鍍鋅角鋼、立信的型號(hào)為PE—Ⅲ的1m的長效接地模塊以及6m的304鋼管。

3）采用非等長垂直接地體

因?yàn)榈乇硪院Ｉ碁橹?，含水量差，不利于作為接地體的接觸面，在施工過程中，先把原先水平接地體接觸面的海沙換成50cm的黏土，角鋼是隔5m一根垂直敷設(shè)，6m鋼管是10m一根垂直敷設(shè)，PE-Ⅲ的長效接地模塊主要敷設(shè)在發(fā)射機(jī)房同天線塔周圍。地網(wǎng)基本上形成5m×5m的網(wǎng)格，采用了非等長接地體是更科學(xué)的接地方式，采用不同的接地體相互配合，由于接地體長度和埋設(shè)深度不同，大大的加大了等勢面積。

4）發(fā)射機(jī)房的屏蔽與綜合布線

在土建施工階段，在發(fā)射機(jī)房周身有鐵絲網(wǎng)圍一圈并用鐵釘加固，鐵絲網(wǎng)上端與避雷帶焊接連通，下端與接地網(wǎng)焊接連通，并與機(jī)房的鋁合金門焊接連通，使機(jī)房形成一個(gè)法拉第籠，可以屏蔽機(jī)房外由于雷電產(chǎn)生的高強(qiáng)磁場。

5）自動(dòng)站的直擊雷防護(hù)

自動(dòng)站觀測場內(nèi)的所有金屬支架、箱體、風(fēng)桿、避雷針及金屬圍欄都與預(yù)留好的從地網(wǎng)引上的-40×4鍍鋅扁鋼相焊接。

（1）自動(dòng)站的通信線路的防護(hù)

在自動(dòng)站通信MODEN接口處安裝一個(gè)信號(hào)避雷器，防止感應(yīng)雷對MODEN的損害。

（2）自動(dòng)站的遙測信號(hào)線的防護(hù)

自動(dòng)站的遙測信號(hào)線需用金屬線槽屏蔽，金屬線槽首端與觀測場地網(wǎng)相連焊接，末端與值班室處的工作地網(wǎng)相連焊接。

4 該臺(tái)站的供電系統(tǒng)的雷電防護(hù)

供電系統(tǒng)分兩路，一路由380V市電外網(wǎng)全線埋地引入（TN-S制式），另一路由柴油發(fā)電機(jī)組提供（備用電源），市電斷電時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為柴油發(fā)電機(jī)供電。發(fā)電機(jī)房和低壓配電室均在一樓。機(jī)房設(shè)備電源為獨(dú)立供電，從總配電室的UPS輸出端引出一條電纜（三相五線），穿鋼管連接至機(jī)房配電箱，再分供機(jī)房各種設(shè)備。

供電系統(tǒng)的電涌防護(hù)采用3+1形式（三條相線和一條中性線）的SPD進(jìn)行三級防護(hù)，其中：

1）第一級（SPD1）：在低壓配電室總配電柜的主配電及備用電源線路上，分別安裝一組開關(guān)型三相電源避雷器（50KA，10/350us）；

2）第二級（SPD2）：在低壓配電室的UPS輸出端和各樓層配電箱中，分別安裝一組限壓型三相電源避雷器（40KA，8/20us）；

注意：由于低壓配電室UPS輸出端的SPD2與SPD1之間的線距小于10米，在它們之間的線路中要加裝退耦裝置。

3）第三級（SPD3）：在機(jī)房配電箱中安裝一組限壓型三相電源避雷器（20kA，8/20us）；

值得注意的是，為防止SPD擊穿短路，在SPD安裝線路上要有過電流保護(hù)器件，并選用有劣化顯示功能的SPD。

[1]建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50057-94，2000.

[2]新一代天氣雷達(dá)站防雷技術(shù)規(guī)范 QX2-2000.

[3]氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范 QX3-2000.

[4]電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50174-93.