淺談地震臺儀器與信息系統(tǒng)防雷

陳燕娥 海長洪 劉 凱 夏 巖

(德州市地震臺，山東 德州 253000)

如今地震觀察設備和技術都得到迅速的更新和進步，各種類型的應用高新科技的觀察設備也都逐步在地震臺站發(fā)揮其作用，在地震臺站運用遠程監(jiān)控的功能后，使我國的地震觀察和預報的水準都得到明顯的提高，但是在雷電特別是感應雷的沖擊下造成體系停滯、設備癱瘓的情況也時常出現，由此可知，雷電在很大程度上牽絆著我國地震觀察臺站整個電子設施體系的安全、順利運行。眾所周知我國內地的地震觀察臺站開始創(chuàng)建的時間較晚，在有關防雷接地體系的籌劃和實行方面欠缺一定的經驗，有關的規(guī)則也缺乏一定的嚴格性和針對性。所以，我們還需要持續(xù)的研究摸索、總結經驗教訓。本文著眼于籌劃的角度針對地震觀察臺站防雷接地體系籌劃涉及到的相關問題進行表述。

1 什么是雷擊以及它帶來的禍害

雷電的沖擊會對地震觀察臺站造成不可估量的損失和后果。大致上包括：(1)設施癱瘓;(2)設施老化速度增快;(3)相關資料遺失。由此可知，這樣不但會在經濟方面帶來一定損失，還會出現由于設施的癱瘓帶來的相關資料的丟失而在測震工作中引起的無法彌補的惡劣后果。

地震觀察臺站往往會建在空闊無人的野外，而這樣的地方是落雷的高發(fā)區(qū)。如今各種高新技術的逐步應用，觀察設備中電子元器件的各項功能都得到明顯提升，比如它的小型化和集成化，不過電子設施也有部分性能有所下降，像它的耐過壓和抗雷電電磁脈沖的性能。針對目前存在的觀察臺站設施被雷電沖擊情況的資料進行研究和解析可以知道：(1)因為電子設施對雷電電磁脈沖較為敏銳，它受到感應雷擊的可能性要遠遠大于受到直擊雷的可能性，所以處在同等雷電境況中，它遭受的損失要遠大于一般建筑物以及普通機電設施;(2)觀察臺站具備類型以及數量都較多的電子信息設施，而且工作環(huán)境繁雜，雷電進入的渠道很多，所以，地震觀測臺站的防雷需要面對和解決的難題要比普通建筑復雜的多。

2 解析雷電進入地震觀察臺站設施的渠道

當今民用建筑物都應用了與之類型相符合的避雷針抑或避雷帶當做接閃器，而且聯(lián)結接地網，這樣的建筑物其防直擊雷功能顯著，建筑物自身受到雷擊而帶來的損毀也少之又少，所以，我們以雷電損毀觀察臺站內的設施和信息體系設施的可能渠道為課題進行研究。

2.1 配電線路

屋外的市電配電線路對雷電較為敏感，當發(fā)生雷擊的時候，雷擊過電壓通過配電體系侵入地震觀察站以及機器設施中的概率非常大。

2.2 通信線路

流經地震觀察站的各類型通信線路都很容易引進雷電。屋內的通信線路通常會由于雷擊電磁場而感應到非常高的電壓，這樣就會使一些較弱的通信端口受到毀損。

2.3 地反擊

發(fā)生雷擊的時候，其電流和陡度都非常大，這會在引下線上形成非常高的瞬態(tài)過電壓，而這樣會使引下線附近沒有到達安全距離的設備和金屬外皮發(fā)生“反擊”放電。

3 地震觀察站防雷體系策劃

對雷電進入的渠道進行嚴謹的研究之后，得知，防雷體系務必要堅持安全牢固、經濟適用、符合規(guī)格、可修護性等準則，運用整體防護手段，建立完善健全的防護機制，這樣才可以得到一定的成效。下面我們舉個例子，以此為準對防雷手段進行研討。所取實例中的地震觀察臺站，以相關規(guī)范為標準可將其確立為第三類防雷建筑。

3.1 如何確立電子信息體系雷電防護的級別

依據《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》中第4.1.2條建筑物電子信息體系的雷電防護級別，依據下列方法中的其中一個進行確立：(1)以建筑物電子信息體系的境況實行雷擊概率的評斷，以此確立雷電防護級別。(2)以建筑物電子信息體系的必要性和可操作性對雷電防護級別進行確立。

依據相關條例中對具有特殊意義的建筑物的確立，最好使用第二種辦法。開始要做的是對雷擊概率評斷進行統(tǒng)計。統(tǒng)計結果顯示防雷設備的防護效率E=0.947，根據相關條例確定地震觀察站電子信息體系的雷電保護級別為B級。之后，依據相關條文規(guī)范分析建筑物的電子信息體系的必要性和可操作性，發(fā)現地震觀察站的必要性和可操作性都達不到B級的標準，而與C級差距不大，根據業(yè)主在這方面的工作經驗以及地震體系內部的有關資料和成本等原因進行整體分析，最后明確為C等級別。

3.2 如何明確接地電阻值

根據相關文件中規(guī)定，由于地震觀察行業(yè)性質較為特殊(關鍵是站臺位置)，如果電阻值達到1歐姆，則站臺的建設難度和成本都會增高很大的程度，通過借鑒觀察臺站以往的防雷經驗以及參考相關的資料，可以知道聯(lián)合接地電阻值為4歐姆就可以取得很好的成效了，因此依然把接地電阻值確立為4歐姆。

3.2.1 建筑物防雷

焊通結構柱內2根對角主筋通長，把它當做引下線，使它的下部分和接地設施連接，上部焊接一根大小合適的圓鋼與避雷帶緊密連接，而且要在柱子所在位置距離地面半米處提前設置上檢查點，以便接地電阻的檢測和使用。

3.2.2 電源防雷

較為普遍的雷電入侵渠道即是通過配電線路對地震觀察臺站的侵入，以相關規(guī)范條例為依據分析整體防護對策，按照電子體系雷電維護C級的標準，則電源防雷器械的設置要以B+C兩個級別進行維護，以便更好的保障分級泄流，防止高殘壓的形成，以下為詳細情況。

(1)觀察臺站電壓較低的電源總線穿鋼管抑或利用鎧裝電線埋進地震觀察站低壓總配箱，埋入的長度按規(guī)格應大于30m，而規(guī)定深度為0.6m，在鋼管或者鎧裝層入戶之前要保證其接地情況正常，當低壓總配電輸出部位裝置B級別的防雷設備，且防雷設備在近處接地，則它可以很好的削弱和分散從市電外線侵入的強烈雷電流。

(2)總配電儀器流出的線路到設備用電前部需要設置C級電源防雷器械，防雷器在近處接地，這樣可以有效的使雷擊過電壓得到一定程度上的減低，從而保障器械設施的安全。但要注意務必保證兩級抗雷器械之間要具備長于5m的線路，這樣才能保障兩級防雷器械可以正常分級啟動并且不會產生盲點，在兩級抗雷器械長度小于5m時，就需要在線路上安裝退耦元件。

(3)使用平衡供電體系對地震觀察臺站內主要設施進行供電，次要的設施器械通過延時UPS進行供電。平衡式供電體系由兩部分組成，一個部分是自動直流充供電器，而另一部分是兩個獨立的電池組，這兩個電池組一個供電的時候，;另一個就充電，充電與供電是相互分開的，而且此電源可以自動對自身進行檢查、辨別以及切換等。在試驗中，我們還可以知道，直流蓄電池為整個器械供應電量，無論什么時間，都沒有市電線路的參與，這樣不但可以延長電池組的使用時間，還可以很大程度上提升供電體系的防雷功能，使體系的安全得到保障。

3.2.3 信號防雷

一般地震觀察站擁有種類繁多的信號線路，器械的出口可以經受的電壓比較低，所以，務必要設置穩(wěn)定堅固的防雷進行接地防護。而無論是進口還是出口的電纜所用的材質都最好具備屏蔽金屬的功能，而且適合埋地進行敷設，無論是直擊雷防護區(qū)還是非防護區(qū)，它們和第一防護區(qū)的連接點都需要做到電纜的外部金屬防護層和電位有效聯(lián)結并安全接地。機房的信號電纜需要配置與之相符合的線路浪涌防護設備，而且我們要從多方面著手、嚴格選擇各項功能都符合需求的浪涌防護設備。

(1)觀察設施。設置到屋頂的GPS天線和屋內的GPS接收器之間務必要設置饋線浪涌防護設備，以便達到防雷的功效。無論是屋內還是屋外的金屬套管還是電纜金屬防護層，其上部要和避雷帶相連接，下部則需要和屋內的電位端子箱成功的連接，而饋線浪涌防護設備要安全適宜的接地。

(2)傳輸線路。通信體系、觀察、監(jiān)測程序以及資料備份都和路由器以互聯(lián)網的方式相連，而他們相連的線路都設置了網絡信號浪涌防護設備，金屬套管和線纜金屬防護層需要與同等電位相連并安全接地，SDH專線進入屋內和路由器連接的前提條件是安裝網絡信號浪涌防護設備進行維護，而且在入室之前要穿金屬套管進行敷設，按規(guī)格埋入長度要大于30m。深度則為0.6m，在鋼管入室之前務必要確定它順利安全的完成接地。

3.2.4 接地體系的籌劃

像上文描述的一樣，接地體系一般使用電阻小于4歐姆，并且是聯(lián)合的方式完成接地。一般地震觀察臺站的機器房都因為客觀需求被建設在基巖上面，而這種巖體具備堅硬、沒有風化、一般整體存在的特性，這樣致使臺站地基不穩(wěn)、周邊覆土較薄、埋深也較淺，而且土壤的電阻率很高，所以我們務必要設立人工地網才可以改變基礎內把鋼筋當做接地網帶來的接地電阻不符合要求的情況，成功使電阻值得到降低并達到合適值。而人工接地網要考慮到施工場地的外在特征和實質特性，因勢利導，爭取做到成本最低、成效最好。詳細說來，有開闊地網面積、更換土壤等方法，施工的時候要以現場實際境況為依據，通過幾種綜合手段保證接地電阻的籌劃標準。

4 結束語

盡管雷擊對地震觀察站可以造成嚴重的威脅，并且雷擊的發(fā)生具有不確定性。不過經過嚴格的籌劃和實施，以及相應管理規(guī)章的定制，都可以有效的削弱雷電對觀察站的破壞力度。有關接地電阻的各種情況還需要進行更深層次的探討和研究，以便確立更有效、更合適也更加標準的規(guī)章準則。此外，如若預算經費充足，可把地震觀察站電子體系防雷級別像B級的標準靠攏。

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