四川水情遙測設(shè)備的防雷接地問題

范家斌

(四川省水文水資源勘測局，成都，610036)

?

四川水情遙測設(shè)備的防雷接地問題

范家斌

(四川省水文水資源勘測局，成都，610036)

四川的雷電十分頻繁,是雷電災(zāi)害多發(fā)地區(qū)之一。如何安全、有效地保護(hù)水文遙測設(shè)備使之在惡劣天氣環(huán)境中穩(wěn)定的運(yùn)行，遙測設(shè)備的防雷工作尤為重要。本文對野外遙測設(shè)備在接地與防雷的基本方法、措施、應(yīng)用做了簡明的介紹，再結(jié)合日常工作中的一些體會(huì)作了闡述，希望能對我省水文遙測設(shè)備安全防護(hù)提供一些幫助。

水文遙測 防雷 接地

四川江河流域廣泛，中小河流達(dá)325條，防汛任務(wù)較重，報(bào)訊站點(diǎn)高達(dá)3896處(含新建中小河流站)，水情報(bào)訊站點(diǎn)信息傳輸壓力巨大。傳統(tǒng)的水情信息的傳遞是：由最基層的水文(雨量)站信息到地區(qū)局?jǐn)?shù)據(jù)庫，各地區(qū)局?jǐn)?shù)據(jù)庫再到省局的數(shù)據(jù)庫，最后省局報(bào)送部水文局，不僅耗費(fèi)人力物力而且降低了情報(bào)傳遞的時(shí)效性。現(xiàn)在，改用遙測站的水情數(shù)據(jù)直接發(fā)送省局，再由省局同步以數(shù)據(jù)庫交換方式，實(shí)時(shí)交換到各地區(qū)局和部水文局。遙測站點(diǎn)能否及時(shí)準(zhǔn)確傳遞信息出來，是水情遙測信息系統(tǒng)成敗中關(guān)鍵一環(huán)。

1 遙測站設(shè)備

水情遙測站一般由5大部分組成：遙測終端機(jī)(RTU)、水文傳感器設(shè)備(雨量計(jì)及水位計(jì))、太陽能板及蓄電池、信號(hào)傳輸單元(移動(dòng)通訊及衛(wèi)星模塊、天饋線)、避雷設(shè)施組成。而能對遙測設(shè)備造成損害的最大的威脅，就是大氣的雷擊現(xiàn)象，要做好遙測站點(diǎn)的防雷措施，首先要對雷電放電有徹底的了解。

2 雷電放電的主要危害形式

常見的雷擊現(xiàn)象有：直接雷、感應(yīng)雷、球形雷。觀察發(fā)現(xiàn)，對我省水情遙測系統(tǒng)危險(xiǎn)較大的是直接雷與感應(yīng)雷。

2.1 直接雷

指帶電云層直接通過人體、建筑物、設(shè)備等對地所產(chǎn)生的迅猛放電現(xiàn)象，叫直接雷。雷電擊中物體時(shí)，強(qiáng)大的雷電流轉(zhuǎn)變成熱能，對物體形成破壞。擊中金屬管道或?qū)Ь€時(shí)，不僅雷電流會(huì)對相連設(shè)備造成危害，同時(shí)雷電流從導(dǎo)線傳送到用電設(shè)備，將產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的雷電沖擊波及其反射波，反射波與沖擊波疊加，形成駐波，駐波對電子設(shè)備有強(qiáng)大的破壞力。在對漫水灣站檢查中發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)大的雷擊不僅燒毀了電表，還對站上電視等電子產(chǎn)品造成了嚴(yán)重?fù)p壞。

2.2 感應(yīng)雷

由雷電而引起的靜電感應(yīng)和電磁場感應(yīng)所產(chǎn)生的雷擊統(tǒng)稱感應(yīng)雷。(1)靜電感應(yīng)：雷云底部分布著大量的電荷，產(chǎn)生靜電場，在雷云所覆蓋的地表面和各種物體上，產(chǎn)生與底部電荷相反的電荷。當(dāng)雷云與地面放電，這種放電電流是一種很大的脈沖電流，對設(shè)備造成損壞。(2)電磁感應(yīng)：閃電電流在閃電周圍的空間產(chǎn)生磁場，在閃電電流入地過程中，變化的磁場在導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢和感生電流，使電器設(shè)備遭到雷擊而損壞。

了解了雷電造成危險(xiǎn)的方式，我們就可以針對雷電放電的形式展開防護(hù)措施，防止水情遙測設(shè)備受損。

3 防雷接地的基本方法

以防止雷害為目的的接地統(tǒng)稱為防雷接地，防雷接地可分為工作接地、保護(hù)接地、防雷接地三大類。

3.1 工作接地

工作接地是為電路正常工作而提供的一個(gè)基準(zhǔn)電位，其目的是無論在工作還是出現(xiàn)故障的情況下，都能對遙測設(shè)備的運(yùn)行起到保護(hù)作用。在我局的遙測設(shè)備中，我們將該基準(zhǔn)電位與大地連接，視為零電位，因而不受外界磁場的變化，也稱為設(shè)備接地。

3.2 保護(hù)接地

保護(hù)接地是將電子設(shè)備的金屬外殼(機(jī)架)通過接地裝置與大地直接連接起來，其目的是防止因設(shè)備金屬外殼帶電而造成人員觸電的危險(xiǎn)，保護(hù)接地也稱安全接地。

3.3 防雷接地

防雷接地是為了把雷電浪涌產(chǎn)生的過電壓、過電流順暢導(dǎo)入大地，從而避免被保護(hù)物遭到直擊雷或感應(yīng)雷等的傷害。我局防雷接地裝置主要是避雷針、接地引入線、接地體等。

目前，所檢查的野外遙測站點(diǎn)，都完成了設(shè)備接地這項(xiàng)工作，其次，對一些雷擊相對嚴(yán)重的遙測站點(diǎn)，我們都要求設(shè)置防雷接地措施?？紤]四川的雷暴情況和節(jié)約經(jīng)費(fèi)支出這些方面，建議采用單桿針式避雷設(shè)施，根據(jù)防護(hù)的范圍大小，采用6m～8m的避雷針(有特別要求除外)。

4 防雷接地的技術(shù)要求

接地是設(shè)備安全運(yùn)行和防雷保護(hù)重要措施之一，良好的接地才能有效地降低引下線上的過電壓。不管是直擊雷、感應(yīng)雷，最終都是把雷電流導(dǎo)入大地。沒有合理而良好的接地裝置是不可能有可靠的避雷的，所以，接地電阻越小，散流就越快，被雷擊危險(xiǎn)就越小。

按照國家相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，我們要求遙測站避雷接地電阻應(yīng)小于10Ω，設(shè)備接地電阻要小于4Ω，當(dāng)采用共同接地裝置時(shí)，接地電阻要小于1Ω。

5 降低接地電阻的方法

野外遙測站，由于地形、地勢、土壤條件各不相同，實(shí)際防雷接地電阻大于規(guī)定要求，這時(shí)就需要設(shè)法降低接地體的土壤電阻率，以達(dá)到規(guī)定要求。降低電阻的方法比較多，我們介紹以下5種方法，各有利弊，供實(shí)際施工時(shí)參考使用。

5.1 換土法

這種方法是用電阻率較低的土壤(粘土、泥炭、黑土)替換原有電阻率較高的土壤,置換范圍在接地體周圍0.5m范圍內(nèi)，在回填土壤過程中，可加入焦炭、木炭等吸濕材料。此方法經(jīng)常被使用，不過這種置換方法對人力和工時(shí)耗費(fèi)都較大。

5.2 深埋接地體

接地體所處地層電阻率較大，而地下深處的土壤電阻率較低或有水時(shí),可采取此方法來降低接地電阻值。這種方法對含砂土壤效果明顯。根據(jù)查找資料記載,在3m深處的土壤電阻系數(shù)100%,4m深處為75%,5m深處為60%,6.5m深處為50%。此方法可以不考慮土壤凍結(jié)和干枯所增加的電阻系數(shù),但施工難度比較,造價(jià)高。

5.3 伸長水平接地體

接地體附近有導(dǎo)電良好土壤、河流等可采用此法。但需注意到連接接地極干線的自身電阻所帶來的影響,外引長度不宜超過80m。當(dāng)接地體達(dá)到一定長度時(shí),即便再增加長度,接地電阻也不再下降。這種降低電阻的方法，也是我們常用方法。

5.4 接地電阻降阻劑

在接地要求較高時(shí)，使用降阻劑這種方法。在接地體周圍敷設(shè)降阻劑后,可增大接地極外形尺寸,降低與大地介質(zhì)之間的接觸電阻。由于降阻劑是由幾種導(dǎo)電性能良好的強(qiáng)電解質(zhì)物質(zhì)配制而成,因而具有長期保持良好的導(dǎo)電性的作用。這種方法也是目前積極推廣的方法。

5.5 化學(xué)處理法

在接地體周圍土壤中加食鹽、木炭、電石渣、廢堿液等化學(xué)物,提高土壤導(dǎo)電性能。如在土壤中加入食鹽,土壤電阻率可減少1/3～1/2,砂土可減少3/5～3/4。這種方法雖然工程造價(jià)較低且效果明顯,但會(huì)加速接地體腐蝕,減少接地體的使用年限，降低接地性能的安全穩(wěn)定性,正逐步被其他方式代替。

6 結(jié)語

總之，水文遙測設(shè)備的防雷接地是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，防雷接地系統(tǒng)安全運(yùn)行的好與壞，直接關(guān)系到人身安全和遙測設(shè)備的安全，只有通過不斷的發(fā)現(xiàn)與探索，獲取更好的防雷措施，提高遙測站點(diǎn)的可靠性，水文遙測系統(tǒng)才能更加的完善，更好地為水文事業(yè)服務(wù)。

〔1〕SL61-94，水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)規(guī)范[S].

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

〔3〕GB50343-2004，電源系統(tǒng)防雷接地的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[S].

■

TU856∶P335

B

2095-1809(2017)04-0099-02