雷達(dá)站綜合防雷保護(hù)探討

顏如德 林巧靈 鄭慧丹

摘要 以寧德天氣雷達(dá)站為例，分析雷達(dá)站綜合防雷措施，通過層層設(shè)防實(shí)現(xiàn)雷達(dá)站綜合防雷保護(hù)。

關(guān)鍵詞 雷達(dá)站;塔樓;供電系統(tǒng);通信系統(tǒng);屏蔽;等電位連接;共用接地

中圖分類號：TU856 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：2095-3305（2020）02-108-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.042

Discussion on Comprehensive Lightning Protection of Radar Station

YAN Ru-de? et al（Ningde Meteorological Bureau of Fujian Province，Ningde，F(xiàn)ujian 352100）

Abstract Taking Ningde weather radar station as an example，this paper analyzed the comprehensive lightning protection measures of radar station，and realized the comprehensive lightning protection of radar station through layers of fortification.

Key words? ?Radar station;Tower;Power supply system;Communication system;Shield;Equipotential bonding;Common grounding

雷達(dá)站擁有密集的電子設(shè)備，而且儀器設(shè)備的耐受沖擊電壓較低，極易受到外界因素干擾而被破壞，一旦遭受雷電襲擊，損失巨大，這種特殊的電子設(shè)備場所的防雷工作非常重要且技術(shù)難度較高。寧德市位于福建東南沿海，境內(nèi)西、北高，東、南低，中間隆起，形成“門”型梯狀地形，而且東臨太平洋，港灣島嶼較多，受臨海影響，形成中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，雨量充沛，一年中夏季較長，降水集中在前汛期5—6月和后汛期7—9月，期間多臺(tái)風(fēng)暴雨天氣，而且極易發(fā)生雷暴等強(qiáng)對流天氣。在了解當(dāng)?shù)乩妆┌l(fā)生特征的基礎(chǔ)上，分析雷達(dá)站可能遭受雷擊的入侵途徑、方式和危害性，就雷達(dá)站綜合雷電防護(hù)問題進(jìn)行分析，提出有針對性的防雷措施，減少雷達(dá)站的雷擊災(zāi)害損失。

1 寧德市雷電特征及雷達(dá)站概況

受地形和氣候影響，寧德市雷電天氣多發(fā)，初雷日出現(xiàn)在2月下旬，隨著副熱帶西風(fēng)急流不斷南下，高度偏低，強(qiáng)度較弱，急流所在處形成較強(qiáng)的切變環(huán)境，有力的動(dòng)力條件對強(qiáng)對流的發(fā)展十分有利。每年6—9月是寧德市雷暴天氣高發(fā)期，如果防護(hù)不當(dāng)，將給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重?fù)p失。

寧德新一代天氣雷達(dá)站建在霞浦縣三沙鎮(zhèn)金雞村玉頂山頭，占地面積7 372.9 m2，設(shè)有一座三層雷達(dá)天線塔樓，面積約1 161 m2，配備有S波段新一代天氣雷達(dá)（CINRAD/SA）系統(tǒng)設(shè)備及配套基礎(chǔ)設(shè)施等;雷達(dá)信息處理中心處于蕉城區(qū)漳灣鎮(zhèn)湯灣村和尚山，占地面積9 044 m2，建筑面積4 252.67 m2。寧德新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)是閩東氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的重要組成部分，雷達(dá)站的投入使用，加快了寧德市氣象事業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)步伐，彌補(bǔ)了閩東雷達(dá)探測盲區(qū)，提高了氣象部門臺(tái)風(fēng)、暴雨、強(qiáng)對流等災(zāi)害性天氣的監(jiān)測及預(yù)警能力，大力提升了寧德氣象防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對氣候變化及氣候資源開發(fā)利用等能力，進(jìn)一步提高了氣象公共服務(wù)水平。

2 雷達(dá)站綜合防雷依據(jù)

雷達(dá)站塔樓建設(shè)地、建筑結(jié)構(gòu)及內(nèi)部設(shè)備等具有特殊性，與一般建筑物相比，對防雷設(shè)計(jì)的要求更為嚴(yán)格，要依據(jù)《新一代天氣雷達(dá)站防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》（QX/T2-2016）及《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）的要求，按照II級防雷建筑物對雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。雷達(dá)信息系統(tǒng)按照《建筑電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343-2004）中電子信息系統(tǒng)防雷重要性分類，確定為B級電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級。按照雷達(dá)站雷電防護(hù)基本原則，結(jié)合直接雷、感應(yīng)雷等防護(hù)措施進(jìn)行雷達(dá)站建筑構(gòu)架科學(xué)防雷設(shè)計(jì)，合理進(jìn)行施工。

3 雷達(dá)站綜合防雷設(shè)計(jì)

3.1 直擊雷防護(hù)

3.1.1 雷達(dá)樓 在雷達(dá)樓頂面設(shè)置≥Φ12的熱鍍鋅圓鋼材料的避雷帶，利用雷達(dá)樓內(nèi)部的結(jié)構(gòu)立柱作為防雷引下線，將整個(gè)雷達(dá)樓內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)鋼筋、避雷帶、主鋼筋、各層圈梁、剪力墻鋼筋網(wǎng)、地梁、地樁以及均壓環(huán)等進(jìn)行連通，形成法拉第籠。采用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼制成的接地預(yù)留件，由結(jié)構(gòu)主筋或均壓環(huán)上引出到所有外墻的金屬門窗中，其中1樓和2樓的金屬門窗進(jìn)行等電位連接時(shí)應(yīng)最少保留2個(gè)節(jié)點(diǎn)，雷達(dá)主機(jī)房至少保留4個(gè)節(jié)點(diǎn)。

3.1.2 雷達(dá)天線 雷達(dá)天線處于建筑物頂部，是整個(gè)雷達(dá)站至高點(diǎn)，需要在雷達(dá)天線周圍安裝接閃桿，根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)確定接閃桿的安裝形式及數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)完全保護(hù)雷達(dá)天線的作用，并達(dá)到美觀的效果。接閃桿底座要就近與塔樓防雷引下線焊接連通。

3.2 防雷接地系統(tǒng)

寧德雷電站采用共用接地形式，要求接地電阻不超過4Ω。可將雷達(dá)站塔樓基礎(chǔ)樁基與附屬用房接地體聯(lián)合作為雷達(dá)站的主體接地網(wǎng)，其外圍預(yù)留出接地點(diǎn)外接人工輔助地網(wǎng)。地梁底部的2根鋼筋需焊接連通，按照規(guī)范對交叉點(diǎn)進(jìn)行電焊跨接，最后將所有的獨(dú)立基礎(chǔ)內(nèi)的2根鋼筋可靠連接，形成完善的雷達(dá)站接地系統(tǒng)。

由于雷達(dá)站周邊巖石較多，主樓地網(wǎng)電阻值達(dá)不到接地電阻值要求，需要在主建筑外圍設(shè)置人工接地網(wǎng)。人工接地網(wǎng)由水平接地體和垂直接地體結(jié)合形成邊緣復(fù)合方式，其中水平接地體采用50 mm×5 mm的熱鍍鋅扁鋼材料，垂直接地體為50 mm×50 mm×5 mm的熱鍍鋅角鋼和離子接地極制成，基礎(chǔ)內(nèi)埋設(shè)具有高導(dǎo)電、高吸水性及保水性特點(diǎn)的降阻材料，然后與接地體結(jié)合。所有的接地體埋設(shè)深度不小于0.6 m，垂直接地體之間的距離設(shè)為5 m。最后，人工輔助地網(wǎng)要與塔樓接地網(wǎng)的一周形成二道均壓帶。如果上述設(shè)置的接地網(wǎng)仍不能滿足要求時(shí)，要將四角向外延伸至達(dá)到所需。

3.3 機(jī)房屏蔽

雷達(dá)主機(jī)房剪力墻和上下層面要采用小于200 mm×200 mm的縱橫鋼筋網(wǎng)格作屏蔽，將網(wǎng)格進(jìn)行綁扎或點(diǎn)焊，綁扎后的每一個(gè)方格都需要再點(diǎn)焊一次。然后將外圍焊接在一起，與圈梁、立柱鋼筋的連接處也進(jìn)行焊接，這樣才能對主機(jī)房實(shí)現(xiàn)較好的屏蔽。

雷達(dá)天線與機(jī)房內(nèi)所有電纜應(yīng)全部敷設(shè)于金屬屏蔽槽內(nèi)，所有的金屬槽從頭到尾都要進(jìn)行電氣連通，天面與雷達(dá)天線基座連接，每層都要進(jìn)行等電位接地。進(jìn)入機(jī)房時(shí)連接好金屬屏蔽網(wǎng)，雷達(dá)天線到機(jī)房的預(yù)留金屬管入口及金屬線路入口均需要進(jìn)行屏蔽接地，應(yīng)做金屬屏蔽網(wǎng)連接。

機(jī)房的門應(yīng)為金屬門，與建筑物結(jié)構(gòu)引出的等電位連接需要預(yù)留出金屬件連通點(diǎn)。機(jī)房內(nèi)的設(shè)備要與外墻及梁柱保持1 m及以上距離。還應(yīng)在機(jī)房內(nèi)鋪設(shè)防靜電地板，靜電地板下設(shè)置環(huán)形銅排，方便設(shè)備就近接地。雷達(dá)天線和波導(dǎo)管均應(yīng)做好電氣連接和屏蔽。視實(shí)際情況，可在每層均壓環(huán)上或柱筋內(nèi)引出預(yù)留接地端，作為各電氣設(shè)備接地和等電位連接。

3.4 供電系統(tǒng)雷電防護(hù)

對于雷達(dá)站的低壓供電系統(tǒng)，要在不同位置安裝適宜的SPD進(jìn)行三級防雷設(shè)計(jì)。其中總配電房低壓380 V輸出段要進(jìn)行一級SPD防護(hù)安裝，樓層分配電處進(jìn)行二級SPD防護(hù)，重要設(shè)備前端加裝三級SPD防護(hù)。

3.5 信號系統(tǒng)防雷保護(hù)

雷達(dá)信號系統(tǒng)主要是完成雷達(dá)信號的采集及發(fā)射，包括交換機(jī)、傳輸線路及終端處理設(shè)備等。應(yīng)針對信號系統(tǒng)安裝合適的SPD進(jìn)行防護(hù)，其中數(shù)據(jù)傳輸線路安裝信號SPD，在主機(jī)房內(nèi)計(jì)算機(jī)前端安裝網(wǎng)絡(luò)SPD，保證SPD接口、傳輸速率、特性阻抗、駐波比、插入損耗、頻帶寬度等性能指標(biāo)滿足各個(gè)端口傳輸性能要求。

3.6 其他防雷設(shè)計(jì)

所有進(jìn)入塔樓的水管或其他金屬管道，在大樓內(nèi)部必須進(jìn)行等電位連接。塔樓入口處以及有防雷引下線通過的約3 m范圍內(nèi)的路面應(yīng)鋪設(shè)60 mm厚瀝青或150 mm厚的礫石層，防止出現(xiàn)跨步電壓產(chǎn)生安全隱患。

4 結(jié)語

雷達(dá)站一般都處于地勢較高位置，站內(nèi)裝有大量的電子、通信設(shè)備，而且這些儀器設(shè)備需要長時(shí)間持續(xù)工作，尤其是出現(xiàn)災(zāi)害性天氣時(shí)，更需要加強(qiáng)雷達(dá)監(jiān)控天氣演變。雷達(dá)系統(tǒng)工作電壓較低，在雷雨天氣容易遭受雷電電磁脈沖干擾破壞，所以必須重視雷達(dá)站防雷工作，堅(jiān)持“綜合防御、重點(diǎn)保護(hù)、層層設(shè)防”的整體防雷方針，在所有可能會(huì)出現(xiàn)雷擊隱患的地方，加強(qiáng)合理布線，進(jìn)行正確接地，做好屏蔽及等電位連接，選擇合適的電子避雷器，開展雷達(dá)站綜合防雷設(shè)計(jì)，避免雷達(dá)站遭受雷擊，確保雷達(dá)站正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] QX/T 2-2016.新一代天氣雷達(dá)站防雷技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國氣象出版社，2017.

[2] GB50057-2010.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2011.

[3] 林秀芳，陸林營，劉麗彬.近50年福建省雷暴氣候特征分析[J].福建氣象，2009（3）：5-8.

責(zé)任編輯：李楊