基層氣象臺(tái)站綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)雷電防護(hù)技術(shù)探究

趙繼鋒

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730021）

近年來，我國(guó)各基層氣象臺(tái)站相繼引進(jìn)先進(jìn)的氣象觀測(cè)和探測(cè)設(shè)備，并開始應(yīng)用于日常工作中后，這些設(shè)備大多為市場(chǎng)高精端產(chǎn)品，但又都是經(jīng)過簡(jiǎn)單組裝而成，設(shè)備本身及綜合系統(tǒng)的防雷功能非常弱小。同時(shí)，國(guó)內(nèi)防雷所采用的設(shè)備產(chǎn)品一般都是直接連接接地體而不是采用較復(fù)雜可靠的接地裝置將保護(hù)裝置直接與接地體相連；或是用較多數(shù)量、體積或功率較大的避雷器將保護(hù)裝置進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)；同時(shí)，由于我國(guó)防雷檢測(cè)儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、檢測(cè)手段單一以及對(duì)防雷研究和技術(shù)認(rèn)識(shí)不足等因素限制，造成了不同行業(yè)不同單位所采用的防雷措施和防雷設(shè)備產(chǎn)品存在不同規(guī)格不同型號(hào)，再加上傳統(tǒng)防雷技術(shù)上遺留存在許多弊端，防雷接地裝置之間無可靠隔離，彼此存在一定的相互干擾，對(duì)雷電波和雷擊電磁脈沖不能做到有效屏蔽和隔離。所以，整體上來看，基層氣象臺(tái)站綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的雷電保護(hù)措施存在較大缺陷和安全隱患。

1 防雷技術(shù)原理

防雷技術(shù)的原理是根據(jù)雷電放電時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度、感應(yīng)電流強(qiáng)度和能量大小來決定避雷裝置的形式、位置和避雷裝置的接地方式，從而達(dá)到防護(hù)雷電的目的。通過保護(hù)接地裝置可以將雷電產(chǎn)生的能量泄放到大地，不會(huì)因?yàn)橐戮€和接地體（金屬構(gòu)架）放電而導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)生故障。在綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)中，設(shè)置防雷接閃設(shè)施，可以防止雷電產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，以及感應(yīng)產(chǎn)生的雷電感應(yīng)高電壓和雷擊電磁脈沖泄放到大地，從而起到保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行安全、防止由于雷擊造成設(shè)備損壞、降低設(shè)備故障率的目的。

1.1 綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的接地系統(tǒng)

綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)防雷保護(hù)接地裝置應(yīng)與接地網(wǎng)及引下線一起安裝，并應(yīng)保證接地網(wǎng)具有滿足規(guī)范要求的接地電阻值，綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)按照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求選擇合適的防雷保護(hù)接地裝置，并應(yīng)安裝防雷器，應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，采取不同型號(hào)的接閃桿和接閃帶組合成不同型號(hào)的避雷器，當(dāng)采用多個(gè)接地網(wǎng)組成一個(gè)共用接地系統(tǒng)時(shí)，所有與接地端相連和通過接地網(wǎng)與地之間相連的設(shè)備都要做好保護(hù)。

1.2 綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的接閃裝置

接閃桿是防直擊雷的一種最有效的措施，其作用與金屬屋頂以及建筑物之間的連接引下線、接地體之間的相互連接，以及建筑物內(nèi)部各個(gè)角落之間的連接線都要安裝接閃桿。當(dāng)建筑物被擊中后，接閃桿將引下線與建筑物的金屬構(gòu)架相連，從而將電能從接閃器傳遞到大地，在引下線上還通過接地體與地面相連，從而將電能傳遞到地上。接閃線在使用時(shí)，一般都是從建筑物的內(nèi)部引出來，并且是獨(dú)立于接地裝置之外的。接閃桿通常安裝在接地裝置附近不會(huì)被雷擊中的地方。

根據(jù)實(shí)際使用情況來看，在建筑物頂部二層或三層以上較高位置以及位于高層樓房樓頂?shù)炔课辉O(shè)置接閃桿時(shí)，需要注意接閃桿引線的長(zhǎng)度和接閃器與大地之間距離兩個(gè)參數(shù)。在建筑物二層以上位置、高層樓房樓頂及二層以上高度、位于地下設(shè)備間等較高位置設(shè)置接閃桿時(shí)應(yīng)注意接地裝置與引下線連接長(zhǎng)度和距離兩個(gè)參數(shù)。

1.3 綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的接地電阻

接地電阻檢測(cè)是防雷裝置的最后一道防線，是防止在綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)中由于設(shè)備與系統(tǒng)發(fā)生短路而引起設(shè)備損壞的重要措施，因此要求在綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)安裝之后，進(jìn)行一次全面的接地電阻檢測(cè)。接地電阻的大小與接地體的結(jié)構(gòu)、大小和質(zhì)量有關(guān)。一般情況下，接地體的器材選取和設(shè)置安裝越規(guī)范，接地電阻就越小，反之則較大，所以在綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)中要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行綜合評(píng)估，制定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案并嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)施工驗(yàn)收，這樣才能使接地體有滿足條件的接地電阻，在雷擊發(fā)生時(shí)，才能及時(shí)安全泄放雷電能量。

2 設(shè)計(jì)思路與技術(shù)措施

氣象臺(tái)站綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的防雷保護(hù)系統(tǒng)：在氣象數(shù)據(jù)采集終端處、各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)機(jī)房處各裝設(shè)一個(gè)避雷器，主要起到對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的雷電防護(hù)作用，當(dāng)線路被雷擊斷線時(shí)，防雷裝置可以自動(dòng)吸收信號(hào)傳輸線，將斷線故障信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方。在氣象數(shù)據(jù)采集終端處加裝一套以網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為核心的避雷器，用以有效防止雷電電流通過通信設(shè)備對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集終端造成損害。機(jī)房的接地體采用4 條銅排，并在機(jī)房?jī)?nèi)架設(shè)一條銅排與10kV 電桿之間的接地線。利用避雷器和接閃桿共同組成了一套獨(dú)立的防雷系統(tǒng)，將整個(gè)綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)采用屏蔽雙絞線將機(jī)房、配電間及配電室進(jìn)行分隔，通過電纜溝和金屬管引至大地。

采用雙絞線屏蔽雙絞線雙纜，其金屬屏蔽層應(yīng)具有良好的屏蔽效果。每臺(tái)綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)單獨(dú)接地，并設(shè)一個(gè)獨(dú)立的接地系統(tǒng)。各機(jī)房配電間采用專用防雷接地電纜，連接點(diǎn)應(yīng)可靠并有足夠的強(qiáng)度和剛度。所有機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備應(yīng)做好防雷保護(hù)接地系統(tǒng)，包括防雷設(shè)施和接地裝置2 部分。綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)機(jī)房的配電間及主變配電間宜設(shè)置接地裝置及防雷保護(hù)接閃器。綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)主控制室的配電板、電纜溝、金屬管地網(wǎng)以及接閃桿等宜設(shè)置有地接保護(hù)。綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)的電源開關(guān)裝置、通信電纜分支箱、交換機(jī)房?jī)?nèi)的防雷擊裝置、電腦機(jī)柜內(nèi)防雷裝置以及計(jì)算機(jī)主機(jī)與交換機(jī)、電腦機(jī)柜連接處的避雷器等，均宜設(shè)置有地連接。

2.1 雷擊防護(hù)裝置的選型

根據(jù)辦公樓的高度確定接閃桿的高度，接閃桿要盡量靠近建筑物頂部，其高度要滿足規(guī)范要求，并盡可能靠近接地裝置，一般為距相對(duì)地面1.5 ～2.5m。同時(shí)，要綜合考慮建筑物的建筑類型、平面布局、建筑結(jié)構(gòu)等。由于建筑物所處環(huán)境復(fù)雜，加之建筑物的外形和形狀多樣，其實(shí)際雷擊損壞形式也復(fù)雜多樣，為了防止雷電直擊地面，保護(hù)設(shè)備和人身安全，安裝避雷裝置仍然是防雷擊的主要舉措，一般都采用“多級(jí)保護(hù)”方式同時(shí)進(jìn)行防護(hù)。三級(jí)保護(hù)是包括接閃器和引下線在內(nèi)的一種防雷裝置。整體安裝了不同類型、不同等級(jí)的防雷器后形成了前置接閃、引下線、接地裝置在內(nèi)三級(jí)保護(hù)結(jié)構(gòu)。四級(jí)保護(hù)和五級(jí)保護(hù)主要是指安裝在線路、設(shè)備上的能提供較高防護(hù)等級(jí)的防雷器材。

2.2 接地體設(shè)置

防雷接地系統(tǒng)主要包括接零、接地線和連接大地3部分。接地是指在建筑物內(nèi)用不同的接地方式，來滿足建筑物的防雷需要。接地網(wǎng)是將建筑物各部分所接成網(wǎng)絡(luò)的公共防直擊雷接地系統(tǒng)。建筑物的金屬外殼與大地相連接，使雷電流泄入大地，達(dá)到安全防雷目的。引下線是一種能將電氣設(shè)備引向地面，起保護(hù)作用的導(dǎo)體。安全接地網(wǎng)通過接地線使電氣設(shè)備可靠地通過大地并達(dá)到安全可靠用電要求。接地體一般在建筑物內(nèi)使用的電器都要接地，但在建筑中也不能全部接上，因?yàn)榻ㄖO(shè)備等與地之間往往有一定距離。接地電阻測(cè)量點(diǎn)一般設(shè)在地網(wǎng)地中。

接地體是由金屬圓鋼或角鋼制成，或?qū)⒔ㄖ飪?nèi)各種設(shè)施和設(shè)備外殼與建筑物金屬構(gòu)件連接起來作為獨(dú)立接地體（稱為接地線），從而使之成為一種安全可靠用電場(chǎng)所的重要接地系統(tǒng)。為了防止因雷電感應(yīng)或電氣設(shè)備等引起的電位差，而使地中的電位升高而破壞用電設(shè)備的正常工作，在電氣設(shè)備與地之間所產(chǎn)生的電位差稱為保護(hù)電位差。接地體是用來消除和限制大地中由于不均勻電場(chǎng)而產(chǎn)生的不平衡電流和電壓而引起接地故障。

接地點(diǎn)是接地裝置中對(duì)地安全連接部分，一般在金屬物體上通過焊接或綁扎固定等方式進(jìn)行焊接或綁扎形成一個(gè)接地點(diǎn)通常位于室內(nèi)各個(gè)工作點(diǎn)之間以及室內(nèi)地面上；接地點(diǎn)一般是根據(jù)需要將金屬導(dǎo)體（金屬圓鋼）等做成一定形狀和長(zhǎng)度的金屬鏈或金屬環(huán)等形式構(gòu)成接地系統(tǒng)；接地點(diǎn)通常也可以是直接與建筑物主體連接而成，但接地線最好不與墻體直接連接。當(dāng)電氣設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)物之間由于電位差而產(chǎn)生不平衡電流時(shí)，在其上所安裝的避雷引下線就成為接地線，以此來消除由于設(shè)備或電氣設(shè)備等引起的地電位變化造成安全隱患。

接地電阻是為了保證防雷裝置可靠工作，要定期測(cè)量各種接地電阻值；對(duì)于電氣施工中可能產(chǎn)生高強(qiáng)度電位差的地方，還必須在施工結(jié)束后進(jìn)行一次測(cè)量和記錄（在室外）；當(dāng)發(fā)現(xiàn)高電位時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行處理和消除。通過引下線把大地與電氣設(shè)備、設(shè)施和地面等連接起來形成一個(gè)安全可靠用電場(chǎng)所。在建筑物內(nèi)使用電氣設(shè)備時(shí)使用的電源線以及其他與電氣設(shè)備直接相連部分應(yīng)采用接地線；當(dāng)建筑物內(nèi)使用電氣設(shè)備及其他與電纜相鄰部分應(yīng)采用接地金屬網(wǎng)；建筑物外部金屬框架（鋼結(jié)構(gòu)）或金屬構(gòu)件表面用電焊等方法與接地線連接形成安全可靠用電場(chǎng)所。

2.3 防雷擊產(chǎn)品選擇

氣象臺(tái)站綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)應(yīng)能在雷電發(fā)生時(shí)，能夠迅速切斷電源，防止綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)及其他電子設(shè)備遭到雷擊損壞。為滿足氣象站防雷設(shè)計(jì)要求，臺(tái)站信息系統(tǒng)防雷接地均采用了較為先進(jìn)的避雷器。系統(tǒng)接地采用了4 根高純度鍍鋅扁鋼，與相鄰建筑物外墻防雷中心線連接成一體。每根扁鋼內(nèi)均設(shè)置有一組避雷器，并與4 根高純度鍍鋅方通連接成一體。根據(jù)氣象部門現(xiàn)行規(guī)范要求，氣象觀測(cè)站防雷中心線接地體長(zhǎng)度不應(yīng)小于5m。高純度鍍鋅扁鋼、金屬編織網(wǎng)及接地端子（銅芯、鋁芯線，或金屬網(wǎng)）、金屬螺栓。接地端子、高純度鍍鋅扁鋼及金屬編織網(wǎng)采用4 根高純度鍍鋅扁鋼與相鄰建筑物外墻防雷中心線連接成一體，并通過4 根高純度鍍鋅扁鋼與一組接閃器連接成一體；接地端子及金屬編織網(wǎng)采用4 根高純銀導(dǎo)線與3 塊2m 規(guī)格的接閃線串聯(lián)而成，并通過一組金屬編織網(wǎng)（或金屬網(wǎng)架）和兩個(gè)接閃線引下線相互連接。根據(jù)《氣象觀測(cè)站防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50723 的要求，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際情況，采用了多層接地網(wǎng)防雷器（簡(jiǎn)稱多接閃）和接閃器組合方式。主要保護(hù)對(duì)象為氣象觀測(cè)設(shè)備。

2.4 多級(jí)SPD 防護(hù)

氣象臺(tái)站綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)安裝于站址的防雷接地裝置包括：通信設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換機(jī)）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備（NAS 存儲(chǔ)介質(zhì)）、電源裝置（UPS 電源開關(guān)裝置等）及防雷接地體。其中通信設(shè)備和 NAS 存儲(chǔ)介質(zhì)的接地體與機(jī)房計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的防雷擊接地相連接，UPS 電源開關(guān)通過防雷地纜與機(jī)房計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各設(shè)備相連，防雷接地體采用高阻抗銅導(dǎo)體。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備接地體采用銅質(zhì)防雷接地棒與數(shù)據(jù)線相連的方式連接至機(jī)房計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和各設(shè)備相連接，保護(hù)措施如下。

通信設(shè)備接地體與機(jī)房的防護(hù)接地相連接。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接地體與機(jī)房計(jì)算機(jī)相連。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備接地體與機(jī)房計(jì)算機(jī)連接；并由其上引出到地網(wǎng)（10M 光纖或室外金屬網(wǎng)），保護(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)施。UPS 電源接地體線管與地線相連接，保護(hù)機(jī)房計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電氣安全及防雷接地的安全。NAS 存儲(chǔ)介質(zhì)的防雷接地用銅排相連。服務(wù)器接地體和機(jī)房各設(shè)備之間通過防雷地纜、線管連通，防止因雷擊引起線纜斷路、短路或接地不良。為避免防雷接地裝置及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器遭受雷擊損壞，所有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接地體線管均采用銅排連接；為了防止因雷擊引起線纜故障而損壞機(jī)要機(jī)，所有交換機(jī)均采用銅排做地連，確保防雷系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

3 結(jié)語

目前，我國(guó)的氣象事業(yè)現(xiàn)代化正朝著信息化、智能化方向發(fā)展，基層氣象臺(tái)站在國(guó)家氣象事業(yè)發(fā)展大局中的地位和作用也是越來越重要，氣象部門特別是基層氣象臺(tái)站正在不斷地完善加強(qiáng)氣象信息業(yè)務(wù)體系建設(shè)，綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的發(fā)展方向是網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化并向智能化方向前進(jìn)，整個(gè)信息系統(tǒng)中所用到的設(shè)備越來越多、信息網(wǎng)絡(luò)越來越廣泛、傳輸速率也在不斷地提高。但另一方面，基層氣象臺(tái)站綜合業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的防雷整體工作中的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患等問題也逐漸暴露了出來，這些都為防雷工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。