陳強(qiáng)

（遼寧省觀音閣水庫(kù)管理局，遼寧 本溪 117000）

防雷工程在觀音閣防汛指揮中心的應(yīng)用

陳強(qiáng)

（遼寧省觀音閣水庫(kù)管理局，遼寧 本溪 117000）

防雷是通過(guò)組成攔截、疏導(dǎo)，最后泄放入地的一體化系統(tǒng)方式,以防止由直擊雷或雷電電磁脈沖對(duì)建筑物本身或其內(nèi)部設(shè)備造成損害的防護(hù)技術(shù)。文中對(duì)觀音閣防汛指揮防雷系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了改建設(shè)計(jì)方案。

電荷；雷擊；電磁場(chǎng)；等電位

1 概述

觀音閣水庫(kù)是太子河干流上一座大Ⅰ型控制性水利樞紐工程，總庫(kù)容21.68億m3，它肩負(fù)著防洪和城市工業(yè)供水、灌溉、發(fā)電等諸多任務(wù)，水庫(kù)運(yùn)行安全的重要性是不言而喻的，防雷技術(shù)的應(yīng)用更加顯得尤為重要。觀音閣水庫(kù)管理局地處遼寧本溪境內(nèi)，防汛指揮中心機(jī)房位于辦公樓頂層，防汛會(huì)商指揮系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、大壩觀測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)、程控交換機(jī)和微波系統(tǒng)、局辦公網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，各重要系統(tǒng)的中心設(shè)備均設(shè)在該區(qū)域內(nèi)。由于本溪地處遼寧東部山區(qū)為雷電多發(fā)區(qū)，為此，依地區(qū)地理環(huán)境及系統(tǒng)設(shè)備情況入手，參照國(guó)家《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)防雷分析應(yīng)用。

2 雷擊危害及種類(lèi)

雷擊是一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象。雖然放電作用時(shí)間短，但放電時(shí)產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)伏至數(shù)十萬(wàn)伏沖擊電壓，放電電流可達(dá)幾十到幾十萬(wàn)安培，電弧溫度也可達(dá)幾千度以上，它產(chǎn)生的強(qiáng)大電流和電磁場(chǎng)輻射，不僅對(duì)通信設(shè)施、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等具有極大的干擾及破壞作用，而且還對(duì)人的生命也構(gòu)成極大的威脅，給安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害。

2.1 直擊雷

含有大量電荷的雷云直接對(duì)地面的建筑物體或被保護(hù)物體進(jìn)行放電現(xiàn)象。在放電的瞬間，會(huì)產(chǎn)生峰值在1 kA到100 kA的脈沖電流，它的上升時(shí)間在μs至ms級(jí)不等。它主要的破壞作用是直接燒毀所連接的設(shè)備及系統(tǒng)，破壞力在雷擊中是最強(qiáng)大的，如果設(shè)備選址及保護(hù)設(shè)施科學(xué)得當(dāng)，則直擊雷擊中的概率是比較小的。

2.2 感應(yīng)雷

含有大量電荷的雷云之間或雷云對(duì)地面的其它物體進(jìn)行放電時(shí)產(chǎn)生的瞬變電磁場(chǎng)，在設(shè)備或附近導(dǎo)體上感應(yīng)產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)，致使戶外傳輸信號(hào)線路、埋地電力線、設(shè)備間其它的連接導(dǎo)線和電子器件遭到燒毀或擊穿的現(xiàn)象。感應(yīng)雷雖然沒(méi)有直擊雷那樣強(qiáng)大，但其發(fā)生的概率要比直擊普遍。在機(jī)房設(shè)計(jì)或改造時(shí)應(yīng)考慮采用電磁屏蔽措施，防止感應(yīng)雷的入侵。感應(yīng)雷產(chǎn)生的雷擊過(guò)程主要有3個(gè)途徑：①供電電源線路導(dǎo)入；②天線饋線及信號(hào)線路等外接導(dǎo)體導(dǎo)入；③地電位反擊電壓通過(guò)接地體引線導(dǎo)入。

3 防雷系統(tǒng)防護(hù)措施的選擇

根據(jù)GB50343-2004表4.3.1規(guī)定選擇防護(hù)等級(jí)，一般水雨量測(cè)站、中繼站選D級(jí)。因該系統(tǒng)要求在惡劣環(huán)境中運(yùn)行可靠。由于中心站的重要性，所以選用C級(jí)。水雨量測(cè)站、中繼站、中心站的防雷，可結(jié)合實(shí)際情況，選定防護(hù)方案，見(jiàn)表1。

表1 防洪方案

由于本溪地區(qū)地處高山及水雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)特點(diǎn)，因此，防雷系統(tǒng)應(yīng)采用機(jī)房?jī)?nèi)外相結(jié)合的防護(hù)措施為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，按照GB50343-2004規(guī)定構(gòu)筑綜合防雷系統(tǒng)圖。

4 機(jī)房外防雷工程應(yīng)用

4.1 避雷針

考慮到測(cè)站、中繼站、中心站的實(shí)際情況，天線安裝在鐵塔上必須加裝避雷針保護(hù)，避雷針高度由下式計(jì)算：

式中：R——為接閃器的圓球半徑；h——天線頂端距地高度，m；d——為距避雷針的距離，m；H——為避雷針高，m。

將黃銅棒焊接到引下線制成避雷針，避雷針為1 m×φ12 mm黃銅棒或φ20 mm鋼管。 針長(zhǎng)1～2 m采用圓鋼φ16 mm或鋼管φ25 mm。避雷網(wǎng)和避雷帶宜采用圓鋼φ≥8 mm或扁鋼，應(yīng)優(yōu)先采用鍍鋅圓鋼。

4.2 引下線

引下線宜優(yōu)先采用圓鋼或扁鋼（S≥48 mm2、δ≥4 mm），為了減小引下線的電感量，故引下線應(yīng)沿最短路徑接地，并采取防腐措施和保護(hù)設(shè)施。

4.3 接地體

接地體地下周邊土壤為良導(dǎo)電性時(shí)，能產(chǎn)生良好的泄放電流效果，接地體埋得愈深，土壤濕度和溫度的變化愈小，接地電阻愈穩(wěn)定。在實(shí)踐中，均勻土壤電阻率的情況下埋得太深對(duì)降低接地電阻值不顯著。實(shí)際應(yīng)用中接地裝置埋設(shè)深度一般不小于0.5～0.8 m，這一深度既能避免接地裝置遭受機(jī)械損壞，同時(shí)也減小氣候?qū)拥仉娮柚档挠绊憽?/p>

實(shí)際應(yīng)用中，垂直接地體采用角鋼σ≥4 mm；水平接地體采用扁鋼S≥48 mm2；σ≥4 mm；接地線應(yīng)與水平接地體的截面相同。垂直接地體的長(zhǎng)度宜為2.5 m，垂直接地體間距及水平接地體間距為5 m，埋設(shè)深度為0.8 m。在高土壤電阻率地區(qū)，應(yīng)采取措施降低防直擊雷接地裝置的接地電阻，連接采用焊接，并在焊接處作防腐處理。接地裝置工頻接地電阻的計(jì)算應(yīng)符合國(guó)標(biāo)GBJ65-83《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定。水雨情測(cè)站、中繼站的設(shè)備應(yīng)有良好的接地，接地電阻不大于4 Ω。中心站采用綜合接地裝置，其接地電阻不大于4 Ω。采用綜合接地網(wǎng)時(shí)，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 50343-2004強(qiáng)制性條文5.2.5規(guī)定，取用最小值，在此中心站實(shí)測(cè)接地電阻不大于2 Ω。

5 系統(tǒng)防護(hù)和屏蔽應(yīng)用

為減少電磁感應(yīng)雷擊效應(yīng)，根據(jù)設(shè)備實(shí)際工作情況，設(shè)備應(yīng)采取金屬網(wǎng)屏蔽。機(jī)房?jī)?nèi)部防雷設(shè)計(jì)主要是電磁脈沖的防護(hù),即在建筑物遭受直擊雷或附近遭雷擊的情況下，防止線路和設(shè)備產(chǎn)生過(guò)電流和過(guò)電壓即電涌。電源線路應(yīng)改用電纜進(jìn)出，提高配電線路設(shè)備的耐沖擊過(guò)電壓、浪涌保護(hù)器安裝位置、電源設(shè)備分類(lèi)均按照國(guó)標(biāo)規(guī)定設(shè)計(jì)。連接線要求平直、簡(jiǎn)短并在規(guī)定允許值范圍內(nèi)。

進(jìn)出機(jī)房的信號(hào)線纜，選用有屏蔽層的電纜，并埋地敷設(shè)，如電話網(wǎng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也必須根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 50343-2004規(guī)定，做好防雷與接地保護(hù)。屏蔽層應(yīng)做等電位接地，浪涌保護(hù)器應(yīng)根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》選擇。(GPRS)光纖接入在入口處也應(yīng)做好電位接地。

6 等電位連接與共用接地應(yīng)用

為減小電磁輻射干擾，機(jī)房應(yīng)采用等電位總匯流排連接，并與防雷裝置相連。機(jī)房設(shè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)，等電位連接各設(shè)備以最短的距離相連接。共用接地裝置與總等電位接地端子，通過(guò)接地干線引至樓層等電位接地端子板，由此引至設(shè)備機(jī)房的局部等電位接地板。接地干線要求采用多股銅芯導(dǎo)線或銅帶，其截面積不應(yīng)小于16 mm2。不同樓層的綜合布線系統(tǒng)設(shè)備間或不同雷電防護(hù)區(qū)的配線交接間設(shè)置局部等電位接地端子板。樓層配線柜的接地線采用絕緣銅導(dǎo)線，截面積不應(yīng)小于16 mm2，和配電的保護(hù)接地系統(tǒng)等與防雷裝置組成一個(gè)共用接地系統(tǒng)，并預(yù)埋等電位連接板。

7 結(jié)語(yǔ)

防雷保護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、精心設(shè)計(jì)、嚴(yán)格施工，并做好驗(yàn)收、維護(hù)和管理等環(huán)節(jié)工作。根據(jù)多年積累的經(jīng)驗(yàn)，很好的解決了防汛系統(tǒng)防雷擊問(wèn)題，系統(tǒng)由于雷擊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中斷的概率在10多年的運(yùn)行中從未發(fā)生過(guò)，為防汛指揮各系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造了條件，保證了觀音閣水庫(kù)防汛度汛安全工作的順利進(jìn)行。

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2011-03-03