陳燕娥 海長(zhǎng)洪 劉 凱 夏 巖
(德州市地震臺(tái),山東 德州 253000)
如今地震觀察設(shè)備和技術(shù)都得到迅速的更新和進(jìn)步,各種類(lèi)型的應(yīng)用高新科技的觀察設(shè)備也都逐步在地震臺(tái)站發(fā)揮其作用,在地震臺(tái)站運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能后,使我國(guó)的地震觀察和預(yù)報(bào)的水準(zhǔn)都得到明顯的提高,但是在雷電特別是感應(yīng)雷的沖擊下造成體系停滯、設(shè)備癱瘓的情況也時(shí)常出現(xiàn),由此可知,雷電在很大程度上牽絆著我國(guó)地震觀察臺(tái)站整個(gè)電子設(shè)施體系的安全、順利運(yùn)行。眾所周知我國(guó)內(nèi)地的地震觀察臺(tái)站開(kāi)始創(chuàng)建的時(shí)間較晚,在有關(guān)防雷接地體系的籌劃和實(shí)行方面欠缺一定的經(jīng)驗(yàn),有關(guān)的規(guī)則也缺乏一定的嚴(yán)格性和針對(duì)性。所以,我們還需要持續(xù)的研究摸索、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。本文著眼于籌劃的角度針對(duì)地震觀察臺(tái)站防雷接地體系籌劃涉及到的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行表述。
雷電的沖擊會(huì)對(duì)地震觀察臺(tái)站造成不可估量的損失和后果。大致上包括:(1)設(shè)施癱瘓;(2)設(shè)施老化速度增快;(3)相關(guān)資料遺失。由此可知,這樣不但會(huì)在經(jīng)濟(jì)方面帶來(lái)一定損失,還會(huì)出現(xiàn)由于設(shè)施的癱瘓帶來(lái)的相關(guān)資料的丟失而在測(cè)震工作中引起的無(wú)法彌補(bǔ)的惡劣后果。
地震觀察臺(tái)站往往會(huì)建在空闊無(wú)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(shù)的逐步應(yīng)用,觀察設(shè)備中電子元器件的各項(xiàng)功能都得到明顯提升,比如它的小型化和集成化,不過(guò)電子設(shè)施也有部分性能有所下降,像它的耐過(guò)壓和抗雷電電磁脈沖的性能。針對(duì)目前存在的觀察臺(tái)站設(shè)施被雷電沖擊情況的資料進(jìn)行研究和解析可以知道:(1)因?yàn)殡娮釉O(shè)施對(duì)雷電電磁脈沖較為敏銳,它受到感應(yīng)雷擊的可能性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yuǎn)大于一般建筑物以及普通機(jī)電設(shè)施;(2)觀察臺(tái)站具備類(lèi)型以及數(shù)量都較多的電子信息設(shè)施,而且工作環(huán)境繁雜,雷電進(jìn)入的渠道很多,所以,地震觀測(cè)臺(tái)站的防雷需要面對(duì)和解決的難題要比普通建筑復(fù)雜的多。
當(dāng)今民用建筑物都應(yīng)用了與之類(lèi)型相符合的避雷針抑或避雷帶當(dāng)做接閃器,而且聯(lián)結(jié)接地網(wǎng),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(lái)的損毀也少之又少,所以,我們以雷電損毀觀察臺(tái)站內(nèi)的設(shè)施和信息體系設(shè)施的可能渠道為課題進(jìn)行研究。
屋外的市電配電線路對(duì)雷電較為敏感,當(dāng)發(fā)生雷擊的時(shí)候,雷擊過(guò)電壓通過(guò)配電體系侵入地震觀察站以及機(jī)器設(shè)施中的概率非常大。
流經(jīng)地震觀察站的各類(lèi)型通信線路都很容易引進(jìn)雷電。屋內(nèi)的通信線路通常會(huì)由于雷擊電磁場(chǎng)而感應(yīng)到非常高的電壓,這樣就會(huì)使一些較弱的通信端口受到毀損。
發(fā)生雷擊的時(shí)候,其電流和陡度都非常大,這會(huì)在引下線上形成非常高的瞬態(tài)過(guò)電壓,而這樣會(huì)使引下線附近沒(méi)有到達(dá)安全距離的設(shè)備和金屬外皮發(fā)生“反擊”放電。
對(duì)雷電進(jìn)入的渠道進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯恐?,得知,防雷體系務(wù)必要堅(jiān)持安全牢固、經(jīng)濟(jì)適用、符合規(guī)格、可修護(hù)性等準(zhǔn)則,運(yùn)用整體防護(hù)手段,建立完善健全的防護(hù)機(jī)制,這樣才可以得到一定的成效。下面我們舉個(gè)例子,以此為準(zhǔn)對(duì)防雷手段進(jìn)行研討。所取實(shí)例中的地震觀察臺(tái)站,以相關(guān)規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)可將其確立為第三類(lèi)防雷建筑。
依據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》中第4.1.2條建筑物電子信息體系的雷電防護(hù)級(jí)別,依據(jù)下列方法中的其中一個(gè)進(jìn)行確立:(1)以建筑物電子信息體系的境況實(shí)行雷擊概率的評(píng)斷,以此確立雷電防護(hù)級(jí)別。(2)以建筑物電子信息體系的必要性和可操作性對(duì)雷電防護(hù)級(jí)別進(jìn)行確立。
依據(jù)相關(guān)條例中對(duì)具有特殊意義的建筑物的確立,最好使用第二種辦法。開(kāi)始要做的是對(duì)雷擊概率評(píng)斷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示防雷設(shè)備的防護(hù)效率E=0.947,根據(jù)相關(guān)條例確定地震觀察站電子信息體系的雷電保護(hù)級(jí)別為B級(jí)。之后,依據(jù)相關(guān)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(xiàn)地震觀察站的必要性和可操作性都達(dá)不到B級(jí)的標(biāo)準(zhǔn),而與C級(jí)差距不大,根據(jù)業(yè)主在這方面的工作經(jīng)驗(yàn)以及地震體系內(nèi)部的有關(guān)資料和成本等原因進(jìn)行整體分析,最后明確為C等級(jí)別。
根據(jù)相關(guān)文件中規(guī)定,由于地震觀察行業(yè)性質(zhì)較為特殊(關(guān)鍵是站臺(tái)位置),如果電阻值達(dá)到1歐姆,則站臺(tái)的建設(shè)難度和成本都會(huì)增高很大的程度,通過(guò)借鑒觀察臺(tái)站以往的防雷經(jīng)驗(yàn)以及參考相關(guān)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(jié)構(gòu)柱內(nèi)2根對(duì)角主筋通長(zhǎng),把它當(dāng)做引下線,使它的下部分和接地設(shè)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(shè)置上檢查點(diǎn),以便接地電阻的檢測(cè)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(guò)配電線路對(duì)地震觀察臺(tái)站的侵入,以相關(guān)規(guī)范條例為依據(jù)分析整體防護(hù)對(duì)策,按照電子體系雷電維護(hù)C級(jí)的標(biāo)準(zhǔn),則電源防雷器械的設(shè)置要以B+C兩個(gè)級(jí)別進(jìn)行維護(hù),以便更好的保障分級(jí)泄流,防止高殘壓的形成,以下為詳細(xì)情況。
(1)觀察臺(tái)站電壓較低的電源總線穿鋼管抑或利用鎧裝電線埋進(jìn)地震觀察站低壓總配箱,埋入的長(zhǎng)度按規(guī)格應(yīng)大于30m,而規(guī)定深度為0.6m,在鋼管或者鎧裝層入戶(hù)之前要保證其接地情況正常,當(dāng)?shù)蛪嚎偱潆娸敵霾课谎b置B級(jí)別的防雷設(shè)備,且防雷設(shè)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(qiáng)烈雷電流。
(2)總配電儀器流出的線路到設(shè)備用電前部需要設(shè)置C級(jí)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(guò)電壓得到一定程度上的減低,從而保障器械設(shè)施的安全。但要注意務(wù)必保證兩級(jí)抗雷器械之間要具備長(zhǎng)于5m的線路,這樣才能保障兩級(jí)防雷器械可以正常分級(jí)啟動(dòng)并且不會(huì)產(chǎn)生盲點(diǎn),在兩級(jí)抗雷器械長(zhǎng)度小于5m時(shí),就需要在線路上安裝退耦元件。
(3)使用平衡供電體系對(duì)地震觀察臺(tái)站內(nèi)主要設(shè)施進(jìn)行供電,次要的設(shè)施器械通過(guò)延時(shí)UPS進(jìn)行供電。平衡式供電體系由兩部分組成,一個(gè)部分是自動(dòng)直流充供電器,而另一部分是兩個(gè)獨(dú)立的電池組,這兩個(gè)電池組一個(gè)供電的時(shí)候,;另一個(gè)就充電,充電與供電是相互分開(kāi)的,而且此電源可以自動(dòng)對(duì)自身進(jìn)行檢查、辨別以及切換等。在試驗(yàn)中,我們還可以知道,直流蓄電池為整個(gè)器械供應(yīng)電量,無(wú)論什么時(shí)間,都沒(méi)有市電線路的參與,這樣不但可以延長(zhǎng)電池組的使用時(shí)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(hào)防雷
一般地震觀察站擁有種類(lèi)繁多的信號(hào)線路,器械的出口可以經(jīng)受的電壓比較低,所以,務(wù)必要設(shè)置穩(wěn)定堅(jiān)固的防雷進(jìn)行接地防護(hù)。而無(wú)論是進(jìn)口還是出口的電纜所用的材質(zhì)都最好具備屏蔽金屬的功能,而且適合埋地進(jìn)行敷設(shè),無(wú)論是直擊雷防護(hù)區(qū)還是非防護(hù)區(qū),它們和第一防護(hù)區(qū)的連接點(diǎn)都需要做到電纜的外部金屬防護(hù)層和電位有效聯(lián)結(jié)并安全接地。機(jī)房的信號(hào)電纜需要配置與之相符合的線路浪涌防護(hù)設(shè)備,而且我們要從多方面著手、嚴(yán)格選擇各項(xiàng)功能都符合需求的浪涌防護(hù)設(shè)備。
(1)觀察設(shè)施。設(shè)置到屋頂?shù)腉PS天線和屋內(nèi)的GPS接收器之間務(wù)必要設(shè)置饋線浪涌防護(hù)設(shè)備,以便達(dá)到防雷的功效。無(wú)論是屋內(nèi)還是屋外的金屬套管還是電纜金屬防護(hù)層,其上部要和避雷帶相連接,下部則需要和屋內(nèi)的電位端子箱成功的連接,而饋線浪涌防護(hù)設(shè)備要安全適宜的接地。
(2)傳輸線路。通信體系、觀察、監(jiān)測(cè)程序以及資料備份都和路由器以互聯(lián)網(wǎng)的方式相連,而他們相連的線路都設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)信號(hào)浪涌防護(hù)設(shè)備,金屬套管和線纜金屬防護(hù)層需要與同等電位相連并安全接地,SDH專(zhuān)線進(jìn)入屋內(nèi)和路由器連接的前提條件是安裝網(wǎng)絡(luò)信號(hào)浪涌防護(hù)設(shè)備進(jìn)行維護(hù),而且在入室之前要穿金屬套管進(jìn)行敷設(shè),按規(guī)格埋入長(zhǎng)度要大于30m。深度則為0.6m,在鋼管入室之前務(wù)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(tái)站的機(jī)器房都因?yàn)榭陀^需求被建設(shè)在基巖上面,而這種巖體具備堅(jiān)硬、沒(méi)有風(fēng)化、一般整體存在的特性,這樣致使臺(tái)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(wù)必要設(shè)立人工地網(wǎng)才可以改變基礎(chǔ)內(nèi)把鋼筋當(dāng)做接地網(wǎng)帶來(lái)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(dá)到合適值。而人工接地網(wǎng)要考慮到施工場(chǎng)地的外在特征和實(shí)質(zhì)特性,因勢(shì)利導(dǎo),爭(zhēng)取做到成本最低、成效最好。詳細(xì)說(shuō)來(lái),有開(kāi)闊地網(wǎng)面積、更換土壤等方法,施工的時(shí)候要以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際境況為依據(jù),通過(guò)幾種綜合手段保證接地電阻的籌劃標(biāo)準(zhǔn)。
盡管雷擊對(duì)地震觀察站可以造成嚴(yán)重的威脅,并且雷擊的發(fā)生具有不確定性。不過(guò)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的籌劃和實(shí)施,以及相應(yīng)管理規(guī)章的定制,都可以有效的削弱雷電對(duì)觀察站的破壞力度。有關(guān)接地電阻的各種情況還需要進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的規(guī)章準(zhǔn)則。此外,如若預(yù)算經(jīng)費(fèi)充足,可把地震觀察站電子體系防雷級(jí)別像B級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)靠攏。
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