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        新疆戈壁地質(zhì)防雷地網(wǎng)設(shè)計(jì)研究

        2015-12-27 08:33:14劉秋榮李春娥
        中國管理信息化 2015年23期
        關(guān)鍵詞:新疆

        劉秋榮,李春娥

        (1.新疆哈密地區(qū)氣象局,新疆 哈密 839000;2.新疆氣象培訓(xùn)中心,烏魯木齊 830000)

        0 引言

        氣象自動(dòng)站和大風(fēng)測試儀等氣象設(shè)備借助嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息處理、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通訊等都大大提高了觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和傳輸效率,但氣象設(shè)備采用了大規(guī)模的電子集成電路,其工作和信號電壓很低,抗干擾、抗電涌的能力極低,如果缺乏必要的雷電防護(hù)措施,一旦遭受雷電電磁脈沖(LEMP)的沖擊,則會(huì)引發(fā)氣象自動(dòng)站硬件的永久性損壞,造成區(qū)域性觀測數(shù)據(jù)缺失和經(jīng)濟(jì)損失。且區(qū)域氣象自動(dòng)站、能見度和大風(fēng)測試等設(shè)備大都安裝在交通不便的戈壁灘或高山之間,新疆干旱少雨,戈壁地質(zhì)含鹽堿的濃度較高,且土壤的電阻率大,防雷接地不易作好,極易遭受直接雷擊。本文主要就如何作好戈壁地質(zhì)下的防雷接地通過實(shí)例進(jìn)行研究。

        1 戈壁地質(zhì)的特點(diǎn)及雷電等級的確定

        接地系統(tǒng)是防雷工程建設(shè)中施工難度最大也是最重要的一個(gè)分項(xiàng),由于環(huán)境的不同接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)也存在較大差異。系統(tǒng)的接地工程主要由接地體、連接線組成接地網(wǎng)絡(luò),其中影響接地效果的主要因素有土壤電阻率、接地體的選擇、接地材料的防腐和合理的規(guī)劃接地網(wǎng)絡(luò)。因此接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)和工程實(shí)施是做好防雷工程的關(guān)鍵。

        1.1 戈壁地質(zhì)的特點(diǎn)

        戈壁地質(zhì)一般是沙子和石石頭的混合體,地質(zhì)中含有較高的腐蝕性鹽堿,少雨干旱土壤地阻率較高,表1是某地區(qū)采集的光伏電站現(xiàn)場的實(shí)測土壤地租率,該光伏電站是建設(shè)在戈壁地質(zhì)上的,測試結(jié)果說明,土壤電阻率ρ的平均值都在2000Ω/Ω·m左右,為高土壤地質(zhì)。在這樣的條件下制作防雷地網(wǎng)是非常困難的,施工難度較大,防雷地阻也不易合格。

        表1 光伏列陣區(qū)土壤電阻率測試

        1.2 雷電等級的確定

        根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) 《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010(2011年10月1日實(shí)施)附錄一計(jì)算方法,建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)按下式確定:

        N=k·N·gAe(1)

        式(1)中:N—建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù),次/a;k—校正系數(shù),在一般情況下取1,在下列情況下取相應(yīng)數(shù)值:位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風(fēng)口等處的建筑物,以及特別潮濕的建筑物取1.5;金屬屋面沒有接地的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1.7;位于山頂上或曠野的孤立建筑物取2;Ng—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度,次/(km2/a);Ae—與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積,km2。

        式(1)是確定建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)關(guān)系式,新疆各地雷暴日天數(shù)差距很大,最多的為阿克蘇為32.7天,最少的為和田為2.8天。按式(1)選取阿克蘇年平均雷暴日最大為32.7天、k校正系數(shù)取2計(jì)算,自動(dòng)站年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)約為0.2次/a。依據(jù)中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QX4—2000《氣象臺(站)防雷技術(shù)規(guī)范》規(guī)定,第6款6.4條規(guī)定,“除一級和二級防雷自動(dòng)氣象站場室以外的自動(dòng)氣象站場室,均應(yīng)劃為三級防雷自動(dòng)氣象站場室”。

        2 接地體材料的分類與選擇

        隨著防雷電工作的深入和發(fā)展,新的接地材料不斷開發(fā)使用,接地電阻的壽命和穩(wěn)定性大大提高。以下介紹幾種常用材料供參考。

        2.1 金屬接地體

        金屬接地體,就是傳統(tǒng)的金屬導(dǎo)體,如扁鋼、圓鋼、角鋼、鋼管、銅棒、銅板等。用傳統(tǒng)接地材料做地網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是便于取材、成本低,適合在土壤電阻率較低的場合使用。缺點(diǎn)是受季節(jié)影響較大,接地電阻不夠穩(wěn)定,抗鹽、酸、堿腐蝕的能力較差,地網(wǎng)使用壽命相對較短,在土壤電阻率特別高的戈壁環(huán)境條件下制作地網(wǎng)是比較困難的。

        2.2 非金屬接地體

        目前,針對不同地域、環(huán)境條件開發(fā)了許多非金屬防雷接地產(chǎn)品,這些產(chǎn)品與傳統(tǒng)接地體相比具有降低接觸電阻、接地電阻穩(wěn)定、減少地電位反擊、使用壽命長和適用于沙漠、戈壁、鹽堿地、高原和凍土等惡劣地質(zhì)條件的地區(qū)的特點(diǎn)。

        通過大量的工作實(shí)際比較,使用傳統(tǒng)的金屬材料雖然成本低,但是其用地面積、施工難度較大,尤其在新疆戈壁環(huán)境下地網(wǎng)的使用壽命、穩(wěn)定性等遠(yuǎn)不如非金屬材料。

        3 結(jié)語

        氣象設(shè)備的特殊性,需要設(shè)計(jì)更強(qiáng)的防雷方案,盡可能避免或減少氣象設(shè)備遭受雷擊損失,確保氣象設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)的采集和上傳。在制定防雷方案時(shí),認(rèn)真分析不同的地質(zhì)環(huán)境、鹽堿腐蝕、土壤電阻率、土層結(jié)構(gòu)、季節(jié)因數(shù)、氣候等因素,采用科學(xué)、合理的方法,選用合適的材料,以確保防雷地網(wǎng)的穩(wěn)定可靠。

        [1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50057-2010 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2011.

        [2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).QX30-2004自動(dòng)氣象站場室防雷技術(shù)規(guī)范[S].2004.

        [3]中國氣象局.QX3-2000氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范[S].2000.

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