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        天水地震臺雷害分析及綜合防雷方案設(shè)計

        2016-11-16 09:27:27田野
        甘肅科技 2016年20期
        關(guān)鍵詞:雷害防雷器天水

        田野

        (甘肅省地震局,甘肅 蘭州 730000)

        天水地震臺雷害分析及綜合防雷方案設(shè)計

        田野

        (甘肅省地震局,甘肅 蘭州 730000)

        本文分析了天水地震臺存在的雷擊危害隱患,針對存在的隱患點,從配電線路、通信和信號線路、地網(wǎng)改造以及線路整理幾個方面進(jìn)行綜合防雷方案設(shè)計,指導(dǎo)天水地震臺全面實施防雷改造項目,對其他地震監(jiān)測臺站做防雷改造設(shè)計也有借鑒意義。

        地震臺站;防護(hù);避雷;分析;設(shè)計

        1 概述

        雷暴是在積雨云中發(fā)生的放電、雷鳴現(xiàn)象,主要產(chǎn)生在夏季局地強(qiáng)對流的中小尺度天氣系統(tǒng)中,常伴有暴雨、大風(fēng)、冰雹、龍卷等天氣現(xiàn)象,是一種局部災(zāi)害性天氣[1]。自然災(zāi)害中,雷電引起的災(zāi)害算得上最為嚴(yán)重的一種。除它本身具有巨大的破壞性外,還因為雷電發(fā)生頻度高,且年年重復(fù)發(fā)生。據(jù)估計,全球每年大約有10億次雷暴發(fā)生,平均每小時大約發(fā)生2000次雷暴,而每分鐘平均產(chǎn)生1~3次云對地閃電。就地球整個表面來說落地閃電(或稱落地雷)每秒鐘就有30~100次[2]。由于雷暴出現(xiàn)放電現(xiàn)象,經(jīng)常造成人員傷亡、毀壞建筑物、引起森林火災(zāi)、干擾輸電和通訊,給人類和社會造成嚴(yán)重的危害和損失,因而被人們所關(guān)注。雷電也同樣給我們的正常地震監(jiān)測工作帶來極大影響,對地震觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)率和質(zhì)量造成較大影響。

        甘肅境內(nèi)地震臺站近年來也多次發(fā)生了雷擊造成儀器損壞及影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。通過仔細(xì)分析查找避雷各個環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題,針對臺站綜合防雷系統(tǒng)存在的主要問題,重點完善臺站交流配電防護(hù)系統(tǒng),加強(qiáng)接地等電位連接,規(guī)范各種線路的布設(shè),使臺站地震專業(yè)設(shè)備能夠在不同類型避雷設(shè)備的保護(hù)下處于良好的運行狀態(tài),能夠有效減輕雷擊對地震觀測設(shè)備的危害,保證地震監(jiān)測臺網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

        2 臺站基本概況

        天水地震臺位于天水市麥積區(qū)南約11km處,甘肅省林業(yè)學(xué)院校內(nèi),其地質(zhì)條件較為復(fù)雜,地處秦嶺緯向構(gòu)造帶中段以北,新華夏系最西的沉降帶。這里正直祁呂賀蘭山字型前弧構(gòu)造帶向南插入部分,渭河斷裂南緣。在天水地區(qū)地表的東西向構(gòu)造交錯相匯,該地區(qū)北東、北西、和東西向構(gòu)造交匯形成明顯的菱形格架。這一地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,地震活動頻繁,從歷史地震看,震中位置多變[3]。是一個很不穩(wěn)定的地區(qū)。也是甘肅省地震活動重點監(jiān)視的地區(qū)之一。天水地震臺位于孤頂山半山坡,臺站周圍高大樹木較多,極易引雷,如圖1所示。

        圖1 天水地震臺平面位置圖

        天水中心地震臺為有人值守的綜合性臺站,目前主要有地電、地磁、流體等三大觀測項目,8套專業(yè)觀測設(shè)備,見表1。

        表1 天水地震臺專用觀測儀器

        3 雷擊隱患分析

        天水地震臺未做綜合防雷改造,很少采取防雷措施,存在的問題較多,主要有以下幾個方面:

        1)臺站所有室外配電線路均采用絕緣電線桿架設(shè)方式連接;

        2)臺站總供電電源未安裝三相電源防雷器進(jìn)行電源防護(hù);

        3)臺站觀測室未安裝單相電源防雷器進(jìn)行電源防護(hù);

        4)臺站儀器信號線未安裝信號防雷器進(jìn)行信號防護(hù);

        5)臺站儀器在不同時段安裝,未做統(tǒng)籌安排,儀器接線混亂,強(qiáng)、弱電未分離,容易造成電磁信號感應(yīng)。

        上述幾方面防雷措施不到位造成臺站雷害嚴(yán)重的問題所在。幾年來天水地震臺每年都有雷害事故發(fā)生,嚴(yán)重影響了臺站數(shù)據(jù)觀測的連續(xù)性和正常運行。

        4 綜合防雷方案設(shè)計

        主要采取綜合防雷思路,把整個臺站作為防范區(qū)域,以防感應(yīng)雷為主,完善交流配電的防雷級數(shù),加強(qiáng)信號防雷措施,重視接地布局和各種線路的布線及其工藝,以減少雷擊電磁場與地反擊所造成的雷害思路開展防雷改造設(shè)計。采取區(qū)域防雷、電源進(jìn)線防雷、通信傳輸線防雷、傳感器引線防雷等四方面的技術(shù),調(diào)查臺站當(dāng)?shù)氐牡乩?、地質(zhì)、氣候、環(huán)境等條件和雷電活動規(guī)律并從臺站實際出發(fā),進(jìn)行全面規(guī)劃,綜合防范來進(jìn)行研究和設(shè)計。

        4.1配電線路防護(hù)

        按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),配電線路設(shè)置B、C、D三級防護(hù),如圖2所示。

        1)總電源線采用鎧裝電纜地埋方式(80米)接入,總配電盤進(jìn)行全方位防雷改造;

        2)臺站總配電室安裝B級電源防護(hù)設(shè)備,配MB25/4型三相B級電源防雷器 1臺,設(shè)接零排與接地排;

        3)臺站總配電室設(shè)30A空氣開關(guān)為總開關(guān),總開關(guān)輸出后各設(shè)30A分開關(guān)三個,分別做好標(biāo)記。其中,最左邊為單相空氣開關(guān),控制樓內(nèi)機(jī)房所有220V供電;中間為三相空氣開關(guān),控制380V供電;最右邊為三相空氣開關(guān),控制鍋爐380V供電;

        4)臺站機(jī)房安裝C級電源防護(hù)設(shè)備;

        5)臺站機(jī)柜全部安裝D級防護(hù)設(shè)備;

        6)臺站觀測室安裝C級電源防護(hù)設(shè)備。

        圖2 天水地震臺配電線路三級防護(hù)示意圖

        4.2通信線路防護(hù)

        用不小于6mm2的多股銅導(dǎo)線將儀器外殼接地點與機(jī)柜等就近接到接地排,接地線采用線耳連接工藝。

        機(jī)房安裝LT-AZ-19接地母排,所有需要接地的儀器設(shè)備、機(jī)柜、防雷器等就近接到該母排,接地線用不小于6mm2的多股銅導(dǎo)線,接地母排用不小于10mm2的多股銅導(dǎo)線連接到主地線,接地線采用線耳連接工藝。

        4.3信號線防護(hù)

        信號線與主機(jī)之間安裝專用信號防雷器,信號防雷器采用不小于6mm2的多股銅導(dǎo)線連接到主地線,接地線采用線耳連接工藝。

        GPS天線與主機(jī)之間安裝專用信號防雷器,信號防雷器采用不小于6mm2的多股銅導(dǎo)線連接到主地線,接地線采用線耳連接工藝。

        4.4線路整理

        天水地震臺主要觀測手段包括流體,地電、地磁觀測三類,主要專業(yè)觀測儀器有8臺(套)。儀器線路較為凌亂,對臺站實施綜合防雷改造必須對各觀測室線路進(jìn)行梳理,機(jī)柜內(nèi)部線路整理。電源線、數(shù)據(jù)線分開整理,用扎帶分開扎緊固定。儀器設(shè)備機(jī)柜等要良好接地,使其具有較好的屏蔽作用。

        室內(nèi)線路分類整理要求:

        1)強(qiáng)弱電線分開,分別套金屬線槽鋪設(shè),金屬線槽應(yīng)接地;

        2)線路整理為平直有序,多余較長的線要分別盤整,各類分別用線扎扎好并用軟質(zhì)PVC不干膠做出標(biāo)記;

        3)多余無用線纜要拆除;

        4)室內(nèi)沒有采取屏蔽的強(qiáng)電線和弱電線距離主地線平行距離應(yīng)不小于0.5m。

        4.5地網(wǎng)改造設(shè)計

        接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié),不管直擊雷、感應(yīng)雷或其他形式的雷,最終都是把雷電流送入大地,合理而良好的接地裝置是可靠防雷的保證。天水地震臺流體觀測室原來地網(wǎng)接地電阻嚴(yán)重超標(biāo),地磁觀測室沒有埋設(shè)地網(wǎng),在綜合防雷改造中重新布設(shè)避雷地網(wǎng)2個,地網(wǎng)采用垂直接地與水平接地相結(jié)合的混和接地體。臺站采用共用接地方式,即:儀器設(shè)備地、電源地共用一個地網(wǎng)。地網(wǎng)布設(shè)要求如下:

        1)離觀測室外墻外2~5m挖溝,間隔1m打入銅包鋼的垂直接地體,公共觀測室接地網(wǎng)規(guī)格為:長4m,寬4m;地磁觀測室專用地網(wǎng)采用全銅材料:長度為6m,寬度為4m,接地體上端距地面不宜大于0.8m;

        2)用4×40mm鍍鋅扁鋼將垂直接地體連接成網(wǎng);

        3)所有焊接處均采用搭接焊牢,焊接長度為扁鋼2倍,焊接面不少于3個棱邊。并做好焊點的防腐處理;

        4)添加長效降阻劑,即可有效降低接地電阻,也可起到較好的防腐作用;

        5)在室內(nèi)設(shè)接地排,接地排與避雷地網(wǎng)連接,如圖3所示。

        圖3 天水地震臺接地網(wǎng)施工示意圖

        5 結(jié)束語

        雷害已經(jīng)嚴(yán)重影響了地震觀測臺站的正常運行,雷擊容易造成觀測數(shù)據(jù)斷記和畸變,對地震監(jiān)測預(yù)報和科學(xué)研究帶來了不便。多少年來地震監(jiān)測人員都在尋求有效的避雷措施,但是由于雷電問題的復(fù)雜性,其能量巨大、破壞力極強(qiáng)、入侵危害途徑不定,想用單一器件來解決防雷問題是困難的。本文主要介紹地震臺站綜合防雷思路,指導(dǎo)天水地震臺全面實施防雷改造項目,對別的臺站做防雷改造設(shè)計也有借鑒意義。

        [1] 強(qiáng)玉柱,劉揚(yáng).天水市雷暴氣候特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(15):4752-4754.

        [2] 黃錫定梁煥貞.地震臺站應(yīng)用防雷技術(shù)探討[J].地震地磁觀測與研究,2007,28(5):35-42.

        [3] 張新基,趙儀全,劉耀煒,等.2005.甘肅省地震監(jiān)測志[M].甘肅:蘭州大學(xué)出版社.

        TU894

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