氣象雷達自動臺站的防雷探討論文

2021-04-25 論文

　　摘要：本文通過對茂名地區集天氣雷達觀測、中短波天線發射塔及氣象觀測自動站為一體的海洋氣象觀測臺站的防雷設計與施工，從當地特殊地理環境及國家的具體規范入手，比較全面的闡述了該臺站的雷電防護。

　　關鍵詞：雷達；直擊雷；換土；屏蔽；等電位

　　0引言

　　作為粵西地區集天氣雷達觀測、中短波天線發射塔及氣象觀測自動站為一體的茂名市茂港區海洋氣象觀測臺站的防雷設計與施工，筆者有幸參與其中，現就針對其特殊的地理環境與其多用途性做防雷方面的探討。茂名市地處雷州半島，是雷電的重災區，年平均雷暴日為94.4天，根據該臺站的使用性質及年預計雷擊次數大于0.06次/年，該臺站劃為二類防雷建筑物。

　　1雷達塔樓的直擊雷防護

　　由于塔樓為框架結構，可以充分利用建筑物的結構鋼筋做防雷裝置。用塔樓基礎鋼筋做自然接地體，與人工輔助地網構成聯合接地。用結構柱主鋼筋從下到上通長焊接作為引下線，柱筋分別與各層板筋、梁筋等結構鋼筋焊接連通，形成縱橫交貫的`“法拉第籠”式電氣通路。在塔樓女兒墻上采用Ф12鍍鋅圓鋼架設避雷帶，并與女兒墻內鋼筋網可靠焊接，在塔樓屋角處設置Ф16的銅芯避雷短針。避雷帶與屋面所有金屬物體（包括避雷針、天線底座等）保持可靠電氣連通。為防側擊雷，塔樓建筑結構圈梁與構造柱內鋼筋可靠焊接作為均壓環，外墻金屬門窗及屏蔽網要與主柱筋可靠連接。

　　1.1雷達天線電纜、波導管及傳輸信號線路的防護

　　雷達天線電纜、波導管及傳輸信號線必須穿鋼管引入雷達機房，并連接到雷達機房接地母排，這一接地母排經95mm2銅芯線敷設在弱電金屬屏蔽槽內引下到一樓輔助機房的接地總母排處，該金屬屏蔽槽途經每層樓都與該層等電位連接帶作電氣連接。此接地總母排用-40×4鍍鋅扁鋼穿Ф75PVC管引出與接地地網相連。

　　1.2雷達機房的防護

　　雷達機房使用防靜電地板，在此地板下面用用3mm×25mm扁銅帶設置環形閉合等電位連接帶，并與機房四角的接地預埋連接板作電氣連接。機房內的設備外殼、機柜等所有裸露金屬構件，以及直流地、屏蔽地和SPD接地等地線，均就近與機房等電位連接帶作可靠電氣連接。另外，靜電地板的金屬支架在機房四角處分別與等電位連接帶作電氣連接，在每條支架下面用0.5mm×50mm的紫銅帶敷設縱橫交錯的網格。

　　2中、短波天線塔、發射機房及自動站的雷電防護

　　因為這三個獨立系統之間的距離都達不到分網的距離，因此這三個系統共用一套防雷接地網。該地地表都以海沙為主，經過我們的測量，該土壤電阻率在1 000Ω·m以上。該地網上面設備都以弱電為主，該接地電阻值需要達到4Ω以下。

　　2.1接地網的設計及施工

　　因為該臺站地處海邊，土壤電阻率高，接地電阻為了達到4Ω以下，我們采取多管齊下的方式：

　　1）換土在設計地網范圍內，在垂直接地體接觸的地表50cm厚的海沙處用電阻率低的紅色黏土替換。

　　2）接地網用料的選材

　　水平接地體選用的是-40×4鍍鋅扁鋼敷設，垂直接地體L50×50×5×2000的鍍鋅角鋼、立信的型號為PE—Ⅲ的1m的長效接地模塊以及6m的304鋼管。

　　3）采用非等長垂直接地體

　　因為地表以海沙為主，含水量差，不利于作為接地體的接觸面，在施工過程中，先把原先水平接地體接觸面的海沙換成50cm的黏土，角鋼是隔5m一根垂直敷設，6m鋼管是10m一根垂直敷設，PE-Ⅲ的長效接地模塊主要敷設在發射機房同天線塔周圍。地網基本上形成5m×5m的網格，采用了非等長接地體是更科學的接地方式，采用不同的接地體相互配合，由于接地體長度和埋設深度不同，大大的加大了等勢面積。

　　4）發射機房的屏蔽與綜合布線

　　在土建施工階段，在發射機房周身有鐵絲網圍一圈并用鐵釘加固，鐵絲網上端與避雷帶焊接連通，下端與接地網焊接連通，并與機房的鋁合金門焊接連通，使機房形成一個法拉第籠，可以屏蔽機房外由于雷電產生的高強磁場。

　　5）自動站的直擊雷防護

　　3.自動站觀測場內的所有金屬支架、箱體、風桿、避雷針及金屬圍欄都與預留好的從地網引上的-40×4鍍鋅扁鋼相焊接。

　　（1）自動站的通信線路的防護

　　在自動站通信MODEN接口處安裝一個信號避雷器，防止感應雷對MODEN的損害。

　　（2）自動站的遙測信號線的防護自動站的遙測信號線需用金屬線槽屏蔽，金屬線槽首端與觀測場地網相連焊接，末端與值班室處的工作地網相連焊接。

　　4該臺站的供電系統的雷電防護

　　供電系統分兩路，一路由380V市電外網全線埋地引入（TN-S制式），另一路由柴油發電機組提供（備用電源），市電斷電時自動轉換為柴油發電機供電。發電機房和低壓配電室均在一樓。機房設備電源為獨立供電，從總配電室的UPS輸出端引出一條電纜（三相五線），穿鋼管連接至機房配電箱，再分供機房各種設備。

　　供電系統的電涌防護采用3+1形式（三條相線和一條中性線）的SPD進行三級防護，其中：

　　1）第一級（SPD1）：在低壓配電室總配電柜的主配電及備用電源線路上，分別安裝一組開關型三相電源避雷器（50KA，10/350us）；

　　2）第二級（SPD2）：在低壓配電室的UPS輸出端和各樓層配電箱中，分別安裝一組限壓型三相電源避雷器（40KA，8/20us）；