水质观测站雷击过程研究及其防护

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1、水质观测站雷击过程研究及其防护[摘要]水文站由于位于河边、湖边等易遭受雷击的地方，在现场检测中发现水文站信息控制系统及其设备经常遭受雷击损坏。本文针对水文站防雷装置设计的关键要素进行理论分析，并结合该站的建筑特点和系统特性，因地制宜提出综合防护措施，使雷电危害控制在安全范围内。[关键词]雷电危害综合防护水质观测站0引言在现场防雷检测中发现水文站防雷设计存在以下不足：①跨江索道未设计避雷线，导致设备和线路容易遭受直击雷损坏；②未充分考虑两岸索道铁塔接地的地电位反击对设备的损坏；③浪涌保护器（SPD）参数的选取及其安装不规范，不能有效防止雷电波侵入，导致设备因过电压损坏；

2、④电源线路、控制线路及其水文站信息机房未采取屏蔽措施，导致设备因雷击电磁脉冲产生过电压损坏。由于防雷是系统工程，不能顾此失彼，必须对水文站的雷击原因进行解析，以期找到合理的防雷措施。下面就针对以上几个关键问题作如下阐述。1直击雷防护6直击雷防护由接闪器、引下线、接地装置构成[1]。对具体建筑物采取防护时，应采取因地制宜的措施，针对其主要隐患采取重点防护措施，找到问题根源，采取合理解决方案。1.1接闪器安装对架空索道应采取防直击雷措施，通常在索道上方采取架设避雷线防护[1]，避免索道由于直击雷产生的过电压对水文观测设备造成损坏。架空避雷线至索道空气中的间隔距离见图1。其

3、距离应按下列公式计算（不应小于3m），如果间隔距离太近，那么当避雷线在遭受雷击时，设备会遭受雷电流的旁侧闪击。当时：（1）当时：（2）式中：为避雷线至观测索道在空气中的间隔距离（m）；为两岸索道的铁塔高度（m）；为避雷线的水平长度（m）；为索道接地装置的冲击接地电阻值。图1索道架空避雷线安装示意图1.2引下线敷设防雷引下线设置的目的是索道避雷线遭受雷击时，将接闪的雷电流从避雷线传导至接地装置，给雷电流提供泄放通道（见图2）。图26水文站外部防雷接地示意图由于雷电流具有很高的脉冲幅值，为防止雷电流经过引下线至防雷接地装置时所产生的高电压对被保护的建筑物或与其有联系的铁塔

4、接地、信息机房设备接地、信息机房电源系统接地发生反击[2]，应使防雷装置与这些接地线路保持一定的间隔距离，如果只设计单根防雷引下线，那么单根引下线通过雷电流时对接地装置产生的电压为：（3）式中：为雷电流流过防雷装置时接地装置上的电阻电压降（kV）；为雷电流流过防雷装置时引下线的电感电压降（kV）；为接地装置的冲击接地电阻（Ω）；为铁塔的高度（m）；为雷电流陡度（kA/?S）。铁塔共设置3条引下线，目的是为了减小单根引下线的电位，从而使地网电压降低，单根引下线的雷电流分流系数为。当设计3根时，分流系数为,电压，索道避雷线接闪雷电流并通过引下线泄放到地网时的电压降低了。由

5、于接地电阻对雷电流的阻碍作用，雷电流在地中的速度是有限的，接地装置仅有一定的有效延伸长度将冲击电流散流入地，影响范围按IEC的TC81要求，有效距离,当时（6—土壤电阻率），引下线的低电压对铁塔接地影响较小，由于索道控制信号线及其电源线采取屏蔽措施后，金属屏蔽层要与铁塔作等电位连接，所以铁塔的接地最好不受引下线地电压的影响[2]（信息机房设备接地及其电源接地分析同上）。1.3接地装置在建筑物四周布设闭合防雷地网，地网沟深度不小于60cm，宽度不小于40cm，并沿地沟敷设40mm×4mm镀锌接地扁钢作为水平接地极，每隔5米埋设50mm×50mm×5mm镀锌角钢(长度宜为

6、2.5米)作为垂直接地极，钢质接地装置宜采用焊接，焊接部位应做防腐处理。在人员出入处，对水平接地体深埋不应小于1m，防止跨步电压对人体的伤害。2感应雷与雷电电磁脉冲防护雷电感应防护是系统工程，需要采取综合防护措施，对一切雷电感应造成的雷电破坏分别采取等电位、屏蔽、安装SPD等措施进行防护。2.1等电位连接所谓等电位连接，就是使建筑物内的各种设备形成一个相等的电位差。在建筑物内要做一个接地总汇流等电位端子板，使之与增设的人工地网相连，同时使交流工作接地、直流工作接地、设备安全保护接地、防雷接地等多种接地共用一组接地装置。采用联合接地网后，消除独立地网之间的电位差，保证设

7、备不因雷电反击而损坏。2.2屏蔽设计雷电电磁脉冲（LightingElectromagnetic6Pulse，简称LEMP），是指大气中雷电流的电磁脉冲辐射对建筑物电力线路的电子设备所造成的一种电磁干扰。当闪电直接击中水文站信息机房建筑物时，机房内产生的磁场强度计算如下：在闪电直接击在信息机房时或与其连接的接闪器上的情况下，其机房内部某点的磁场强度应按下式计算：（4）式中：——安全空间内某点的磁场强度，A/m；——所确定的点距机房内空间屏蔽顶的最短距离，m；——所确定的点距机房内空间屏蔽壁的最短距离，m；——雷电流幅值，kA；——形状系数，1/m0.