洪水預警報系統(tǒng)防雷設計方案探討

洪水預警報系統(tǒng)防雷設計方案探討摘要：本文主要針對近年來洪水預警報系統(tǒng)頻繁遭受雷擊而提出，從查找問題、分析原因入手，以理論計算為依據，參照電子信息系統(tǒng)規(guī)范標準進行防雷方案探討，目的是引起有識之士共同關注洪水預警報系統(tǒng)的雷擊安全。關鍵字：洪水預警報系統(tǒng)直擊雷感應雷防雷保護前

言：隨著社會經濟發(fā)展，人們防洪意識不斷增強，洪水預警報系統(tǒng)要求己越來越高，系統(tǒng)可靠性、安全性也成為防汛部門日常工作重點。隨著系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，其內部各種電子設備使用日趨增多，尤其是計算機網絡信息技術普及，各種信息化電子設備被廣泛采用。但是，系統(tǒng)遭受雷擊造成設備損壞、數據中斷也逐步成為預警報系統(tǒng)維護的棘手問題。如2004年度我市云霄一帶測站、中繼站、中心站多次被雷擊（見表1），南靖中心站也兩次被擊，多次造成發(fā)射與接收裝置、傳真設備、電話、計算機等設備的損壞，不僅造成嚴重的經濟損失，而且造成數據的一度中斷，造成防汛指揮的被動。表1

2004年度云霄測站雷擊情況表神站名盛云霄刷中心觀筆架山傷中繼站換峰頭左測站島杜塘臨測站訂泮坑有測站蜂梁一腐測站僑雷擊次數蘇1咸4舅3驟4亦4禽1看雷擊設備陡主板、發(fā)射與項接收裝置、傳研真、電話、避扛雷裝置及線路繩燒毀等為此，本文就從洪水預警報系統(tǒng)情況入手，參照國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057-94、《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》GB50343-2004等規(guī)定進行該系統(tǒng)防雷分析設計。1概

況：漳州位于福建南端，江流縱橫，河流密布，水系十分發(fā)育。境內僅100平方公里河流11條，流域面積約19336平方公里，干流總長度895公里。主要河流有九龍江、漳江、鹿溪、東西溪等。目前，漳州市洪水預警報系統(tǒng)一期建設己完成，二期規(guī)劃也正在進行中?，F有113個測站、17個中繼站、31個中心站及市縣兩級現代化防汛指揮中心12個。市級己建設現代化防汛指揮中心、視頻會議系統(tǒng)、洪水預警報系統(tǒng)、防汛指揮決策系統(tǒng)以及在建的九龍江流域洪水實時預報調度系統(tǒng)，內建局域網，接入Internet網。2雷擊原因分析根據國標《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057-94規(guī)定，建筑物的防雷區(qū)劃分為LPZOA，LPZOB，LPZ1，LPZn+1等區(qū)。目前洪水預警報系統(tǒng)的測站和中繼站位于LPZOA分區(qū)；中心站各設備分屬LPZOA、LPZOB、LPZ1分區(qū)。從2004年度的設備損壞程度和了解當地工作人員的情況分析，損壞的直接原因是直擊雷和感應雷。而系統(tǒng)受雷擊可能是由于防雷裝置的設計施工不夠規(guī)范、過于簡陋等原因導致，以及將電子設備等同于一般電氣設備的防雷設計，這是極不應該的。由于電子信息系統(tǒng)屬于微電子技術范疇，其對電磁場是極其敏感的，而且網絡設備的集成電路芯片耐壓能力很弱，通常在100伏以下，防止雷電波從其它渠道入侵是不可缺少的。直擊雷LPZOA保護區(qū)的防雷設計已為電氣設計人員所熟知，主要由避雷網（帶）、避雷針或混合組成的接閃器，通過引下線進入接地體，將強大的雷電流引入大地。感應雷的保護區(qū)LPZOB，LPZ1，LPZn+1即不可能直接遭受雷擊區(qū)域，對于電力工作者卻是陌生的。但由于感應雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應或靜電感應而產生的，形成感應雷電壓的機率很高，對建筑物內設備，尤其低壓電子設備威脅巨大，所以在關注外部設備的直擊雷同時，也應對建筑物內電子設備的防雷保護給予重視，特別是防止感應雷的入侵。經分析，由感應雷產生的雷電過電壓過電流主要有三個途徑：（1）由供電電源線路入侵；（2）由建筑物內計算機通信等外來導體入侵；（3）地電位反擊電壓通過接地體入侵。因此必須建立多層次的計算機防雷系統(tǒng)，層層防護，確保洪水預警報系統(tǒng)的安全。隨著2004年6月1日《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》GB50343-2004標準的實施，電子設備的防雷設計有了強制性的標準。為此，作為監(jiān)測水雨情的重要洪水預警報系統(tǒng)，探討其防雷設計是有其迫切性。3防雷方案確定3.1建筑物防雷類別的確定雷擊大地的年平均密度計算：式中：──年平均雷暴日。如漳州為60.5（d／a），杜塘水庫為68（d／a）。建筑物等效面積計算：由于水利工程管理單位的建筑物高度一般小于100米。因此，計算公式為：式中：L、W、H──分別為建筑物的長、寬、高（m）。建筑物年預計雷擊次數計算：式中：建筑物預計雷擊次數（次／a）；宋校正系數。因原測站主要分布康點有曠野和河額邊，夠k其分別取值計算耗。曠野屠取顯2硬，河邊及特別軍潮濕地鋼取質1.演5囑；飾挎伙三建筑物所貍處地區(qū)雷擊大燕地的年平均密鑰度［次／棟（忠km衰2盜·纏a惡）］；析些呀叫枝坦董與建筑物截收園相同雷擊次數臂的等效面積券（論km玻2稱）。頃太鐘深例如：以云霄懂杜塘水庫為例豎計算多雷區(qū)、徑高雷區(qū)、強雷攜區(qū)的曠野與河鴿邊的各參數值蛋，并根據標培準址GB5005父7-9購4故和汪YD500注3競可查出直擊雷用防護類別如下傾表：免等級后多雷區(qū)謙40該2.90訓0.0171喝0.0744找三類溜0.0992體三類方高雷區(qū)瓶60舟4.92氣0.0171算0.1262渣三類椅0.1693索三類敬強雷區(qū)沙68兇5.79吸0.0171宋0.1485耽三類爛0.1980標三類栗考慮到預警報肯系統(tǒng)的各測站雞雖屬一般性建感筑，但由于洪夸水預警報系統(tǒng)繡的通信設備大奏量使用微電子寇電路，其抗過育壓能力很低，轟且平從崖200笨4抖年度記錄可知撥杜塘水庫的雷飼擊四次分析，割大大超過理論元計算的最大悶值拜0.198臘0足，同時洪水預醒警報系統(tǒng)就是筋要求在這種雷看電暴雨的惡劣辯環(huán)境中運行可坡靠。為此，建死議重要站點及芒中心站應采取塵防雷建筑物二申類設計。昨3.我2下建筑物電子信搶息系統(tǒng)防護等曬級確定眉雷電防護等級膝劃分有雷擊風忍險評估和系統(tǒng)號重要性、使用很性確定雷電防潮護等級。遞按建筑物年預匙計雷擊次佩數淹N康1刪和建筑物入戶拔設施年預計雷擱擊次美數資N占2宮確焰定撓N谷（榆次潛/右年）值：鈔當紙N樹＜懼N捏C敗時，其中貧：集N涉C莊＝書5.8×10傷－躁1.5疼/綱C繭（爪次喪/厚年）終（幅C烈為各類因子，毫計算方法音見館GB5034滾3-200蠻4示附崖件桿A勢），可不安裝附雷電防護裝置麗；會當遙N織＞島N養(yǎng)C深時，應安裝雷沿電防護裝置，邁按防護裝置攔腔截效率孤，確定其雷電凱防護等級博（冷A免、聲B悔、射C盆、般D謙級）。境言按電子信息系改統(tǒng)的重要性和恨使用性質確定怕雷電防護分級洋：磚根堵據廉GB5034蓮3-200團4時表東4.3.肌1嗚規(guī)定選擇雷電執(zhí)防護等級。一腔般洪水預警報雖系統(tǒng)的測站、油中繼站趟選躍D開級。因該系統(tǒng)濕要求在惡劣環(huán)逢境中運行可靠困，建議重要中既心站選委用盲C轎級。予3.懶3苦方案確定肝根據上述計算自與分析，洪水誕預警報系統(tǒng)測繡站、中繼站、晶中心站的防雷街設計可按以下神類別與等級防筋護設計。根租據拿GB5005步7-9笛4恨與堤GB5034牛3-200鍛4叉規(guī)定并結合實余際情況，建議討選定防護設計肅方案如下：濫站點姨類別請等級佛分區(qū)棚設計方案荷測站、中繼站箭三類造D琴級阻LPZ0A增避雷針、引下勿線、外屏蔽、練接地裝置、共嫁用接地系統(tǒng)直中心站扇二類矛C比級傅LPZ0A莊LPZ0B您LPZ1飽避雷針、引下壯線、外屏蔽、雨接地裝置、共多用接地系統(tǒng)、略屏蔽（隔離）翼、等電位連接帳、合理布線、醋浪涌保護脖同時，本文防撫雷系統(tǒng)考慮采江用內部、外部匪相結合的防雷片措施為設計基熔礎，按蔑照習GB5034副3-200竹4診規(guī)定構筑綜合構防雷系統(tǒng)圖（敗如豆圖興1脊）。銅圖和1

井基綜合防雷系統(tǒng)逮圖油4灶外部防雷設計姐4.面1襖接閃器的設計凡：嗽考慮到測站、漂中繼站、中心姻站的實際情況輸以及假設中心歇站的機房屋面御己無需保護其把它設備，屋面棋接閃器己采用虜避雷帶與建筑壘物混凝土內的量鋼筋相連構成廢暗裝避雷網。燥若天線安裝在什鐵塔上或屋面斥仍未受保護，杯可加裝避雷針脆保護，如反圖核2陳所示，設接閃喘器的滾球半徑姿為術R辭、天線頂端距愛地高度排為灘h睛米，距避雷針杏的距離孟為鏟d后米。則避雷針僅高工H犯（米）計算為緒：暈搞圖跳2廉摘避雷針示意圖才避雷針宜采用繳圓鋼或焊接鋼湯管制成，針醫(yī)長昂1碎m守以下采用圓嶄鋼沸φ愈12m眠m存或鋼抬管隆φ智20m田m料?；膮栣榿G長侍1粉～亡2尺m誰采用圓役鋼蜓φ詢16m稻m躍或鋼錢管替φ站25m鐘m店。避雷網和避小雷帶宜采用圓塌鋼塘或扁鋼，優(yōu)先雕采用圓鋼，防綿腐處理。多4.栗2遭引下線的設計驅：雀引下線宜優(yōu)律先采用圓鋼或困扁鋼濫，并經最短路賴徑接地，多根肝引下線時宜裝沈設斷接卡，并世采取防腐措施胡和保護設施蒸。跡搜4.運3類接地網的設計萌：似按照水平網狀膽方式布置的地伍網，其接地電癥阻計算公式為陰：盜酬式中仁：著ρ具為土壤電阻護率樸,狀S峽為地網中面積醫(yī)，玉L旁為接地體總長車度包含垂直接齡地體組，靜d端接地體直徑蘇，員h訴為接地體埋深悠。仿按照水平網狀臂加垂直接地體湖的混合方式布壯置的地網，其鑰接地電阻計算壽公式為：棕單獨接地體的房沖擊接地電阻太：泳單獨接地體的帆工頻沖擊接地釣電阻查單獨接地體的屆沖擊系數夸水平加塊根垂直接地體秤的沖擊接地電坑阻：耍每根垂直接地政體的沖擊接地圓電雹阻攀(寒Ω所)蕉水平接地體的屬沖擊接地電退阻叮(串Ω馳)旅接地體的沖擊幼利用系數磨垂直接地體宜稀采用角鋼翅、鋼管騎或圓鋼牢；水平接地體狠宜采用扁鋼執(zhí)或圓鋼阿；接地線應與嗎水平接地體的都截面相同。垂夫直接地體的長芹度宜敲為擱2.5舌m蠻，垂直接地體膚間距及水平接還地體間距蘇為侮5媽m辱，埋設深度昌為壯0.8遞m仇。在高土壤電艇阻率地區(qū)，應仙采取措施降低甘防直擊雷接地以裝置的接地電鍵阻，連接采用蓄焊接，并在焊妙接處作防腐處校理。接地裝置柏工頻接地電阻秋的計算應符合雁國標《工業(yè)與停民用電力裝置狀的接地設計規(guī)挽范鉗》勒GBJ65-倒8柳3廟規(guī)定。測站、犁中繼站的設備滴應有良好的接各地，建議接地駕電阻取早用疾4逆Ω擇，高土壤電阻息率地區(qū)可放寬宣至幫<1陳0質Ω罵。但中心站應振采用專用接地四裝置時，其接貓地電阻不得大翻于趨4比Ω襯。采用綜合接蜜地網時，根據霧國撐標桐GB503薯43-200天4塔強制性條綁文扣5.2.獸5藝規(guī)定取用最小宵值，在此建議姥接地電阻一般再不大敵于纏1循Ω勸。優(yōu)先利用自痛然接地體，接蔽地電阻達不到狀要求時增加人呀工接地體，在故建筑物四周散炎水坡外大北于婚1淹m幣處埋設成環(huán)形存接地體，并可夠作為總等電位練連接帶使用。恥4.粉4點外部設備屏揀蔽踢:區(qū)為減少電磁干閃擾的感應效應拋，結合發(fā)射與示接收裝置的實煎際情況，外部尚設備屏蔽措施述采取金屬外殼軋屏蔽。氣5歐內部防雷設必計鉤:遙內部防雷設計慘主要是電磁脈紗沖的防潮護搭,誓即在建筑物遭純受直擊雷或附愧近遭雷擊的情舊況下，防止線流路和設備產生培過電流和過電枕壓即電涌篇。柜呀5.秤1祖電源線路的防索雷設計臣考慮電源線路蜜應改用電纜進撒出，由于供電坦是右T稻N砍交流配電系統(tǒng)修，接地方式采尖用霉T槽N悲—慌S日。蔑同時配電線路倡設備的耐沖擊余過電壓、浪涌閣保護器安裝位壇置及漳州市洪炸水預警報系統(tǒng)擠的電源設備分桃類均按照規(guī)定貌設計（如吳圖誠3怠、皺圖爭4嚇）。反在佳LPZ0縱A祥或構LPZ0狼B步與局LPZ災1眨交界處應安裝翁通孤過財I后級分類試驗的尸浪涌保護器或傅限壓型浪涌保寺護器作為第一是級保護；賠從伙LPZ岡1話區(qū)起各分區(qū)交牌界處安裝限壓慘型浪涌保護器鋒。連接線要求烈平直、簡短并維在規(guī)定允許值決范圍內。睜圖蔑3創(chuàng)糟耐沖擊電壓類腹別及浪涌保護憑器安裝位置掙（撓TN_至S利）銳5.框2四浪涌保護器選捐擇：賴電源線路浪涌管保護豬器醬SPD業(yè)1揪、肥SPD安2胡、穗SPD譯3外…炭…陷的型號選擇，圈可按照設備保烘護分級、防雷粱分區(qū)、安裝位衫置級別，根據鳴浪涌保護器的跪各參數值皇查慮GB5034拌3-200掉4廳表橫房2煤選定。絡圖碎4迫漳州市洪水預生警報系統(tǒng)的電蠟源設備分類圖圾5.穿3盞天饋線路的防蘿雷與接地四如上所述架空知天線己采取避慣雷針保護，置鴉于直擊雷防護笨區(qū)釋(LPZ0B蹤)肢內。為此，天閉饋線路浪涌保形護器可根據被夠保護設備的各步特性參數值蛛查節(jié)GB5034知3-200有4弟表壓畏1匆、界表沖喝2壩選綱擇。由于受避伍雷針保護，其別雷電波主要是塑感應雷電流，丑幅值一般低右于駐K塔A立，而高頻電纜響不能裝過多的適浪涌保護器增制加損耗，因此燭，設計在接收骨與發(fā)射裝置的該射頻出、入端風口處安裝浪涌蘿保護器即可。執(zhí)多副天線的天春饋傳輸系統(tǒng)，裳每副天線安裝使適配的天饋浪岡涌保護器。接鋤地端采用截面詠積不小再于早6mm囑2事的多股絕緣銅險導線連接擦到雁LPZ0恭A痕或育LPZ0瞞B而與鄙LPZ益l脈交界處的等電倚位接地端子板朽上；另饋線從包天線上下來應飯每賊隔練5修米，將饋線屏畝蔽層與鐵塔進吳行電氣連接，哄以防止側擊，太在入口處與其葉屏蔽層、機房近內匯流排連接逮，同軸電纜的活上部、下部及筆進機房入口前位應將金屬屏蔽窮層就近接地。靜5.廈4鍵信號線路的防努雷與接地據進出建筑物的菠信號線纜，選辭用有金屬屏蔽約層的電纜．并球埋地敷設．如補電話網、有線憐電視網、計算警機網絡也必須掀根據國悼標鄉(xiāng)GB503徐43-200袖4垂第束5.4.返4妹、郵5.4.嶺5粒、蜘5.4.生9捏條規(guī)定做好防餅雷與接地保護則。篇在厭LPZ0分A鄭或扭LPZ0勒B抄與創(chuàng)LPZ付l紹交界處電纜金面屬屏蔽層做等謝電位連接并接拴地。系統(tǒng)的信線號線纜內芯線賽相應端口安裝陵適配的信號線腿路浪涌保護器報，浪涌保護器牛的接地端及電想纜內芯的空線推對應接地。浪錄涌保護器應根露據各特性參數獎值她查沒GB5034撿3-200殊4料表但寺1乒、領表煩議2求選擇。光纖接叨入在入口處做簽好接地保護。舅5.征5畏外來導體處理爺：衛(wèi)所有水管和電闖纜金屬穿管要熱求埋地進入機腐房，水管和電額纜鎧裝外皮和死保護金屬管在殃進入機房時接頃地，電纜選用灑鎧裝電纜或穿要金屬管埋地進雷入機房電纜相臨線和中線通過喝浪涌保護器接末地。正5.蘆6恐屏蔽與布線霞要求洪水預警佛系統(tǒng)設備機房密的屏蔽符合國鄭標置GB5034逢3-200撤4間第愧5.2.餓5泊條規(guī)定，線纜宣屏蔽應符合賽第盡5.2.說6弦條規(guī)定。禽線纜敷設按破第調5.3.壩3族條規(guī)定，合理逗布置線纜主干笛線的金屬線槽桃，并根莊據匹GB5034溉3-200飾4美表播羊1膜和深表倍砍2忍的規(guī)定，合理忙布置線纜與引段下線、保護地偶線、給水管等咱其他管線的間扎距以及線纜與神電力電纜、變閑電室、配電箱陷等設備的間距他。同時施工時紀，要求注意系俘統(tǒng)信號線纜的越路由走向，減殃小線纜自身形帖成的感應環(huán)路呢面積。孝5.盞7厚等電位連接與司共用接地系統(tǒng)流設計爛為改進電磁環(huán)憂境，機房考慮容等電位連接與顯總匯流排做好逆金屬連接，并火與防雷裝置相于連。機房設等孫電位連接網絡活，等電位連接陪網絡的結構形芝式采答用剩S鵝型檢和囑M胞型兩種結構形區(qū)式組合，各設豎備以最短的距饅離與等電位網布相連接慨。學LPZ0幅A松或巾LPZ0棒B寶與拉LPZ頸1確交界處應設置式總等電位接地剛端子板，每層受樓設置樓層等瓣電位接地端子涌板，設備機房施設置等電位接標地端子板。咬共用接地裝置暈與總等電位接搏地端子，通過施接地干線引至匪樓層等電位接堆地端子板，由疲此引至設備機絨房的局部等電圍位接地板。接末地干線要求采納用多股銅芯導揚線或銅帶，其畢截面積不應小賴于雖16mm臉2怪。接地干線在機電氣豎井內明卻敷，并應與樓皮層主鋼筋作等覆電位連接。不構同樓層的綜合都布線系統(tǒng)設備汗間或不同雷電篇防護區(qū)的配線艷交接間設置局撤部等電位接地講端子板。樓層匆配線柜的接地測線采用絕緣銅水導線，截面積堡不應小油于雄16mm蘋2戒。優(yōu)先選擇自蹤來水管等自然旨構件和配電的兔保護接地系統(tǒng)饞等與防雷裝置魚組成一個共用誓接地系統(tǒng)，并掠預埋等電位連個接板。泛6醒結束語：勝防雷保護設計冶是一項復雜的燭工程設計，想皆做到萬無一失獵是很難的。但勞只要大家在實嬸際工作中多注低意、多查找防鴨雷相關資料，系嚴格按照國家弊規(guī)范善為謀劃頃、精心設計，幫并做