洪水預(yù)警系統(tǒng)防雷，水利防雷工程，變電站防雷設(shè)計(jì)方案

本文主要針對(duì)近年來(lái)洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)頻繁遭受雷擊而提出，從查找問(wèn)題、分析原因入手，以理論計(jì)算為依據(jù)，參照電子信息系統(tǒng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防雷方案探討，目的是引起有識(shí)之士共同關(guān)注洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)的雷擊安全。
關(guān)鍵詞：洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng) 直擊雷 感應(yīng)雷 防雷保護(hù) 防雷接地 防雷工程
前 言：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們防洪意識(shí)不斷增強(qiáng)，洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)要求己越來(lái)越高，系統(tǒng)可靠性、安全性也成為防汛部門(mén)日常工作重點(diǎn)。隨著系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其內(nèi)部各種電子設(shè)備使用日趨增多，尤其是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)普及，各種信息化電子設(shè)備被廣泛采用。但是，系統(tǒng)遭受雷擊造成設(shè)備損壞、數(shù)據(jù)中斷也逐步成為預(yù)警報(bào)系統(tǒng)維護(hù)的棘手問(wèn)題。為此，本文就從洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)情況入手，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94、《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343-2004等規(guī)定進(jìn)行該系統(tǒng)防雷分析設(shè)計(jì)。

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)達(dá)。境內(nèi)僅100平方公里河流11條，流域面積約19336平方公里，干流總長(zhǎng)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(yù)警報(bào)系統(tǒng)一期建設(shè)己完成，二期規(guī)劃也正在進(jìn)行中。現(xiàn)有113個(gè)測(cè)站、17個(gè)中繼站、31個(gè)中心站及市縣兩級(jí)現(xiàn)代化防汛指揮中心12個(gè)。市級(jí)己建設(shè)現(xiàn)代化防汛指揮中心、視頻會(huì)議系統(tǒng)、洪水預(yù)警報(bào)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(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)，內(nèi)建局域網(wǎng)，接入Internet網(wǎng)。
2雷擊原因分析
根據(jù)國(guó)標(biāo)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94規(guī)定，建筑物的防雷區(qū)劃分為L(zhǎng)PZOA，LPZOB，LPZ1，LPZn+1等區(qū)。目前洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)的測(cè)站和中繼站位于LPZOA分區(qū)；中心站各設(shè)備分屬LPZOA、LPZOB、LPZ1分區(qū)。從2004年度的設(shè)備損壞程度和了解當(dāng)?shù)毓ぷ魅藛T的情況分析，損壞的直接原因是直擊雷和感應(yīng)雷。而系統(tǒng)受雷擊可能是由于防雷裝置的設(shè)計(jì)施工不夠規(guī)范、過(guò)于簡(jiǎn)陋等原因?qū)е拢约皩㈦娮釉O(shè)備等同于一般電氣設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)，這是極不應(yīng)該的。由于電子信息系統(tǒng)屬于微電子技術(shù)范疇，其對(duì)電磁場(chǎng)是極其敏感的，而且網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(hù)區(qū)的防雷設(shè)計(jì)已為電氣設(shè)計(jì)人員所熟知，主要由避雷網(wǎng)、避雷針或混合組成的接閃器，通過(guò)引下線進(jìn)入接地體，將強(qiáng)大的雷電流引入大地。感應(yīng)雷的保護(hù)區(qū)LPZOB，LPZ1，LPZn+1即不可能直接遭受雷擊區(qū)域，對(duì)于電力工作者卻是陌生的。但由于感應(yīng)雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應(yīng)或靜電感應(yīng)而產(chǎn)生的，形成感應(yīng)雷電壓的機(jī)率很高，對(duì)建筑物內(nèi)設(shè)備，尤其低壓電子設(shè)備威脅巨大，所以在關(guān)注外部設(shè)備的直擊雷同時(shí)，也應(yīng)對(duì)建筑物內(nèi)電子設(shè)備的防雷保護(hù)給予重視，特別是防止感應(yīng)雷的入侵。
經(jīng)分析，由感應(yīng)雷產(chǎn)生的雷電過(guò)電壓過(guò)電流主要有三個(gè)途徑：由供電電源線路入侵；由建筑物內(nèi)計(jì)算機(jī)通信等外來(lái)導(dǎo)體入侵；地電位反擊電壓通過(guò)接地體入侵。因此必須建立多層次的計(jì)算機(jī)防雷系統(tǒng)，層層防護(hù)，確保洪水預(yù)警報(bào)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(shù)規(guī)范》GB50343-2004標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，電子設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)有了強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)。為此，作為監(jiān)測(cè)水雨情的重要洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)，探討其防雷設(shè)計(jì)是有其迫切性。
3防雷方案確定
建筑物防雷類(lèi)別的確定
雷擊大地的年平均密度計(jì)算：式中：──年平均雷暴日。如漳州為，杜塘水庫(kù)為68。
建筑物等效面積計(jì)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(jì)算公式為
式中：L、W、H──分別為建筑物的長(zhǎng)、寬、高。
建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算：

式中：建筑物預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)；
校正系數(shù)。因測(cè)站主要分布點(diǎn)有曠野和河邊，k分別取值計(jì)算。曠野取2，河邊及特別潮濕地??；
建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度［次／］；
與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積。
例如：以云霄杜塘水庫(kù)為例計(jì)算多雷區(qū)、高雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)的曠野與河邊的各參數(shù)值，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB50057-94和YD5003可查出直擊雷防護(hù)類(lèi)別如下表
等級(jí)多雷區(qū)40三類(lèi)
三類(lèi)高雷區(qū)60三類(lèi)
三類(lèi)強(qiáng)雷區(qū)68三類(lèi)
考慮到預(yù)警報(bào)系統(tǒng)的各測(cè)站雖屬一般性建筑，但由于洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)的通信設(shè)備大量使用微電子電路，其抗過(guò)壓能力很低，且從2004年度記錄可知杜塘水庫(kù)的雷擊四次分析，大大超過(guò)理論計(jì)算的最大值，同時(shí)洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)就是要求在這種雷電暴雨的惡劣環(huán)境中運(yùn)行可靠。為此，建議重要站點(diǎn)及中心站應(yīng)采取防雷建筑物二類(lèi)設(shè)計(jì)。
建筑物電子信息系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)確定
雷電防護(hù)等級(jí)劃分有雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和系統(tǒng)重要性、使用性確定雷電防護(hù)等級(jí)。
按建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N1和建筑物入戶設(shè)施年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N2確定N值：
當(dāng)N＜NC時(shí)，其中：NC＝×10－/C，可不安裝雷電防護(hù)裝置；當(dāng)N＞NC時(shí)，應(yīng)安裝雷電防護(hù)裝置，按防護(hù)裝置攔截效率，確定其雷電防護(hù)等級(jí)。
按電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性質(zhì)確定雷電防護(hù)分級(jí)：
根據(jù)GB50343-2004表規(guī)定選擇雷電防護(hù)等級(jí)。一般洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)的測(cè)站、中繼站選D級(jí)。因該系統(tǒng)要求在惡劣環(huán)境中運(yùn)行可靠，建議重要中心站選用C級(jí)。
方案確定
根據(jù)上述計(jì)算與分析，洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)測(cè)站、中繼站、中心站的防雷設(shè)計(jì)可按以下類(lèi)別與等級(jí)防護(hù)設(shè)計(jì)。根據(jù)GB50057-94與GB50343-2004規(guī)定并結(jié)合實(shí)際情況，建議選定防護(hù)設(shè)計(jì)方案站點(diǎn)類(lèi)別等級(jí)分區(qū)設(shè)計(jì)方案測(cè)站、中繼站三類(lèi)D級(jí)LPZ0A
避雷針、引下線、外屏蔽、接地裝置、共用接地系統(tǒng)中心站二類(lèi)C級(jí)LPZ0A LPZ0BLPZ1
避雷針、引下線、外屏蔽、接地裝置、共用接地系統(tǒng)、屏蔽、等電位連接、合理布線、浪涌保護(hù)
同時(shí)，本文防雷系統(tǒng)考慮采用內(nèi)部、外部相結(jié)合的防雷措施為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，按照GB50343-2004規(guī)定構(gòu)筑綜合防雷系統(tǒng)圖。

4外部防雷設(shè)計(jì)
接閃器的設(shè)計(jì)：
考慮到測(cè)站、中繼站、中心站的實(shí)際情況以及假設(shè)中心站的機(jī)房屋面己無(wú)需保護(hù)其它設(shè)備，屋面接閃器己采用避雷帶與建筑物混凝土內(nèi)的鋼筋相連構(gòu)成暗裝避雷網(wǎng)。若天線安裝在鐵塔上或屋面仍未受保護(hù)，可加裝避雷針保護(hù)，如圖2所示，設(shè)接閃器的滾球半徑為R、天線頂端距地高度為h米，距避雷針的距離為d米。避雷針宜采用圓鋼或焊接鋼管制成，針長(zhǎng)1m以下采用圓鋼φ12mm或鋼管φ20mm。 針長(zhǎng)1～2m采用圓鋼φ16mm或鋼管φ25mm。避雷網(wǎng)和避雷帶宜采用圓鋼或扁鋼，優(yōu)先采用圓鋼，防腐處理。
引下線的設(shè)計(jì)：
引下線宜優(yōu)先采用圓鋼或扁鋼，并經(jīng)最短路徑接地，多根引下線時(shí)宜裝設(shè)斷接卡，并采取防腐措施和保護(hù)設(shè)施。
接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)：
按照水平網(wǎng)狀方式布置的地網(wǎng)，其接地電阻計(jì)算公式為：
式中：ρ為土壤電阻率,S為地網(wǎng)中面積，L為接地體總長(zhǎng)度包含垂直接地體，d接地體直徑，h為接地體埋深。
接地體的沖擊利用系數(shù)
垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或圓鋼；水平接地體宜采用扁鋼或圓鋼；接地線應(yīng)與水平接地體的截面相同。垂直接地體的長(zhǎng)度宜為，垂直接地體間距及水平接地體間距為5m，埋設(shè)深度為。在高土壤電阻率地區(qū)，應(yīng)采取措施降低防直擊雷接地裝置的接地電阻，連接采用焊接，并在焊接處作防腐處理。接地裝置工頻接地電阻的計(jì)算應(yīng)符合國(guó)標(biāo)《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ65-83規(guī)定。測(cè)站、中繼站的設(shè)備應(yīng)有良好的接地，建議接地電阻取用4Ω，高土壤電阻率地區(qū)可放寬至 10Ω。但中心站應(yīng)采用專用接地裝置時(shí)，其接地電阻不得大于4Ω。采用綜合接地網(wǎng)時(shí)，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 50343-2004強(qiáng)制性條文規(guī)定取用最小值，在此建議接地電阻一般不大于1Ω。優(yōu)先利用自然接地體，接地電阻達(dá)不到要求時(shí)增加人工接地體，在建筑物四周散水坡外大于1m處埋設(shè)成環(huán)形接地體，并可作為總等電位連接帶使用。
外部設(shè)備屏蔽:
為減少電磁干擾的感應(yīng)效應(yīng)，結(jié)合發(fā)射與接收裝置的實(shí)際情況，外部設(shè)備屏蔽措施采取金屬外殼屏蔽。

5內(nèi)部防雷設(shè)計(jì):
內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)主要是電磁脈沖的防護(hù),即在建筑物遭受直擊雷或附近遭雷擊的情況下，防止線路和設(shè)備產(chǎn)生過(guò)電流和過(guò)電壓即電涌。
電源線路的防雷設(shè)計(jì)
考慮電源線路應(yīng)改用電纜進(jìn)出，由于供電是TN交流配電系統(tǒng)，接地方式采用TN—S。同時(shí)配電線路設(shè)備的耐沖擊過(guò)電壓、浪涌保護(hù)器安裝位置及漳州市洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)的電源設(shè)備分類(lèi)均按照規(guī)定設(shè)計(jì)。在LPZ0A或LPZ0B與LPZ1交界處應(yīng)安裝通過(guò)I級(jí)分類(lèi)試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器或限壓型浪涌保護(hù)器作為第一級(jí)保護(hù)；從LPZ1區(qū)起各分區(qū)交界處安裝限壓型浪涌保護(hù)器。連接線要求平直、簡(jiǎn)短并在規(guī)定允許值范圍內(nèi)。浪涌保護(hù)器（SPD）選擇：
電源線路浪涌保護(hù)器SPD1、SPD2、SPD3……的型號(hào)選擇，可按照設(shè)備保護(hù)分級(jí)、防雷分區(qū)、安裝位置級(jí)別，根據(jù)浪涌保護(hù)器的各參數(shù)值查GB50343-2004表選定。如上所述架空天線己采取避雷針保護(hù)，置于直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B)內(nèi)。為此，天饋線路浪涌保護(hù)器可根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的各特性參數(shù)值查GB50343-2004表、表選擇。由于受避雷針保護(hù)，其雷電波主要是感應(yīng)雷電流，幅值一般低于KA，而高頻電纜不能裝過(guò)多的浪涌保護(hù)器增加損耗，因此，設(shè)計(jì)在接收與發(fā)射裝置的射頻出、入端口處安裝浪涌保護(hù)器即可。多副天線的天饋傳輸系統(tǒng)，每副天線安裝適配的天饋浪涌保護(hù)器。接地端采用截面積不小于6mm2的多股絕緣銅導(dǎo)線連接到LPZ0A或LPZ0B與LPZl交界處的等電位接地端子板上；另饋線從天線上下來(lái)應(yīng)每隔5米，將饋線屏蔽層與鐵塔進(jìn)行電氣連接，以防止側(cè)擊，在入口處與其屏蔽層、機(jī)房?jī)?nèi)匯流排連接，同軸電纜的上部、下部及進(jìn)機(jī)房入口前應(yīng)將金屬屏蔽層就近接地。
信號(hào)線路的防雷與接地
進(jìn)出建筑物的信號(hào)線纜，選用有金屬屏蔽層的電纜．并埋地敷設(shè)．如電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也必須根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 50343-2004第一條規(guī)定做好防雷與接地保護(hù)。在LPZ0A或LPZ0B與LPZl交界處電纜金屬屏蔽層做等電位連接并接地。系統(tǒng)的信號(hào)線纜內(nèi)芯線相應(yīng)端口安裝適配的信號(hào)線路浪涌保護(hù)器，浪涌保護(hù)器的接地端及電纜內(nèi)芯的空線對(duì)應(yīng)接地。浪涌保護(hù)器應(yīng)根據(jù)各特性參數(shù)值查GB50343-2004表、表選擇。光纖接入在入口處做好接地保護(hù)。
外來(lái)導(dǎo)體處理：
所有水管和電纜金屬穿管要求埋地進(jìn)入機(jī)房，水管和電纜鎧裝外皮和保護(hù)金屬管在進(jìn)入機(jī)房時(shí)接地，電纜選用鎧裝電纜或穿金屬管埋地進(jìn)入機(jī)房電纜相線和中線通過(guò)浪涌保護(hù)器接地。
屏蔽與布線
要求洪水預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備機(jī)房的屏蔽符合國(guó)標(biāo)GB50343-2004第條規(guī)定，線纜屏蔽應(yīng)符合第條規(guī)定。
線纜敷設(shè)按第條規(guī)定，合理布置線纜主干線的金屬線槽，并根據(jù)GB50343-2004表和表的規(guī)定，合理布置線纜與引下線、保護(hù)地線、給水管等其他管線的間距以及線纜與電力電纜、變電室、配電箱等設(shè)備的間距。同時(shí)施工時(shí)，要求注意系統(tǒng)信號(hào)線纜的路由走向，減小線纜自身形成的感應(yīng)環(huán)路面積。
等電位連接與共用接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為改進(jìn)電磁環(huán)境，機(jī)房考慮等電位連接與總匯流排做好金屬連接，并與防雷裝置相連。機(jī)房設(shè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)，等電位連接網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式采用S型和M型兩種結(jié)構(gòu)形式組合，各設(shè)備以最短的距離與等電位網(wǎng)相連接。LPZ0A或LPZ0B與LPZ1交界處應(yīng)設(shè)置總等電位接地端子板，每層樓設(shè)置樓層等電位接地端子板，設(shè)備機(jī)房設(shè)置等電位接地端子板。
共用接地裝置與總等電位接地端子，通過(guò)接地干線引至樓層等電位接地端子板，由此引至設(shè)備機(jī)房的局部等電位接地板。接地干線要求采用多股銅芯導(dǎo)線或銅帶，其截面積不應(yīng)小于16mm2。接地干線在電氣豎井內(nèi)明敷，并應(yīng)與樓層主鋼筋作等電位連接。不同樓層的綜合布線系統(tǒng)設(shè)備間或不同雷電防護(hù)區(qū)的配線交接間設(shè)置局部等電位接地端子板。樓層配線柜的接地線采用絕緣銅導(dǎo)線，截面積不應(yīng)小于16mm2。優(yōu)先選擇自來(lái)水管等自然構(gòu)件和配電的保護(hù)接地系統(tǒng)等與防雷裝置組成一個(gè)共用接地系統(tǒng)，并預(yù)埋等電位連接板。

廣西：南寧、柳州、桂林、梧州、北海、防城港、欽州、貴港、玉林、百色、賀州、河池來(lái)賓，崇左

審核編輯黃昊宇