奚立信，胡敬喜，陳 進(jìn)，王 鵬，陳 裕

（1.含山縣氣象局，安徽 馬鞍山 238100；2.馬鞍山市氣象局，安徽 馬鞍山 243000）

當(dāng)涂國家氣象觀測(cè)站建在孤立山頂，海拔高度60 m，如圖 1 所示，位于北緯 31°33′07″（N）、東經(jīng) 118°33′57″（E），2013-12竣工并投入試運(yùn)行。該觀測(cè)站原有一些防雷設(shè)施，但不夠完善，2014-06—07間觀測(cè)站發(fā)生2起雷擊事故，造成部分氣象數(shù)據(jù)缺測(cè)，嚴(yán)重影響觀測(cè)站的正常運(yùn)行。通過調(diào)查雷災(zāi)事故發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、損害特點(diǎn)、損害程度及地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等[1]，結(jié)合當(dāng)涂國家氣象觀測(cè)站的特點(diǎn)，提出了防雷整改方案，并施工，形成了較完備的防雷系統(tǒng)，通過3年多的運(yùn)行，觀測(cè)站未再發(fā)生雷擊安全事故。

圖1 氣象觀測(cè)站、場(chǎng)地形圖

1 雷擊事故調(diào)查分析

在發(fā)生的這2起雷擊事故中，直擊雷分別擊在觀測(cè)場(chǎng)的風(fēng)向風(fēng)速計(jì)接閃桿和觀測(cè)站房頂接閃帶上，由于雷電的高壓反擊和電磁感應(yīng)過電壓，使觀測(cè)場(chǎng)能見度儀和觀測(cè)站照明、電器設(shè)備遭到破壞。

2 防雷裝置設(shè)計(jì)與施工

2.1 防雷類別的劃分

觀測(cè)站所在地的年平均雷暴日為31.4 d/a，根據(jù)《地面氣象觀測(cè)場(chǎng)（室）防雷技術(shù)規(guī)范》GB/T 31162—2014的規(guī)定，應(yīng)劃為一級(jí)防雷氣象臺(tái)（站），對(duì)應(yīng)（GB 50057—2010）規(guī)范，確定為第二類防雷建筑物。

2.2 觀測(cè)場(chǎng)防直擊雷設(shè)計(jì)與施工

2.2.1 觀測(cè)場(chǎng)雷擊風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)，以最高為10 m的風(fēng)向風(fēng)速計(jì)，在桿上加裝有2 m高的接閃桿，取h＝12 m，人體高度取hx＝2 m，其保護(hù)范圍rx=2＝17.3 m，對(duì)于25 m×35 m的觀測(cè)場(chǎng)，觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的人員和設(shè)備存在被直擊雷擊的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 觀測(cè)場(chǎng)防直擊雷裝置圖

2.2.2 防直擊雷裝置設(shè)計(jì)與施工

在觀測(cè)場(chǎng)圍欄外四角設(shè)置4根獨(dú)立接閃桿，并用接閃線兩兩相聯(lián)[1]進(jìn)行組合防御，如圖2所示。考慮到接閃器與風(fēng)向風(fēng)速計(jì)之間在空氣中的安全間隔距離應(yīng)大于等于3 m，接閃線弧垂1.6 m，按圖集03D501施工，接閃線的高度定為20 m。接閃器采用長2.7 m的YLBZ-120高效避雷針，確定接閃桿總高度為22.7 m。接閃線、斜拉線均采用ф12 mm304不銹鋼鋼絞線，引下線利用不銹鋼接閃桿。由于山體土壤由礫巖構(gòu)成，電阻率很高，采用打入接地極的方法難以實(shí)現(xiàn)[2]，因此，所有接地裝置中的水平接地極采用40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼，埋深1 m；垂直接地極材料采用50 mm×50 mm×5 mm×2 500 mm熱鍍鋅角鋼，用鉆孔灌裝接地降阻劑[3]技術(shù)，孔深6 m，孔徑80 mm，孔間距5 m。

2.3 觀測(cè)場(chǎng)均壓環(huán)的設(shè)計(jì)與施工

2.3.1 施工原因及方法

由于氣象觀測(cè)站所處山體獨(dú)立，四周平坦開闊，土壤電阻率很高，觀測(cè)場(chǎng)空曠、孤立，極易引起直擊雷擊[4]，因此設(shè)計(jì)內(nèi)、外地網(wǎng)[5]相互獨(dú)立的防雷接地裝置，以滿足氣象設(shè)備防直擊雷、防雷電高電壓反擊的要求。在水平接地極上敷設(shè)厚度為15 cm的降阻劑，在垂直接地極的深坑內(nèi)灌入降阻劑，將接地極緊密包裹住，覆土后夯實(shí)。

2.3.2 外地網(wǎng)接地裝置

在觀測(cè)場(chǎng)地四周，距離內(nèi)網(wǎng)5 m處，設(shè)置1個(gè)外環(huán)，同時(shí)，在4根接閃桿部位外引接地，向外設(shè)置4條輻射狀接地極，每條長度30 m；垂直接地極共計(jì)56個(gè)，主要承擔(dān)接閃桿、接閃線直擊雷能量的泄放。實(shí)測(cè)接地電阻值為1.0 Ω，達(dá)到相關(guān)規(guī)范的技術(shù)要求。

2.3.3 內(nèi)地網(wǎng)接地裝置

在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)設(shè)置成5 m×5 m的等電位連接網(wǎng)格，主要保證氣象設(shè)備具有基準(zhǔn)電位。實(shí)測(cè)接地電阻值為0.9 Ω，滿足相關(guān)規(guī)范的技術(shù)要求。

2.3.4 內(nèi)、外接地網(wǎng)絕緣技術(shù)

內(nèi)地網(wǎng)等電位連接帶通過外地網(wǎng)時(shí)，穿越6 m長、兩頭封閉的絕緣護(hù)管，護(hù)管內(nèi)填充絕緣材料，防止內(nèi)、外地網(wǎng)互相干擾，如圖3所示。觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)地網(wǎng)與業(yè)務(wù)樓用2條等電位連接帶連接，主要用于泄放強(qiáng)弱電橋架雷電感應(yīng)電流。

圖3 觀測(cè)場(chǎng)外網(wǎng)（虛）、內(nèi)網(wǎng)均壓環(huán)圖

2.4 觀測(cè)站房的直擊雷防護(hù)

接閃帶采用Φ10 mm的熱鍍鋅圓鋼沿屋脊和女兒墻敷設(shè)，并在拐角處設(shè)置0.5 m高的接閃短針，引下線利用全部的柱主筋作引下線，接地極設(shè)置環(huán)形接地裝置[6]，分別在4個(gè)方向設(shè)置每條30 m長的放射狀接地極，如圖4所示，并與配電接地、觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)地網(wǎng)、站房內(nèi)等電位連接帶等形成共用接地系統(tǒng)。經(jīng)檢測(cè)共用接地電阻為0.9 Ω。

圖4 觀測(cè)站房的直擊雷防護(hù)

2.5 屏蔽技術(shù)

為了防止強(qiáng)弱電相互干擾，將強(qiáng)弱電橋架分開安裝。在雙線路橋架內(nèi)，為了防止進(jìn)出線路與UPS線路相互干擾，同一種橋架加裝了隔離層。

觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)橋架、觀測(cè)場(chǎng)與工作室之間橋架采用的是熱鍍鋅分隔層橋架，其規(guī)格是10 mm×12 mm×1.2 mm。

橋架內(nèi)設(shè)置水平接地極和垂直接地極，主要保證氣象設(shè)備具有基準(zhǔn)電位，如圖5所示。

圖5 觀測(cè)場(chǎng)橋架、接地施工安裝圖

2.6 均壓環(huán)

在一樓3.0 m×5.4 m配電房和二樓10.2 m×5.4 m業(yè)務(wù)室，采用M形等電位連接[7]排和橋架工程，并將二樓和一樓進(jìn)行等電位連接。此時(shí)，強(qiáng)弱電橋架分開，強(qiáng)電和弱電進(jìn)出分開，圖略。

2.7 防浪涌保護(hù)

供電采用TN-S系統(tǒng)，在觀測(cè)站室外配電柜裝設(shè)Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，其沖擊電流值大于25 kA（10/350 us）；在一樓機(jī)房配電柜裝設(shè)Ⅱ級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，其沖擊電流值大于60 kA（8/20 us）；在設(shè)備前端配電箱（二樓機(jī)房）裝設(shè)Ⅲ級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，其沖擊電流值大于40 kA（8/20 us）。SPD接地以最短距離接至等電位連接帶。

弱電線路是采用金屬線引入的，在進(jìn)線箱安裝B2類慢上升率試驗(yàn)類型的電涌保護(hù)器；屏蔽電纜的屏蔽層在雷電防護(hù)區(qū)交界處做等電位連接并接地；采用光纜時(shí)，所有金屬接頭、金屬護(hù)層、金屬擋潮層、金屬加強(qiáng)芯等在進(jìn)入建筑物處直接接地，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)線路上侵入的感應(yīng)雷[8]和雷電波進(jìn)行防護(hù)[9]。

3 結(jié)束語

由于當(dāng)涂國家氣象觀測(cè)站獨(dú)特的地形地貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，防雷工程技術(shù)復(fù)雜，施工難度比較大。觀測(cè)場(chǎng)采取接閃桿、接閃線組合防護(hù)直擊雷；站房直擊雷防護(hù)采取接閃帶加短針方法；觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)地網(wǎng)、外地網(wǎng)嚴(yán)格分離；利用延長接地極、鉆孔灌裝接地降阻劑技術(shù)降低接地電阻值，并有針對(duì)性地設(shè)計(jì)室內(nèi)與室外、強(qiáng)電與弱電等雷電防護(hù)方案，結(jié)合施工質(zhì)量安全管控，以有效降低雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。由于防雷系統(tǒng)較全面，后期維護(hù)簡單，因此適合山地氣象觀測(cè)站防雷工程設(shè)計(jì)安裝時(shí)參考。