陳景榮,周嘉健,鄧健威,李文飛

(1.廣東天文防雷工程有限公司,廣州 510080;2.廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心,廣州 510080;3.廣東省氣候中心,廣州 510641)

0 引言

國家級地面氣象觀測場(簡稱“觀測場”)是國家級地面氣象觀測站的載體,作為氣象精密觀測的重要組成部分,是精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。確保雷雨季節(jié)觀測場觀測設(shè)備的防雷安全是基礎(chǔ)建設(shè)中的重要工作,除了使防雷設(shè)計(jì)和施工符合規(guī)范要求,每年汛期來臨前的防雷檢測也是十分重要的環(huán)節(jié)。但在實(shí)際情況中,即使防雷檢測合格,也會出現(xiàn)雷擊損壞設(shè)備的情況,這在一定程度上和防雷質(zhì)量有關(guān)[1-5]。文章介紹廣東省國家級地面氣象觀測場防雷的主要措施和經(jīng)驗(yàn),以及相應(yīng)的防雷裝置檢測方法。

1 觀測場及其設(shè)備介紹

觀測場布局為南北—東西走向,場內(nèi)面積25 m×25 m(無輻射傳感器)或25 m×35 m(有輻射傳感器)。觀測場內(nèi)部南北走向和東西走向均設(shè)置有電纜溝,其同時(shí)也作為觀測場內(nèi)的小路,并且其內(nèi)兩側(cè)分別設(shè)置有強(qiáng)電和弱電金屬線槽。各觀測設(shè)備按“北高南低”“東西成行,南北成列”的原則布設(shè),以廣東省國家級地面氣象觀測場為例,安裝的觀測設(shè)備布局如圖1所示。

圖1 廣東省國家級地面氣象觀測場觀測設(shè)備布局示意圖

觀測場的供電由值班機(jī)房UPS專供,通過電纜溝強(qiáng)電金屬線槽或套金屬管埋地敷設(shè)引入。配電箱放在主采集器機(jī)箱背面,與主采集器機(jī)箱構(gòu)成一個(gè)整體。各觀測設(shè)備(采集器#1、采集器#2、天氣現(xiàn)象儀、能見度儀1#、能見度儀2#、串口服務(wù)器、天氣現(xiàn)象視頻儀、云觀測儀、閃電定位儀、酸雨觀測儀、自動日照計(jì)等)配有獨(dú)立電源開關(guān)[6-7]。觀測數(shù)據(jù)經(jīng)串口服務(wù)器通過光纜傳輸,閃電定位儀直接通過光纜傳輸數(shù)據(jù),觀測場工作原理如圖2所示[8-9]。

圖2 廣東省國家級地面氣象觀測場工作原理圖

2 觀測場的雷電防護(hù)

2.1 直擊雷防護(hù)

廣東省國家級地面氣象觀測站的防雷類別為二類。從2012年開始,廣東省有關(guān)要求規(guī)定國家級地面氣象觀測場的防雷工作需在觀測場外安裝獨(dú)立接閃塔(桿)及獨(dú)立接地網(wǎng),觀測場內(nèi)所有觀測設(shè)備均處于直擊雷保護(hù)LPZ0B區(qū),要求直擊雷接地電阻≤10 Ω,直擊雷保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備接地系統(tǒng)地中距離>3 m,條件允許時(shí)>5 m,以防止接閃塔(桿)接閃時(shí),雷電流通過直擊雷地網(wǎng)泄放時(shí)形成的高電位通過土壤反擊至設(shè)備地網(wǎng),沿各設(shè)備的接地線反擊造成設(shè)備損壞。嚴(yán)禁通過任何導(dǎo)體將直擊雷地網(wǎng)和設(shè)備地網(wǎng)直接或間接連接[10]。

2.2 感應(yīng)雷防護(hù)

2.2.1 地網(wǎng)

感應(yīng)雷地網(wǎng)和設(shè)備地網(wǎng)共用,沿觀測場地溝底部建設(shè),要求接地電阻≤4 Ω,在每個(gè)觀測設(shè)備基座對應(yīng)位置預(yù)留接地端子排,當(dāng)僅沿地溝敷設(shè)的地網(wǎng)電阻達(dá)不到要求時(shí),根據(jù)與直擊雷系統(tǒng)地中距離>3 m或>5 m的原則在觀測場周邊增加接地網(wǎng),在高土壤電阻率地區(qū),采用深井接地極、施放接地降阻劑等措施,當(dāng)采用深井接地極時(shí),建議設(shè)置在觀測場四角,且考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性,深度宜不大于25 m。

2.2.2 供配電

2.2.3 通信

廣東省國家級地面氣象觀測場對外的通信均要求采用光纜,光纜通過電纜溝弱電金屬線槽敷設(shè),光纜金屬加強(qiáng)芯等金屬部件在進(jìn)入觀測場時(shí)與該處的專設(shè)接地預(yù)留端子排進(jìn)行接地,該接地端子排與觀測場內(nèi)地網(wǎng)的連接點(diǎn),要求與各觀測儀器的接地預(yù)留接地排與地網(wǎng)連接點(diǎn)地中距離>5 m。

2.2.4 屏蔽及綜合布線

觀測場內(nèi)地溝兩側(cè)分別設(shè)置有金屬強(qiáng)、弱電線槽,沿地溝敷設(shè)接地母線,觀測場內(nèi)的所有觀測設(shè)備線纜均通過強(qiáng)、弱線槽分槽敷設(shè)。各傳感器和采集器之間的連接線纜均為帶屏蔽層的電纜,線纜屏蔽層兩端接地。部分觀測設(shè)備與串口服務(wù)器通過RS-232或RS-485進(jìn)行連接,如圖2所示,連接線纜為屏蔽電纜,線纜屏蔽層兩端接地。與串口服務(wù)器通信的觀測設(shè)備建議采用RS-485進(jìn)行連接,因?yàn)槠叫袀鬏數(shù)腞S-485抗干擾能力較RS-232強(qiáng)。

2.2.5 等電位及接地

地溝的強(qiáng)、弱金屬線槽要求首尾接地,間隔18 m接地;線槽每兩段之間進(jìn)行電氣跨接,線槽蓋與線槽進(jìn)行電氣跨接。觀測場內(nèi)的所有設(shè)備金屬支架、設(shè)備金屬外殼等不帶電的金屬體均要求接地,特別注意,一般觀測設(shè)備均設(shè)置有接地端子,需要用接地線直接與預(yù)留接地端子排連接。廣東地區(qū)各傳感器屏蔽電纜的屏蔽層進(jìn)入采集器時(shí)接地,采用通過采集器穿線孔的金屬鎖扣鎖緊,使屏蔽層通過導(dǎo)電膠布與金屬機(jī)箱連接接地的方式。

3 觀測場防雷檢測要點(diǎn)

3.1 直擊雷裝置檢測

觀測場直擊雷防護(hù)裝置的接閃塔(桿)及其接地網(wǎng)的檢測要點(diǎn)包括核算接閃塔(桿)的高度及其保護(hù)范圍;檢查接閃塔(桿)的銹蝕情況和垂直度;檢測地網(wǎng)接地電阻,若測得阻值大于1 Ω,則可以判定各自為獨(dú)立接地;檢查接閃塔(桿)與地網(wǎng)的接地線的連接是否為跨接;焊接以及焊接面是否符合要求。地網(wǎng)測試值應(yīng)滿足≤10 Ω要求。

3.2 感應(yīng)雷裝置檢測

3.2.1 地網(wǎng)

在保持直擊雷地網(wǎng)檢測時(shí)接地電阻儀表的C極和P極不動的條件下,檢測觀測場內(nèi)設(shè)備地網(wǎng)的電阻值,將其測試值與直擊雷地網(wǎng)的值進(jìn)行比較,應(yīng)有明顯的差別,并且在測試條件相同的情況下,測試值應(yīng)與歷史的測試值差異不大。地網(wǎng)測試值應(yīng)滿足≤4 Ω要求。

3.2.2 供配電

重點(diǎn)檢查供電線路進(jìn)入觀測站的方式和站區(qū)內(nèi)的敷設(shè)方式,各級SPD設(shè)置的位置、型號、參數(shù)、SPD的工作狀態(tài)指示、級間距離是否滿足能量配合、連接導(dǎo)線的材質(zhì)、截面、連接方式及其牢固情況、連接線的長度是否小于0.5 m;SPD接地線與就近的接地預(yù)留端子的連接過渡電阻是否小于0.2 Ω。注意檢查(天氣現(xiàn)象儀、能見度儀、串口服務(wù)器、閃電定位儀、云觀測儀、自動日照計(jì)、天氣現(xiàn)象視頻儀、酸雨等)設(shè)備出廠時(shí)是否配置了電源SPD,因此應(yīng)重點(diǎn)檢測設(shè)備配置的電源SPD是否符合末級防雷器的技術(shù)參數(shù)要求,檢查其接地線是否直接與接地預(yù)留端子排連接。

3.2.3 通信

重點(diǎn)檢查光纜金屬加強(qiáng)芯等金屬部件是否在進(jìn)入觀測場處與獨(dú)立設(shè)置的接地排進(jìn)行連接,該獨(dú)立接地排與地網(wǎng)的接入點(diǎn)和觀測場其他設(shè)備接地端子的接入點(diǎn)地中距離大于5 m,禁止在光端盒和采集器處接地。

3.2.4 屏蔽及綜合布線

檢查風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、地溫、氣壓、蒸發(fā)、雨量等傳感器與采集器連接的信號線纜是否采用屏蔽線纜,是否敷設(shè)在電纜溝的弱電金屬線槽內(nèi);檢查天氣現(xiàn)象儀、能見度儀、串口服務(wù)器、閃電定位儀、云觀測儀、自動日照計(jì)、天氣現(xiàn)象視頻儀、酸雨檢測儀的配電線纜是否敷設(shè)在電纜溝的強(qiáng)電金屬線槽內(nèi);檢查采集器、天氣現(xiàn)象儀、云觀測儀、酸雨檢測儀、自動日照計(jì)、天氣現(xiàn)象視頻儀與串口服務(wù)器連接的通信線纜是否采用屏蔽線纜,是否敷設(shè)在電纜溝的弱電金屬線槽內(nèi)。

3.2.5 等電位及接地

檢查地溝的強(qiáng)、弱金屬線槽的電氣導(dǎo)通性和連接牢固情況;檢查觀測場內(nèi)所有設(shè)備金屬支架和金屬外殼(大部分設(shè)備設(shè)置有接地端子)等不帶電的金屬體接地情況;檢查廣東地區(qū)的主采集器和備采集器、地溫分采集器、溫濕分采集器與各傳感器連接線纜的屏蔽層接地情況,以及接地電氣導(dǎo)通性和連接牢固情況;檢查風(fēng)橫臂和接線盒是否設(shè)置與風(fēng)塔底座處接地預(yù)留端子排連接的接地線,廣東地區(qū)目前風(fēng)傳感器的安裝金屬支架與風(fēng)塔塔身采取絕緣安裝方式。

在信號防雷器方面,重點(diǎn)檢查觀測設(shè)備出廠時(shí)是否配置有串口信號SPD,如有,則檢查其接地是否通過接地線與接地端子連接。與串口服務(wù)器通信的觀測設(shè)備一般通過RS-232或RS-485進(jìn)行通信,除檢查線纜兩端屏蔽層接地情況外,應(yīng)檢查所設(shè)置的信號SPD是否適配。

4 結(jié)束語

地面氣象觀測場防雷安全一直受到業(yè)務(wù)管理部門的高度重視,廣東地區(qū)每年汛期來臨前,全省各類氣象觀測站均進(jìn)行防雷設(shè)施安全檢測,為達(dá)到預(yù)期效果,必須重視防雷質(zhì)量,包括防雷工程的質(zhì)量和防雷檢測的質(zhì)量。通過檢測發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)整改,保持防雷設(shè)施的持續(xù)有效。