洪水预警报系统防雷设计方案探讨

洪水预警报系统防雷设计方案探讨摘要：本文主要针对近年来洪水预警报系统频繁遭受雷击而提出，从查找问题、分析原因入手，以理论计算为依据，参照电子信息系统规范标准进行防雷方案探讨，目的是引起有识之士共同关注洪水预警报系统的雷击安全。关键字：洪水预警报系统直击雷感应雷防雷保护前

言：随着社会经济发展，人们防洪意识不断增强，洪水预警报系统要求己越来越高，系统可靠性、安全性也成为防汛部门日常工作重点。随着系统规模不断扩大，其内部各种电子设备使用日趋增多，尤其是计算机网络信息技术普及，各种信息化电子设备被广泛采用。但是，系统遭受雷击造成设备损坏、数据中断也逐步成为预警报系统维护的棘手问题。如2004年度我市云霄一带测站、中继站、中心站多次被雷击（见表1），南靖中心站也两次被击，多次造成发射与接收装置、传真设备、电话、计算机等设备的损坏，不仅造成严重的经济损失，而且造成数据的一度中断，造成防汛指挥的被动。表1

2004年度云霄测站雷击情况表神站名盛云霄刷中心观笔架山伤中继站换峰头左测站岛杜塘临测站订泮坑有测站蜂梁一腐测站侨雷击次数苏1咸4舅3骤4亦4禽1看雷击设备陡主板、发射与项接收装置、传研真、电话、避扛雷装置及线路绳烧毁等为此，本文就从洪水预警报系统情况入手，参照国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004等规定进行该系统防雷分析设计。1概

况：漳州位于福建南端，江流纵横，河流密布，水系十分发育。境内仅100平方公里河流11条，流域面积约19336平方公里，干流总长度895公里。主要河流有九龙江、漳江、鹿溪、东西溪等。目前，漳州市洪水预警报系统一期建设己完成，二期规划也正在进行中。现有113个测站、17个中继站、31个中心站及市县两级现代化防汛指挥中心12个。市级己建设现代化防汛指挥中心、视频会议系统、洪水预警报系统、防汛指挥决策系统以及在建的九龙江流域洪水实时预报调度系统，内建局域网，接入Internet网。2雷击原因分析根据国标《建筑物防雷设计规范》GB50057-94规定，建筑物的防雷区划分为LPZOA，LPZOB，LPZ1，LPZn+1等区。目前洪水预警报系统的测站和中继站位于LPZOA分区；中心站各设备分属LPZOA、LPZOB、LPZ1分区。从2004年度的设备损坏程度和了解当地工作人员的情况分析，损坏的直接原因是直击雷和感应雷。而系统受雷击可能是由于防雷装置的设计施工不够规范、过于简陋等原因导致，以及将电子设备等同于一般电气设备的防雷设计，这是极不应该的。由于电子信息系统属于微电子技术范畴，其对电磁场是极其敏感的，而且网络设备的集成电路芯片耐压能力很弱，通常在100伏以下，防止雷电波从其它渠道入侵是不可缺少的。直击雷LPZOA保护区的防雷设计已为电气设计人员所熟知，主要由避雷网（带）、避雷针或混合组成的接闪器，通过引下线进入接地体，将强大的雷电流引入大地。感应雷的保护区LPZOB，LPZ1，LPZn+1即不可能直接遭受雷击区域，对于电力工作者却是陌生的。但由于感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的，形成感应雷电压的机率很高，对建筑物内设备，尤其低压电子设备威胁巨大，所以在关注外部设备的直击雷同时，也应对建筑物内电子设备的防雷保护给予重视，特别是防止感应雷的入侵。经分析，由感应雷产生的雷电过电压过电流主要有三个途径：（1）由供电电源线路入侵；（2）由建筑物内计算机通信等外来导体入侵；（3）地电位反击电压通过接地体入侵。因此必须建立多层次的计算机防雷系统，层层防护，确保洪水预警报系统的安全。随着2004年6月1日《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004标准的实施，电子设备的防雷设计有了强制性的标准。为此，作为监测水雨情的重要洪水预警报系统，探讨其防雷设计是有其迫切性。3防雷方案确定3.1建筑物防雷类别的确定雷击大地的年平均密度计算：式中：──年平均雷暴日。如漳州为60.5（d／a），杜塘水库为68（d／a）。建筑物等效面积计算：由于水利工程管理单位的建筑物高度一般小于100米。因此，计算公式为：式中：L、W、H──分别为建筑物的长、宽、高（m）。建筑物年预计雷击次数计算：式中：建筑物预计雷击次数（次／a）；宋校正系数。因原测站主要分布康点有旷野和河额边，够k其分别取值计算耗。旷野屠取显2硬，河边及特别军潮湿地钢取质1.演5嘱；饰挎伙三建筑物所狸处地区雷击大燕地的年平均密钥度［次／栋（忠km衰2盗·缠a恶）］；析些呀叫枝坦董与建筑物截收园相同雷击次数臂的等效面积券（论km玻2称）。顷太钟深例如：以云霄懂杜塘水库为例竖计算多雷区、径高雷区、强雷携区的旷野与河鸽边的各参数值蛋，并根据标培准址GB5005父7-9购4故和汪YD500注3竞可查出直击雷用防护类别如下倾表：免等级后多雷区谦40该2.90训0.0171喝0.0744找三类溜0.0992体三类方高雷区瓶60舟4.92气0.0171算0.1262渣三类椅0.1693索三类敬强雷区沙68凶5.79吸0.0171宋0.1485耽三类烂0.1980标三类栗考虑到预警报肯系统的各测站鸡虽属一般性建感筑，但由于洪夸水预警报系统绣的通信设备大奏量使用微电子寇电路，其抗过育压能力很低，轰且平从崖200笨4抖年度记录可知拨杜塘水库的雷饲击四次分析，割大大超过理论元计算的最大闷值拜0.198腊0足，同时洪水预醒警报系统就是筋要求在这种雷看电暴雨的恶劣辩环境中运行可坡靠。为此，建死议重要站点及芒中心站应采取尘防雷建筑物二申类设计。昨3.我2下建筑物电子信抢息系统防护等晒级确定眉雷电防护等级膝划分有雷击风忍险评估和系统号重要性、使用很性确定雷电防潮护等级。递按建筑物年预匙计雷击次佩数淹N康1删和建筑物入户拔设施年预计雷搁击次美数资N占2宫确焰定挠N谷（榆次潜/右年）值：钞当纸N树＜惧N捏C败时，其中贫：集N涉C庄＝书5.8×10伤－躁1.5疼/纲C茧（爪次丧/厚年）终（幅C烈为各类因子，毫计算方法音见馆GB5034滚3-200蛮4示附崖件杆A势），可不安装附雷电防护装置丽；会当遥N织＞岛N养C深时，应安装雷沿电防护装置，迈按防护装置拦腔截效率孤，确定其雷电凯防护等级博（冷A免、声B悔、射C盆、般D谦级）。境言按电子信息系改统的重要性和恨使用性质确定怕雷电防护分级洋：砖根堵据廉GB5034莲3-200团4时表东4.3.肌1呜规定选择雷电执防护等级。一腔般洪水预警报虽系统的测站、油中继站趟选跃D开级。因该系统湿要求在恶劣环逢境中运行可靠困，建议重要中既心站选委用盲C轿级。予3.懒3苦方案确定肝根据上述计算自与分析，洪水诞预警报系统测绣站、中继站、晶中心站的防雷街设计可按以下神类别与等级防筋护设计。根租据拿GB5005步7-9笛4恨与堤GB5034牛3-200锻4叉规定并结合实余际情况，建议讨选定防护设计肃方案如下：滥站点姨类别请等级佛分区棚设计方案荷测站、中继站箭三类造D琴级阻LPZ0A增避雷针、引下勿线、外屏蔽、练接地装置、共嫁用接地系统直中心站扇二类矛C比级傅LPZ0A庄LPZ0B您LPZ1饱避雷针、引下壮线、外屏蔽、雨接地装置、共多用接地系统、略屏蔽（隔离）翼、等电位连接帐、合理布线、醋浪涌保护脖同时，本文防抚雷系统考虑采江用内部、外部匪相结合的防雷片措施为设计基熔础，按蔑照习GB5034副3-200竹4诊规定构筑综合构防雷系统图（败如豆图兴1脊）。铜图和1

井基综合防雷系统逮图油4灶外部防雷设计姐4.面1袄接闪器的设计凡：嗽考虑到测站、漂中继站、中心姻站的实际情况输以及假设中心歇站的机房屋面御己无需保护其把它设备，屋面棋接闪器己采用虏避雷带与建筑垒物混凝土内的量钢筋相连构成废暗装避雷网。燥若天线安装在什铁塔上或屋面斥仍未受保护，杯可加装避雷针脆保护，如反图核2陈所示，设接闪喘器的滚球半径姿为术R辞、天线顶端距爱地高度排为滩h睛米，距避雷针杏的距离孟为铲d后米。则避雷针仅高工H犯（米）计算为绪：晕搞图跳2廉摘避雷针示意图才避雷针宜采用缴圆钢或焊接钢汤管制成，针医长昂1碎m守以下采用圆崭钢沸φ愈12m眠m存或钢抬管隆φ智20m田m料。荒厉针丢长侍1粉～亡2尺m谁采用圆役钢蜓φ询16m稻m跃或钢钱管替φ站25m钟m店。避雷网和避小雷带宜采用圆塌钢塘或扁钢，优先雕采用圆钢，防绵腐处理。多4.栗2遭引下线的设计驱：雀引下线宜优律先采用圆钢或困扁钢滥，并经最短路赖径接地，多根肝引下线时宜装沈设断接卡，并世采取防腐措施胡和保护设施蒸。迹搜4.运3类接地网的设计萌：似按照水平网状胆方式布置的地伍网，其接地电症阻计算公式为阴：盗酬式中仁：著ρ具为土壤电阻护率朴,状S峡为地网中面积医，玉L旁为接地体总长车度包含垂直接龄地体组，静d端接地体直径苏，员h诉为接地体埋深悠。仿按照水平网状臂加垂直接地体湖的混合方式布壮置的地网，其钥接地电阻计算寿公式为：棕单独接地体的房冲击接地电阻太：泳单独接地体的帆工频冲击接地钓电阻查单独接地体的届冲击系数夸水平加块根垂直接地体秤的冲击接地电坑阻：耍每根垂直接地政体的冲击接地圆电雹阻攀(寒Ω所)蕉水平接地体的属冲击接地电退阻叮(串Ω驰)旅接地体的冲击幼利用系数磨垂直接地体宜稀采用角钢翅、钢管骑或圆钢牢；水平接地体狠宜采用扁钢执或圆钢阿；接地线应与吗水平接地体的都截面相同。垂夫直接地体的长芹度宜敲为搁2.5舌m蛮，垂直接地体肤间距及水平接还地体间距苏为侮5妈m辱，埋设深度昌为壮0.8递m仇。在高土壤电艇阻率地区，应仙采取措施降低甘防直击雷接地以装置的接地电键阻，连接采用蓄焊接，并在焊妙接处作防腐处校理。接地装置柏工频接地电阻秋的计算应符合雁国标《工业与停民用电力装置状的接地设计规挽范钳》勒GBJ65-倒8柳3庙规定。测站、犁中继站的设备滴应有良好的接各地，建议接地驾电阻取早用疾4逆Ω择，高土壤电阻息率地区可放宽宣至帮<1陈0质Ω骂。但中心站应振采用专用接地四装置时，其接猫地电阻不得大翻于趋4比Ω衬。采用综合接蜜地网时，根据雾国撑标桐GB503薯43-200天4塔强制性条绑文扣5.2.兽5艺规定取用最小宵值，在此建议姥接地电阻一般再不大敌于缠1循Ω劝。优先利用自痛然接地体，接蔽地电阻达不到状要求时增加人呀工接地体，在故建筑物四周散炎水坡外大北于婚1淹m币处埋设成环形存接地体，并可够作为总等电位练连接带使用。耻4.粉4点外部设备屏拣蔽踢:区为减少电磁干闪扰的感应效应抛，结合发射与示接收装置的实煎际情况，外部尚设备屏蔽措施述采取金属外壳轧屏蔽。气5欧内部防雷设必计钩:遥内部防雷设计惨主要是电磁脉纱冲的防潮护搭,誓即在建筑物遭纯受直击雷或附愧近遭雷击的情旧况下，防止线流路和设备产生培过电流和过电枕压即电涌篇。柜呀5.秤1祖电源线路的防索雷设计臣考虑电源线路蜜应改用电缆进撒出，由于供电坦是右T稻N砍交流配电系统修，接地方式采尖用霉T槽N悲—慌S日。蔑同时配电线路倡设备的耐冲击余过电压、浪涌阁保护器安装位坛置及漳州市洪炸水预警报系统挤的电源设备分桃类均按照规定貌设计（如吴图诚3怠、皱图争4吓）。反在佳LPZ0纵A祥或构LPZ0狼B步与局LPZ灾1眨交界处应安装翁通孤过财I后级分类试验的尸浪涌保护器或傅限压型浪涌保寺护器作为第一是级保护；赔从伙LPZ冈1话区起各分区交牌界处安装限压惨型浪涌保护器锋。连接线要求烈平直、简短并维在规定允许值决范围内。睁图蔑3创糟耐冲击电压类腹别及浪涌保护凭器安装位置挣（挠TN_至S利）锐5.框2四浪涌保护器选捐择：赖电源线路浪涌管保护猪器酱SPD业1揪、肥SPD安2胡、穗SPD译3外…炭…陷的型号选择，圈可按照设备保烘护分级、防雷粱分区、安装位衫置级别，根据鸣浪涌保护器的跪各参数值皇查虑GB5034拌3-200掉4厅表横房2煤选定。络图碎4迫漳州市洪水预生警报系统的电蜡源设备分类图圾5.穿3盏天馈线路的防萝雷与接地四如上所述架空知天线己采取避惯雷针保护，置鸦于直击雷防护笨区释(LPZ0B踪)肢内。为此，天闭馈线路浪涌保形护器可根据被够保护设备的各步特性参数值蛛查节GB5034知3-200有4弟表压畏1匆、界表冲喝2坝选纲择。由于受避伍雷针保护，其别雷电波主要是塑感应雷电流，丑幅值一般低右于驻K塔A立，而高频电缆响不能装过多的适浪涌保护器增制加损耗，因此烛，设计在接收骨与发射装置的该射频出、入端风口处安装浪涌萝保护器即可。执多副天线的天春馈传输系统，裳每副天线安装使适配的天馈浪冈涌保护器。接锄地端采用截面咏积不小再于早6mm嘱2事的多股绝缘铜险导线连接擦到雁LPZ0恭A痕或育LPZ0瞒B而与鄙LPZ益l脉交界处的等电倚位接地端子板朽上；另馈线从包天线上下来应饭每贼隔练5修米，将馈线屏亩蔽层与铁塔进吴行电气连接，哄以防止侧击，太在入口处与其叶屏蔽层、机房近内汇流排连接逮，同轴电缆的活上部、下部及笔进机房入口前位应将金属屏蔽穷层就近接地。静5.厦4键信号线路的防努雷与接地据进出建筑物的菠信号线缆，选辞用有金属屏蔽约层的电缆．并球埋地敷设．如补电话网、有线怜电视网、计算警机网络也必须掀根据国悼标乡GB503徐43-200袖4垂第束5.4.返4妹、邮5.4.岭5粒、蜘5.4.生9捏条规定做好防饼雷与接地保护则。篇在厌LPZ0分A郑或扭LPZ0勒B抄与创LPZ付l绍交界处电缆金面属屏蔽层做等谢电位连接并接拴地。系统的信线号线缆内芯线赛相应端口安装陵适配的信号线腿路浪涌保护器报，浪涌保护器牛的接地端及电想缆内芯的空线推对应接地。浪录涌保护器应根露据各特性参数奖值她查没GB5034捡3-200殊4料表但寺1乒、领表烦议2求选择。光纤接叨入在入口处做签好接地保护。舅5.征5畏外来导体处理爷：卫所有水管和电闯缆金属穿管要热求埋地进入机腐房，水管和电额缆铠装外皮和死保护金属管在殃进入机房时接顷地，电缆选用洒铠装电缆或穿要金属管埋地进雷入机房电缆相临线和中线通过喝浪涌保护器接末地。正5.芦6恐屏蔽与布线霞要求洪水预警佛系统设备机房密的屏蔽符合国郑标置GB5034逢3-200撤4间第愧5.2.饿5泊条规定，线缆宣屏蔽应符合赛第尽5.2.说6弦条规定。禽线缆敷设按破第调5.3.坝3族条规定，合理逗布置线缆主干笛线的金属线槽桃，并根庄据匹GB5034溉3-200饰4美表播羊1膜和深表倍砍2忍的规定，合理忙布置线缆与引段下线、保护地偶线、给水管等咱其他管线的间扎距以及线缆与神电力电缆、变闲电室、配电箱陷等设备的间距他。同时施工时纪，要求注意系俘统信号线缆的越路由走向，减殃小线缆自身形帖成的感应环路呢面积。孝5.盏7厚等电位连接与司共用接地系统流设计烂为改进电磁环忧境，机房考虑容等电位连接与显总汇流排做好逆金属连接，并火与防雷装置相于连。机房设等孙电位连接网络活，等电位连接陪网络的结构形芝式采答用剩S鹅型检和嘱M胞型两种结构形区式组合，各设竖备以最短的距馒离与等电位网布相连接慨。学LPZ0幅A松或巾LPZ0棒B宝与拉LPZ颈1确交界处应设置式总等电位接地刚端子板，每层受楼设置楼层等瓣电位接地端子涌板，设备机房施设置等电位接标地端子板。咬共用接地装置晕与总等电位接搏地端子，通过施接地干线引至匪楼层等电位接堆地端子板，由疲此引至设备机绒房的局部等电围位接地板。接末地干线要求采纳用多股铜芯导扬线或铜带，其毕截面积不应小赖于虽16mm脸2怪。接地干线在机电气竖井内明却敷，并应与楼皮层主钢筋作等覆电位连接。不构同楼层的综合都布线系统设备汗间或不同雷电篇防护区的配线艳交接间设置局撤部等电位接地讲端子板。楼层匆配线柜的接地测线采用绝缘铜水导线，截面积堡不应小油于雄16mm苹2戒。优先选择自踪来水管等自然旨构件和配电的兔保护接地系统馋等与防雷装置鱼组成一个共用誓接地系统，并掠预埋等电位连个接板。泛6醒结束语：胜防雷保护设计冶是一项复杂的烛工程设计，想皆做到万无一失猎是很难的。但劳只要大家在实婶际工作中多注低意、多查找防鸭雷相关资料，系严格按照国家弊规范善为谋划顷、精心设计，帮并做