气象雷达自动台站的防雷探讨论文

2021-04-25 论文

　　摘要：本文通过对茂名地区集天气雷达观测、中短波天线发射塔及气象观测自动站为一体的海洋气象观测台站的防雷设计与施工，从当地特殊地理环境及国家的具体规范入手，比较全面的阐述了该台站的雷电防护。

　　关键词：雷达；直击雷；换土；屏蔽；等电位

　　0引言

　　作为粤西地区集天气雷达观测、中短波天线发射塔及气象观测自动站为一体的茂名市茂港区海洋气象观测台站的防雷设计与施工，笔者有幸参与其中，现就针对其特殊的地理环境与其多用途性做防雷方面的探讨。茂名市地处雷州半岛，是雷电的重灾区，年平均雷暴日为94.4天，根据该台站的使用性质及年预计雷击次数大于0.06次/年，该台站划为二类防雷建筑物。

　　1雷达塔楼的直击雷防护

　　由于塔楼为框架结构，可以充分利用建筑物的结构钢筋做防雷装置。用塔楼基础钢筋做自然接地体，与人工辅助地网构成联合接地。用结构柱主钢筋从下到上通长焊接作为引下线，柱筋分别与各层板筋、梁筋等结构钢筋焊接连通，形成纵横交贯的`“法拉第笼”式电气通路。在塔楼女儿墙上采用Ф12镀锌圆钢架设避雷带，并与女儿墙内钢筋网可靠焊接，在塔楼屋角处设置Ф16的铜芯避雷短针。避雷带与屋面所有金属物体（包括避雷针、天线底座等）保持可靠电气连通。为防侧击雷，塔楼建筑结构圈梁与构造柱内钢筋可靠焊接作为均压环，外墙金属门窗及屏蔽网要与主柱筋可靠连接。

　　1.1雷达天线电缆、波导管及传输信号线路的防护

　　雷达天线电缆、波导管及传输信号线必须穿钢管引入雷达机房，并连接到雷达机房接地母排，这一接地母排经95mm2铜芯线敷设在弱电金属屏蔽槽内引下到一楼辅助机房的接地总母排处，该金属屏蔽槽途经每层楼都与该层等电位连接带作电气连接。此接地总母排用-40×4镀锌扁钢穿Ф75PVC管引出与接地地网相连。

　　1.2雷达机房的防护

　　雷达机房使用防静电地板，在此地板下面用用3mm×25mm扁铜带设置环形闭合等电位连接带，并与机房四角的接地预埋连接板作电气连接。机房内的设备外壳、机柜等所有裸露金属构件，以及直流地、屏蔽地和SPD接地等地线，均就近与机房等电位连接带作可靠电气连接。另外，静电地板的金属支架在机房四角处分别与等电位连接带作电气连接，在每条支架下面用0.5mm×50mm的紫铜带敷设纵横交错的网格。

　　2中、短波天线塔、发射机房及自动站的雷电防护

　　因为这三个独立系统之间的距离都达不到分网的距离，因此这三个系统共用一套防雷接地网。该地地表都以海沙为主，经过我们的测量，该土壤电阻率在1 000Ω·m以上。该地网上面设备都以弱电为主，该接地电阻值需要达到4Ω以下。

　　2.1接地网的设计及施工

　　因为该台站地处海边，土壤电阻率高，接地电阻为了达到4Ω以下，我们采取多管齐下的方式：

　　1）换土在设计地网范围内，在垂直接地体接触的地表50cm厚的海沙处用电阻率低的红色黏土替换。

　　2）接地网用料的选材

　　水平接地体选用的是-40×4镀锌扁钢敷设，垂直接地体L50×50×5×2000的镀锌角钢、立信的型号为PE—Ⅲ的1m的长效接地模块以及6m的304钢管。

　　3）采用非等长垂直接地体

　　因为地表以海沙为主，含水量差，不利于作为接地体的接触面，在施工过程中，先把原先水平接地体接触面的海沙换成50cm的黏土，角钢是隔5m一根垂直敷设，6m钢管是10m一根垂直敷设，PE-Ⅲ的长效接地模块主要敷设在发射机房同天线塔周围。地网基本上形成5m×5m的网格，采用了非等长接地体是更科学的接地方式，采用不同的接地体相互配合，由于接地体长度和埋设深度不同，大大的加大了等势面积。

　　4）发射机房的屏蔽与综合布线

　　在土建施工阶段，在发射机房周身有铁丝网围一圈并用铁钉加固，铁丝网上端与避雷带焊接连通，下端与接地网焊接连通，并与机房的铝合金门焊接连通，使机房形成一个法拉第笼，可以屏蔽机房外由于雷电产生的高强磁场。

　　5）自动站的直击雷防护

　　3.自动站观测场内的所有金属支架、箱体、风杆、避雷针及金属围栏都与预留好的从地网引上的-40×4镀锌扁钢相焊接。

　　（1）自动站的通信线路的防护

　　在自动站通信MODEN接口处安装一个信号避雷器，防止感应雷对MODEN的损害。

　　（2）自动站的遥测信号线的防护自动站的遥测信号线需用金属线槽屏蔽，金属线槽首端与观测场地网相连焊接，末端与值班室处的工作地网相连焊接。

　　4该台站的供电系统的雷电防护

　　供电系统分两路，一路由380V市电外网全线埋地引入（TN-S制式），另一路由柴油发电机组提供（备用电源），市电断电时自动转换为柴油发电机供电。发电机房和低压配电室均在一楼。机房设备电源为独立供电，从总配电室的UPS输出端引出一条电缆（三相五线），穿钢管连接至机房配电箱，再分供机房各种设备。

　　供电系统的电涌防护采用3+1形式（三条相线和一条中性线）的SPD进行三级防护，其中：

　　1）第一级（SPD1）：在低压配电室总配电柜的主配电及备用电源线路上，分别安装一组开关型三相电源避雷器（50KA，10/350us）；

　　2）第二级（SPD2）：在低压配电室的UPS输出端和各楼层配电箱中，分别安装一组限压型三相电源避雷器（40KA，8/20us）；