地面氣象觀測場雷電防護及其防雷裝置檢測

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.廣東省氣象探測數據中心,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,是精準預報的基礎數據來源。確保雷雨季節觀測場觀測設備的防雷安全是基礎建設中的重要工作,除了使防雷設計和施工符合規范要求,每年汛期來臨前的防雷檢測也是十分重要的環節。但在實際情況中,即使防雷檢測合格,也會出現雷擊損壞設備的情況,這在一定程度上和防雷質量有關[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驗,以及相應的防雷裝置檢測方法。

1 觀測場及其設備介紹

觀測場布局為南北—東西走向,場內面積25 m×25 m(無輻射傳感器)或25 m×35 m(有輻射傳感器)。觀測場內部南北走向和東西走向均設置有電纜溝,其同時也作為觀測場內的小路,并且其內兩側分別設置有強電和弱電金屬線槽。各觀測設備按“北高南低”“東西成行,南北成列”的原則布設,以廣東省國家級地面氣象觀測場為例,安裝的觀測設備布局如圖1所示。

圖1 廣東省國家級地面氣象觀測場觀測設備布局示意圖

觀測場的供電由值班機房UPS專供,通過電纜溝強電金屬線槽或套金屬管埋地敷設引入。配電箱放在主采集器機箱背面,與主采集器機箱構成一個整體。各觀測設備(采集器#1、采集器#2、天氣現象儀、能見度儀1#、能見度儀2#、串口服務器、天氣現象視頻儀、云觀測儀、閃電定位儀、酸雨觀測儀、自動日照計等)配有獨立電源開關[6-7]。觀測數據經串口服務器通過光纜傳輸,閃電定位儀直接通過光纜傳輸數據,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

2.1 直擊雷防護

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,廣東省有關要求規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立接閃塔(桿)及獨立接地網,觀測場內所有觀測設備均處于直擊雷保護LPZ0B區,要求直擊雷接地電阻≤10 Ω,直擊雷保護系統和設備接地系統地中距離>3 m,條件允許時>5 m,以防止接閃塔(桿)接閃時,雷電流通過直擊雷地網泄放時形成的高電位通過土壤反擊至設備地網,沿各設備的接地線反擊造成設備損壞。嚴禁通過任何導體將直擊雷地網和設備地網直接或間接連接[10]。

2.2 感應雷防護

2.2.1 地網

感應雷地網和設備地網共用,沿觀測場地溝底部建設,要求接地電阻≤4 Ω,在每個觀測設備基座對應位置預留接地端子排,當僅沿地溝敷設的地網電阻達不到要求時,根據與直擊雷系統地中距離>3 m或>5 m的原則在觀測場周邊增加接地網,在高土壤電阻率地區,采用深井接地極、施放接地降阻劑等措施,當采用深井接地極時,建議設置在觀測場四角,且考慮其技術經濟性,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,光纜金屬加強芯等金屬部件在進入觀測場時與該處的專設接地預留端子排進行接地,該接地端子排與觀測場內地網的連接點,要求與各觀測儀器的接地預留接地排與地網連接點地中距離>5 m。

2.2.4 屏蔽及綜合布線

觀測場內地溝兩側分別設置有金屬強、弱電線槽,沿地溝敷設接地母線,觀測場內的所有觀測設備線纜均通過強、弱線槽分槽敷設。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。部分觀測設備與串口服務器通過RS-232或RS-485進行連接,如圖2所示,連接線纜為屏蔽電纜,線纜屏蔽層兩端接地。與串口服務器通信的觀測設備建議采用RS-485進行連接,因為平行傳輸的RS-485抗干擾能力較RS-232強。

2.2.5 等電位及接地

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

3 觀測場防雷檢測要點

3.1 直擊雷裝置檢測

觀測場直擊雷防護裝置的接閃塔(桿)及其接地網的檢測要點包括核算接閃塔(桿)的高度及其保護范圍;檢查接閃塔(桿)的銹蝕情況和垂直度;檢測地網接地電阻,若測得阻值大于1 Ω,則可以判定各自為獨立接地;檢查接閃塔(桿)與地網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。地網測試值應滿足≤10 Ω要求。

3.2 感應雷裝置檢測

3.2.1 地網

在保持直擊雷地網檢測時接地電阻儀表的C極和P極不動的條件下,檢測觀測場內設備地網的電阻值,將其測試值與直擊雷地網的值進行比較,應有明顯的差別,并且在測試條件相同的情況下,測試值應與歷史的測試值差異不大。地網測試值應滿足≤4 Ω要求。

3.2.2 供配電

重點檢查供電線路進入觀測站的方式和站區內的敷設方式,各級SPD設置的位置、型號、參數、SPD的工作狀態指示、級間距離是否滿足能量配合、連接導線的材質、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留端子的連接過渡電阻是否小于0.2 Ω。注意檢查(天氣現象儀、能見度儀、串口服務器、閃電定位儀、云觀測儀、自動日照計、天氣現象視頻儀、酸雨等)設備出廠時是否配置了電源SPD,因此應重點檢測設備配置的電源SPD是否符合末級防雷器的技術參數要求,檢查其接地線是否直接與接地預留端子排連接。

3.2.3 通信

重點檢查光纜金屬加強芯等金屬部件是否在進入觀測場處與獨立設置的接地排進行連接,該獨立接地排與地網的接入點和觀測場其他設備接地端子的接入點地中距離大于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

檢查風向、風速、溫度、濕度、地溫、氣壓、蒸發、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,是否敷設在電纜溝的弱電金屬線槽內;檢查天氣現象儀、能見度儀、串口服務器、閃電定位儀、云觀測儀、自動日照計、天氣現象視頻儀、酸雨檢測儀的配電線纜是否敷設在電纜溝的強電金屬線槽內;檢查采集器、天氣現象儀、云觀測儀、酸雨檢測儀、自動日照計、天氣現象視頻儀與串口服務器連接的通信線纜是否采用屏蔽線纜,是否敷設在電纜溝的弱電金屬線槽內。

3.2.5 等電位及接地

檢查地溝的強、弱金屬線槽的電氣導通性和連接牢固情況;檢查觀測場內所有設備金屬支架和金屬外殼(大部分設備設置有接地端子)等不帶電的金屬體接地情況;檢查廣東地區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,以及接地電氣導通性和連接牢固情況;檢查風橫臂和接線盒是否設置與風塔底座處接地預留端子排連接的接地線,廣東地區目前風傳感器的安裝金屬支架與風塔塔身采取絕緣安裝方式。

在信號防雷器方面,重點檢查觀測設備出廠時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。與串口服務器通信的觀測設備一般通過RS-232或RS-485進行通信,除檢查線纜兩端屏蔽層接地情況外,應檢查所設置的信號SPD是否適配。

4 結束語

地面氣象觀測場防雷安全一直受到業務管理部門的高度重視,廣東地區每年汛期來臨前,全省各類氣象觀測站均進行防雷設施安全檢測,為達到預期效果,必須重視防雷質量,包括防雷工程的質量和防雷檢測的質量。通過檢測發現問題并及時整改,保持防雷設施的持續有效。