水文纜道設施設備防雷設計及防護措施

張曦明 李建平 張景

摘 ? 要：本文結合水文設施特點從雷電防護要求以及水文站防雷的特點、直接雷擊的防護、感應雷擊的防護、通信網絡的防護、躲避防護及纜索防雷等分析防雷特點和防護措施。水文站宜劃為三類防雷建筑，防雷設計應結合水文站設施、站房布置綜合考慮，同時水文站選址、設施布置還要滿足防雷要求。并從實踐經驗提出水文纜道防雷處理措施和注意事項。

關鍵詞：水文設施 ?雷擊 ?設計 ?措施

中圖分類號：P335 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（a）-0051-02

雷電是一種自然現象，雷擊水文設施，可能使支架劈裂、倒塌、纜索斷股、燒毀、設備損壞、人員觸電擊傷等。所以，對防雷問題應充分重視，保證防雷措施得當，確保安全。

1 ?雷電防護要求

根據GB-50057-94中《建筑物防雷設計規范》對預計雷擊次數的規定，水文站達不到三類防雷建筑物的要求。水文站內有大量的信息系統，在設有信息系統的建筑物需要防雷電磁脈沖情況中，當建筑物沒有裝設防止直擊雷裝置以及不處于其他建筑物或者物體的保護范圍之內時，宜按照第三類防雷建筑物采取防直擊雷的防雷措施。在需要考慮屏蔽情況中，防直擊雷接閃器宜采用避雷網，宜將水文站劃入三類防雷建筑。

2 ?水文站的雷擊防護措施

采取因地制宜的防雷措施對水文站進行雷電防護，包括直接雷擊防護和感應雷擊防護等方面。

2.1 水文站防雷的特點

水文站的位置一般在河流邊，水文設施突出在河流兩岸和水面上，站房孤立在空曠的空間，高出周圍的地形地物很多，很容易成為雷電襲擊的目標，由于水文站一般建筑面積小，因此不利于多級防雷。水文纜道處于非直擊雷區，跨度大，很容易受到雷擊，并且水文纜道系統信號電路多，抗擊雷擊能力差。一般水文站380V交流供電線路架空明線，接入到站區的附近然后地埋引入建筑內部，一部分的水文站由10kV電力線架空接入，經過變壓器以后再地埋引入建筑內部。鄉村與山區地理措施差，容易感應雷電電磁脈沖。

2.2 直接雷擊的防護

直接雷擊是指雷云直接通過樹木、機電設備、建筑物和人體等被保護物放電。直擊雷的高電流、高熱效、高機械力極具破壞性，會造成建筑物損毀和人員傷亡，危害非常大。

直接雷擊的防護主要方法是接地。接閃器接收了雷電中的電荷無處釋放，與大地相接就能中和接閃器中的電荷，達到電荷平衡，避免雷電對建筑以及人員造成傷害。在此過程中應該盡量使接地電阻減小，有利于雷電流快速通過防雷系統。

在站房的雷電防護中適合選擇避雷帶避免直接雷擊的威脅。此外，由于水位和雨量是在野外觀測，在一些室外設備中（比如太陽能電池板、雨量計和天線等）可以選擇安裝避雷針避免直接雷擊，選擇合適的避雷針以充分保證設備在避雷針保護范圍半徑內，水位和雨量的信息傳輸線要采用屏蔽線，同時金屬部件接地處理。

在某些特殊情況下做特殊防雷擊處理。比如纜道索的兩端分別固定在兩岸的鐵塔上，中間為一根鋼絞線橫跨于江河兩岸，這樣就成為了一條長度較長的避雷線，雷雨天氣受到雷擊威脅的程度非常大，為避免直接雷擊最簡單的方式就是將鐵塔的兩腳或者兩腳以上與地網相連，在遭受雷擊以后能夠迅速的將電荷釋放給大地，與大地中所帶的異性電荷相中和，保護設施安全。

水文纜道遭受雷擊的可能次數，可按經驗公式估算：N=0.015nk（a+10h）（b+10h）×10-6

其中N-年雷擊次數（次/年）;n-年平均雷電日，依據當地氣象臺站資料確定;k-曉正系數（考慮雷擊的選擇性），依據經驗選擇;a、b、h-建筑物的長、寬、高，對于水文纜道，寬度b為零（m）。因此多雷區的較大跨度的纜道，遭受雷擊的可能性是很大的。在我國國標電力設計技術規范“建筑物和構筑物的方雷篇”中推薦一般建筑物和構筑物的可能雷擊次數N不小于0.03次/年時，則應考慮防雷保護，這項規定可供水文纜道考慮防雷時參考。

2.3 感應雷擊的防護

感應雷危害是在雷云活動中通過靜電感應和電磁感應的途徑對設備和人員產生危害，具有高危險過電壓。

電源的配電箱應該根據相關雷電參數的規定安裝電涌保護器SPD，如果所安裝的電涌保護器不能夠保護距離較遠的設備，還應該再安裝第二級電涌保護器。

線路中多處安裝電涌保護器并且沒有準確數值限制時，電壓開關型電涌保護器和限壓型電涌保護器之間長度最好大于等于10m，限制型電涌保護器之間的長度最好大于等于5m，若一些特殊原因不能滿足長度要求時應該在兩級電涌保護器之間增加去耦元件，以消除盲點，能量配合，保護設備安全。

2.4 通信網絡的防護

水文站的天線分為短波天線和超短波天線以及衛星地面站天線。天線同軸電纜引下時采用雙屏蔽電纜或者單屏蔽電纜，雙屏蔽電纜外層屏蔽金屬膜或者金屬管道至少在兩端，宜在防雷區的交界處等電位連接，當設備只要求一端等電位連接時，采用雙層屏蔽電纜，內屏蔽金屬膜做一端連接。同軸電纜在靠近設備的一端應該根據不同的頻率安裝合適的電涌保護器。

水文站信號線主要由雨量計傳輸線和水位計傳輸線組成。室外傳輸電話線和信號線盡量做到全部埋入地下敷設，于入戶端處將信號線金屬外皮和金屬鋼管連接在接地裝置上，然后在電話線入戶的地方安裝電話線路電涌保護器。

站內供電線路與信號傳輸線路皆應該加以金屬保護管，埋地安裝，金屬管道間導電貫通，兩端在防雷交界處等電位連接。纜道房內最好設置成環形的等電位連接，滿足設備在不同地方進出導電物和電力線以及信號線等的需要，在等電位環上就近接地。

2.5 躲避防護

躲避防護方法是防雷措置當中最經濟有效的，雷雨來臨前關聯設備關機、切斷電源、拔掉電纜頭等，簡單易行，在任何防雷場合都是有效的，但是同時也阻礙了日常活動的進行，影響了工作效率。另外在選擇新的水文站地址時，應該考慮雷擊方面的因素盡量避開雷擊多發區，為日后防雷的工作減輕壓力，也是一種科學合理的事前防雷思想和措施。

3 ?水文纜道防雷措施

3.1 纜索必須可靠接地

靠操作室一側支架滑輪和支架本身都應妥善接地，除了利用支架基礎等部位的自然接地體外，還應有專門敷設的接地裝置，總的接地電阻值可參考電力部門和建筑物防雷的經驗暫定為工頻10歐，經試驗確定。

3.2 避免將支柱頂的高電位引入操作室

循環索和起重索絞車均安裝在操作室內，一般測站都是將循環索和起重索通過支柱（架）頂專項滑輪直接引入操作室，當雷擊支柱頂時產生的高電位也會通過循環索和起重索引至室內，威脅人員和設備安全，為了降低操作室的過電壓，建議在支架底部設置轉向滑輪，并與接地裝置妥善連接，使循環索、起重索沿支架引下至底部設置轉向滑輪再入操作室。

3.3 操作室接地網

操作室內地坪四周應用扁鐵或圓鋼敷設環形接地網，使地面各點的電位分布盡量均勻些，以減小接觸電壓和跨步電壓。操作室面積較大時（超過4×4m2），可在1～2根兩端與環形接地網內部增設縱橫均壓帶各一根。

3.4 纜索防雷

雷擊纜索時，雷電流經主索和主索的接地引下線（或利用循環回索、起重索作為引下線）和接地裝置入地，如果雷電流很大，將使鋼絲繩發熱甚至熔斷。為了保證其熱穩定 性能，鋼絲繩的最小截面積應不小于35mm2，通常主索的直徑在10mm以上，完全能滿足防雷要求。

總之，水文站的防雷工作是系統而整體的，簡單的添置防雷產品并不能解決雷電防護的需要，要根據具體情況具體分析，在國標基準和相關設計規范要求下進行靈活運用，構建完整防護體系，取得更好的防雷效果。

參考文獻

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