自動氣象站場室防雷改造.ppt

第一章 雷電的危害及作用機理,雷電的幾種物理效應(yīng)（危害）,雷電的幾種物理效應(yīng),1、電流的熱效應(yīng)： Q=R*i * i * dt， t=Q/(m*c)， 閃電時電流強度高達幾萬安培，歷時約數(shù)十微秒，通道高溫可達6000-10000，在接觸點所產(chǎn)生的熱量可使3.8毫米厚的鐵板熔化，極易引起火災(zāi)； 熱效應(yīng)帶來沖擊波效應(yīng)（爆炸效應(yīng) ）； 3、電流的電動力效應(yīng)： F=1.02*(2l0/d)*i1*i2*(10)-8,3、電流的電動力效應(yīng)：,F=1.02*(2l0/d)*i1*i2*(10)-8,雷電的幾種物理效應(yīng),4、雷電場的靜電感應(yīng)效應(yīng)： 產(chǎn)生：V=Q/C, 泄放：VC=Ve(-t)/RC); 5、電流的電磁感應(yīng)效應(yīng)； 6、地電位反擊和旁側(cè)閃絡(luò)： U=iRi+L0* l *(di/dt) 7、引入高電壓：（地電位引入，線路因電磁感應(yīng)引入，直接接閃引入）。,電磁感應(yīng)的原理,由于雷電六有極大的陡度和強度，di/dt值極大，因此電磁的效應(yīng)特別明顯； 無衰減磁場強度H0，應(yīng)按下式計算： H0=i0/（2Sa） （A/m） 依據(jù)電磁定感應(yīng)律，瞬間變化的磁場會在附近的回路中感應(yīng)電壓（如圖）。 假如一個5m*5m的開口金屬框（如圖），在雷電流烽值為100kA時，距離雷擊點200米處也可以感應(yīng)到1KV左右的電壓；,電磁感應(yīng)的原理,往往可通過不合理的布線形成的回路、并行附設(shè)的線路以及一些構(gòu)成更大空間回路的線路的引入（因為線路本身也有自感抗的存在）。,雷電靜電的危害機理,雷電引入高電位入侵,雷電引入高電位，主要是指直接雷擊或通過雷電感應(yīng)從電源線路、數(shù)據(jù)傳送線路、天饋信號線路、金屬管道引入高電壓到建筑內(nèi)，發(fā)生閃擊而造成的雷擊事故。 注：架空或埋地引入的線路都有可能引入。,雷電的高電位反擊,雷電的高電位反擊通常是指受直接雷擊的金屬體（包括避雷針、引下線、接地體），由于本身阻抗的存在，在接閃的瞬間，會引起接閃點對地或其他部位的電位瞬間抬升很高并與附近的其他金屬體發(fā)生的閃擊現(xiàn)象，有稱旁側(cè)閃絡(luò)。 當(dāng)這種高電壓在不采用共用地網(wǎng)的地網(wǎng)之間或設(shè)備內(nèi)部發(fā)生的閃擊稱地電位反擊。 Uhx=UR+UL =IRi+L0hxdi/dt,雷電對建筑的危害,建筑物在遭受雷擊時，雷電流將沿建筑的防雷裝置系統(tǒng)的各引下線和幾地體匯如大地，在此過程中，雷電流將在防雷系統(tǒng)中產(chǎn)生暫態(tài)高電位（多種形式的過電壓），這些高電壓會對一些沒有作等電位連接的進出建筑物的各種金屬線路或管道以及其他接地的金屬體、等可導(dǎo)電的人、物發(fā)生閃擊。,雷擊引發(fā)的爆炸事故圖例,2001年5月8日，惠州市秋長鎮(zhèn)元翔化工廠遭雷擊引發(fā)爆炸，死6人，傷14人，廠房基本全毀。,雷擊引起的火災(zāi),建筑物被燒毀,加油站遭雷擊燒毀的圖例,2000年8月26日，高州市根子鎮(zhèn)加油站因建成后防雷設(shè)施未經(jīng)驗收便投入使用，且歷年來拒絕檢測，終致遭遇雷擊，導(dǎo)致3個儲油罐毀壞變形，3臺加油機燒毀。,易燃易爆倉儲設(shè)施遭雷擊后變形圖例,2001年9月6日，江門市農(nóng)藥廠4號甲唇罐遭雷擊后變形。,1997年10月13日，廣州市吉山珠村化學(xué)品倉庫因雷擊引起大火。這是大火被撲滅后的現(xiàn)場。,生產(chǎn)廠房遭雷擊失火的圖例,2000年10月4日晚，佛山市永新綜合加工廠遭雷擊并引起火災(zāi)，燒毀機器設(shè)備及庫存的珍珠棉。由于損失慘重，迫使工廠倒閉。,雷擊危害的圖例（雷擊沖擊波引起災(zāi)害）,雷電波侵入造成的危害圖例,雷電波沿電力和通訊線路侵入的危害,電路板及元器件損壞,配電柜被損壞,配電柜遭雷電波侵入被損壞,雷電波侵入造成的危害圖例,雷擊建筑的現(xiàn)場圖例,廣東惠陽市元祥制品廠遭雷擊現(xiàn)場圖,雷電影響自動氣象站的幾種途徑,直擊雷或鄰近雷擊: 擊在工作室外部防雷系統(tǒng)，如屋面電纜上等。 浪涌電流在接地電阻Rst上引起電壓降，反擊。 閉合環(huán)路感應(yīng)產(chǎn)生過電壓,信息系統(tǒng),電源系統(tǒng),L1 L2 L3 PEN,20 kV,Rst,2c,1a,1b,1,2a,2b,1,1a,1b,遠處雷擊: 擊在遠處架空輸送線纜上（通信或電源），傳導(dǎo)至工作室。 雷云之間的放電通過架空線纜引起感應(yīng)雷電波及過電壓，傳導(dǎo)至工作室。 在觀測場，雷電擊中傳感器、數(shù)據(jù)傳輸或控制線纜,2a,2b,2c,第二章 自動站的防雷技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) QX30-2004,現(xiàn)代防雷的主要技術(shù)措施,1、躲避； 2、傳導(dǎo)（引走）,主動接閃； 3、接地（利用大地的散流特性進行泄放）； 4、屏蔽技術(shù)； 5、多級分流技術(shù)（引下線、避雷器分流）； 6、均壓技術(shù)（等電位）； 7、對雷電活動進行監(jiān)測、予警，使人們有條件能夠進行提前予知并采取防護； 8、提高設(shè)備本身的耐雷電流沖擊水平,自動站的防雷等級劃分,6.1 根據(jù)安裝自動氣象站的臺站性質(zhì)、發(fā)生雷擊事故的可能性和后果以及雷暴日數(shù)，將自動氣象站場室的雷電防護等級分為三級。 6.2 遇有下列情況之一時，自動氣象站場室防雷等級應(yīng)劃分為一級。 a）國家基準(zhǔn)氣候站、大氣本底站； b）地處平均雷暴日大于（含）30d/a（d/a：天/年）的國家基本氣象站； c）地處平均雷暴日大于（含）80d/a的一般氣象站以及其他場所； 6.3 遇有下列情況之一時，自動氣象站場室防雷等級應(yīng)劃分為二級。 a）地處平均雷暴日小于30d/a國家基本氣象站； b）地處平均雷暴日大于（含）40d/a且小于80d/a的一般氣象站和其他場所； 6.4 除一級和二級防雷自動氣象站場室以外的自動氣象站場室，均應(yīng)劃為三級防雷自動氣象站場室。,我省雷暴日數(shù)的分布情況,資料來源于1971年到2000年共計30年安徽省82個站點的觀測資料。由于氣象觀測的日界定位20時，統(tǒng)計時若雷暴發(fā)生在20時前而結(jié)束于20時后，則作為一個雷暴日處理。,自動站的防雷區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn),直擊雷非防護區(qū)（LPZ0A）：本區(qū)內(nèi)的各類物體完全暴露在外部防雷裝置的保護范圍以外，可能遭到直接雷擊；本區(qū)內(nèi)的電磁場強度未得到衰減，屬完全暴露的不設(shè)防區(qū)。 直擊雷防護區(qū)（LPZ0B）：本區(qū)內(nèi)的各類物體處在外部防雷裝置保護范圍以內(nèi)，應(yīng)不可能遭到大于所選滾球半徑對應(yīng)的雷電流直接雷擊；但本區(qū)內(nèi)的電磁強度場未得到任何衰減，屬充分暴露的直擊雷防護區(qū)。 第一屏蔽防護區(qū)（LPZ1）：本區(qū)內(nèi)的各類物體不可能遭到雷電流直接雷擊，流經(jīng)各類導(dǎo)體的電流已經(jīng)分流，比LPZ0B區(qū)進一步減??；且由于建筑物的屏蔽措施，本區(qū)內(nèi)的電磁場強度已經(jīng)得到初步的衰減,衰減程度取決于屏蔽措施。 第二屏蔽防護區(qū)（LPZ2）：當(dāng)需要進一步減小流入的電流或空間電磁場強度而增設(shè)的后續(xù)防護區(qū)，并按照需要保護的對象所要求的環(huán)境選擇后續(xù)屏蔽防護區(qū)的要求條件。,LEMP,Intermediate floor,LPZ 2,LPZ 3,LPZ 1,LPZ 0 A,LPZ 1,防雷分區(qū)概念,電源系統(tǒng),信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),電源系統(tǒng),局部匯流排,設(shè)備再次層屏蔽,室內(nèi)次層屏蔽,基礎(chǔ)接地極,加強筋,防雷等電位連接 雷電流SPD,局部等電位 過壓保護器 SPD,空調(diào)裝置,接閃系統(tǒng),LPZ 0 B,攝像機,燈光,插座,“滾球半徑“ 20 m,LPZ 0 B,LPZ,防雷保護區(qū),防雷分區(qū)概念,自動站防雷分區(qū)的要求,自動觀測場的雷電防護(直擊),7.1 自動氣象站觀測場內(nèi)的所有觀測設(shè)備均應(yīng)處于LPZ0B區(qū)內(nèi)，有條件的臺站宜采用獨立避雷針保護，具體安裝應(yīng)符合GB50057和地面觀測規(guī)范的要求。當(dāng)采用風(fēng)桿作為避雷針的支撐體，尚有部分設(shè)備不在LPZ0B區(qū)內(nèi)時，應(yīng)在該設(shè)備附近安裝避雷針，使其處于LPZ0B區(qū)內(nèi)。避雷針的接地體應(yīng)與共用接地裝置電氣連接。 7.2 觀測場風(fēng)桿宜采用金屬管作支撐體，應(yīng)在距風(fēng)桿頂端200mm300mm處設(shè)置避雷針，避雷針通過絕緣桿固定于風(fēng)桿上；避雷針應(yīng)選用直徑不小于16mm的圓鋼，其長度不小于1500mm，水平絕緣距離不應(yīng)小于500mm。避雷針引下線應(yīng)沿風(fēng)桿上端拉線入地，該拉線應(yīng)通過絕緣等級為35kV（1.2/50s）的拉線絕緣子與風(fēng)桿絕緣，引下線宜采用屏蔽電纜，其芯線的多股銅線的截面積不應(yīng)小于50mm2。若風(fēng)桿無拉線，引下線可沿風(fēng)桿外表固定入地。引下線入地點附近應(yīng)設(shè)置不少于一根垂直接地體，并與觀測場地網(wǎng)作可靠電氣連接。具體做法見圖3。 7.3 當(dāng)輻射傳感器等設(shè)施不在LPZ0B區(qū)時，應(yīng)在其北側(cè)按照7.2條要求增設(shè)避雷針，使其處于LPZ0B區(qū)內(nèi)。,自動觀測場的雷電防護(傳輸),7.4 風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)傳輸線應(yīng)采用帶屏蔽層的線纜經(jīng)金屬風(fēng)桿內(nèi)敷設(shè)，傳輸線的外屏蔽層首尾兩端與風(fēng)桿應(yīng)電氣連接；當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸線無法敷設(shè)在金屬風(fēng)桿內(nèi)或采用金屬塔作為支撐物時，應(yīng)將數(shù)據(jù)傳輸線穿金屬管垂直敷設(shè)，傳輸線的外屏蔽層和金屬管均應(yīng)在首尾兩端與風(fēng)桿或金屬塔作電氣連接，金屬管首尾應(yīng)電氣貫通。 7.5 觀測場內(nèi)金屬圍欄，百葉箱支架、雨量器、遙測雨量計、虹吸雨量計、小型蒸發(fā)皿、校對蒸發(fā)雨量器、自動氣象站信號轉(zhuǎn)接盒等金屬外殼應(yīng)就近與觀測場地網(wǎng)電氣連接。 7.6觀測場觀測設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸線應(yīng)選用帶屏蔽層的電纜，并宜穿金屬管埋地敷設(shè)，金屬管和數(shù)據(jù)傳輸線的外屏蔽層在進入電纜溝處、外轉(zhuǎn)接盒處應(yīng)就近接地。金屬管首尾應(yīng)電氣貫通，若該金屬管長度超過2（：土壤電阻率，單位m）時應(yīng)增加其接地點。數(shù)據(jù)傳輸線埋設(shè)及線纜等電位連接見圖4所示。,7.7 由觀測場至工作室的數(shù)據(jù)傳輸線外屏蔽層及金屬管在觀測場地網(wǎng)邊緣處應(yīng)就近接入觀測場地網(wǎng)，金屬管首尾應(yīng)電氣貫通，若該金屬管長度超過2時應(yīng)增加其接地點。 7.8 當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸線無法埋地時，宜穿金屬管或金屬橋架屏蔽敷設(shè)，金屬管應(yīng)電氣貫通并在首尾接入地網(wǎng)，當(dāng)金屬管長度超過20m時應(yīng)在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾悠浣拥攸c。,自動觀測場的雷電防護(地網(wǎng)),自動觀測場的雷電防護(地網(wǎng)),8.2自動氣象站場室共用接地系統(tǒng)由工作室地網(wǎng)、室外觀測場地網(wǎng)共同組成；兩地網(wǎng)間的連接帶不應(yīng)少于兩條，應(yīng)使用不小于16的鍍鋅圓鋼或相應(yīng)規(guī)格的其他金屬材料進行連接，連接帶的埋設(shè)深度不宜小于500mm。 當(dāng)兩地網(wǎng)之間的距離大于75m時，可不另設(shè)專用連接帶，但各地網(wǎng)接地電阻應(yīng)符合相關(guān)要求。 當(dāng)兩地網(wǎng)之間的距離小于75m，且距離大于2時，應(yīng)在適當(dāng)位置增設(shè)人工垂直接地體。 8.3自動氣象站觀測場應(yīng)采用人工垂直接地體與水平接地體結(jié)合的方式埋設(shè)人工接地體，人工水平接地體的埋設(shè)深度不應(yīng)小于500mm；人工垂直接地體應(yīng)沿水平接地體均勻埋設(shè)，其長度宜為2500mm，垂直接地體的間距宜大于其長度的兩倍。施工過程中，宜在自動氣象站觀測場電纜溝下埋設(shè)人工接地體。 8.4 人工垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或圓鋼；人工水平接地體宜采用扁鋼或圓鋼；接地體規(guī)格要求如下： 圓鋼直徑不應(yīng)小于10mm；扁鋼截面不應(yīng)小于100mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm； 角鋼厚度不應(yīng)小于4mm；鋼管壁厚不應(yīng)小于3.5mm。 8.5自動氣象站工作室宜優(yōu)先利用建筑物基礎(chǔ)接地體作為共用接地系統(tǒng)的接地裝置。當(dāng)建筑物沒有基礎(chǔ)接地體可利用或建筑物基礎(chǔ)鋼筋達不到地網(wǎng)要求時，應(yīng)在建筑物四周增設(shè)閉合環(huán)型接地網(wǎng)。在需作接地的設(shè)備附近，應(yīng)預(yù)留接地端子。 8.6自動氣象站觀測場所有設(shè)備宜共用同一接地系統(tǒng)，其接地電阻不宜大于4。在土壤電阻率大于1000m的地區(qū)，可適當(dāng)放寬其接地電阻值要求，但此時接地系統(tǒng)環(huán)形接地網(wǎng)等效半徑不應(yīng)小于5000mm。,進出線纜端口的防雷等電位連接,陰極保護輸送管,基礎(chǔ)接地極,等電位匯流排,EBB,水管,燃氣管,外部防雷系統(tǒng),自動氣象站的雷電防護(工作室),9.1 自動氣象站工作室所在建筑物應(yīng)按GB50057規(guī)定的第二類和第三類防雷建筑物要求安裝直擊雷防護裝置。防雷等級為一級的自動氣象站工作室所在建筑物的防雷設(shè)計應(yīng)符合第二類防雷建筑物的要求，二、三級自動氣象站工作室所在建筑物的防雷設(shè)計應(yīng)符合第三類防雷建筑物的要求。如自動氣象站數(shù)據(jù)采用無線傳輸，應(yīng)使天線處于LPZ0B區(qū)內(nèi)。 9.2 進入自動氣象站工作室的所有線纜應(yīng)使用屏蔽線纜，并宜穿金屬管埋地引入。線纜屏蔽層和金屬管應(yīng)在建筑物入口處進行等電位連接，并在進入每一LPZ交界處進行局部等電位連接。 9.3自動氣象站工作室內(nèi)應(yīng)設(shè)置等電位連接板進行星形（S型）連接，或鋪設(shè)環(huán)型等電位連接帶進行網(wǎng)形（M型）連接。連接板或連接帶應(yīng)與建筑物內(nèi)鋼筋或人工接地體作電氣連接。 當(dāng)采用S型連接時，除在等電位連接板處（ERP）外，設(shè)備之間、設(shè)備至連接板的連接導(dǎo)線之間應(yīng)有大于10kV（ 1.2/50s）的絕緣。工作室內(nèi)所有設(shè)備的金屬外殼、防靜電接地、信號地、PE線和SPD接地線、屏蔽金屬管和屏蔽線纜的金屬外護層均應(yīng)就近與等電位連接板進行電氣連接。 當(dāng)采用M型連接時，環(huán)型等電位連接帶宜每隔不大于5m與建筑物內(nèi)主鋼筋連接。當(dāng)建筑物無鋼筋或建筑物內(nèi)鋼筋截面達不到地網(wǎng)要求時，M型等電位連接帶應(yīng)有不少于兩處與人工地網(wǎng)可靠連接。M型和S型等電位連接的基本方法見圖6，自動氣象站工作室內(nèi)設(shè)備等電位連接示例見圖7，設(shè)備與M型等電位連接帶的連接應(yīng)在設(shè)備的一對角處， 并用兩條不等長導(dǎo)線分別與環(huán)型等電位連接帶連接，,自動氣象站的雷電防護(工作室),等電位連接的基本方法,S,M,Mm,Ss,基本等電位連接系統(tǒng),星型結(jié)構(gòu),格柵型結(jié)構(gòu),等電位連接系統(tǒng) 與公共接地系統(tǒng) 之間的連接,ERP,自動氣象站的雷電防護(工作室),1網(wǎng)形連接帶，可用0.25mm 100mm的薄銅帶；2網(wǎng)形連接帶之間的焊接連接；3網(wǎng)形連接帶與立柱之間的焊接連接；4網(wǎng)形連接帶與等電位連接帶之間的焊接連接；5設(shè)備的低阻抗等電位連接帶；6網(wǎng)形連接帶與設(shè)備等電位連接帶之間的焊接連接；7電源配電中心；8電源配電中心的接地線；9信號基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)與周圍建筑物預(yù)埋件的焊接連接；10電子設(shè)備接地（具體見圖8）。,均壓帶的技術(shù),4 kV III,2.5 kV II,防浪涌和過壓類型（依據(jù)DIN VDE 0110 Part 1）,230/400 V,1.5 kV I,C,B,D,none,依據(jù) E DIN VDE 0675 Part 6/A1 、SPD 級別的區(qū)分,6 kV IV,多級分流技術(shù)（引下線、避雷器分流）；,自動氣象站的雷電防護(電涌保護),10.1 自動氣象站場室低壓配電應(yīng)采用TN-S或TN-C-S系統(tǒng)。 10.2 自動氣象站場室供電線路宜采用具有金屬護套或絕緣護套電纜穿金屬管埋地引入，埋地長度不應(yīng)小于2，且最短不應(yīng)小于15m。金屬管及電纜金屬護套兩端應(yīng)就近可靠接地。 當(dāng)采用架空線路時，宜將架空線路終端桿和終端桿前第一、二桿上的絕緣子鐵腳作接地處理，同時應(yīng)在終端桿上裝設(shè)相應(yīng)等級避雷器。 10.3 自動氣象站場室防雷等級劃分為一級的，低壓配電系統(tǒng)應(yīng)安裝3級SPD進行保護，其中： SPD1:安裝在總配電柜上，每條相線和中性線上選用沖擊電流Iimp不小于20kA或者標(biāo)稱放電電流In不小于80kA，電壓保護水平不大于2.5kV的SPD； SPD2：安裝在分配電盤上，每條相線和中性線上選用標(biāo)稱放電電流In不小于15kA，電壓保護水平不大于1.5kV 的SPD； SPD3：安裝在設(shè)備前端，每條相線和中性線上選用標(biāo)稱放電電流In不小于5kA，電壓保護水平不大于0.9kV的SPD； 自動氣象站場室防雷等級劃分為二級的，低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)安裝3級SPD進行防護，其中： SPD1：安裝在總配電柜上，每條相線和中性線上選用沖擊電流Iimp不小于15kA或者標(biāo)稱放電電流In不小于60kA，電壓保護水平不大于2.5kV的SPD； SPD2: 安裝在分配電盤上，每條相線和中性線上選用標(biāo)稱放電電流In不小于15kA，電壓保護水平不大于1.5kV 的SPD；,自動氣象站的雷電防護(電涌保護),SPD3：安裝在設(shè)備前端，每條相線和中性線上選用標(biāo)稱放電電流In不小于5kA，電壓保護水平不大于0.9kV的SPD； 自動氣象站場室防雷等級劃分為三級的，低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)安裝2級SPD進行防護，其中： SPD1: 安裝在總配電柜上，每條相線和中性線上選用沖擊電流Iimp不小于12.5kA或者標(biāo)稱放電電流In不小于50kA，電壓保護水平不大于2.5kV的SPD； SPD2：安裝在分配電盤上，每條相線和中性線上選用標(biāo)稱放電電流In不小于15kA，電壓保護水平不大于1.5kV的SPD； 若因條件所限，無法實現(xiàn)上述要求的，可在低壓配電盤上的每根相線和中性線上安裝開關(guān)型和限壓型復(fù)合SPD,Iimp宜不小于25kA，電壓保護水平宜不大于1.2kV。 10.4 使用直流電源供電的自動氣象站設(shè)備，應(yīng)在直流電源線路上安裝與設(shè)備額定電壓等級相同的直流電源SPD。 10.5 自動氣象站工作室調(diào)制解調(diào)器前端應(yīng)加裝符合其接口型式（一般為RJ11/RJ45）的信號SPD；在計算機前端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線上安裝接口型式為RS232或RJ45的信號SPD。信號SPD的最大持續(xù)工作電壓應(yīng)大于1.5Uc，在設(shè)備前端加裝Iimp大于0.5kA（10/350s）或In大于5kA（8/20s）的信號SPD，其他參數(shù)應(yīng)符合系統(tǒng)要求。 10.6 自動氣象站數(shù)據(jù)若采用無線方式傳輸，宜安裝同軸通訊SPD，其最大持續(xù)工作電壓應(yīng)大于1.5Uc，In應(yīng)大于5kA（8/20s），插入損耗對甚高頻系統(tǒng)（30 MHZ300MHZ）應(yīng)不大于0.2dB，對高頻系統(tǒng)（3 KHZ30KHZ）應(yīng)不大于0.5dB，其他參數(shù)如工作頻率、駐波比、殘壓、特性阻抗、分布電容等參數(shù)均應(yīng)符合系統(tǒng)的要求。 10.7 自動氣象站數(shù)據(jù)傳輸線進入轉(zhuǎn)接盒及采集器前端宜加