新疆戈壁地質防雷地網設計研究

劉秋榮，李春娥

（1.新疆哈密地區(qū)氣象局，新疆 哈密 839000；2.新疆氣象培訓中心，烏魯木齊 830000）

0 引言

氣象自動站和大風測試儀等氣象設備借助嵌入式計算機系統(tǒng)進行信息處理、數據處理、網絡通訊等都大大提高了觀測數據質量和傳輸效率，但氣象設備采用了大規(guī)模的電子集成電路，其工作和信號電壓很低，抗干擾、抗電涌的能力極低，如果缺乏必要的雷電防護措施，一旦遭受雷電電磁脈沖（LEMP）的沖擊，則會引發(fā)氣象自動站硬件的永久性損壞，造成區(qū)域性觀測數據缺失和經濟損失。且區(qū)域氣象自動站、能見度和大風測試等設備大都安裝在交通不便的戈壁灘或高山之間，新疆干旱少雨，戈壁地質含鹽堿的濃度較高，且土壤的電阻率大，防雷接地不易作好，極易遭受直接雷擊。本文主要就如何作好戈壁地質下的防雷接地通過實例進行研究。

1 戈壁地質的特點及雷電等級的確定

接地系統(tǒng)是防雷工程建設中施工難度最大也是最重要的一個分項，由于環(huán)境的不同接地網的設計也存在較大差異。系統(tǒng)的接地工程主要由接地體、連接線組成接地網絡，其中影響接地效果的主要因素有土壤電阻率、接地體的選擇、接地材料的防腐和合理的規(guī)劃接地網絡。因此接地網的設計和工程實施是做好防雷工程的關鍵。

1．1 戈壁地質的特點

戈壁地質一般是沙子和石石頭的混合體，地質中含有較高的腐蝕性鹽堿，少雨干旱土壤地阻率較高，表1是某地區(qū)采集的光伏電站現場的實測土壤地租率，該光伏電站是建設在戈壁地質上的，測試結果說明，土壤電阻率ρ的平均值都在2000Ω／Ω·m左右，為高土壤地質。在這樣的條件下制作防雷地網是非常困難的，施工難度較大，防雷地阻也不易合格。

表1 光伏列陣區(qū)土壤電阻率測試

1．2 雷電等級的確定

根據國家標準 《建筑物防雷設計規(guī)范》《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057－2010（2011年10月1日實施）附錄一計算方法，建筑物年預計雷擊次數按下式確定：

N＝k·N·gAe（1）

式（1）中：N—建筑物年預計雷擊次數，次／a；k—校正系數，在一般情況下取1，在下列情況下取相應數值：位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1．5；金屬屋面沒有接地的磚木結構建筑物取1．7；位于山頂上或曠野的孤立建筑物取2；Ng—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度，次／（km2／a）；Ae—與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積，km2。

式（1）是確定建筑物年預計雷擊次數關系式，新疆各地雷暴日天數差距很大，最多的為阿克蘇為32．7天，最少的為和田為2．8天。按式（1）選取阿克蘇年平均雷暴日最大為32．7天、k校正系數取2計算，自動站年預計雷擊次數約為0．2次／a。依據中華人民共和國氣象行業(yè)標準QX4—2000《氣象臺（站）防雷技術規(guī)范》規(guī)定，第6款6．4條規(guī)定，“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，均應劃為三級防雷自動氣象站場室”。

2 接地體材料的分類與選擇

隨著防雷電工作的深入和發(fā)展，新的接地材料不斷開發(fā)使用，接地電阻的壽命和穩(wěn)定性大大提高。以下介紹幾種常用材料供參考。

2．1 金屬接地體

金屬接地體，就是傳統(tǒng)的金屬導體，如扁鋼、圓鋼、角鋼、鋼管、銅棒、銅板等。用傳統(tǒng)接地材料做地網的優(yōu)點是便于取材、成本低，適合在土壤電阻率較低的場合使用。缺點是受季節(jié)影響較大，接地電阻不夠穩(wěn)定，抗鹽、酸、堿腐蝕的能力較差，地網使用壽命相對較短，在土壤電阻率特別高的戈壁環(huán)境條件下制作地網是比較困難的。

2．2 非金屬接地體

目前，針對不同地域、環(huán)境條件開發(fā)了許多非金屬防雷接地產品，這些產品與傳統(tǒng)接地體相比具有降低接觸電阻、接地電阻穩(wěn)定、減少地電位反擊、使用壽命長和適用于沙漠、戈壁、鹽堿地、高原和凍土等惡劣地質條件的地區(qū)的特點。

通過大量的工作實際比較，使用傳統(tǒng)的金屬材料雖然成本低，但是其用地面積、施工難度較大，尤其在新疆戈壁環(huán)境下地網的使用壽命、穩(wěn)定性等遠不如非金屬材料。

3 結語

氣象設備的特殊性，需要設計更強的防雷方案，盡可能避免或減少氣象設備遭受雷擊損失，確保氣象設備數據準確及時的采集和上傳。在制定防雷方案時，認真分析不同的地質環(huán)境、鹽堿腐蝕、土壤電阻率、土層結構、季節(jié)因數、氣候等因素，采用科學、合理的方法，選用合適的材料，以確保防雷地網的穩(wěn)定可靠。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50057－2010 建筑物防雷設計規(guī)范［S］．2011.

［2］國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.QX30－2004自動氣象站場室防雷技術規(guī)范［S］．2004.

［3］中國氣象局.QX3-2000氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護規(guī)范［S］．2000.