观测场共用地网与独立地网探讨

田 野，杜向波

(1.贵州省余庆县气象局，贵州 余庆 564400；2.贵州省习水县气象局，贵州 习水 564600)



观测场共用地网与独立地网探讨

田 野1，杜向波2

(1.贵州省余庆县气象局，贵州 余庆 564400；2.贵州省习水县气象局，贵州 习水 564600)

该文以在建的小岩关观测场为例，将现场收集到的数据巧妙代入瞬态电压的计算公式中，分别计算出主采集器和地温分采集器在不同雷电流流过时的瞬态电压值，并把此值和设备的耐受电压进行比较，得出独立地网能够很好地防止雷电流的入侵，而采用共用地网就必须保证接地电阻足够的小，才能保护设备不受损坏。

观测场；瞬态电压；防雷接地网

1 引言

自动气象观测站由地面气象观测场和值班室两部分组成，观测场多设置在四周较空旷的山坡上，易遭受雷击，就需要用接闪杆来进行保护，然而对于接闪杆和观测场是否共用地网还存在一点争议。一部分学者认为，共用地网可以降低两点之间的电位差，从而有效的防止高电位反击对设备造成的损害；另一部分学者认为，共用地网时，由于各类设备对地的接地电阻会有微小的差距，从而导致其泄流强度的不同，那么就存在设备的误动作或损坏，所以建议两地网应各自独立且保持一定的安全距离。现以在建的小岩关观测场为例来进行讨论。

2 现场概况

小岩关观测场位于思南县城西南面，108.24°E，27.92°N， 海拔高度573.0m ，年平均雷暴日54.2d，属于高雷区。小岩关观测场平面图如下：

图1 观测场设计平面图

小岩关观测场防雷设计平面图如下：

图2 观测场防雷设计平面图

3 接闪杆采用独立接地网

当采用独立接地网时，需满足GB50057-2010中的要求[1]

图3 防雷装置至被保护物的距离

地上部分：当hx<5Ri时，Sa1≥0.4(Ri+0.1hx)；当hx≥5Ri时，Sa1≥0.1(Ri+hx)

地下部分：Se1≥0.4Ri

式中：Sa1为空气中的距离(m)；Se1为地中距离(m)；Ri为独立接闪器接地装置的冲击接地电阻(Ω)；hx为被保护物或计算点的高度(m)。

根据QX30-2004《自动气象站场室防雷技术规范》中的最低要求[2]，取Ri=10 Ω，被保护物的高度取观测场四周的围栏高度hx=1.2 m，带入上式中计算：

地上部分：hx<5Ri，则Sa1≥4.048 m。

地下部分：Se1≥0.4Ri≥4.0 m

由计算结果得出，接闪杆地上部分离被保护物的距离应大于4.048 m，地下部分离被保护物的距离应大于4.0 m即可有效的防止反击。小岩关观测场防雷设计采用4只等高接闪杆来保护，接闪杆均匀分布在4个角，离最近的保护物(围栏)的距离只要大于4.1 m，并且接闪杆的接地电阻值小于10 Ω，就能够很好的泄流，并且达到防反击的效果。

4 接闪杆与观测场内仪器共用接地网

当接闪杆遭受雷击时，雷电流沿着引下线进入接地网，由于接闪杆与观测场内仪器是共用的接地网，所以各设备上也会有相应的分支雷电流流过，且各设备距离接闪杆的距离不相同，雷电流在地网中分流的影响，在各个设备上产生的瞬态电压也各不相同。当加在设备上的瞬态电压大于设备自身的耐冲击电压时，就会对设备造成损害。

雷电流在传输过程中的任意一点的瞬态电压值为[3]：

4.1 取最大雷电流值计算

按照二类防雷建筑物类别，取雷电流的幅值为150 KA，波头时间变化率为15 KA/μs，现计算接闪杆接闪后，雷电流流入地网中部分设备的瞬态电压值。

如图2观测场防雷设计平面图，当接闪杆B4遭受150 KA 的雷电流直接雷击时，雷电流进入接地装置后瞬间分流，假设每个分支流入50%的雷电流，此时雷电流经过5次分流后流到主采集器接地点的电流为4.69 kA。

根据公式(1)计算，其中L0按照第二类防雷标准计算，引下线的单位长度电感取其等于1.5 μΗ/m 。

采集器上的瞬态电压为35.635 kV。

地温采集器上的瞬态电压为6.86 kV。

4.2 取贵州省内平均雷电流值计算

按照贵州地区的实际情况，取雷电流正地闪的平均强度为54.2 kA，波头时间变化率为11.06 kA/μs[4]。带入上式计算：

此时雷电流经过5次分流后流到主采集器接地点的电流为1.69 kA。

采集器上的瞬态电压为19.2 kV。

地温采集器上的瞬态电压为4.16 kV。

由于观测场内的设备属于特殊需要保护的电子信息设备[5]，耐冲击过电压类别为Ⅰ类，耐冲击过电压额定值为1.5 kA。由上述计算可以看出，接闪杆接闪后流到设备接地点的瞬态电压值远远大于所规定的耐冲击过电压的额定值，主要原因是接地电阻值和流入设备的雷电流过大造成的。从理论上来说，只要接闪杆接闪后，设备损坏的可能性非常大。

5 结论

从上述的计算结果可以看出，采取独立地网的方式，只要接地电阻值小于10 Ω，且满足GB50057-2010要求计算出的安全距离，就不会有雷电流流入设备的保护地网中，这对设备来说才是最安全的。若采用共用接地网，这就要求共用地网的接地电阻值必须要很小，最好限制的1 Ω以下，这样就使得雷电流以最快的速度入地，降低了设备上的瞬态电压，从而更好的保护了设备。另外还可以在接闪杆的位置多设几处分支导体，使雷电流尽快入地，达到保护设备的目的。

[1] GB50057-2010.建筑物防雷设计规范[S].

[2] QX30-2004.自动气象站场防雷技术规范[S].

[3] 马金福，陈志良.气象观测场防雷设计与施工中需注意的几个问题[J].浙江气象，2008.

[4] 丁旻，吴古会.贵州省雷电破坏作用分析[J].科技风，2012.

[5] GB50343-2012.建筑物电子信系统息防雷技术规范[S].

2014-11-25

田野(1988—)，男，助工，主要从事气象科技服务工作。

1003-6598(2015)03-0056-02

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