浅析高雷暴地区雷达机房的屏蔽设计

张泉锋，龚 伟，李衣长，邱旺勇

（福建省三明市气象局，福建 三明365000）

1 引言

雷电是年复一年的严重的自然灾害之一［1］，多发生在夏季。雷电灾害已经被联合国有关部门列为“最严重的十种自然灾害之一”［2～4］。气象雷达站的防雷减灾不但关系到雷达站自身的安全，而且关系到能否准确提供突发性气象灾害信息，关系到政府部门抗灾救灾决策能否迅速传递，关系到人民生命财产的安全问题［5，6］。

从全国各地气象部门建设的新一代多普勒天气雷达站来看，大多数布点于高山，属高雷暴区，且新一代天气雷达的设备比较贵重，微电子设施较多，具有高灵敏度、低耐压的特点，易受雷电侵害，因此提供科学合理的防雷措施是必不可少的。本文即以福建省三明市新一代天气雷达站的雷达机房的防雷屏蔽设计施工为例，阐述了高雷暴地区雷达机房的屏蔽方法，以期为气象部门在高雷暴地区雷达机房的屏蔽中提供参考。

2 雷达站气候和土质概况

福建省三明市新一代天气雷达站位于福建省三明市泰宁县峨眉峰顶，属于中亚热带季风型山地气候。一年中3～7月为雨季，同时也是雷暴多发的时候。据30年的气象历史资料统计［7，8］，泰宁县年平均雷暴日数达56d，最多的年份达80d以上，是重雷电害灾害区，其中泰宁县内的南溪、梅林及峨眉峰等区域尤为严重，据了解，位于峨眉峰山顶的微波站经常发生雷击现象，造成不同程度的经济损失。另外，根据福建东辰勘察院出具的《三明新一代天气雷达站工程地质勘察报告》得知（图1），雷达站所在地的土壤上层为破积含碎石粘土，底层为凝灰溶岩且含水量低，土壤电阻率极高，分布不均匀，因此做好雷达机房的屏蔽工作就显得格外重要［9］。

图1 雷达站所在地土壤表层

3 雷达机房位置的选择

一般的计算机机房应设在顶四层以下的楼层，这主要考虑到顶四层以下雷击电磁脉冲已经衰减了很多，对计算机等微电子设备的工作几乎不产生干扰了。然而雷达机房因为天线位于顶楼，以及与机房连接的线缆、波导管等的特殊要求，机房设在顶层是相对比较合理的，但对电磁场的屏蔽设计就有了更高的要求。为了减少雷电感应，福建省三明市新一代天气雷达站的雷达机房联合采用外部屏蔽、线路屏蔽以及选择合适的路径敷设线路等措施。

4 雷达机房的屏蔽设计

雷达机房所在建筑物的外部接闪体承担了大部分的雷电电磁能量，是防雷系统中重要的一环，并与内部防雷工作有着直接的联系。从防护功能上来说，一套完善的防雷设施，必须采取接闪、分流、屏蔽、均压、接地等技术措施。因此，建筑物防雷设施应包括接地体、引下线、避雷网格、避雷带、避雷针、均压环、等电位、避雷器等技术环节［10］。下面简单介绍一下该雷达机房的屏蔽设计。

4.1 外部屏蔽

三明市新一代天气雷达站的雷达机房设置了雷达塔楼顶层，雷达机房最外层的屏蔽莫过于雷达塔楼的混凝土钢筋了。

首先，将雷达塔楼的混凝土钢筋进行有效的焊接跨接，门、窗等金属构件均应与主钢筋连通，使整座塔楼构成法拉第笼楼，进行第一层的屏蔽。

其次，雷达机房内墙的屏蔽。在雷达机房的内墙抹灰层下面玻璃窗上敷设50mm×50mm不锈钢网，该不锈钢网的边缘采用金属条压，接并每隔1m焊接到雷达塔楼钢筋上，且与玻璃窗金属框及墙面屏蔽网电气连接。

第三，雷达机房结构柱及上下楼板的屏蔽。对雷达机房结构柱及上下楼板采用φ6mm的钢筋进行加密，纵横网格大小为50mm×50mm，钢筋连接处采用绑扎或电焊的方式进行连接，绑扎方式应每平方焊一次。同时应每隔1m预留20mm的钢筋头作为与外加屏蔽网、金属门框电气连接用。

第四，雷达机房金属门的屏蔽。该雷达机房金属门采用铜编织线进行接地，金属门框与雷达机房屏蔽网、大楼主钢筋进行可靠电气连接并与机房局部等电位连接母排进行连接（图2）。

图2 雷达机房屏蔽网

4.2 雷达机房线路屏蔽

为了防雷击电磁脉冲干扰，进出雷达机房的所有线缆均应敷设在金属屏蔽槽（管）内，并应进行多次等电位连接。雷达机房和控制室内的设备应满足距引下线不应小于1.0m的要求。

4.3 电缆与波导管的屏蔽

雷达天线接到机房的所有电缆均敷设在金属屏蔽槽（管）内，金属屏蔽槽连接处采用BV6mm2铜芯线进行跨接，使金属屏蔽槽（管）其首尾保持电气贯通。金属屏蔽槽（管）和波导管在穿经每一楼层时均采用BV10mm2铜芯线与该层等电位连接带电气连接。雷达天线至机房的电缆线入口处应用金属罩屏蔽并接地。

5 结语

本文以福建省三明市新一代天气雷达站的雷达机房的防雷屏蔽设计施工为例，阐述了高雷暴地区雷达机房的屏蔽方法。福建省三明市新一代天气雷达站设置在高山上，同时电力传输线路架空引入，因此雷电经常光顾，迄今为止，该雷达站防雷装置已正常运行2年多，有相对比较完善的雷电防护系统，雷达设备未曾遭到雷电损害，同时本防雷设计亦可在以后高雷暴地区雷达机房的屏蔽中借鉴应用。总之，只有采取完善的综合防雷措施，才能确保建筑物、工作人员和设备的安全，从而最大限度地减少因雷击所造成的损失。

［1］李 辉，张 艳，王云林，等.烟花爆竹场所雷电防护及检测技术探讨［J］.气象与环境学报，2007，23（1）：51～55.

［2］杨晓东.雷击种类及其综合防护技术浅析［J］.气象与环境学报，2006，22（3）：48～50.

［3］杨世刚，赵桂香，潘 森，等.我国雷电灾害时空分布特征及预警［J］.自然灾害学报，2010，19（6）：153～159.

［4］胡春良，包炳生.新一代多普勒气象雷达与雷电防护设置［J］.科技通报，2010，26（6）：926～930.

［5］冯晋勤，黄爱玉，张治洋，等.基于新一代天气雷达产品闽西南强对流天气临近预报方法研究［J］.气象，2012，38（2）：197～203.

［6］李 萍，蔡河章，张泉锋，等.新一代天气雷达站防直击雷安全性能评价［J］.绿色科技，2013（11）：261～262.

［7］蒋宗孝，阮锡章，伍毓柏，等.三明市农业气候资源概况［J］.气象科技，2004，32（增刊）：68～72.

［8］张尾兰，黄立盛，江艳芳，等.泰宁县近50年气候资源及主要气象灾害变化特征分析［J］.福建农业科技，2012（5）：51～56.

［9］李 萍，蔡河章，马秀玉，等.高土壤电阻率下防雷装置的设计［J］.气象科技，2014，42（5）：912～917.

［10］刘 谦，刘玉平，金乾林，等.雷电入侵计算机信息系统的各种途径及防护措施［J］.现代农业科技，2009（7）：281～282.