新疆戈壁地质防雷地网设计研究

刘秋荣，李春娥

（1.新疆哈密地区气象局，新疆 哈密 839000；2.新疆气象培训中心，乌鲁木齐 830000）

0 引言

气象自动站和大风测试仪等气象设备借助嵌入式计算机系统进行信息处理、数据处理、网络通讯等都大大提高了观测数据质量和传输效率，但气象设备采用了大规模的电子集成电路，其工作和信号电压很低，抗干扰、抗电涌的能力极低，如果缺乏必要的雷电防护措施，一旦遭受雷电电磁脉冲（LEMP）的冲击，则会引发气象自动站硬件的永久性损坏，造成区域性观测数据缺失和经济损失。且区域气象自动站、能见度和大风测试等设备大都安装在交通不便的戈壁滩或高山之间，新疆干旱少雨，戈壁地质含盐碱的浓度较高，且土壤的电阻率大，防雷接地不易作好，极易遭受直接雷击。本文主要就如何作好戈壁地质下的防雷接地通过实例进行研究。

1 戈壁地质的特点及雷电等级的确定

接地系统是防雷工程建设中施工难度最大也是最重要的一个分项，由于环境的不同接地网的设计也存在较大差异。系统的接地工程主要由接地体、连接线组成接地网络，其中影响接地效果的主要因素有土壤电阻率、接地体的选择、接地材料的防腐和合理的规划接地网络。因此接地网的设计和工程实施是做好防雷工程的关键。

1．1 戈壁地质的特点

戈壁地质一般是沙子和石石头的混合体，地质中含有较高的腐蚀性盐碱，少雨干旱土壤地阻率较高，表1是某地区采集的光伏电站现场的实测土壤地租率，该光伏电站是建设在戈壁地质上的，测试结果说明，土壤电阻率ρ的平均值都在2000Ω／Ω·m左右，为高土壤地质。在这样的条件下制作防雷地网是非常困难的，施工难度较大，防雷地阻也不易合格。

表1 光伏列阵区土壤电阻率测试

1．2 雷电等级的确定

根据国家标准 《建筑物防雷设计规范》《建筑物防雷设计规范》GB50057－2010（2011年10月1日实施）附录一计算方法，建筑物年预计雷击次数按下式确定：

N＝k·N·gAe（1）

式（1）中：N—建筑物年预计雷击次数，次／a；k—校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下取相应数值：位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1．5；金属屋面没有接地的砖木结构建筑物取1．7；位于山顶上或旷野的孤立建筑物取2；Ng—建筑物所处地区雷击大地的年平均密度，次／（km2／a）；Ae—与建筑物截收相同雷击次数的等效面积，km2。

式（1）是确定建筑物年预计雷击次数关系式，新疆各地雷暴日天数差距很大，最多的为阿克苏为32．7天，最少的为和田为2．8天。按式（1）选取阿克苏年平均雷暴日最大为32．7天、k校正系数取2计算，自动站年预计雷击次数约为0．2次／a。依据中华人民共和国气象行业标准QX4—2000《气象台（站）防雷技术规范》规定，第6款6．4条规定，“除一级和二级防雷自动气象站场室以外的自动气象站场室，均应划为三级防雷自动气象站场室”。

2 接地体材料的分类与选择

随着防雷电工作的深入和发展，新的接地材料不断开发使用，接地电阻的寿命和稳定性大大提高。以下介绍几种常用材料供参考。

2．1 金属接地体

金属接地体，就是传统的金属导体，如扁钢、圆钢、角钢、钢管、铜棒、铜板等。用传统接地材料做地网的优点是便于取材、成本低，适合在土壤电阻率较低的场合使用。缺点是受季节影响较大，接地电阻不够稳定，抗盐、酸、碱腐蚀的能力较差，地网使用寿命相对较短，在土壤电阻率特别高的戈壁环境条件下制作地网是比较困难的。

2．2 非金属接地体

目前，针对不同地域、环境条件开发了许多非金属防雷接地产品，这些产品与传统接地体相比具有降低接触电阻、接地电阻稳定、减少地电位反击、使用寿命长和适用于沙漠、戈壁、盐碱地、高原和冻土等恶劣地质条件的地区的特点。

通过大量的工作实际比较，使用传统的金属材料虽然成本低，但是其用地面积、施工难度较大，尤其在新疆戈壁环境下地网的使用寿命、稳定性等远不如非金属材料。

3 结语

气象设备的特殊性，需要设计更强的防雷方案，尽可能避免或减少气象设备遭受雷击损失，确保气象设备数据准确及时的采集和上传。在制定防雷方案时，认真分析不同的地质环境、盐碱腐蚀、土壤电阻率、土层结构、季节因数、气候等因素，采用科学、合理的方法，选用合适的材料，以确保防雷地网的稳定可靠。

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.GB 50057－2010 建筑物防雷设计规范［S］．2011.

［2］国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.QX30－2004自动气象站场室防雷技术规范［S］．2004.

［3］中国气象局.QX3-2000气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范［S］．2000.