四川水情遥测设备的防雷接地问题

2017-04-07范家斌

四川水利 2017年4期

关键词：水情遥测水文

范家斌

(四川省水文水资源勘测局，成都，610036)

四川水情遥测设备的防雷接地问题

范家斌

(四川省水文水资源勘测局，成都，610036)

四川的雷电十分频繁,是雷电灾害多发地区之一。如何安全、有效地保护水文遥测设备使之在恶劣天气环境中稳定的运行，遥测设备的防雷工作尤为重要。本文对野外遥测设备在接地与防雷的基本方法、措施、应用做了简明的介绍，再结合日常工作中的一些体会作了阐述，希望能对我省水文遥测设备安全防护提供一些帮助。

水文遥测防雷接地

四川江河流域广泛，中小河流达325条，防汛任务较重，报讯站点高达3896处(含新建中小河流站)，水情报讯站点信息传输压力巨大。传统的水情信息的传递是：由最基层的水文(雨量)站信息到地区局数据库，各地区局数据库再到省局的数据库，最后省局报送部水文局，不仅耗费人力物力而且降低了情报传递的时效性。现在，改用遥测站的水情数据直接发送省局，再由省局同步以数据库交换方式，实时交换到各地区局和部水文局。遥测站点能否及时准确传递信息出来，是水情遥测信息系统成败中关键一环。

1 遥测站设备

水情遥测站一般由5大部分组成：遥测终端机(RTU)、水文传感器设备(雨量计及水位计)、太阳能板及蓄电池、信号传输单元(移动通讯及卫星模块、天馈线)、避雷设施组成。而能对遥测设备造成损害的最大的威胁，就是大气的雷击现象，要做好遥测站点的防雷措施，首先要对雷电放电有彻底的了解。

2 雷电放电的主要危害形式

常见的雷击现象有：直接雷、感应雷、球形雷。观察发现，对我省水情遥测系统危险较大的是直接雷与感应雷。

2.1 直接雷

指带电云层直接通过人体、建筑物、设备等对地所产生的迅猛放电现象，叫直接雷。雷电击中物体时，强大的雷电流转变成热能，对物体形成破坏。击中金属管道或导线时，不仅雷电流会对相连设备造成危害，同时雷电流从导线传送到用电设备，将产生一个强大的雷电冲击波及其反射波，反射波与冲击波叠加，形成驻波，驻波对电子设备有强大的破坏力。在对漫水湾站检查中发现，强大的雷击不仅烧毁了电表，还对站上电视等电子产品造成了严重损坏。

2.2 感应雷

由雷电而引起的静电感应和电磁场感应所产生的雷击统称感应雷。(1)静电感应：雷云底部分布着大量的电荷，产生静电场，在雷云所覆盖的地表面和各种物体上，产生与底部电荷相反的电荷。当雷云与地面放电，这种放电电流是一种很大的脉冲电流，对设备造成损坏。(2)电磁感应：闪电电流在闪电周围的空间产生磁场，在闪电电流入地过程中，变化的磁场在导体上产生的感应电动势和感生电流，使电器设备遭到雷击而损坏。

了解了雷电造成危险的方式，我们就可以针对雷电放电的形式展开防护措施，防止水情遥测设备受损。

3 防雷接地的基本方法

以防止雷害为目的的接地统称为防雷接地，防雷接地可分为工作接地、保护接地、防雷接地三大类。

3.1 工作接地

工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位，其目的是无论在工作还是出现故障的情况下，都能对遥测设备的运行起到保护作用。在我局的遥测设备中，我们将该基准电位与大地连接，视为零电位，因而不受外界磁场的变化，也称为设备接地。

3.2 保护接地

保护接地是将电子设备的金属外壳(机架)通过接地装置与大地直接连接起来，其目的是防止因设备金属外壳带电而造成人员触电的危险，保护接地也称安全接地。

3.3 防雷接地

防雷接地是为了把雷电浪涌产生的过电压、过电流顺畅导入大地，从而避免被保护物遭到直击雷或感应雷等的伤害。我局防雷接地装置主要是避雷针、接地引入线、接地体等。

目前，所检查的野外遥测站点，都完成了设备接地这项工作，其次，对一些雷击相对严重的遥测站点，我们都要求设置防雷接地措施。考虑四川的雷暴情况和节约经费支出这些方面，建议采用单杆针式避雷设施，根据防护的范围大小，采用6m～8m的避雷针(有特别要求除外)。

4 防雷接地的技术要求

接地是设备安全运行和防雷保护重要措施之一，良好的接地才能有效地降低引下线上的过电压。不管是直击雷、感应雷，最终都是把雷电流导入大地。没有合理而良好的接地装置是不可能有可靠的避雷的，所以，接地电阻越小，散流就越快，被雷击危险就越小。

按照国家相关规范的规定，我们要求遥测站避雷接地电阻应小于10Ω，设备接地电阻要小于4Ω，当采用共同接地装置时，接地电阻要小于1Ω。

5 降低接地电阻的方法

野外遥测站，由于地形、地势、土壤条件各不相同，实际防雷接地电阻大于规定要求，这时就需要设法降低接地体的土壤电阻率，以达到规定要求。降低电阻的方法比较多，我们介绍以下5种方法，各有利弊，供实际施工时参考使用。

5.1 换土法

这种方法是用电阻率较低的土壤(粘土、泥炭、黑土)替换原有电阻率较高的土壤,置换范围在接地体周围0.5m范围内，在回填土壤过程中，可加入焦炭、木炭等吸湿材料。此方法经常被使用，不过这种置换方法对人力和工时耗费都较大。

5.2 深埋接地体

接地体所处地层电阻率较大，而地下深处的土壤电阻率较低或有水时,可采取此方法来降低接地电阻值。这种方法对含砂土壤效果明显。根据查找资料记载,在3m深处的土壤电阻系数100%,4m深处为75%,5m深处为60%,6.5m深处为50%。此方法可以不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数,但施工难度比较,造价高。

5.3 伸长水平接地体

接地体附近有导电良好土壤、河流等可采用此法。但需注意到连接接地极干线的自身电阻所带来的影响,外引长度不宜超过80m。当接地体达到一定长度时,即便再增加长度,接地电阻也不再下降。这种降低电阻的方法，也是我们常用方法。

5.4 接地电阻降阻剂

在接地要求较高时，使用降阻剂这种方法。在接地体周围敷设降阻剂后,可增大接地极外形尺寸,降低与大地介质之间的接触电阻。由于降阻剂是由几种导电性能良好的强电解质物质配制而成,因而具有长期保持良好的导电性的作用。这种方法也是目前积极推广的方法。

5.5 化学处理法

在接地体周围土壤中加食盐、木炭、电石渣、废碱液等化学物,提高土壤导电性能。如在土壤中加入食盐,土壤电阻率可减少1/3～1/2,砂土可减少3/5～3/4。这种方法虽然工程造价较低且效果明显,但会加速接地体腐蚀,减少接地体的使用年限，降低接地性能的安全稳定性,正逐步被其他方式代替。