水文站防雷工程项目设计方案

1、水文站防雷工程项目 设计方案随着社会的进步，各行各业迅猛发展，正在为构建信息社会发挥越来越大的作用，而水文站作为观测及搜集河流、湖泊、水库等水体的水文、气象资料的基层水文机构，其作用不容小视。水文站观测的水文要素包括水位、流速、流向、波浪、含沙量、水温、冰情、地下水、水质等；气象要素包括降水量、蒸发量、气温、 湿度、 气压和风等。水文站内的设备安全就直接影响到水文监测数据的传输，因此，水文站内设备的防雷措施是其中很重要的一环。水文站大部分的设备大部分是电子设备，它的电磁兼容能力低，抗雷电、 抗电磁干扰能力弱。水文站的防雷是一个讲究整体防御性的工作，需要各个环节紧密配合。 水文站主要由电源系统、

2、控制系统、语音系统、网络系统等组成，其中，电源供电设施包括工作主机、缆道绞车动力系统、主控台等一些用电设备。网络系统包括电脑、市话MODEM等设施，语音系统含电话机等设施，控制系统含一些控制信号传感器，如变频器等设施。各个系统之间紧密联系，共同构成了一个现代化信息系统。从防雷的角度讲，这些设备引入雷电的危害形式并不单一，主要包括了直接雷击、感应雷击、电磁脉冲辐射、雷电过电压侵入和反击，一旦某一设施遭受雷电袭击，必然会直接影响到与它相连的其它设施，造成破坏。水文测站一般地处偏远空旷的江河边，输电线路较长、无线通讯天线和缆道设施凌空高架等都容易遭受雷击，近年来， 由于水文信息采集的自动化程度越来越

3、高，各种自动监测电子仪器、缆道自动控制系统、无线通讯系统的广泛运用，大大提高了水文监测预报能力，但昂贵的电子仪器遭受雷击损坏的几率也大增，损失很大，有的因无法及时修复。而影响了水文信息监测预报、防汛决策和预警的及时性，造成人员生命和财产的损失。因此，急需建设水文站的防雷系统，以确保监测仪器设备的运行安全可靠。针对水文站容易遭受雷害的情况，本文简单的将水文站的组成分成两部分，一部分为防直击雷措施，； 另一部分为防感应雷措施。防直击雷措施包含接闪器、引下线及接地装置等，防感应雷措施概括为电源系统、网络信息系统、语音系统、控制系统等多个部分来讨论水文站的整体防护，着重阐述了每一组成部分各设施的具体防

4、雷措施。并应用这些方法，对水文站进行了防雷方案设计。一、雷电对水文站的危害1.1 雷电成因当天空中有雷云的时候，因雷云带有大量电荷，由于静电感应作用，雷云下方的地面和地面上的物体都带上与雷云相反的电荷。雷云与其下方的地面就成为一个已充电的电容器，当雷云与地面之间的电压高到一定的时候，地面上突出的物体比较明显地放电。同时， 天空带电的雷云在电场的作用下，少数带电的云粒（或水成物）也向地面靠拢，这些先驱流柱延续形成电离的微弱导通。当先驱放电到达大地，或与大地放电迎面会合以后，就开始主放电阶段，形成雷击。人们通过模拟地球原始大气在密室中进行放电的实验，结果由无机物合成了11种氨基酸。这些物质的出现，

5、是生命起源的基础，因此，一些生命起源学说认为，是雷电孕育了地球上的生命。从这个角度来讲，人类有今天的文明应该感谢雷电，但是，雷电给人类带来的危害更值得我们关注。1.2 雷电对水文站的危害形式雷电是自然界中强大的脉冲放电过程，雷电通过多个渠道的侵入酒店的多个系统， 一般说来，我们可以把雷电放电对地面建筑物或设备可能产生的危害形式划分为下列几类。1.2.1 直接雷击在雷暴活动区域内，雷云直接通过人体、建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象，称之为直接雷击。此时雷电的主要破坏力在于电流特性而不在于放电产生的高电位，我们可由水文站的缆索及办公楼一些电力电缆及架空线路遭受直击雷的情况看出它对水文站的危害

6、。1）水文站缆道房所在建筑物由于缆道房外面有三根架空的缆索，该缆索用于承载水文站内测量仪器，当雷电击中缆索时，雷电流通过金属缆索传输至缆道房的动力绞车上，最终通过电源线及传感线路对缆道房内的设备造成严重破坏。2）水文站办公室屋面接收天线接收天线也是雷击的主要破坏点，由于天线大多设置在屋面，从防雷角度来看，相对周围环境而言，形成十分突出的目标。雷电流在闪击天线过程中将进入与天线相连的馈线，它沿着馈线可以传送到很远的地方。除了在馈线上产生电或热效应，破坏其机械和电气连接之外，当它侵入与之相连的通信设备时，还会对通信设备的机械结构和电气结构产生破坏作用。 同时， 它在设备处出现一个强大的雷电冲击波及

7、其反射分量，反射分量的幅值尽管没有冲击波大，但其破坏力也大大超过微电子器件的负荷能力，尤其是它与冲击波叠加，形成驻波的情况下，便成了一种强大的破坏力。可见，直接雷击的危害十分大，绝不能掉以轻心。1.2.2 感应雷击从雷云密布到发生闪电放电的整个过程中，雷电活动区几乎同时出现三种物理现象， 其中静电感应与电磁感应两种现象是可能造成感应雷击的危害形式。感应雷击虽然没有直接雷击猛烈，但其发生的几率比直接雷击高得多。下面我们来 分析一下高压架空线（缆索）、馈线分别在雷电静电感应、电磁感应作用下是怎 样将雷害引入酒店的。1） 静电感应当雷电来临时，雷云底部分布着大量的负电荷，它们将产生静电场。高压架空线

8、路 （缆索） 上将感应出大量与雷云底部电荷符号相反的电荷，这种静电感应作用随着与雷云正下方高压架空线路的距离的增大而迅速减小（与距离的三次方成反比）。在雷云对地面或另一雷云放电后，雷云上所带的电荷，通过闪击与异种电荷中和。此时，高压架空线路（缆索）上虽未受到雷击，但已聚积的电荷却产生了很高的电压，它必然要放电。而由于高压架空线路（缆索）与大地间的电阻比较大，感应电荷不能在同样短的时间内相应消失，这样就会形成高压架空线路上的感应高压。这样形成的感应高电压在高压架空线路可达 300400KV电荷放电时，将产生一个很大的脉冲电流，其雷击效果虽然比直接雷击小一些，但由于电力线对雷电波的传输损耗小，雷电

9、流几乎无衰减的沿电力线进入电源设备，也会造成设备损坏。2） 电磁感应闪电电流在经办公楼屋面入地过程中，在楼房周围的空间产生磁场，这种磁场将随时间而变化，其感应作用随着与落雷点的距离的增大而较快地减少（与距离平方成正比）。 磁场在馈线同轴电缆的金属屏蔽层上激发出感应电流，屏蔽层的电阻会使屏蔽层产生相当高的电压降，此时， 由于芯线上没有感应电流，即为电位零点，此电压降就成为屏蔽层与芯线之间的电压。3）电磁脉冲辐射雷电放电产生的第三种物理现象就是电磁脉冲辐射，闪电放电时，其电流是随时间而非均匀变化的。一次闪电往往由几个短脉冲放电组成，脉冲电流向外辐射电磁波，这种电磁脉冲辐射虽然也随着距离的增大而减小

10、，但却比较缓慢（与距离的一次方成反比）， 闪电的电磁脉冲辐射通过空间以电磁波的形式耦合到对瞬态电磁脉冲极其敏感的设备。随着网络等日趋庞大，设备的集成化、数字化程度不断提高。此类设备一般 工作电压低、耐压水平低、敏感性高、抗干扰能力低，受雷电影响及损坏的几率 增大，即使是几公里以外的高空雷闪或地面雷闪都可能造成设备故障或损坏。4）雷电过电压侵入当建筑物并不处于雷暴活动区域内， 或者虽然在雷暴活动区域内，但设备已 受到防直击雷的避雷装置的保护与屏蔽， 有时仍会遭到雷害。其原因可能是在电 力电缆、同轴电缆或金属管道上未采用防止雷电过电压侵入的措施。下面以电力电缆为例说明雷电过电压侵入对水文站内部系统

11、的危害。直击雷或感应雷都可能使电力电缆产生过电压，如图2.2.5所示。这种过电压沿着电力电缆从远处雷区 或防雷保护区域之外传来，侵入设备内部，使交、直流电源和整流器损坏。由于 雷电过电压波沿电力电缆传播的距离远，扩散面大，特别是当地并无雷电活动， 工作人员毫无准备的情况下，突然袭来，所以，雷电过电压侵入造成的损失也比 较严重。据统计，在电子设备遭受的雷击事故中，雷电过电压沿电源线侵入设备 而造成的雷击故障，大约要占80%。图2.2.5雷击大地对附近电缆放电示意图5）反击在雷暴活动区域中，当雷电闪击到屋面的接闪装置上时， 尽管接闪装置的接 地系统十分良好，具接地电阻也很小，但由于雷电流幅值大，波

12、头陡度高，雷电 流流过时也会使接地引下线和接地装置的电位聚开到上百千伏。如果接地引下线与各种金属管道或用电设备的工作地线间的绝缘距离未达到安全要求，则可能造成引下线与各种金属管道或用电设备的工作地线之间放电，从而使这些金属管道 或用电设备的工作地线上引入反击电流，造成工作人员和设备雷击事故。/IrZOOKA通信同盛系统左右<100KA L电解系统痔蹬（25KA每强1 OKA/n图2.2.6雷电流对金属钢管反击示意图因此，水文站的防雷既要防直击雷，又要防感应雷，既要防止局电压雷电波 从金属线缆输入，也要防止高电压反击。二、水文站整体防雷探讨在科学技术日益发展的今天，虽然我们还不能完全控制暴

13、烈的雷电，但是经过长期的摸索与实践，现在己积累了很多有关防雷的知识和经验，并形成一系列对防雷行之有效的方法和技术。这些成功的防雷方法和技术，归纳起来有接闪、均压、等电位连接、接地、分流、屏蔽以及躲避等。将这些方法应用于水文站系统的防雷，可在一定程度上减小雷电对系统的危害。2.1.1 天线利用提前放电避雷针及避雷带等措施，可以有效地保护天线免遭直接雷击。1）接闪器大部分天线的防雷措施，主要是在办公楼屋面安装避雷针，这种方法经济、简单，但应严格按照以下要求进行设计。大楼天线通常放在屋面上，天线安装位置应在避雷针的防护范围内。避雷针应架设在天线附近区域，并与避雷带进行焊接，避雷带再与大楼的主钢筋焊接

14、，并做好焊点防腐处理。避雷针的架设高度按滚球法计算，滚球半径应符合所选择的防雷体系的保护等级，避雷针支撑柱宜采用镀锌钢管组成，针尖采用科比特生产的避雷针，型号为KBT-TSE-I。避雷针应与天线之间保持一定的间隔，如图3.1.1所示，以防止由于避雷针的存在而损坏天线的辐射图形，影响通信效果。图 3.1.1 避雷针保护天线示意图2）引下线利用办公楼建筑物的主钢筋作为引下线（或设置一根独立的引下线，引下线 采用12的热镀锌圆钢），以保证安全通过雷电流。所以，接闪器与建筑物的主 钢筋有良好的电气连接，并做防腐处理，即可保证雷电流及时流入大地，这样既 减少投资，又达到保护的目的。2.1.2馈线办公楼的

15、馈线一般采用同轴电缆，由于它已在避雷针的保护范围内，具引入 机房的主要是感应雷电波，所以，可采取屏蔽层接地的方法，将雷电流尽快泄入 大地，减少对机房通信设备的影响。在同轴电缆至机房转弯处上方0.51m适当 位置与大楼的接地装置连接，作为另一个接“地”点。电缆金属屏蔽层接地可以防止高电位引入机房， 在高电位到达电缆时，电缆 金属屏蔽层与芯线之间的绝缘介质被击穿， 两者连通。根据集肤效应，电流被排 挤到金属屏蔽层而进入大地，从而起到钳制高电压引入的作用。同轴电缆进入机房后，在连接到基站通信设备前其芯线应加装大馈避雷器， 以便让从芯线传来的雷电能量泄放到大地，防止感应雷的引入。2.2 低压输电线从变

16、压器到水文站办公大楼及缆道房，低压线路宜全程采用具有金属护套的电缆 穿钢管埋地引入，电缆长度不宜小于50m埋地深度不小于0.7m。在办公大楼及 缆道房入口处，将金属护套和钢管就近与地网连通，由于雷电流的集肤效应（集肤效应又叫趋肤效应，当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过，这种 现象叫集肤效应。是电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于总导体表层，而非平均分布于整个导体的截面积中），可使相当大的一部分电流沿 金属护套和钢管接地端口泄入大地， 最大限度衰减从其上引入的雷电高电压。电源引到大楼的总配电室后，应根据设备的多少和配置来增设相应的防雷保护措 施。2.3 机房及缆道房部分

17、水文站重要的通信设备都在机房及缆道房内，因此，做好这部分的防雷是该水文站整体防雷工程的关键。2.3.1 电源系统电源是通信系统的“心脏”，做好通信电源的防雷保护是做好整个通信系统 防雷工作的重要内容。对于电源系统的防护，可在该系统中加装过电压保护器， 它能在极短时间内释放电路上因雷击而产生的大量脉冲能量，将被保护线路连入等电位系统中，使设备各端口的电位差不超过设备所能承受的冲击耐受电压，从而保护设备免遭损坏。(1)分级保护根据设备的不同位置和耐压水平，可将保护级别分为三级或更多。多级防护 是以各防雷区为层次，对雷电能量逐级泄放，让各级避雷器的限制电压相互配合， 最终使过电压值限制在设备绝缘强度

18、之内， 电源系统的多级防护如图3. 3. 1所示。图3.2.1电源系统多级防护示意图1)第一级保护考虑到从变压器进入大楼总配电开关的电缆容易遭受雷电闪击或者感应雷 电波，并且进入该电表箱的雷电流没有分流，雷电流最强。因此，在变压器到大 楼总配电开关处的电缆芯线应对地加SPD它可以对通过电缆的直击雷和高强度 感应雷实施泄放，将数万甚至数十万伏的过电压限制到数千伏。由于配电房入口处的SPD要承受沿电缆侵入的浪涌电流的主要能量， 应根据 情况选择较大通流容量的开关型SPD它主要采用气体放电管，其放电能力强， 但残压较高。2）第二级保护考虑到从总配电开关到机房及缆道房内配电开关的输电线路， 主要是针对

19、电 源的次级防雷，也应在其配电箱内对地加装 SPD由于配电箱处的SPD是对经过 初级避雷器限制电压后的直击雷和感应雷实施泄放， 可选用通流容量相对适中的 限压型SPD它主要采用氧化锌压敏电阻，其残压低，无续流、响应时间短。3）第三级保护考虑到从缆道房配电箱到动力系统电源的输电线路， 主要是针对电源的次次 级防雷，也应在机房配电箱内对地加装 SPD用于保护UPS整流器等设备，它可 将几千伏的过电压进一步限制到一点几千伏。4）第四级保护考虑到可能有残压和高压反击，在通信设备的前端也应对地加装SPD用于对终端设备的保护，它可将过电压限制到对后级设备没有损害的范围内。终端设备的防护可采用抑制二极管，较

20、之气体放电管和MOV它有更高的电流导通能力， 当受到瞬态高能量雷电冲击时，它能以9 10 s量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，并且限制电压低而且稳定，有效地抑制外来雷电波的入侵。级间配合SPD应设置在任意两个防雷区的交界处,各级SPD的电压等级和通流量等级 要与各级可能承担的雷电能量和各级设备的耐压配合。2.3.3信号系统1）天馈系统天馈通道是雷击感应的通道之一，因此，同轴电缆除了其金属屏蔽层就近接 地外，还应选择加装不同的大馈避雷器。 因SPD存在一定的插入损耗，会对天线 辐射信号的强度造成影响，选择时应保证其损耗尽可能小，阻抗和工作频率等指 标与通信设备相匹。同轴电缆SPD一般在室

21、外端和室内与设备的接口端分两级设置， 其接地端子应就近接到机房外同轴电缆入口处的接地体上，以便让从同轴电 缆芯线传来的雷电能量逐级泄放到大地，防止引入感应雷电流。2）网络信号系统网络信号系统中同样包括很多设备，其中有主机、网络交换机、路由器等设备， 这些设备都是有一些很敏感的电阻、电容等元件组成，抗雷电感应的能力很差， 当这些设备被雷电感应时，受损的几率相当大。同样也给水文站带来巨大损失，因此，网络防雷也是不可缺少的。网络信号系统的防雷分为两部分，一部分是电脑主机的防雷，其主要的防雷措施是在网络信号进主机前端安装相对应的 SPD并有良好的接地系统。这样能保护好主机不被感应雷电流进入主机，导致主

22、机瘫痪。另外一部分则是路由器的防雷， 因为所有的网络信号均是通过路由器传输至各台主机，对其提供网络服务，因此在路由器前端加装相应的信号 SPD同样要有良好的接地系统，将设备的机箱外壳进行接地处理。已达到防静电的目的。3）音频信号系统音频信号系统中主要包括电话及程控交换机等设备，这些设备都是有一些很敏感的电阻、电容等元件组成，抗雷电感应的能力很差，当这些设备被雷电感应时，受损的几率相当大。同样也给通讯带来极大的不便，因此，音频防雷也很重要。音频信号系统的防雷主要是电话的防雷，其主要的防雷措施是在电话信号进电话机前端安装相对应的SPD并有良好的接地系统。这样能保护好通讯设备。将设备的机箱外壳进行接

23、地处理。已达到防静电的目的。4 ）控制信号系统控制信号系统中同样包括很多传感设备，有变频器、信号数据采集及接收器等设备， 这些设备都是有一些很敏感的电阻、电容等元件组成，抗雷电感应的能力很差，当这些设备被雷电感应时，受损的几率相当大。控制信号系统的防雷分为两部分，一部分是信号发射端口，其主要的防雷措施是在发射信号端口安装控制信号防雷器，并有良好的接地系统。这样能将感应雷电流在进入设备时泄放掉；另外一部分则是信号接收端的防雷，在设备信号接收前端加装相应的信号SPD同样要有良好的接地系统，将设备的机箱外壳进行接地处理。已达到防静电的目的2.3.4 其它设施由于金属管道如水管、气管等在地下易受到反击

24、，所以应将它们在穿越各级 雷电保护区的分界面处做等电位连接。 在LPZ0区与LPZ1区的界面上，虽然大楼 屋顶与四周墙壁及地面已形成框架式结构， 但由于受门、窗等影响，雷电电磁脉 冲仍会侵入机房内，因此，可将所有金属门、窗等电位连接在一起。2.3.5 设备接地和防雷接地良好的接地可以将雷电流迅速引入地下泄放， 从而达到防雷的目的。在机房 或者缆道房内分别安装一个等电位汇流箱，机房内的所有设备、SPD以及各种缆线金属屏蔽层均应就近连接到等电位汇流箱上形成一个等电位体。再利用一根总接地线接入地网。总接地线可采用截面积为 3595mm的多股铜线，因其导电性 能和强度都比较好，且接地线应尽可能做到粗、

25、短、直，以降低引线电感，确保 防雷效果。为了能兼顾共同接地方式在防雷时的优点和分开接地方式在正常工作时的 优点，可采用瞬态共地的方式，即将防雷和电源的强电系统与设备等弱电系统分 开接地。在两个接地系统之间接入放电间隙，如图 3.3.5所示，这样，在正常工 作状态下两种地是分开的，不会有泄漏电流对设备工作时必需的信号接地点，即零伏参考电位产生干扰，而当雷击发生时，放电间隙击穿，两种地瞬态导通，保 证防雷接地、保护接地和信号接地最终接到一起，以达到等电位。图3.3.5机房及缆道房等电位连接示意图接地系统接地系统，地网是接地系统的基础，地网能否快速发散电流，是整个防雷系 统建立等电位的关键一、防直击

26、雷接地地网作为办公楼天馈线保护的避雷针、缆道房及缆索防直击雷保护措施接地，其接地电阻值的要求不得大于10欧姆，首先利用其原有地网，当没有地网或者原有地网达不到要求时，要根据地理环境和土壤电阻率的不同，设计地网的结构，使之达到设计要求。二、防感应雷接地地网作为办公楼、缆道房的防感应雷接地，其接地电阻值的要求不得大于其中最小的接地电阻值4欧姆。首先可以利用大楼的基础接地地网作为大楼的接地装置，当其不满足设计要求时，应增加相应的地网，使之能达到4欧姆以下。因此，要根据地理环境和土壤电阻率的不同，设计地网的结构，使之达到设计要求。三、水文站基本情况水文站位于xXr平江县镇，该站观测项目有：雨量、水位、

27、流量、泥沙、蒸发、埔情、水质等，该站属xxK文水资源勘测局管辖。水文站基本情况如下：a) 站房占地面积为234m，设计为2层，砖混结构，站房地面高程为42.5m,立房2楼为办公室，设有水情值班房、泥沙分析处理室、水质分析室等，配有电脑、电子天平、烘箱，交流市电、电话、网络线路已接入站房。b) 水位自记井站房2楼通过引桥和水位自记井及缆道房相连。自记井设计为圆形，观测室放缆道房内，井身高为17.7m,进水管长23m,采用双层进水管，沉沙池设计为2 个，自记井内有水位自动测报系统、水质自动测报系统，水位采用GPRS信传输， 水质数据采用无线传输，天线安装于水位井屋顶。C) 缆道、缆道房缆道房建在河

28、边站房相距45米的地方，左岸支柱设在缆道房边，地面高程38.96米，绞车安装与站房二楼平齐(45.3米高程)，河床最低点高程28.98米，设计该缆道能测到50年一遇的洪水；该缆道架设跨度为243米，柱顶高程54米。缆道设计为开口式变频电动缆道，右岸捣制离地面高13.31 米的水泥柱，加1.5米深的土绞，总长度为14.8米； 左岸捣制离地面高15.05米的水泥柱，加 1.5米深的土绞，总长度为16.55米；主索采用18.5的钢丝绳；控制缆道房建造在左岸基本断面处，约20平方米，一层砖混结构，缆道房四周设构造柱到顶，绞车基座部分为加强抗拉。采用“井”字型过梁。缆道自动控制系统设在缆道房内， 380

29、V 交流电接入缆道房，揽到绞车已接地，但接地电阻值不符合要求。水面、河底、测沙和流速仪信号通过循环索传送到缆道控制台内。d) 雨量观测场雨量观测场设在进站地坪左边。6*6m,你额有雨量、蒸发、埔情观测，数据线埋地从雨量观测场接到站房，但有一根控制线是架空走线。配有太阳能供电的墒情和雨量自动测报系统。e) 原防雷基本情况在修建站房时按设计做了防雷，在房顶有个避雷针，接地电阻达不到防雷要求。 防雷接地时利用站房配筋连接上去的，没有接地桩，要求重新进行避雷和防雷地网设计和施工。经我公司实地测量结果得出，靠近站房的土壤的土壤电阻率为300Q m因 考虑到之前为连续下雨，土壤比较湿润，现估该地土壤电阻率

30、为500Q 0来计算 新建地网所需材料，并达到设计要求。靠近缆道房的土壤的土壤电阻率为280Q因考虑到之前为连续下雨，土 壤比较湿润，现估该地土壤电阻率为500Q m来计算新建地网所需材料，并达到 设计要求。现场设备线路情况如下：缆道房：缆道房内有一个主控台，一个水位测量设备，一组绞车动力系统。A、缆道房电源情况：缆道房由室外380V市电进入站房侧面的电表箱，再由电表箱进站房三楼的配电箱，该配电箱分两路电源，一路供站房用电，一路供缆道房用电，均为380Vt源。缆道房内有一个380V®气开关，空气开关再分380V 电源进主控台，经主控台之后在分两路 380Vt源供绞车用电。B、缆道房信

31、号情况：缆道房内的主控台分两路 4芯控制线进绞车动力系统，通过主控台实现对测量水流流速设备的调动。另外还有两根两芯线号线实现数据的采集。 水位测量设备通过13芯电缆线传输信号至站房机房，实现数据的采集与发送，水位测量设备接口形式为13芯的航空接头。站房：站房内有5台电脑，1台电话，1台打印机，1台380Vtt电的空调，1台 220Vl勺烘干机，1台电视机，1台冰柜，1个市话MODEM,还有1个雨量水位多路 计， 1个水文水资源测控终端机，1台水位自记接收装置。另外还有多个插座。A、 站房电源情况：站房由室外380VflT电进入站房侧面的电表箱，再由电表箱进站房三楼的配电箱，该配电箱分两路电源，

32、一路供站房用电，一路供缆道房用电，均为380Vt源。从三楼配电箱分380Vt源进一楼与二楼之间的楼梯间的电表箱，该电表箱与每个工作房间相对应。 电表箱出来后的电源供各个房间用电。另外有一台空调为380V电压供电。B、 站房信号情况：站房内有多台电脑，网络信号通过电话线传输至市话modeEM,经市话modeEM转换为网络信号。站房内有多路控制信号，一路是来自于水位自记井采用13芯的传感线传输信号，有两路是来自于雨量自动测报系统；另还有天馈信号传输线，天馈信号端口已经安装有防雷器。另外还有两路电话线；另外还有两个太阳能充电控制器，内有14根控制线路及电源线路。、设计依据1、IEC61024建筑物防

33、雷2、IEC61312雷电电磁脉冲的防护3、GB18802.1-2002低压配电系统的电涌保护器（SPD）标准4、GB50093-2002自动化仪表工程施工及验收规范5、GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范6、GB50057-2010建筑物防雷设计规范7、GB50174-93电子计算机机房设计规范8、SL276-2002水文基础设施建设及技术装备标准9.SL443-2009水文缆道测验规范10.SL61-2003水文自动测报系统技术规范11、 GB 50169-92电气装置安装工程接地装置施工及验收规范12、XQ3-2000气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范五、水文站防雷设计5

34、.1 外部防雷设计5.1.1 确定建筑物防护等级建筑物防雷等级水文站 所在地XX的 年平均 雷暴 日 数 为 42.4d/a，属于高雷区，水 文 站 及 缆 道 房 位 于 河 边 ，属 于 孤 立 建 筑 物 ，缆 道 房 距 离 地 面 高 度 约 为15米， 综合以 上情 况 ，并依 据GB50057-2010 建筑物防雷设计规范 第2.0.4条中规 定，在平 均 雷暴 日 大 于 15d/a的地区，高度在15m 及 以 上 的 烟 囱 、水 塔 等 孤 立 的 高 耸 建 筑 物 应 分 为 第 三 类 防 雷 建 筑 物。依据规范，所以该水文站划分为第三类防雷建筑物。雷电防护等级根

35、据 国 家 标 准 建 筑 物 电 子 信 息 系 统 防 雷 技 术 规 范 GB50343 2004 提 供 的 计 算 方 法 ：建 筑物年预计雷 击次数Ni=K Ng Ae=0.054（ 次/年）K校正系数，在一般情况下取1,在下列情况下取相应数值：位于旷野孤立的建筑物取2；金属屋面的砖木结构的建筑物取1.7；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，以及特别潮湿地带的建筑物取1.5。Ng建筑物所处地区雷击大地的年平均密度次/（km2 a）; Ng=0.1*Td（次/km2 - a）Td 年平均雷暴日（d/a ） 。根据当地气象台、站

36、资料确定；Ae建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）;入户设施年预计雷击次数 N= Ng（Ae i+Ae2）= 1.23（次/年）Nc =5.8 X I。-1,5/C=5.8 X I。-1,5/5=0.0367防雷装置拦截效率E=1-Nc/N(N=Ni+N2)经计算 0.90 < E< 0.98按照建筑物电子信息系统防雷设计规范(GB50343-2004第四章“雷电 防护等级”所以水文站的电子信息系统雷电防护等级为B级。办公楼防直击雷设计接闪器办公楼的长宽高为10*6*12m,在办公楼屋面避雷针最小保护半径为 5.8m(见 图号KBT-FLSJWSSWZ-01)ft办公楼屋面合

37、适的位置安装一根避雷针，作为对建 筑物及天线的保护。计算如下：rx h(2hr h)hx(2hr hx)ro .h(2hh)式中： rx 单支接闪杆在hx高度的保护半径6.6mhr滚球半径60mhx被保护高度12mr0接闪杆在地面的保护半径43.6m；h接闪杆距离地面的高度17.75m避雷针通过计算得出在屋顶设立的避雷针高为 5.75米。在屋面的保护半径为 6.6m。避雷针组成：针尖采用提前放电避雷针，型号为KBT-TSE-I,针尖高750mm支撑柱采用60* 6 3.5*5000的热镀锌钢管。避雷针安装：在避雷针支撑柱下面做一个 200*200*100mrmJ钢板，该钢板与 避雷针支撑柱有良

38、好的电气连接，并采用 4个膨胀螺栓将其固定在办公楼屋面。 引下线首先利用建筑物的主钢筋作为引下线, 求的30欧姆以下，所以需重新设置引下线,因为建筑物的主地网没有达到设计要引下线采用12的热镀锌圆钢作为引下线，圆钢与避雷针、圆钢与圆钢、圆钢与地网之间采用电焊连接，连接方式需牢固，焊接部位要饱满，焊接长度不得少于10cmi不能虚焊、假焊，同时做好防腐处理。地网设计由于办公楼所在建筑物的接地电阻没有达到设计要求，需重新新建一个地网， 地网的接地电阻值不大于30欧姆，本方案采用综合接地地网，综合接地地网的接地电阻值不能大于其中需达到的最小的接地电阻值，即不大于4欧姆。地网设计见综合地网设计，此处就不

39、作计算。缆道房及缆索防直击雷设计接闪器本方案设计在缆索上方三米高处再重新布置一根避雷线作为缆索的防直击雷保护，经现场勘查，需在河道两边的缆索拉杆附近合适的位置分别建造一座20米高的避雷线塔，避雷线塔的设计依据D501-14国家建筑标准设计图集。 避雷线采用50mrm勺钢绞线。引下线利用避雷线塔的钢结构作为引下线。地网设计本方案设计河道两边避雷线塔均需接地，同时接地电阻不大于10欧姆。在靠近水文站这边地网采用综合接地地网，综合接地地网的接地电阻值不大于4欧姆。由于河对岸没有接地地网，需重新新建一个地网，地网的接地电阻值不大于10欧姆，经现场实测，该地的土壤电阻率为300Q-m左右，因考虑到降雨等

40、自然因素，此处将电阻率考虑为500Q m地网采用 40*4的热镀锌扁钢作为水平接地体，50*5*2000的热镀锌角钢作为垂直接地体，并考虑到该地土壤率偏高，因此增加高效接地模块等降阻材料对地网进行降阻处理，使得地网的接地电阻值达到规范要求。新建地网计算如下：1 水平接地体的接地电阻计算如下：RsP2nL“为多根接地体共用时的利用系数取0.95式中:Py原地层的电阻率500Q mlc水平接地体长度30md 地沟深度0.4mt 接地体埋深0.6mK-土壤利用系数，取1计算得出:水平接地体的接地电阻测量值为 29.03 Q ,2.垂直接地体采用50*5*2000的热镀锌角钢1）单根垂直接地体的接地电

41、阻按下式计算：- P y4 LRc （ln -）208 .98 Q2 兀l cd式中：PT 原地层的电阻率 （单位：500 Q - m）1c 垂直接地体长度（单位：2 m）d垂直接地体等效直径2） 8根垂直接地体并联电阻值：RcR127.05 Qn n式中：Rc为单根垂直接地体的电阻值n为接地体的根数3 .单块高效接地模块的接地电阻值1）单块高效接地模块接地电阻:0.068R 一二79.0bR：单块高效接地模块的接地电阻P： 土壤电阻率（500Q .m）a：高效接地模块的长：0.5mb：高效接地模块的宽：0.4m4 ）. 4块高效接地模块的接地电阻: R R422.36 Qn 7R3：接地模块

42、的并联接地电阻R：单块接地模块的接地电阻n：多个高效接地模块数目4高效接地模块利用系数 0.854.水平接地体，垂直接地体及高效接地模块构成的整个地网的工频接地电阻:计算公式如下:_1Rh =8.66 Q工工工R1Rs R4Rs：水平接地体的接地电阻Ri:垂直接地体的接地电阻R4：高效接地模块的接地电阻5.2 内部防雷设计5.2.1 电源避雷器电源第一级防雷：在室外380WT电进大楼右侧电表箱处安装电源防雷器作为电源第一级保护,由于该处防雷器安装在室外，所以电源防雷器要考虑防水，因此在电表箱处安装一台型号为KBT-BJX40/380/100的模块化三相电源防雷器。通流容量为25KA( 10/3

43、50)，数量共1台。电源第二级防雷：在办公楼三楼的配电箱处安装一台三相电源防雷箱，作为电源第二级防雷，防雷器型号为KBT-380B/60,通流容量为60KA (8/20),数量共1台。电源第三级防雷：A在办公楼各个用电设备(电脑、打印机、烘干机等)前端安装一个单相电源防雷插座，作为电源第三级防雷，型号为 KBT-220E/5,通流容量为10KA( 8/20)，数量共8个。8 在空调用电前端安装一个三相电源防雷模块，作为电源第三级防雷，型号为KBT-D380/4/20 ,通流容量为20KA (8/20),数量共1个。C在缆道房绞车电源输入端安装一个三相电源防雷箱，作为电源第三级防雷，型号为KBT

44、-380C/20,通流容量为20KA (8/20),数量共2个。D在缆道房的电源空开处安装一个三相电源防雷箱，作为电源第三级防雷，型号为KBT-380C/40,通流容量为40KA (8/20),数量1个。5.2.2 信号避雷器1. 在主控台传感信号输出端口及太阳能充电控制器内安装一个控制信号防雷器，型号为KBT-C485/17P/24,通流容量为10KA数量共3个。2. 在机房的自动测报系统的接收端及缆道房水位自动测报系统的输出端安装一个计算机网络信号防雷器，型号为KBT-C10E/13P， 通流容量为10KA， 数量共2个。3. 在工作主机前端分别安装一个网络信号防雷器，型号为KBT-C10

45、0， 通流容量为10KA 数量共5个。4. 在电话机与市话MODEM端安装一个音频信号防雷器，型号为KBT-A60A,通流容量为10KA数量共2个5 . 在缆道房绞车控制信号输入端口、机房雨量测试仪信号接收端分别安装一 个控制信号防雷器，型号为KBT-C485/4P/24,通流容量为10KA数量共5个。6 .在视频摄像头处安装一个监控三合一防雷器，型号为 KBT-V/3,通流容量 为10KA数量共2个。5.2.3 设备接地和防雷接地良好的接地可以将雷电流迅速引入地下泄放，从而达到防雷的目的。在机房和缆道房内分别安装一个等电位汇流箱，型号为KBT-H28， 数量共2个。机房内的所有设备、SPD以

46、及各种缆线金属屏蔽层均应就近连接到等电位汇流箱上形成一 个等电位体。再利用一根总接地线接入地网。总接地线可采用截面积为3595mm 的多股铜线，因其导电性能和强度都比较好，且接地线应尽可能做到粗、短、 直，以降低引线电感，确保防雷效果。5.2.4 综合地网设计地网是接地系统的基础，地网能否快速发散电流，是整个防雷系统建立等电位的关键，作为防感应雷接地地网与防直击雷综合接地地网，其接地电阻值不大于 4欧姆。由于该办公楼及缆道房防雷接地地网达不到规范要求，故需重新新建一个地网，新建地网的接地电阻值不大于4欧姆。经现场实测，该地的土壤电阻率为300Q mfc右，因考虑到降雨等自然因素，此处将电阻率考

47、虑为 500Q ml地网采用40*4的热镀锌扁钢作为水平接地体，50*5*2000的热镀锌角钢作为垂直接地体，并考虑到该地土壤率偏高，因此增加高效接地模块等降阻材料对地网进行降阻处理，使得地网的接地电阻值达到规范要求。新建地网计算如下：1水平接地体的接地电阻计算如下：RsP2nL“为多根接地体共用时的利用系数取0.95式中:Py原地层的电阻率500Q mlc水平接地体长度60md 地沟深度0.4mt 接地体埋深0.6mK-土壤利用系数，取1计算得出:水平接地体的接地电阻测量值为16.74 Q ,2.垂直接地体采用50*5*2000的热镀锌角钢1）单根垂直接地体的接地电阻按下式计算：- P y4

48、 LRc （ln -）208 .98 Q2 兀l cd式中：PT 原地层的电阻率 （单位：500 Q - m）1c 垂直接地体长度（单位：2 m）d垂直接地体等效直径2） 15根垂直接地体并联电阻值：RcR114.67 Qn n式中：Rc为单根垂直接地体的电阻值n为接地体的根数3.单块高效接地模块的接地电阻值1）单块高效接地模块接地电阻:0.068R 一二79.0bR：单块高效接地模块的接地电阻P： 土壤电阻率（500Q .m）a：高效接地模块的长：0.5mb：高效接地模块的宽：0.4m2）. 12块高效接地模块的接地电阻: RR47.45 Qn 7R3：接地模块的并联接地电阻R：单块接地模块

49、的接地电阻n：多个高效接地模块数目12高效接地模块利用系数 0.854.水平接地体，垂直接地体及高效接地模块构成的整个地网的工频接地电阻:计算公式如下:_1Rh=3.82 Q工工工R1Rs R4Rs：水平接地体的接地电阻Ri:垂直接地体的接地电阻R4：高效接地模块的接地电阻5.2.5 施工方法1. 在水文站办公楼后面的绿化带做一条地网，地沟深度0.6m,宽度0.4m,局部遇到岩石处，以挖到岩石为止。2. 在地沟内敷设40*4 的热镀锌扁钢作为地网的水平接地体，扁钢之间的连接采用电焊。3. 在地沟内打入50*5*2000 的热镀锌角钢作为地网的水平接地体，垂直接地体之间的间距不少于4m,与水平接

50、地体之间的连接采用电焊。4. 在地沟内敷设500*400*60 的高效接地模块作为降阻材料，模块与模块之问的间距不少于4m与水平接地体之间的连接采用电焊，焊接要求如下：（ 1） 扁钢与扁钢搭接为扁钢宽度的2 倍，不少于三面施焊；（ 2） 圆钢与圆钢的搭接为圆钢直径的6 倍，双面施焊；（ 3） 圆钢与扁钢搭接为圆钢直径的6 倍，双面施焊；（ 4） 扁钢和圆钢与钢管、角钢、 互相焊接时，除应在接触部位两侧施焊外，还应增加圆钢搭接件；5. 电焊部位应作防腐处理, 方法是刷沥青漆。6. 地沟回填：分三次回填，先将细土回填到地沟的底部，夯实，再将粗土回填到第二层，其他土质回填到地沟表面。7. 接地装置连

51、接应可靠，连接处不应松动、脱焊、接触不良。接地装置施工完工后，测试接地电阻值必须符合设计要求，隐蔽工程部分应有检查验收合格记录。8. 所有连接体及焊缝回填土前应经建设方指定的人员检查合格后方可填土， 在填土前要对隐蔽工程进行拍照。9. 接地网络及接地装置寿命为15 年。10. 施工中发现地下有异物要及时报告安全负责人决定施工方法。如发现有损伤地下电缆情况要立即停止工作，研究处理办法。11. 接地装置应符合交流电气装置的接地（DL/T621-1997） 的有关规定，所有不带电运行的金属物体，如电气设备的底座和外壳，金属构架和钢筋混凝土构架，金属围栏和靠近带电部分的金属门框， 电缆外皮和电线电缆穿

52、线钢管等均 应接地。除另有规定外，对电缆外皮和穿线钢管应做到两端接地。七、防雷产品技术参数KBT-BJX40 380模块化三相电源防雷箱技术参数名 称型号规格持续 工作 电压 (V)动 作 电压(V)通流容量In (8/20 )KA通流容In(10/350 ) KA保护水平(V)防护级 别计 数 器外观尺寸(mm模 块 式 三 相 电 源 防 雷 箱KBT-BJX40380/100385620100252600A级450X 310X135、产品用途KBR BJX40并联式电源防雷箱通流容量为100200KA 3十1模块化结构设 计.适合TT、TN-G TN-CS等各种电网制式，适合于电源第一级

53、防雷击电磁脉 冲保护，专为各种通信基站量身打造的专利产品。三、主要特点通流容量大、残压低响应时间快工作状态指示雷电计数器声光告警远程监控在线测试 3+1保护模式，适应各种电网 防水、防爆 模块化设计，安装维护更方便 三重保护保险装置KBT-380B三相电源防雷箱、技术参数:名称型号规格持续 工作 电压 (V)动作 电压 (V)通流容量In (8/20 )KA通流容量In(10/350)KA保护 水平 (V)防护 级别计 数 器外观尺寸(mm三相 电源第二防雷 箱KBT-380B6032056060/2600级350 X 250 X 95二、产品用途：通流容量20-60KA,其中40-60KA适用于电源系统第二级防雷保护，20KA适 用于电源系统第三级防雷保护，已广泛应用于移动通信基站、 微波通信站、电信 机房、工业厂矿、民航、金融、证券等电源系统，如各种配电站、配电房、配电 柜、开关箱等各种重要且易遭受雷击的设备。三、主要特点：响应时间快：响应时间0 25纳秒自保护电路：内部设有温控、工频限流电路，防雷元件劣化或雷击损坏时自 动与电源线路脱离，彻底避免火灾发生；状态指示灯：正常情况下指示灯