气象雷达塔站防雷设计浅谈

气象雷达塔站防雷设计浅谈

郭思宝

摘 要 文章通过实例分析，对气象雷达塔站遭受雷电损害的主要原因及可能的侵入途径作了阐述，同时对

气象雷达塔站的防雷保护技术进行了相应介绍。

关键词 气象雷达塔站 雷电波侵入 雷击防护

1、防雷概述

雷电是发生在因强对流天气而形成的雷云之间，云对大地之间强烈瞬间放电的自然物理现象。

随着社会信息化进程的加快，微电子设备的普及，雷电灾害也随着社会经济的发展有逐渐上升的趋势，它所造成了损失也日益增大，雷电灾害是高科技信息时代所带来的必然结果，雷电灾害被国际电工委员会称为“电子化时代的一大公害”。据德国一家保险公司统计，在各种灾害造成的损害中，因雷电造成的损害高居榜首，全世界每年因雷电造成的损失高达十亿美元以上。雷电灾害是联合国国际减灾十年委员会公布的对人类威胁最严重的自然灾害之一。

2、气象雷达塔站实例简介及其防

雷的必要性

气象雷达塔站是气象部门用以接收气象卫星传输来的云图信

息，并加以实时地报导当地气象情况的专业设备用房。本文通过某实例分析如图1，从而对其所处地理位置、地质条件、气象条

件，自然环境诸多因素分析并确

定其防雷等级，划分其防护区域，并从中得出气象雷达塔站防雷必要性的结论。

该气象雷达站处于天水市北山顶端, 塔站海拔1640m,该场地属Ⅱ级自重湿陷性黄土地区,场地内无液化土存在,该塔站相对高度为30.4m,天线罩直径为8.6m(雷达天线直径为4.3m)。安装雷

HYA10(2X0.5)SC20FC

YJV-(5X25)SC50FC

H=1.OM

PL1,BV(5X25)SC32引上至AL7箱

PL2,BV(5X25)SC32引上至XM7箱从发电机引入后引上至箱

图1 塔站一层平面

门 厅

AL1

HA1

四芯多膜光纤电气竖井

北

达天线设施后雷达塔总高度为39m ，该塔站平面布置为8m ×8m 正方形，为七层框剪结构，其中七楼为40m 2

的圆形雷达主机房，其平面如图 2所示。

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）及《建筑物电子

信息系统防雷技术规范》GB500343-2004

中有关条款规定，该塔站属三类防雷等级建筑物，（天水地区年平均雷暴日数为16.3d/a ，为少雷区）按其雷击风险评估，应为B 级防护等级而且该塔站的天馈线应设置于LPZD B 区内。因此，为确保该塔站

在雷雨高发季能够正常运行，则必须对其

进行防雷设计及防护。 3、气象雷达塔站防雷解决方案

在对气象雷达塔站进行防雷设计之前，首先应明确其遭受雷击的主要原因，以及可能侵入的

各种途径，在此基础上，对塔站保护装置的选择、屏蔽、等电位联接以及接地方式方面的防雷保护技术进行深入的研究和探讨。

3.1主要侵入途径 3.1.1直接雷击、侧击雷

雷电直接击中气象雷达塔站，会在数秒之内产生数万伏及至数十万伏的高压，产生火花放电，转化为巨大的热能和机械能，直接摧毁塔站设备。而该塔站主楼高度30.4m ， 并且处于北山顶端，故在30m 及以上所处位置易遭雷电侧向击来，从而对机房设备及信息系统产生极大破坏。

3.1.2雷电波侵入

雷电虽然没有直接击中塔站，但击中了与塔站相连接的各种线路（如电源线、信号线、通信网络控制线等）并通过传导的方式耦合将雷电波引入塔站，造成设备损坏。

3.1.3雷电电磁感应

L40X4

L40X4

L 40X 4

L40X4

L40X4

均须于接地干线可靠焊接，并予埋焊接件

机房沿玻璃幕四周须做屏蔽网所有金属门、窗接地干线用L40X4的镀锌扁钢沿圈梁四周敷设

机房

8000

8000

4900

3100

4900

3100

L40X4

L40X4

L40X4

8000

L40X4

L 40X 4

图2 主机房接地平面

LBE端子箱，做法参《甘02D12-54》

雷电放电时，其瞬间产生的雷击大电流将在周围空间内产生强大的雷击电磁脉冲，这种脉冲经各种耦合途径或电磁辐射导致线路上产生脉冲过电压和过电流，从而损坏设备。

3.1.4接地

主要是因为接地网不符合要求，接地阻值过大，二是接地线的接触点接触不良，使得接触电阻过大，造成雷电流无法迅速地泄入大地，产生高电压，造成反击而损坏设备。

在通过具体分析雷电入侵气象雷达塔站的主要途径后，对塔站的防雷不仅要考虑直击雷的防护，还要考虑对雷电感应的防护，以及对雷电波入侵的防护，对线路的屏蔽和建立良好的接地系统，降低接地电阻，进行总等电位（包括机房等电位，楼总等电位）连接，以避免地电流反击。

3.2具体措施

3.2.1直击雷、侧击雷防护

（1）直击雷防护

为避免塔站机房设备和机房顶部圆球型防雷罩设施遭雷电直击破坏，我门采用避雷针做直击雷防护措施，如下图3，采用四针式避雷针保护措施，而且做到避雷针与塔站具有紧固和可靠的电气连通，这样，在雷电发展成放电之前，由于避雷针针尖附近电场强度强，可提前适时地产生一个连续放电路径与雷云的下行先导汇合，将雷电流吸引到自己身上并通过引下线、接地装置安全的将雷电流泻入大地，有效地保护了塔站天线和主设备。

（2）侧击雷防护：

该塔站主楼高度为30.4m，安装上雷达天线设施后总度为39m,由于地处北山顶端较高海拔处，故在30m处周边做一道圆状避雷带措施，以防侧击雷击，具体做法见上图2。

3.2.2雷电感应和雷电波侵入的防护

气象雷达塔站受到感应雷和雷电波侵入的危害主要是通过与塔站设备相连接的电源线、信号线、天馈线的耦合或静电感应的形式侵入设备造成其损坏，因此，须在塔站设备的电源线、信息线、天馈线的输入口处安装与之相匹配的电涌保护器（SPD），对电源和信号防雷器要求集成在一个防雷箱(EPPB2)内，该防雷箱应具有防水、防潮功能，内置两级EPP模块,天馈线防雷器则应直接与塔站设备的天馈接口相连，并要进行防水、防潮处理。