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)SC20FCYJV-(5X25)SC50FCH=1.OMPL1,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AL1HA1四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L40X4L40X4L 40X 4L40X4L40X4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800080004900310049003100L40X4L40X4L40X48000L40X4L 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。

（1）电源线路保护该塔站处于城区外农村某乡镇，故选用农电电网，由于其供电电网的不稳定，再加上塔站工作环境恶劣，条件苛刻，设备电源的系统遭受雷击损坏的可能性较大，因此，须在电源线进入设备之前，应先安装一个电涌保护器，该电气装置应具有通流量大、残压低、寿命长、故障指示、体积小、易于维护等特点。

如有条件的话，最好从总配电箱处配出电源线至设备电源段的线路穿金属管敷设，并采用TN-S接地系统，设专用的PE线与设备处PE端子可靠连接。

（2）信号线路及电子信息系统防护该塔站设有多对信号线，有信号拔号线，也有备用线路等，所以应选择与之相匹配的信号避雷器，该避雷器应有能免遭雷击产生的感应过电压和瞬间浪涌电压危害的双级保护装置，并且具有能最大程度地降低残压和寄生电容以及快速响应能力的特点，最好采用金属管保护，并做好接地处理。

另外该塔站的电子信息系统的防护，也是一项十分重要的工程，它可以避雷因直接雷击和雷电磁脉冲引起电子信息系统设备的损坏。

（3）雷达罩天线线路防护由于塔站顶部设有雷达天线罩，其顶端设有避雷针，当避雷针雷电流泄放时，所产生电磁效应就会直接感应到雷达罩天馈线上，因此，为了避免感应雷电流和雷电侵入波从雷达罩侵入塔站设备，损坏设备内电子板等，因此应在雷达罩与主设备连接的接口处装接前置电涌防雷器，该装置的工作频率和接口方式以及特性阻抗等参数要与雷达天线罩的工作要求相适应，且插入损耗要低，不能影响塔站对信号的接收与发送，做法如图3所示。

（4）雷达站主机房的防护措施塔站主机房实际上是一个极为重要的核心部位，我们设计时要使之处于LPE 1防护区内以外，还应采取一系列的保护措施，即把电气和电子设备的金属外壳、 机柜、机架、金属管（槽），屏蔽线缆外层，信息设备防静电接地和安全接地，浪涌保护器等均以最短的距离与等电位连接网的接地端子连接，从而减少LEMP （雷电电磁脉冲）的干扰度。

如前图2，我们设计中所采用的接地干线，其截面积≥16mm 2的铜质导线，其导线阻抗远远小于建筑物钢筋阻抗，从而为楼层局部等电位接地端子板上可能出现的雷电流提供了一个快速泄放的通道，更为机房设备稳定运行创造了一个良好的环境。

3.2.3接地及等电位连结接地是气象雷达塔站工程中十分重要的一个环节，接地网是雷电流最终去处，接地网设计及实施的好坏则直接影响防雷效果的好坏。

因此，没有一个合理、良好的接地网不但起不到很好的防雷效果甚至会适得其反。

由于该气象雷达塔站地处山区，受工作环境等因素的影响较大，而塔站接地网是共用建筑物的基础做自然接地装置，这种情况下，其接地电阻值则随不同环境土壤电阻率产生不同的值，有时会产生较大的阻值，因此雷电流泄放就很困难，为此，可采取一项行之有效的接地措施，如图4，我们做了一组人工接地极，除对机房做一个等电位连结外，还对整个塔站做一个楼总等电位连结，整个建筑物的电力、照明、弱电、信息、防雷等共用一组接地装置，采用联合接地方式，并要求其联合接地电阻值≤1.0欧姆。

4、结束语490031003000mm49003100800080008000C BACBA1212》L40X4L40X4L40X4L40X4L 40X 4L40X4L40X4L 40X 4L 40X 4L 40X 4L 40X 4L 40X 4L 40X 4L 40X 4L 40X 4L 40X 4埋深-0.8M,接地体间距为5000mm接地极用SC50的镀锌钢管,管长2.5M接地干线用L40X4镀锌扁钢沿基础秒年梁四周暗设一圈，并与防雷引下线及接地体可靠焊接。

图4 接地及等电位连接图MBE端子板BV-0.75KV(1X16)RPE25 WC防雷引下线端子线，弱电、信息系统端子线BV-0.75KV(1X25)RPE32 WC电力系统进户线PE端子线随着信息化、智能化的日趋完善，我们的气象事业对其所能达到的水平要求更是越来越高，要使这一条件更为可靠、完美，更好的为人民服务，应在气象雷达塔站建设实施过程中认真做好防雷与接地措施，并定期进行检测与防护，使得塔站及机房设备具有一个安全、可靠的保障体系，让气象事业更为先进、完美，并且更好地为社会做贡献。

参考文献： 1、《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）2、《建筑物低压电源保护器选用、安装、验收及维护规程》CECS174-20043、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-20044、《新一代天气防雷技术规范》QXZ-2000。