國家地震烈度速報與預警基準站的雷電防護

發布日期:2021-05-26 11:57
  2021年5月21日21時21分、48分,云南大理州漾濞縣連續發生5.6級、6.4級地震。中國地震預警網大陸地震預警中心提前74-83秒向昆明發出預警,提前3-4秒向大理市預警。中國地震預警網預警中心還第一時間通過近50個政務和媒體微博發布了地震預警信息,還為中國地震臺網中心、國家預警信息發布中心、國家減災中心、四川省應急管理廳等同步提供預警信息。
  我們國家的地震烈度速報與預警工程,在2010年1月22日已經啟動,是測震臺網和強震臺網的融合、是測震學和工程學的結合,地震預測利用全球導航衛星系統(GNSS)基準站組成的陸態網絡,獲取地殼運動細部特征。地震烈度速報與預警基準站(地震觀測臺站)建于戶外,一般建立在偏遠山區或者半山坡,分為地面基準站和井下基準站兩類,一般建設在用背山面水的地形位置上,采用地面觀測方式。地震臺站自身建筑物不高,周圍地理環境空曠,如果臺站遭受雷擊時,其接閃點也會比較低,如果是有人值守的臺站,則工作人員會很明顯感覺到雷擊就發生在頭頂周圍。隨著現在科學技術的發展,目前大多數臺站為多觀測項的綜合臺站,地震觀測系統廣泛應用了數字技術、信息網絡技術,隨數字化程度和綜合化觀測程度的不斷提高,雷擊引起的過電壓、過電流會造成觀測中斷和儀器設備損壞。雷擊已成為影響臺站穩定運行的重要因素之一。今日地凱防雷就跟大家分享一下地震臺站的雷電防護措施:

圖片來源:unsplash@ricardo wu

  根據DB/T 60-2015《地震臺站建設規范 地震烈度速報與預警臺站》標準中的要求:臺站防雷應按GB 50057-2019中第二、三類工業建筑物設防,并依據雷擊次數確定設防類別;臺站中專用觀測室內的電子信息系統防雷,應參照 GB 50343-2012 的規定設防。由此可見,地震烈度速報與預警臺站應按相關防雷標準要求,運用綜合雷電防護技術措施,從直擊雷、感應雷防護,電磁脈沖感應,等電位連接,綜合布線及屏蔽,接地裝置等技術措施進行防雷設計和施工,才能有效的做到對地震臺站觀測系統進行整體雷電防護。

1、直擊雷防護
  地震烈度速報與預警臺站的外部防雷措施,宜采用裝設在建筑物上的接閃網、接閃帶或接閃桿,也可采用由接閃網、接閃帶或接閃桿混合組成的接閃器。接閃網、接閃帶沿屋角、屋脊、屋 檐和檐角等易受雷擊的部位敷設,并應在整個屋面組成不大于10m×10m或12m ×8m的網格,接閃器之間應互相連接。
專設引下線不應少于 2 根,并應沿建筑物四周和內庭院四周均勻對稱布置,其間距沿周長計算不宜大于18m。
外部防雷裝置的接地應和防雷電感應、內部防雷裝置、電氣和電子系統等接地共用接地裝置,并應與引入的金屬管線做等電位連接。外部防雷裝置的專設接地裝置宜圍繞建筑物敷設成環形接地體。

2、感應雷防護
  (1)電源線路雷電防護
  地震烈度速報與預警基準站的電源防雷系統要求在臺站安裝多級防雷保護。
  ①低壓電源線路引入臺站的總配電箱、配電柜處裝設Ⅰ級分類試驗的電涌保護器。電涌保護器的電壓保護水平值應≤2.5kV,每一保護模式的沖擊電流值≥12.5kA(10/350μs)。


  ②當外部低壓交流電直接進入到觀測房的配電房時,選用Ⅰ級分類試驗加Ⅱ級分類試驗組合在一起的多級(B+C級)電源電涌保護器安裝在觀測設備的電源進線端。


  ③臺站觀測室的配電箱裝設Ⅱ級分類試驗的電涌保護器,其標稱放電電流≥40kA(8/20μs)。



  ④臺站觀測室穩壓電源或UPS前端裝設Ⅱ級分類試驗的電涌保護器,其標稱放電電流≥20kA(8/20μs)。



  ⑤臺站觀測室精密電子設備,例如地震觀測儀器設備前端裝設的電涌保護插座(標準機柜機架式防雷PDU),其標稱放電電流≥10kA(8/20μs)。




  (2)天饋信號防雷器雷電防護
  地震烈度速報與預警臺站的數據采集設備主要有:地震數據采集器、地震計、地面震動觀測儀等,這些設備前段采集數據的傳感器與儀器主機不在同一座房間內,即系統前端數據采集設備將數據經連接線傳輸到觀測房內數據接收主機時,則數據接收主機側應安裝信號電涌保護器,如果前端采集數據設備側有電流信號,則前端數據采集設備側也應安裝信號電涌保護器。


  對于一些專用接頭的設備,應根據信號設備的接口特點設計專用的信號電涌保護器。例如:地震數據采集器,其接口接插件需采用GJB598II系列(與MIL-C-26482II兼容)圓形插頭,則對應信號電涌保護器的接口應符合該設備的接口要求。




  (3)視頻監控設備雷電防護
  地震烈度速報與預警臺站的室外視頻監控設備(攝像頭),其交流220V供電線路、信號線路(同軸電纜、RS485通信控制信號)通過多芯電纜,或者通過網絡線,將視頻信號數據傳輸至觀測室的控制主機,進行集中監控

  為了防止室外視頻監控設備因為雷電產生的感應過電壓和過電流,在所有視頻監控設備的電源線入口、信號線連接的設備兩端均應安裝對電源和網絡進行保護的二合一組合電涌保護器。




3、接地、屏蔽和等電位連接技術
  地震烈度速報與預警臺站采用共用接地方式,地網的接地電阻按國標規定要求宜不大于4Ω。地網接地電阻可以通過外延增加接地網尺寸、接地體埋于較深的低電阻率土壤中、降阻劑、敷設電解地極、換土等方法使其達到標準要求。接地裝置埋在土壤中的部分,其連接宜采用放熱焊接;當采用通常的焊接方法時,應在焊接處做防腐處理。
地震烈度速報與預警臺站觀測室中所有的設備的大尺寸金屬件都應等電位連接在一起,并應與防雷裝置相連。在觀測室內,采用屏蔽電纜時其屏蔽層應至少在兩端,在防雷區交界處做等電位連接,系統要求只在一端做等電位連接時, 應采用兩層屏蔽或穿鋼管敷設,外層屏蔽或鋼管應至少在兩端,并在防雷區交界處做等電位連接。
從外部進入觀測室外部的連接線路,若無屏蔽層,線路應敷設在金屬管、金屬格柵或鋼筋成格柵形的混凝土管道內。金屬管、金屬格柵或鋼筋格柵從一端到另一端應是導電貫通,并應在兩端分別連到觀測室的等電位連接排;若有屏蔽層,屏蔽層的兩端應連到觀測室的等電位連接排。

4、智能防雷監測系統設計
  對于處在偏遠地區,特別是無人值守的地震烈度速報與預警臺站,可增設整體智能防雷監測系統。地凱防雷設計的整體智能防雷監測系統是運用新技術的智能防雷模塊和多種傳感器的組合,由雷電預警、在線接地電阻監測、電涌保護器運行狀態監測等幾個方面組成,給系統提供對電涌保護器、雷電預警裝置、臺站接地電阻等的狀態監測和數據采集,能實現雷電預警、實時監測接地電阻變化情況和自動化遠程監測電涌保護器的工作狀態,迅速檢測到設備的雷擊情況,并有報警顯示功能。


結束語

  我國在2015年已經全面啟動國家地震烈度速報與預警工程,該項目建成后在全國形成分鐘級地震烈度速報能力,計劃將在2023年在全國形成地震預警能力。在地震觀測中,地震臺站的雷電防護是一項重要任務。地震臺站的防雷是一個系統工程,只有用專業的方式方法,認真把握好每個防雷技術的關鍵點,防雷設施才能有效抵御雷電或避免雷電所帶來的災害。地凱防雷將會用32年的防雷經驗和專業知識,為地震臺站儀器設備安全運行保駕護航。

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