1、广东地震台站前兆观测系统防雷综合方法第 28 卷第 1 期2008 年 3 月华南地震SOUTHCHINAJOURNALOFSELSMOLOGYV01.28.No.1MRr.2008广东地震台站前兆观测系统防雷综合方法日 IJ 吾黄晖,柴剑勇,黎珠博,谢佐骖,严兴(广东省地震局,广东广州 510070)摘要:雷击是地震前兆观测系统的主要危害,根据“九五“,“十五“期间在建设地震前兆观测系统时的防雷实践,介绍了有关防雷的综合方法,该方法在原有防雷方法的基础上进行了某些创新,实践表明,该综合方法对雷击尤其是感应雷起到了良好的防护效果.关键词:地震台站:前兆观测仪器:防雷方法中图分类号:P315.6
2、2 文献标识码:A 文章编号:1001 8662(2008)01010805广东省的地震前兆观测台站既有偏远山区的,也有沿海地带的;既有有人值守的专业台站.也有无人值守的地震前兆观测点;既有单一观测手段的台站 ,也有多测项的台站.地震前兆观测追求的是数据的可靠性,连续性,所以在建设台站时首先要考虑的就是台站仪器的安全性.对仪器产生最大破坏的是雷击.在“九五“,“十五“ 的前兆工程项目实施中,我们总结出一整套防避雷的方法,便于在“十一五“ 建设中因地制宜,有的放矢的应用.确保仪器的安全运行,最大限度的减少雷电对仪器的危害.1 雷电及其破坏形式早在二百多年前.美国的科学家富兰克林就证明了雷是大气中
3、的放电现象,放电瞬间,云层和地面间的电荷电位差高达若干百万伏.放电电流达上千安培.如果雷电击中了连接建筑物的电力线.部分电流将沿线进入建筑物.会直接扰乱或破坏计算机和其它敏感的电气设备.其速度之快令人惊叹,全过程只需百万分之一秒.雷击主要有直接雷击和感应雷击两种形式.直接雷击是雷直接击在物体上.产生电效应,热效应和机械力.感应雷击是雷电放电时,在附近导体上产生的静电效应和电磁感应.它可能使金属部件之间产生火花感应雷击的入侵途径有以下三种:(1)传统避雷针产生感应雷击效应,雷电电流经过避雷针导地时感应到室内的传输线上破坏设备收稿日期:20070807作者简介:黄晖(1974 一), 男 ,工程师
4、.主要从事地震前兆观测技术,计算机测控技术等研究1 期黄晖等:广东地震台站前兆观测系统防雷综合方法 109(2)电源线,信号线或天馈线引人感应雷击主要是通过电感性耦合(磁感应)到各类传输线上从而破坏设备.(3)地电位反击引人感应雷击,雷电通过阻性耦合方式经中线,地线,数据线等破坏设备.上述各种耦合会产生高达 6000V 的瞬间电压而破坏电子设备 .2 防雷总体方法根据雷电的特性.对雷电的防避,总体方法是提供雷电泄流的途径,切断其危害路径,提供保护装置及良好的供电系统以及良好的传输线路.(1)直击雷防护是保护建筑物本身不受雷电损害以及减弱雷击时巨大的雷电流沿着建筑物泄人大地时对建筑物内部空间产生
5、的各种影响.直击雷防护主要采用独立针(矮小建(构)筑物).建筑物防直击雷应采用避雷针,带,网,引下线,均压环,等电位,接地体等措施.(2)感应雷的防护措施是在雷云发生自闪,云际闪,云地闪时,对进人建筑物的各类金属管,线上所产生的雷电脉冲进行限制,从而保护建筑物内人员及各种电气设备的安全.采取的措施应根据各种设备的具体情况.除要有良好的接地和布线系统,安全距离外,还要按供电线路.电源线,信号线,通信线,馈线的情况安装相应避雷器以及采取屏蔽措施11.3 防雷设计施工3.1 地网设计地网是提供雷电泄流的工具,所有雷感应,最后都是通过地网释放到大地中,因此,地网的建设相当重要.地网建设的方式方法多种多
6、样,总体原则是因地制宜,技术参数要求2】 是: 建筑物避雷地网接地电阻小于 10n,仪器防雷地网接地电阻小于 4n.“九五 “期间.避雷地网采用较多的是挖沟埋角铁法,即在土层比较厚的地方 ,挖 1ITI左右深的沟槽,将角铁打人沟内土中,再用扁铁将角铁连接起来,最后覆盖泥土.“十五“期间,在挖沟埋角铁法的基础上,我们进行了部分创新.(1)考虑到我们所上的台站都含有地下流体测项,一般做法是打一口 100 多米深的井用于观测,考虑到南方地区地下水较为浅.而水对泄流有非常好的效果,同时我们对现有井的接地电阻,腐蚀度等方面进行了测试分析研究,发现在中低电阻率岩土的场址,采用钻孔接地法较好,即在钻探观测井
7、孔后.再让钻井队在其附近钻探 14 个孔径为150mm的接地井孔,深度打至静水位以下 10m 左右(韶关台打了 21m 和 16ITI 两个),用镀锌套管套到底并接后作为接地电极(韶关台两个接地井孔并接后的接地电阻为 2.5n).这种接地电极具有占地范围小,分布感抗小,泄流速度快,施工方便以及建设成本低(一般在5000元左右)等优点,而且将来可根据接地电阻的变化情况在管内加人降阻剂.(2)在高电阻率岩土的场址,采用接地电极保湿的方法(做电极池的方法).我们所做的大量实验数据表明在高接地电阻率的岩土中.接地电极周围岩土的湿润是降低接地电阻l10 华南地震 28 卷的主要因素.因此,如何做到电极周
8、围保持湿润就成为解决降低接地电阻问题的关键所在.我们(在汕头台) 的做法是:先挖一个电极池(大小形状根据现场具体情况决定 ).在池子底下和周围糊上一层水泥和降阻剂浆(1:1 加水搅拌而成 ),然后铺上电极板(钢板,镀锌板,铜板都可),插一个可以进水的套管.盖上 50cm 厚的土层并在上面再糊一层水泥降阻剂浆即可.该电极池灌满水后.干旱季节可保持 3 个月不干.该接地地网在电阻率为 500Q?m 以上的岩土中每平方米接地面积的接地电阻最低可做到 15n 左右.3.2 市电的接入及仪器的直流供电设计(1)市电主要用于台站的 Et 常照明及仪器的用电.市电一般已由电力部门敷设至台站,如果是 380V
9、 的三相电则在台站需要另设一变压器转换台站变压器的放置位置应离仪器设备大于 30m.同时经变压器转换后的电压线路应穿铠装电缆埋地深 0.8m 引入台站配电房.220V 的单相电同样在离台站配电房 30m 之前穿铠装电缆埋地深 0.8m 引入.配电房内应设一级,二级两个避雷装置,漏电保护开关等设施.由配电房引出的各电压线均应穿铠装电缆埋地深 0.8m 敷设至各用电处.同时在进观测房前加避雷装置 .(2)仪器的供电我们主张尽量直接用直流供电.目前生产的仪器一般具备有 12V电源的接入口.便于用户采用直流电.但目前市场上的所谓电池供电,实际上是观测仪器的主机直流输入口外接一蓄电池.对蓄电池的充电是通
10、过市电 220V 转化所得,相当于电池是采用浮充的形式进行.这种形式有两方面的危害,一是电池处于始终充电状态,违反了电池充电,放电循环进行的原理,严重缩短电池寿命,甚至电池失效的情况下用户仍然不知道:二是由于整个系统在连接上仍然和外部市电间接相连 ,感应雷仍然可以通过市电线路进来损坏仪器.所以我们采用隔离式不问断免维护电池组供电,即一套电源有两组独立电池.一组电池供电,另一组电池充电,充电电路与供电电池是物理隔绝的(通过继电器).该电源的检测,识别和切换都是自动完成的.从图 1 中可以看出,在任何时候,仪器的供+12V 一 12V+9V 一 9V图 1 隔离式直流供电示意图Fig.1Sketc
11、hmapoftheisolateddirectcurrentpowersupplysystem1 期黄晖等:广东地震台站前兆观测系统防雷综合方法L10_【日u_【I 王 I_ 【0L1 日 l10 对力 LI_【L10王 Il1ILI_【.日己.gl1u2 盘10J 吕.sLIIpLI 要声 LIl1.苦 Jo 吕瘩盘 u 一葛吕.I1u如一囤斟恤邃筌柱姐皑簧船囤112 华南地震 28 卷电是纯粹的直流蓄电池供给,和外界的线路没有任何连接,安全系数大大提高.3.3 信号线路的接入解决了地网问题以及仪器供电问题后,需要解决信号线路的接入问题.在“十五“ 项目中,逐渐新上了一些手段,有不少是在原有
12、台站测项的基础上新上的.目前很多台站基本上都含有电磁,形变,地下流体三大学科的手段.而且各测项分布范围广,信号传输距离远,因此,信号线路的接人就显得很重要.3.3.1 模拟信号线的接人.在前兆观测系统中,传感器一般距离仪器的主机都有 30300in 的距离,例如水温仪探头及体应变仪探头一般在井下 100150in,地面部分有的离观测房上百米 ,地磁FHD 规范要求探头则至少离主机 70m.这种情况下,我们的普遍做法是模拟信号传输线一律穿屏蔽管埋地深 0.8m 敷设,选用地震观测仪器专用避雷器 ,在传感器至主机的传输线的两端各接一避雷器.信号线的屏蔽层和屏蔽管两端一同和地网相连.从而起到保护传感
13、器和主机的作用图 2 为韶关地震台前兆观测项目典型连接方案,该图详细的设计了关于电源,信号线的防雷措施.3.3.2 数字信号线的接人目前选用的前兆观测仪器一般都有数字输出通信 1:3,既有串 1:3,也有网 1:3,根据距离的长短选用光隔或光纤连接.具体可参照肇庆地磁台通信连接模式 DI.4 结束语雷击对观测仪器的危害最大,由于雷电的随机性很强,对雷击的防避可以说是防不胜防,尤其是直击雷,但我们通过上述方法及严格设计施工,感应雷对台站的危害程度已大为减少.十五 广东前兆观测仪器运行近一年 ,据不完全统计,经历了大大小小的感应雷达 30 次之多,由于有良好的保护系统,没有一例是损坏仪器主机的,有
14、效的保护了观测仪器.参考文献:1陈家斌.接地技术与接地装置M.北京:中国电力出版社,2002.2川濑太郎, 高桥健彦(马杰译). 图解接地技术M.北京:科学出版社,2003.3黄晖.肇庆地磁台数据传输通信技术J.华南地震,2004,24(1):64-68.黄晖等:广东地震台站前兆观测系统防雷综合方法 113IntegratedStrategytoWithstandThunderforPrecursorObservationSysteminGuangdongSeismicStationsHUANGHui,CHAIJianyong,LIZhubo,XIEZuocan,YANXing(Earthqu
15、akeAdministrationofCuangdongProvince,Guangzhou510070,China)Abstract:Thunderismostharmfultoearthquakeprecursorobservationsystem.Basedonthepracticeinconstructingthunderwithstandingsystemforprecursorobservationstationsduringthe9thand10thFiveyearPlans,anintegratedstrategytowithstandthunderhasbeendevelopedbyincorporatinginnovationsatseveralaspects.Ithasbeenapprovedbyagreatdealofpracticethatthisintegratedstrategyiseffectiveinwithstandingthunderforprecursorobservationsysteminseismicstations.Keywords:Seismicstation;Precursorobservationinstrument;Thunder-withstandingmethod
