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    地震行业标准《地震台(站)综合防雷》征求意见稿编制说明

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    中国地震局政策法规司近日发布通告,将行业标准《地震台(站)综合防雷》、《观测异常现场核实报告编写技术规范 第1部分:地下流体》和《地震台站建设规范 地磁台站(修订)》(征求意见稿)公开征求意见。意见建议请于2017年4月10日前反馈中国地震局政策法规司。

      联 系 人:孙 琪

      联系电话(传真):010-88015439

      电子邮箱:biaozhun@cea.gov.cn

      地 址:北京市海淀区复兴路63号

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    地震行业标准《地震台(站)综合防雷》征求意见稿编制说明

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    ??一、编制的必要性

    (一)背景

    自然灾害中,雷电引起的灾害算得上最为严重的一种。除本身具有巨大的破坏性外,还因为雷电发生频度高,且年年重复发生。长期以来,雷电一直给人类及地球上的文明带来灾难性的打击。雷电灾害已被联合国有关部门列为最严重的十种自然灾害之一,雷电灾害造成的经济损失和人员伤亡事故呈现出发生频次多、范围广、危害严重、社会影响大的特点。雷电灾害已成为危害程度仅次于暴雨、洪涝滑坡塌方的第三大气象灾害。

    当人类社会进入电子信息时代后,雷灾出现的特点与以往有极大的不同,可以概括为:受灾面大大扩大,从二维空间入侵变为三维空间入侵,雷灾的经济损失和危害程度大大增加了。产生上述特点的根本原因,是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。

    我国是多雷的国家,大部分台站都受雷电干扰。随着地震观测系统的自动化程度日益提高,感应雷电及雷电电磁脉冲的入侵很容易损坏相应的电子器件、电气设施,雷击对地震观测系统的危害明显增加。

    (二)问题

    1.雷电危害是地震台站观测仪器的主要安全隐患

    1)地震台站受雷电危害严重

    一部分地震台站仪器由于综合防雷工作不够完善、整体设计考虑不周,时常出现因雷电造成仪器损坏事故,抗雷击能力脆弱,甚至一些台站出现“只要有雷响,仪器设备就损坏”的情况。每年全国各地台站地震观测仪器与电源等辅助设备总是不同程度地受到雷击影响,造成仪器设备损坏和观测资料中断,严重影响台网的正常运行和资料数据的连续产出。

    地震台站多年的运行经验表明,配电不完善和线路布设不规范等方面存在的问题是产生雷害故障隐患的重要原因。

    根据2009年和2010年度的台站救灾情况来看,约有1/4~1/3经费用在了设备受雷击损失方面。

    由此可见,雷击已成为影响台站仪器长期稳定运行和造成设备损毁的重要因素之一。

    2)数字化地震观测系统的广泛应用,更容易受雷电危害

    人类社会进入电子信息时代,雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上,雷电灾害又称为“电子时代的一大公害”。

    经过中国地震局“九五”地震台站数字化改造项目、“十五”地震台站网络化改造项目,大部分模拟记录的地震台站都已经完成了数字化和网络化改造。地震台站监测工作进入到了数字化时代,地震观测系统的自动化装备越来越先进,地震设备电路的精密集成度日益提高,半导体集成技术发展和完善使它应用到几乎所有的地震仪器,由于半导体集成电路不能耐受过电压和过电流冲击,凡是使用这些器件的仪器设备和由此组成的系统或网络,均受波动较大的电源、强电磁干扰和雷电的危害而被损坏。

    近年来雷击灾害造成地震观测设备的损失日益突出,许多台站时常出现因雷电造成仪器损坏事故,很多台站连续多年屡遭雷击,一些省市地震局也花费了相当的资金和时间解决台站防雷系统存在的问题,但结果是收效甚微。

    从台站调研情况看,防雷存在的问题不容乐观,调研分析:从2007年~2009年三年期间,所调查的27个单位371个台站,共遭受雷害911次。单台最高遭受雷击次数达17次。遭受4次以上雷击的台站(77个)占台站总数(371个)五分之一,但其雷击次数(451次)却占总雷击次数(911次)的49.5%。

    可见受雷击影响严重的台站,其遭受损失是非常大的,雷电危害已成为台站地震观测设备的主要安全隐患。

    2.缺乏地震行业防雷标准,台站现有防雷措施严重不足

    1)综合防雷意识淡薄,措施不力

    目前存在的问题是:避雷、接地、供电等问题容易被人们所忽视,台站区域综合防雷意识淡薄,缺乏对台站整体的综合防雷统一设计,对避雷器的使用比较盲目;区域综合防雷考虑不周,台站交流配电线路防护不够完善,而且供电布线不够规范;观测仪器缺乏有效的防雷击的保护措施,仪器观测室内的工作接地不符合要求,接地技术不规范;通信线路和传感器引线未安装专用防雷器,未使用光缆、光隔离器,未做屏蔽;各种线路布设不规范,强弱电没有分开,线路过多,接线混乱,容易因线长、交叉而感应到雷电等问题普遍存在,屡屡造成地震台站观测设备损毁。

    2)无统一的、可操作性强的地震行业防雷标准

    由于地震观测的特殊性和复杂性,地震行业内尚未形成统一的、可操作性强的、与地震台站观测系统布线及防雷技术相关的行业标准。

    许多台站缺乏统一的区域性综合防雷意识,台站人员在防雷系统设计时,往往不知道如何进行设计实施,造成地震监测仪器至今还缺乏有效的防雷击的保护措施,钻孔观测井套管接地方式五花八门,各种观测系统的线路布设不规范。另有一些台站表面上采取了一些防雷措施,实际上几乎不起作用,有的台站甚至随便找个电源供电,做个简易避雷针、简单埋个地线、只要接地电阻小一点就可以了,这些现象是造成台站地震仪器故障率增加的原因。

    目前改建、扩建、新建的地震台站在防雷和接地、配电、通信方面的设计缺乏依据,留下了各类故障及安全隐患。为此,十分必要根据科学技术的进步,国家和相关行业制定的有关标准和规定,结合地震台站的实际,制定《地震台(站)综合防雷》标准,规范我国地震行业监测台站防雷系统的建设,有效提升台站综合防雷技术实用水平,极大程度减轻雷击对地震观测设备的危害,以提高地震台网的运行率,为地震科学研究和地震监测预报提供稳定、连续、可靠的数据资料做出努力。

    二、标准编制的工作过程

    (一)简介

    本标准是依据在全国21个单位200多个台站防雷升级改造中,试行了六年的《地震台站观测系统布线及防雷技术要求》(以下简称《技术要求》)的实践经验,在征求台站一线监测人员和地震行业内外有关专家对《技术要求》的意见和建议的基础上,根据国内外防雷科学技术的进步,国家和相关行业制定的有关雷电防护标准和规定,结合地震台站的实际,为了规范地震台站观测系统综合防雷,制定本标准。

    本标准由中国地震局地壳应力研究所、安徽省地震局、中国地震台网中心、河北省地震局、中国地震局地震预测研究所协作编制。

    (二)工作过程

    1.《地震台站观测系统布线及防雷技术要求》制定

    1)《技术要求》的制定

    中国地震局监测预报司为推动地震台站防雷升级改造工作,专门成立了防雷改造工作领导小组和实施组,制定地震台站配电、通信、防雷与接地的技术要求。

    监测预报司组织有关专家进行编写,形成的初稿几经修改后,于2009年5月召开有测震、形变、电磁、流体学科管理组、中国地震局地壳应力研究所、中国地震台网中心、北京、天津、重庆、河北、山西等省市地震局的专家参加的《地震台配电、通信、防雷与接地技术要求》编写工作会议进行审查和修改。

    《地震台配电、通信、防雷与接地技术要求》的有关规定、思路理念以及方法已在2009年度首都圈台网部分野外台站防雷改造试点改造中体现,取得了较好的效果。根据试点改造的经验对《地震台配电、通信、防雷与接地技术要求》进行充实完善并形成征求意见稿,发送有关方面征求意见。

    同时,在云南、福建、重庆、新疆举办的地震台网运行维护管理培训班,以及2009年12月在海口市召开的全国地震观测资料统评表彰暨监测发展技术交流会上通报了《地震台配电、通信、防雷与接地技术要求》,并征求部分与会人员意见。

    此外,还根据 “关于开展地震台站观测仪器雷击情况调查的通知”(中震测函[2009]255号)收回的调查材料反映的问题进行补充修改形成送审稿,提请相关会议审核。

    中国地震局监测预报司于2010年1月27日在北京组织召开了《地震台站配电、通信、防雷和接地技术要求》评审会议。

    根据评审组建议:将《地震台站配电、通信、防雷和接地技术要求》技术文件名称改为《地震台站观测系统布线及防雷技术要求》。

    中国地震局监测预报司于2010年2月9日印发试行(中震测函[2010]42号文)。

    2)《技术要求》的试行情况

    有关部门利用各种会议、学习班、培训班进行《技术要求》的内容要点、条文技术内涵和解释说明的宣讲,先后在防灾科技学院、杭州培训中心、北戴河培训中心、深圳培训中心、地壳所、沈阳、合肥、武汉、重庆、乌鲁木齐、太原等地举办20多场次的学习、培训、研讨,这些活动对学习、掌握、执行《技术要求》起了很重要的推动作用。

    六年来,以往雷击灾害非常严重的台站进行综合防雷系统升级改造后,与往年相比因雷击损坏地震监测仪器的事故减少一个数量级,取得了非常明显的防雷减灾效果。

    ?3)《技术要求》试行以来取得的主要成果有:

    第一,综合防雷的意识得到提高。

    通过举办培训班和典型台站的示范改造,各单位进一步明确了综合防雷改造的工作思路,认识到地震台站雷电防护系统是一个综合的防护系统,在认真调查当地的地理、地质、气候、环境等条件和雷电活动规律以及台站实际布局的基础上,从区域防雷、电源进线防雷、通信传输线防雷、传感器引线防雷等几方面采用不同的防护措施。

    第二,地震台防雷系统规范化设计初步形成。

    通过新一轮台站防雷系统改造,对《技术要求》中的思路和方法进行了检验和完善,防雷改造的台站依据该技术要求进行设计和实施取得了较好的效果。这标志着地震台站防雷改造规范化设计已经初步形成,为今后各台站防雷升级改造工作提供了技术参考和依据。

    第三,防雷改造效果已经显现。

    从2010年开始,依据《技术要求》,组织部分单位开展了地震台站新一轮综合防雷改造试点工作。截止2015年底,已完成21个单位200多个台站的改造。从实际效果看,这些以往雷击灾害非常严重的台站进行综合防雷系统升级改造后,绝大多数经过连续几个雷雨季节和多次严重雷电天气考验后安然无恙,与往年相比因雷击损坏地震监测仪器的事故减少一个数量级,取得了十分明显的效果。

    通过前期示范改造的辽宁、天津、安徽、江西、重庆五个省市地震局,在2015年推广改造项目支持下,这五个单位共改造140个受雷击影响严重台站。

    江西局共改造24个台站,改造前平均每年因雷击造成10多次地震设备的损坏,在改造后几年,再没有出现地震设备雷击损坏的情况,近几年其测震台网运行率明显提高,已连续三年获得了名次。

    重庆局共改造22个台站,尤其是黔江、仙女山、合川、巴南等9个台站每年都会因雷击出现地震设备损坏,在改造后也未出现地震设备雷击损坏的情况。

    同样,其他省局也都取得了明显的防雷效果。

    2.《地震台(站)综合防雷》标准形成

    由于《地震台站观测系统布线及防雷技术要求》试行以后取得了比较明显的防雷效果,普遍认为:地震台站综合防雷改造是一种投入小、见效快的防灾措施,能够大幅度减轻雷击对台站地震监测设备的危害,有效提高地震监测仪器的运行率和数据完整率,保证监测台网的稳定运行。许多省局了解到台站综合防雷改造的效果后积极向管理部门反映和呼吁,希望将所辖台站纳入综合防雷升级改造计划。中国地震局有关部门、防雷改造技术实施牵头单位以及省市地震局主管部门和台站一线工作的同志迫切希望尽快将《技术要求》升级为标准,以利地震台站建设,筑好有效的防雷屏障,使台站在整体防雷技术上一个新台阶,达到切实减轻雷电危害的目的。

    自2012年起至今,每年由中国地震局监测预报司组织召开的当年综合防雷系统升级改造方案评审会上,与会同志在完成方案评审的同时围绕台站观测公共环境综合防雷技术,结合《地震台站观测系统布线及防雷技术要求》进行研讨。

    ?2013年10月22日-25日在山西太原,依据中国地震局监测预报司关于召开《地震台站观测系统布线与防雷技术要求(试行)》修订暨地震台站综合防雷升级改造工作会议的通知,召开了有山西、内蒙古、陕西、黑龙江、青海、浙江、安徽、江西、重庆、河北、湖南等省市地震局和地壳所、台网中心等单位的代表和有关专家参加的工作会议。会上针对修订《地震台站观测系统布线与防雷技术要求(试行)》议题,进行了充分的讨论,获得了很多有益的建议和意见。

    通过这几年的试行也发现一些问题需要修改完善,我们利用各种机会向台站一线工作的同志和有关专家征求对《技术要求》试行情况的意见和建议,除听取口头的意见外,还收到近二十份书面意见。经过认真梳理,形成《技术要求》修改意见汇总表,通过对意见的细致分析研究,归纳成四类:第一类为采纳、第二类为部分采纳、第三类为需研究和论证、第四类为暂不采纳。包含了《技术要求》的整体部分、前言、引用标准、术语和定义、低压配电布线技术要求、通信线路布线技术要求、防雷电危害技术要求、接地布线技术要求、附录等九个方面的内容。

    2016年5月13日在北京召开了《地震台站观测系统布线及防雷技术要求》标准编制咨询研讨工作会。邀请到清华大学、中国气象局,北京、上海、天津、安徽、河北等省市地震局,中国地震局地壳应力研究所、中国地震局地震预测研究所、中国地震台网中心以及中国地震局监测预报司、政策法规司有关领导和系统内外专家共18人参加。会上,对标准名称、格式、各章主要内容、术语定义、附录、图件等进行了认真讨论,提出了宝贵的修改意见。会后,综合各方意见,在《地震台站观测系统布线及防雷技术要求》的基础上,按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草《地震台站观测系统综合防雷》标准草案稿。经有关部门和多位专家审阅,数次易稿后形成了征求意见稿。

    根据 “关于开展《地震台站观测系统综合防雷技术标准》(征求意见稿)审查工作的通知”(中震测函[2016]115号),于2016年9月18日在北京召开了由系统内外专家和有关司、处领导参加的《地震台站观测系统综合防雷技术标准》(征求意见稿)审查工作会。会上,对标准名称、各章内容、附录、图件等进行了认真审查,提出了宝贵的修改意见共66条(含书面意见)。会后,经过梳理、仔细分析研究,形成“技术标准”修改意见汇总表,将意见归纳成四类:第一类为采纳的共50条(占75.76%)、第二类为部分采纳的1条(占1.52%)、第三类为需要解释说明的共12条(占18.18%)、第四类为暂未采纳的共3条(占4.54%)。意见包含了“技术标准”的题目、整体部分、引言、各章节、附录、图件等内容。在《地震台站观测系统综合防雷》的基础上,吸纳各方意见,形成了《地震台(站)综合防雷》标准的征求意见稿。

    三、标准的内容、范围和编制原则

    (一)内容???????

    防雷是一个很复杂的问题,不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响,必须针对雷害入侵途径,对各种可能产生雷击的因素进行排除,采用综合防治接闪、分流、屏蔽、隔离、等电位连接、合理布线、电压限制和共用接地等措施进行综合防护,才能将雷害减少到最低限度。因此,进一步明确综合防雷改造的工作思路,认识地震台站雷电防护系统是一个综合的防护系统这是实现地震台站防雷的关键。

    本标准通篇都贯彻综合防雷的基本思路,在认真调查当地的地理、地质、气候、环境等条件和雷电活动规律以及台站实际布局的基础上,从区域综合防雷考虑,以防感应雷为主兼顾防直击雷;完善交流配电的防雷级数;通信线路和传感器连接线路的防雷拟针对具体信号和接口采取相应的防雷措施;地网(接地体、地线)从尽快泄放雷电流,减少雷害出发,接地电阻等要求进行供电防雷接地系统设计;重视接地布局和各种线路的布线及其工艺,以减少雷击电磁场和地反击造成的雷害。

    本标准与《技术要求》的区别在于按照GB/T1.1-2009要求编写,系统梳理地震台(站) 综合防雷中的直击雷和感应雷的防护;重点突出配电系统的防护、信号线路的防护、屏蔽措施和布线的防护、接地与等电位连接;增加雷电预警和防雷装置的维护与管理;将综合防雷关键环节所需要的知识和操作步骤归纳到附录中,便于直接查用;修改和增加必要的图件和表格。

    (二)范围

    本标准规定了地震台(站)观测系统综合防雷中的直击雷和感应雷的防护,包括配电系统的防护、信号线路的防护、屏蔽措施和布线的防护、接地与等电位连接、雷电预警,以及防雷装置的维护与管理等方面的基本要求和方法。

    本标准适用于地震台(站)综合防雷建设与维护管理。

    (三)编制原则

    为确保标准的权威性以及适用可行,遵循统一、协调、适用、规范的编制原则。

    在总结全国21个省(市、区)200多个台站防雷升级改造的成果,结合试行了六年的《技术要求》的实践经验,在征求台站一线监测人员和地震行业内外有关专家对《技术要求》的意见和建议的基础上,制定本标准,并努力做到标准内部结构、表述规则、编排格式、术语的一致性,遵守现有防雷基础标准的有关条款,注意协调相关行业防雷规定,便于引用,又适合地震台站直接使用。

    四、主要内容的分析及确定依据

    (一)配电系统的防护

    配电系统是雷电入侵最主要的渠道之一,它是地震台站综合防雷极为重要的一环。

    台站地震监测仪器要求一年365天,一天24小时不间断的连续、稳定、可靠供电。地震台网因供电、雷击系统故障引起的中断记录时间占总中断记录时间的30~50% ,可见配电系统防护的重要性。

    调研获悉,台站供电存在诸多问题:首先是低压交流电比较多是架空明线未经埋地处理进入台站,容易感应雷害,损毁仪器设备;其次,低压交流电防护级数不够,未能充分降低分散雷电波的过电压和过电流而造成观测系统的危害;另外,供电系统接地问题比较混乱,造成感应雷电流泄放不畅通,引起地反击。

    本标准规定了地震台站配电制式的选取,从而确定供电系统的接地方式;标准强调低压交流配电,应用铠装电缆埋地铺设后引入地震台站总配电室;对有人值守的地震台站和无人值守的地震台站明确规定了配电系统要多级防护设计,要求地震台(站)应在总配电处、分配电处、稳压电源或不间断电源(UPS)前端、地震观测仪器设备前端,分级进行防雷设计,以及对电源防雷器、电源防雷插座的接地、残压等提出了相应的要求。

    为便于地震台站一线工作人员的直接应用,附录A中给出地震台站配电设计的步骤和实施方法。

    1)铠装电缆埋地

    地震台站低压交流配电,用铠装电缆埋地铺设后引入地震台站总配电室是行之有效的措施,确实对减轻雷害起了一定作用。因为,铠装电缆的金属外皮起散流接地体的作用。当雷电流流经埋地铠装电缆的首端时,一部分经首端接地电阻入地,一部分流经电缆。由于雷电流属于高频(一般为数千赫兹),产生集肤效应,流经电缆的电流被排挤到外导体上,由金属外皮入地。另外,流经外导体的雷电流在芯线中产生感应反电动势,从理论上分析在没有集肤效应下将使流经芯线的电流趋向于零。因此,铠装电缆金属层两端均应接地是非常必要的。

    本标准6.1.2规定低压交流配电,应用铠装电缆埋地铺设后引入地震台站总配电室,并对铠装电缆芯线的截面面积、埋于地中的长度作了相应规定。

    铠装电缆埋于地中的长度应符合式(1)要求,但长度不应小于15 m:(1)

    式中:

    l——铠装电缆埋于地中的长度,单位为米(m);

    ρ——埋电缆处的土壤电阻率,单位为欧姆米(Ω?m)。

    这个公式是根据防雷接地体的有效长度延伸最大值(对应于闪击对大地的第一次雷击称作长波头)与最小值(对应于闪击对大地的第一次雷击以后的雷击称作短波头)取平均值经简化后得来的。15 m数值是考虑为架空线杆高1.5倍(设杆高一般为10 m)确定。

    有关铠装电缆埋地的方法以及接地等要求见附录A。

    2)电源多级防护

    电源是雷电入侵最主要的渠道之一,正确的电源多级防护设计是将雷害拒于建筑物和仪器设备之外的关键。因此,可在用电设备端并联多级放电通道,逐级降低电磁脉冲强度,即逐级降低放电残压与放电电流,使到达设备的电压与电流控制在用电设备能承受的范围,保障设备不被损坏或在雷击过程中设备能正常工作。

    本标准6.1.3规定地震台站配电系统的防护应在总配电处、分配电处、稳压电源或不间断电源(UPS)前端、地震观测仪器设备前端,分级进行防雷设计。

    标准中6.2对有人值守的地震台站和无人值守的地震台站(含单点的流体台站和测震台站)明确规定了配电系统多级防护设计的要求。

    标准6.2.1规定,对于有人值守的地震台站应在总配电处安装标称放电电流不小于80 kA(8/20μs电流波,下同)的电源防雷器,作为第一级防护;在分配电处(电子设备机房配电处)安装标称放电电流不小于40 kA(8/20μs)的电源防雷器,作为第二级防护 ;在稳压电源或不间断电源(UPS)前端安装标称放电电流不小于20 kA(8/20μs)的电源防雷插座,作为第三级防护;在特殊重要的地震观测仪器设备前端安装标称放电电流不小于10 kA(8/20μs)的电源防雷插座,作为第四级防护。标准还强调有人值守的地震台站第一、二级电源防雷器安装位置相距不应少于5 m,这是因为在电源线路中安装了多级电源防雷器,由于各级电源防雷器的标称导通电压和标称导通电流不同、安装方式位置及接线长短的差异,导致出现能量配合不当,产生某级电源防雷器不动作的盲点问题。为了保证雷电沿电源线路侵入时,各级电源防雷器都能分级启动泄流,避免出现盲点,两级之间必须有一定的线距长度(即要有一定的感抗或加装退耦元件)来满足避免盲点的要求。为了保证快速泄放雷电流,标准规定其电源防雷器的连接线长度不应超过1 m,截面面积不应小于10 mm2,并且应使用线耳连接。

    对于无人值守的地震台站(含单点的流体台站和测震台站),标准6.2.2规定按照不少于三级防雷要求进行设计:在观测房配电处安装标称放电电流不小于80 kA(8/20 μs)的电源防雷器,作为第一级防护;第二级与第三级电源防雷则采用标称放电电流不小于10 kA(8/20μs)的防雷插座,将地震观测仪器设备的电源输入插头插在最后一级防雷插座上。

    (二)信号线路的防护

    信号线路防护是地震台站综合防雷又一重要环节。地震台站以往对仪器设备信号线路的防护措施不足,地震监测仪器基本上没有使用专用防护装置,留下雷害隐患。

    从雷电损坏的仪器设备维修中,发现感应雷屡屡从信号线路入侵造成仪器设备的损毁。

    标准7.1.1规定了信号线路的防护要求,对与有外部电气连接的地震观测设备:测震设备、形变设备、电磁设备、流体设备等,在这些设备的信号线路上增加放电设备。7.1.2规定符合4.4要求的地震台(站),应提升防雷害的能力,宜在信号线路两侧设计信号防雷器。7.1.3~7.1.6针对地震观测仪器的布局,仪器主机与传感器和数据采集器、通信设备的具体位置与距离,规定了安装信号防雷器的要求。这些规定是参照GB 50689-2011《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》的第九章要求。其参数按照地震台站以往雷击情况与地震监测仪器的特点,进行了调整,做出的规定。7.1.7、7.1.8分别给出需要安装信号防雷器和不必安装信号防雷器,以及通信线路一侧应安装信号防雷器和两侧都要安装信号防雷器的规定要求。

    需要注意的是,7.1.3规定地震观测仪器主机与传感器分别在不同的建筑物内时,其连接线仅在地震观测仪器主机一侧应安装信号防雷器。因为,仪器主机和传感器都在各自有雷害设防的建筑物内,而连接线按8.2.5 中的b)要求,应套入金属管或聚氯乙烯管(PVC)和三型聚丙烯管(PPR)埋地(墙)或嵌入相应的线槽铺设,所以,这种情况下仅在地震观测仪器主机一侧安装信号防雷器就可以了。

    地震台站使用的信号防雷器种类繁杂,多达数十种,包括测震、形变、电磁、流体等方面的信号,这些信号的工作频率、传输速率、传输带宽、工作电压、接口形式和特性阻抗等参数不尽相同,必须选取插入损耗小、分布电容小且与纵向平衡、近端串扰等指标适配的信号防雷器。为此,标准7.2~7.3还规定了信号防雷器技术性能和安装的要求。

    (三)屏蔽措施和布线的防护

    地震台站连接线路过去有一部分使用了屏蔽电缆,对防范雷害起了一定作用,但是仍有不少地方未使用屏蔽电缆或光缆,而且屏蔽层接地连接也存在一定问题,造成防范雷害失当,仪器设备的受损。

    地震监测仪器为特殊的专用设备,仪器与传感器之间的连接线路十分繁多复杂,有供电线、信号测量线、标定线、通信线等等。之前,许多台站强弱电没有严格分开,部分信号线过长,环绕交叉多,线路布设十分不规范,遭遇强电磁辐射时,局部经常发生因强的电磁感应辐射而损坏地震仪器的情况。造成原因很多,其中主要原因是台站缺乏综合布线规范化、标准化的意识和必要的设计,每当新上一种观测手段、一种仪器设备,安装架设人员大都根据自身需要安装布线,很少顾及布线的规范化、标准化,日积月累、年复一年,就造成线路混乱、交叉和卷团的现象。

    标准8.1.1强调地震台站采用各类屏蔽措施时,具体做法应参考GB50343-2012规定。8.1.3~8.1.6规定了采用屏蔽电缆的相应要求;8.2.3、8.2.4规定了地震台站铺设的通信线缆应依据不同要求使用光缆;标准8.2.5、8.2.7明确了台站观测系统的各类线路应分组分类铺设的原则和要求,同时做好标记、标识,满足台站综合布线的规范化、标准化设计;8.2.6、8.2.8~8.2.10对连接线自身安全保护提出了要求。

    (四)接地与等电位连接

    从防雷的角度讲,接地是防雷技术最重要的环节,不管直击雷、感应雷或其它形式的雷,最终都是把雷电流送入大地,合理而良好的接地装置是可靠防雷的保证。

    接地不好,所有采取的防雷措施的防雷效果就不能发挥出来。以往,一些台站表面上都采取了接地措施,但由于接地不符合要求,等电位连接不规范,地网布局、地线及连接工艺存在问题,实际上几乎不起作用,未能达到尽快泄放雷电流,减少雷害的目的。

    本标准9.1.1、9.1.2针对地震台站的测震摆房、形变山洞、钻孔观测井、地磁房、地电观测场地、无人值守的地震台站(含单点的流体台站和测震台站)等的接地与等电位连接的设计实施作了相应的规定。

    共用接地是指将防雷系统的接地装置、建筑物金属构件、低压配电保护线(PE)、等电位连接端子板或连接带、设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地、功能性接地等连接在一起构成共用的接地系统。

    标准9.1.3规定地震台站应以建筑物基础地为主,采用共用接地方式,即建筑物基础地、仪器设备地、电源地(变压器地)等共用一个地网,其接地电阻值宜不大于4 Ω。这是为了减少雷电流在电子系统与防雷系统的接地装置、建筑物金属构件、低压配电保护线(PE)、等电位连接端子板或连接带、屏蔽体接地、防静电接地、功能性接地之间的共模电位差产生跳击(发生火花放电)而损毁设备的危害,采用共用接地,把它们连接起来,使其等电位或将电位差降到极低起到防雷害的效果。

    现在IEC的有关标准和美国的国家标准都规定,一栋建筑物的所有接地体应直接等电位连接在一起就是这个原因。这里需要注意和区别的是共用接地不包括安装了防直击雷装置独立接闪杆、架空接闪线或架空接闪网的接地装置,其应使用独立的地网(接地装置),该地网与地震观测系统地网之间距离应大于5 m。

    9.1.4规定地震台站多个地网的连接要求。

    地网是埋在地中的互相连接的裸导体构成的一组接地体。为了将雷电流散入大地而不会产生危险的过电压,地网使用的材质及其布设、尺寸和施工工艺是非常重要的。本标准9.1.5~9.1.10强调为迅速泄放雷电流减少雷害影响,而对地网降低接地电阻采取的措施和地网制作与检测规定的要求,对地网选用材质、布设位置尺寸、施工工艺以及降低接地电阻采取的措施作了相应的规定。当地网由多根水平或垂直接地体组成时,为了减少相邻接地体的屏蔽作用,接地体的间距宜为5m,但敷设地方受到限制时,间距可以根据实际情况适当减少,一般不小于垂直接地体的长度;地网设计时,在相同截面面积(即在同一长度情况,所消耗的钢材质量相同)下,扁钢的表面积总是大于圆钢,建议优先选用扁钢,可节省钢材。

    对于台站所处地区的土壤电阻率较大时,在按9.1.5~9.1.7的要求完善接地后,其接地电阻值仍未满足要求,宜采取增加不少于10根垂直接地体或采用打浅井灌注长效降阻剂、使用新型接地材料等方法,降低接地阻值。

    标准9.2.1强调地震台站对线路的屏蔽层和仪器设备作良好的接地,实现等电位连接时,具体做法参考GB 50689—2011规定。9.2.1~9.2.6规定了实施等电位连接的具体要求。

    9.2.9规定钻孔的金属套管宜通过测量线的屏蔽层与地网连接,或按仪器设备的规定连接。钻孔观测仪器设备的接地问题相对复杂些,生产厂家根据自身设备结构、电路等特点,有一些规定和要求,譬如,通过隔离传感器的方法,将钻孔套管接地与仪器设备接地分开,设有‘钻孔套管地’和‘仪器地’。而比较多的钻孔观测仪器,都是采用共用接地方式,钻孔的金属套管通过测量线的屏蔽层与地网连接是目前行之有效普遍采用的较好方法,既起到屏蔽作用(对传感器信号),又有等电位连接的效果(对观测系统、装置)。

    (五)雷电预警

    每当天气预报有雷阵雨时、阴云密布电闪雷鸣前,台站工作的同志会主动切断电源和通信外线路,以防止雷电波入侵损坏地震监测设备、中断观测数据资料。这是台站工作多年积累的行之有效的经验。为了使手动改为自动,确保更加准确、准时切断和恢复供电线路、通信外线路,引入雷电预警防护功能并加以强化是必要的。

    雷电预警是通过实时检测地震台站附近不同距离空中电场强度,根据设定的阈值和时间间隔要求发出雷电防御报警。

    标准10.1~10.3规定了那些地震台站宜安装雷电预警设备以及安装方法、位置和要求。根据本地实际情况,通过对雷电预警的灵敏度系数、启动时间、延迟恢复时间等参数的调整,使雷电防御报警更准确、及时和稳定、可靠;10.4明确规定了雷电预警装置参数设定应通过运行试验来进行调整。

    10.1 规定拥有多种地震观测手段的地震台(站),其所在地区属年平均雷电日大于40天的多雷区、强雷区或雷害事件多发的台站,宜安装雷电预警设备。一般拥有多种地震观测手段的地震台(站)都属于综合台站,通常都是有人值守的;目前,雷电预警设备基本上都安装在有人值守的台站,便于管理,保证正常运行。同时,从综合台站发展看,要兼顾附近单一手段的观测站、点,而且,当雷电预警设备安装比较密集时,可考虑开展区域性雷电预警预报,惠及其他台站。

    (六)直击雷的防护

    根据地震台站遭受雷电危害的调研情况看,仅有少数处于直击雷多发的多雷区、强雷区的台站有直击雷害记录,而大部分地震台站遭受的雷害是由感应雷过电压以及雷电电磁脉冲造成的。

    因此,地震台站在区域综合防雷思路框架下,本着以防感应雷为主兼顾防直击雷的原则,实施直击雷的防护。

    标准5.1对需要采取直击雷防护措施的台站作了要求。

    为了便于直击雷的防护设计,本标准5.2强调了直击雷防护装置当采用接闪杆或接闪带(网)作为接闪器时,对接闪杆、接闪带(网)的具体要求;5.3~5.5对直击雷防护装置中的引下线、接地装置、地网的接地电阻值作了规定。

    (七)防雷装置的维护与管理

    防雷装置的维护与管理这一章在原来的《技术要求》中只是分散到各章中提及,未独立成章。考虑到过去大多数地震台只是在新建台站时或新上观测手段仪器设备时才考虑防雷,安装必要的防雷装置,几乎是一次性的一劳永逸,要到下一次防雷更新或台站改造才有可能增添防雷设施。由于防雷设施长期无人管理、年久失修、陈旧老化失效而遭受雷害损毁地震监测仪器设备。

    地震台综合防雷应是一项长期持久常态化的工作,标准11.1规定地震台站防雷装置的设计、安装、配线、检测报告等资料文件应及时存档、妥善保管;11.2规定了平时应有专人负责管理、维护;11.3、11.4规定每年雷雨季节前应全面检查防雷装置运行情况,进行维护,及时排除故障,对防雷装置、地网等应定期检查,接地电阻每年应至少测量一次(雷雨季节前),并做好记录存档;11.5规定防雷装置当发生雷击灾害造成损失时,应及时检查处理,提出处理意见,并将情况上报至上级主管部门备案,相关材料归档;11.6规定当台站新增或更换防雷装置时,应按防护目标,依据本标准进行设计、实施和检测。

    防雷装置除在发生雷击灾害造成损失时需进行检查测试外,每年都要例行检查测试,其结果填入检查测试记录表,提出整改意见,并根据整改意见,参照本标准相关规定进行处置。譬如,当地网接地电阻值超过规定要求时,应按9.1.5要求处理;又如,发生雷害时,通过检查测试,找出问题和薄弱点,依照本标准进行修正。

    五、本标准与相关法规、标准之间的关系

    (一)国内外概况

    国际上,最早的防雷技术标准是IEC(国际电工委员会)/TC81(第81技术委员会─防雷)1980年发布,目标是制定建筑物防雷标准和指南。我国最早的防雷标准是GBJ57-83,是目前我国防雷技术标准中最具有权威性的标准,目标是作为建筑物防雷标准和指南,于2010年将此标准修订为GB50057-2010 建筑物防雷设计规范。该标准虽然不能满足特殊行业的防雷设计,但由于这个标准的先进性和普遍性原因,不少行业都以这个标准为基础,结合各自行业的特点,编制带有各自行业特色的防雷技术要求。如:军队系统的GJB 5080-2004 军用通信设施雷电防护设计与使用要求,通信部门的YD5068-1998 移动数据通信基站防雷与接地设计规范(2005年修订),气象部门的QX 4-2000 气象台(站)防雷技术规范,电力部门的CECS 341-2013电力通信系统防雷技术规程,交通系统的JT/GGQS 682 高速公路防雷设计规范,石油系统的GB 15599-1995 石油与石油设施雷电安全规范(2009年修订),银行系统的JR/T 0026-2006银行业计算机信息系统雷电防护技术规范,铁路系统的TB10065-2000铁路电力变、配电所设计规范,煤炭系统的DB50/T 281-2008煤矿防雷技术规范,民用航空的MH/T 4020-2006民用航空通信导航监视设施防雷技术规范,水利水电的SL587-2012水利水电工程接地设计规范等等。

    由于地震观测的特殊性和不同类型地震台站的复杂性,地震行业内还未形成统一的、可操作性强的、与地震台站观测系统防雷技术相关的行业标准。“九五”期间,在科技攻关支持的项目中对地震台站供电、避雷、接地技术开展探索研究取得一些成果,并在部分台站应用,收到一定效果。2009年,在中国地震局地壳应力研究所所长基金重大项目的支持下,对地震台站综合防雷关键技术开展研究试验。

    2010年,地壳应力研究所牵头编制完成《地震台站观测系统布线及防雷技术要求》,并协助组织部分单位开展了地震台站综合防雷改造试点工作。从实际效果来看,以往雷击灾害非常严重的台站进行综合防雷系统升级改造后,与往年相比因雷击损坏地震监测仪器的事故减少一个数量级,取得了非常明显的防雷减灾效果,极大的减轻了雷电对地震观测设备的危害,逐步使台站防雷技术上一个新台阶。

    (二)与相关标准的关系

    目前我国防雷技术标准中最具有权威性的标准,是作为建筑物防雷标准和指南的GB50057-2010 建筑物防雷设计规范。该标准虽然不能满足特殊行业的防雷设计,但由于这个标准的广泛应用,其具有的先进性和普遍性原因,不少行业都以这个标准为基础,结合各自行业的特点,编制带有各自行业特色的防雷技术要求。

    由于地震观测仪器设备有它的特殊性,对精度、频带、量程、噪声、抗干扰能力等都有较苛刻的要求,例如,在一个很宽很大的范围内去观测识别地震前兆信息,起初信息是很微弱的,希望在噪声背景小的情况下观测到地震前兆异常,而且要求异常有足够的分辨率,同时要求持续时间从几分钟、小时、日、月,甚至延续到年,以便了解能量的积累、地震的孕育过程,分析研究相关因素,结合地质构造等等去识别是否地震前兆异常。因此,要求观测系统工作稳定可靠,适应能力强,特别希望有较可靠的防雷击措施,获得不间断的数据资料。

    另外,不同类型地震台站和观测仪器,需要采取不同的防雷措施。目前,地震台站包括综合观测台、测震台、形变台、流体台、地电台、地磁台等。不同类型台站其观测手段不同,不同类型的观测仪器对环境要求也不同,所以需要采取的防雷措施也不同。

    国家标准GB50057-2010 建筑物防雷设计规范,它只是针对建筑物方面进行规范的,其他行业的防雷标准也仅满足本行业的需求,没有涉及到地震观测的特殊性和复杂性的要求,如形变钻孔观测井、流体观测井、测震观测井、综合观测井的钻孔套管接地,形变观测山洞内供电接地及长电缆布设,地磁台因磁性材料带来的电磁干扰,地电观测室外线路防护,地震观测设备信号防护等等,这些都是需要亟待深入研究,进行规范。

    本标准遵守现有防雷基础标准的有关条款,注意协调相关行业防雷规定。根据地震台站的实际参考相关标准和规定编制而成的地震行业防雷技术标准,可以较好地满足地震台站防雷的实际需要。

    六、其他需要说明的问题

    (一)关于本标准名称

    本标准起草时从目标要求、适用范围、应用对象,与国家基础标准、行业有关标准、其他行业类似标准区别和关系等多方面考虑,提出了几个名称供选择。几稿下来,仍难于统一,各方意见从不同角度讲都有一定道理,两次专门为本标准编制召开的标准编制咨询研讨工作会和标准征求意见稿审查工作会,对标准名称都有异议。

    本次提交的标准征求意见稿的标准名称是根据中震测函〔2016〕115号通知,由中国地震局监测预报司于2016年9月18日在北京组织召开的《地震台站观测系统综合防雷》标准技术论证会的技术论证意见建议将标准名称定为《地震台(站)综合防雷》。

    (二)地震台(站)观测室防雷设计

    鉴于地震台(站)观测室是地震监测、产出信息数据的重要场所;地震台(站)地处野外,普遍受到雷电的危害,雷击次数预计大于0.05次每年;又有部分台站因有化学易燃易爆气体测项存在易燃易爆危险属爆炸危险2区场所等因素考虑,地震台(站)观测室应划入GB 50057中第二类防雷建筑物的范畴。

    另外,参考DB/T18.1-2006《地震台站建设规范 地电台站第1部分:地电阻率台站》6.1.5防雷设计应符合GB 50057-1994中对第二类工业建筑物的要求;DB/T 18.2-2006《地震台站建设规范 地电台站第2部分:地电场台站》6.1.5防雷设计应符合GB 50057-1994中对第二类工业建筑物的要求;DB/T 16-2006《地震台站建设规范 测震台站》6.1.2观测室防雷应按GB 50057-1994中第二、三类工业建筑物设防,并依据雷击次数确定:a)参照当地气象部门提供的资料,预计雷击次数大于0.06次每年的测震台站,应按第二类防雷建筑物设防等标准,本标准4.3规定地震台(站)观测室防雷设计应符合GB50057中第二类重要建筑物的要求。

    (三)其他

    标准4.4 规定处于多雷区、强雷区以及金属矿床区、湖沼低洼区、高耸突出山脊等特殊地理位置的地震台(站),应提升防范雷害能力。

    往往这些台站受雷害要比普通台站更为严重,有必要对某些防雷措施予以提升,譬如,符合4.4要求的地震台(站),可考虑在信号线路两侧都设计信号防雷器,见7.1.2;又譬如,标准7.1.6规定的信号线长度要求,通过缩短来提升防范雷害能力,建筑物属于钢筋混凝土结构,当其连接线长度大于5m(规定15m以上),就要考虑提升在连接线一侧安装信号防雷器了;再如,建筑物不属于钢筋混凝土结构,当其连接线长度大于10m(规定20m以上),就要考虑提升在连接线两侧都安装信号防雷器等。

    (四)有关附录

    本标准为便于地震台站一线工作人员的直接应用,且容易操作。特别将综合防雷关键环节所需要的知识和操作步骤,从设计开始到实施一步一步给出,归纳到一起放在附录中便于查找使用。

    附录A中给出地震台站配电设计的步骤和实施方法;

    附录B中的B1给出地震台站低压配电布线防雷设计方法和实施要点;

    附录B中的B2给出法拉第笼结构设计方法和实施要点;

    附录C给出在地震台(站) 防雷设计实施竣工验收、每年例行检查以及发生雷击灾害造成损失时需要填写的检查测试记录表。

    (五)主要参考文献

    ?[1] GB/T 1.1-2009 标准化工作导则 第1部分:标准的结构和编写

    [2] GB50052-2009 供配电系统设计规范

    [3] GB50054-2011 低压配电设计规范

    [4] GB50057-2010 建筑物防雷设计规范

    [5] GB50169-2006 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范

    [6] GB50174-2008 电子信息系统机房设计规范

    [7] GB50311-2007 综合布线系统工程设计规范

    [8] GB50343-2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范

    [9] GB50689-2011 通信局站防雷与接地工程设计规范

    [10] QX4-2015 气象台(站)防雷技术规范

    ?

    标准编制工作组

    2016年10月



    自然界中的雷电不可能消失

    人类对技术进步的向往和冲动也不可能终止

    技术进步带来的潜在威胁

    只能靠技术的继续进步来解决


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