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水文纜道防雷技術(shù)

文檔作者：張立文檔來源：南寧強國科技有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月04日
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廣西水利水電GUANGXI WATER RESOURCES&amp;amp;HYDROPOWER ENGINEERING 2015(5)
· 防災(zāi)減災(zāi)·
水文纜道防雷技術(shù)
張 立
(南寧強國科技有限公司，南寧530222)
[摘要】介紹水文纜道智能控制系統(tǒng)防雷電的方式方法。采用綜合防雷傳輸器接人系統(tǒng)前端確保水文纜道智能控
制系統(tǒng)后級安全；將纜道循環(huán)索松邊壓入主索之下；將主索接地電阻降低到5 Q以下；采用獨立的太陽能電源；部分
敏感設(shè)備采用物理隔離，從而對測流人員的人身安全和主要設(shè)備進行有效的保護。
【關(guān)鍵詞] 信號防雷；光電信號轉(zhuǎn)換；物理隔離；水文測驗纜道
【中圖分類號】P332； 【文獻標識碼] B [文章編號】1003—1510(2015)05—0067—03
1 概述
1．1 水文纜道防雷的研究背景及目的
大多數(shù)水文站配備了計算機、通信電臺、自動
化測驗設(shè)備等電子設(shè)備。這些弱電設(shè)備耐雷水平
低，雷擊概率加大。而長達幾百米的跨河鋼絲繩，
在空中就是一個大型天線，極易被雷擊。光靠避雷
針已無法完全保護我們的電子儀器和設(shè)備。水文
站防雷日益成為重要而緊迫的課題。本文探討
了一種新型防雷技術(shù)，能有效防止雷電對設(shè)備的
損壞。
1．2 研究成果
本文主要以防止從纜道和電源進人的直擊雷、
感應(yīng)雷等雷電對設(shè)備的損壞，措施主要表現(xiàn)為以下
4點：
(1)電源防雷。24 V太陽能電源為本系統(tǒng)中的
弱電控制部分提供電源，使系統(tǒng)的電源與外電網(wǎng)隔
離，直接杜絕外電網(wǎng)感應(yīng)雷對設(shè)備的破壞。
(2)信號防雷。傳回的水位信號、水下信號通
過綜合信號防雷傳輸器物理光電隔離解碼編碼后
才傳給操作臺，杜絕了信號傳輸回路中的感應(yīng)雷、
直擊雷等雷電對操作臺的破壞。
(3)距離傳感器防雷。距離傳感器專用絕緣固
定墊板和同步齒形皮帶的設(shè)計，使距離傳感器跟絞
車絕緣，在提高距離傳動精度的同時也杜絕了纜道
傳回的感應(yīng)雷對操作臺的破壞。
(4)安裝新型行車三腳架，使循環(huán)索松邊始終
在主索之下，確保所有儀器設(shè)備均在避雷針30。保
護范圍之內(nèi)。
1．3 國內(nèi)水文纜道防雷的發(fā)展狀況
國內(nèi)也有幾家生產(chǎn)纜道智能控制系統(tǒng)的廠家，
主要存在信號傳輸過程容易受雷擊，測流過程中人
員設(shè)備易受雷擊等問題。電源供電采用交流市電
供電，當(dāng)沒有交流市電供電時，系統(tǒng)所有設(shè)備將無
法運行，且沒有防雷措施，易遭雷擊，這樣對人員和
設(shè)備的安全埋下了巨大的隱患，很多水文站明確規(guī)
定在風(fēng)雨交加電閃雷鳴時洪峰都可以不測。
2 水文纜道防雷的措施
2．1 雷電危害的途徑
雷電對地放電有多種形式，如直擊雷、感應(yīng)雷
電，還有滾球雷等。一般雷電主要通過直擊雷、感
應(yīng)雷破壞設(shè)備，主要途徑是：
(1)電源系統(tǒng)。水文站相當(dāng)普遍的現(xiàn)象是在本
站或在幾公里或幾十公里處電力線路上落雷，都會
使所有電子設(shè)備、水文設(shè)備損壞。
(2)纜道循環(huán)索。通過此鋼絲繩進人信號接口
和距離傳感器的弱電部分直接燒壞器件。
(3)感應(yīng)雷、直擊雷均可通過循環(huán)索、交流供電
線路避雷針引至測流設(shè)備或在人地點產(chǎn)生感應(yīng)電
壓、跨步電壓，損壞弱電芯片。
(4)部分纜道主索未接地或接地電阻不合格，
50％纜道循環(huán)索松邊(見圖1)在鉛魚運行到河面時
高于主索。
【收稿日期】2015—07—27
【作者簡介】張7r(1988、一)女，廣西南寧人，南寧強國科技有限公司助理工程師，學(xué)士，主要研究方向為水文測驗設(shè)施的防雷技術(shù)。
67
張立：水文纜道防雷技術(shù)
圖1 纜道循環(huán)索松邊示意圖
2．2 影響水文纜道防雷效果的主要因素
(1)避雷針的有效保護范圍≤30。。
(2)部分防雷公司用氧化鋅等避雷器將雷電引
入大地，當(dāng)有雷擊時在芯片上仍能產(chǎn)生足以損壞芯
片的電位差。
(3)市電電源幾十公里外的雷電仍能對測站的
設(shè)備造成損壞。
2．3 水文纜道的防雷機制探討
2．3．1 纜道測流系統(tǒng)防雷措施
(1)主機系統(tǒng)防雷。采用24 V太陽能電源由
太陽能電池板、電池箱、應(yīng)急電源充電器組成，主要
為系統(tǒng)中的弱電控制部分提供電源。
(2)信號防雷。引入防雷部分的設(shè)計內(nèi)容，可
以在信號口上做一些光電信號轉(zhuǎn)換電路，使接纜道
鋼絲的電路與后級主機板用光電方式連接，防止電
路共地而造成損壞。水下各種信號在傳輸過程中
因回路跨越江河，一般易受雷電感應(yīng)，造成設(shè)備損
壞?？梢酝ㄟ^大距離信號光電防雷隔離，杜絕信號
傳輸回路中的感應(yīng)雷、直擊雷等雷電對設(shè)備造成
毀壞。
(3)距離傳感器防雷。該傳感器因與跨江回路
相連，極易受雷擊，故在此環(huán)節(jié)設(shè)置由專用絕緣材
料及同步齒形橡膠皮帶的傳動裝置，解決雷電直接
感應(yīng)造成的損害。距離信號直接采用物理隔離防
雷擊技術(shù)，為設(shè)備提供安全保險。
(4)采用太陽能電池充電系統(tǒng)供電，有效防止
鄉(xiāng)村電網(wǎng)的雷電破壞；電源改用電瓶、太陽能電池
供電或其他方式的防雷電源。這些方法已經(jīng)在水
文纜道智能控制系統(tǒng)上成功地應(yīng)用了。
(5)絞車的獨立絕緣距離傳感器等安全保護措
施，大大提高了抗雷擊的能力。
2-3．2 技術(shù)參數(shù)
(1)防雷循環(huán)索信號傳輸器性能參數(shù)：
交流輸入電壓范圍：AC 220 V(±5％)
68
直流輸入電壓范圍：DC 5 V
雙音頻信號輸入最小幅度：>20 mV(+l mV)
靜態(tài)電流：55 mA
工作電流：94 mA
總功耗：470 mW
使用環(huán)境溫度：一1O一50℃
使用環(huán)境濕度：≤91％(40qC)
(2)太陽能電源系統(tǒng)性能參數(shù)：
太陽能電池板輸出電壓：DC 24 V
太陽能電池板輸出功率：20 w
電池容量：20 AH
使用環(huán)境溫度：一10～50 cI=
3 水文纜道智能控制系統(tǒng)防雷設(shè)備
的安裝與注意事項
3．1 安裝防雷信號傳輸器
(1)主索在任何時候均要高于循環(huán)索(見圖2)；
圖2 主索高于循環(huán)索示意圖
(2)接入設(shè)備端要物理隔離；
(3)弱電電路、器件不可直接使用交流電；
(4)所有人地地線不能接入水文纜道測流設(shè)備
弱電部分的外殼。
3．2 整體物理防雷隔離
(1)電源防雷隔離。24V太陽能電源由太陽能
電池板、電池箱、應(yīng)急電源充電器組成，主要為本系
統(tǒng)中的弱電控制部分提供電源，使系統(tǒng)的電源與外
電網(wǎng)隔離，直接杜絕外電網(wǎng)感應(yīng)雷對設(shè)備造成的損
壞。
(2)信號防雷隔離。水位信號、水下雙音頻信
號、懸索保護信號等通過綜合信號防雷傳輸器使操
作臺與水位信號采集器、懸索纜道之間進行信號光
電防雷隔離，直接杜絕了信號傳輸回路中的感應(yīng)
雷、直擊雷等雷電對設(shè)備造成的損壞。
距離信號是由絞車運動過程中，帶動距離傳感
器中的同步齒形皮帶輪產(chǎn)生的，距離傳感器與水文
纜道專用絞車之間的連接是用專用絕緣固定墊板

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