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某市CORS系统防雷方案研究与设计

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马强等

摘要：CORS系统的雷电防护对于系统的稳定运行至关重要，本文详细阐述了CORS系统防雷的特点，并以某市CORS系统防雷方案为例进行具体的方案设计。

关键词：CORS系统；直击雷；电子设备防雷；SPD

概述

根据统计数据表明，我国每年因雷击造成的人员伤亡估计为3000-4000人，财产损失估计在50亿-100亿元左右。此外，雷电对电力、石化、航空、通信、交通等行业也会造成重大危害。CORS系统是由电子设备、通讯设备、观测墩及机房等易受雷电袭击的物体组成，防雷措施对整个系统的正常稳定运行至关重要。某市CORS系统有13个基准站构成，建设了9个屋顶观测墩和四个地面观测墩。

1.雷电对CORS系统产生影响的几种途径

1.1直击雷

雷云通常可对于地面CORS系统的任何一点（包括天线。通讯传输线路、供电线路）直接发生短时间剧烈放电现象，叫做直接雷击，即直击雷。它具有的点效应、热效应和机械效应等很大程度上可以造成物体、设备损坏和人员伤亡。同时，线路中会引入超高电压（电流）窜入设备内部，从而造成机房内的网络、通讯机UPS等设备的破坏，或者影响设备的使用寿命。

1.2雷电感应通过GPS信号线路或计算机通信线路

架设于露天制高点的地面参考站天线，与其相连的天馈线或数据通讯线也处于露天制高状态，当遭到雷击时，雷电高压入侵线路。雷云对地面放电时，击坏与线路相连的参考站的接收机、计算机等电器设备和网络设备，侵入通信线路并危害到整个通讯线路。

1.3经接地网反击

当雷云对CORS系统所在的建筑或地面放电时，由于地面CORS系统设备接地网络结构不合要求，强大雷击电流会通过结构不合理的接地网络形成地电位（流）反击，以至损坏CORS系统设备或影响其工作。

2.CORS系统各组成部分防雷标准划分

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010要求，将基站划分为第一类防雷建筑物，根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004要求，将基站电子信息系统雷电防护等级定为D级。

3.CORS系统防雷设计

一个完整的，雷电防护系统应当包括直接雷击的防护、雷击感应过电压、雷电电磁脉冲、地电位反击的防护四个方面，缺少任何一面都是不完整、有缺陷和有潜在危险的，同样，鉴于雷电危害CORS系统的集中主要形式和现场的具体情况，CORS系统的防雷将从各种可能引入的雷电流和感应浪涌过电压入手，重点放在因雷击或线路过电压产生的浪涌过电压和浪涌电流而导致对内部设备的损坏上，并针对该系统强电、弱电信号部分接地进行等电位连接，从而提供整个系统的耐雷电冲击水平。

依据相关的防雷技术规范，按照技术可行、经济节约和工程施工方便的原则，GNSS基准站防雷系统防雷等级按一类建（构）筑物进行设计，此类防雷工程主要采取如下技术措施：

（1）通常采用接闪、传导和接地等措施来防护直接雷击。

（2）通常采用多级分流，滤波技术、接地等措施来防护雷击感应过电压。选用电源及数据信号防雷器件，对设备及其他重要终端进行保护。

（3）通常采用等电位和接地等措施来防护地电位反击。

（4）通常采用各种滤波、屏蔽等技术方法才防护雷电电磁脉冲。

4具体的防雷方案措施及技术要求

4.1室外场地GPS设备的直接雷击防护

单支避雷针保护范围是靠近避雷针建立一栋“尖帐篷”，建筑物被保护区域为一个空间，避雷针吸引雷电直接闪击自己来防止在该空间中遭受直接雷电的闪击，一个建设半径为60m（三类建筑物）的球体滚越建筑物的整体，凡球体能够接触到的部位，均能遭到雷击，球体所不能接触到的部位，则认为已由建筑物其他部分给予保护。

保护范围计算方式：

（1）

：避雷针在高度的xx平面的保护半径；

：滚球半径；：被保护物的高度（m）

：避雷针在地面的保护高度。

某市13个CORS站分别设立独立避雷针，使室外现场GPS设备处于雷击的LPZOA区，利用公式（1）计算得出避雷针保护的范围，在距离设备3至5米处设独立避雷针，针高8米左右，并设独立接地体。

4.2电源、信号系统防雷

电涌保护器通常称为“避雷器”或“过电压保护器”，英文名称简写为SPD。电子设备主要通过电源系统、天线和馈线系统、信号系统与接地系统这四个引雷通道进行引雷。因机房各个弱电设备耐压水平较低，为更好的保护设备安全，应装设浪涌保护器。浪涌保护器接地端均与机房接地排可靠连接。

对于13个CORS站的接地系统，采用铜芯导线，接地端经过防腐、防锈处理，其连接牢固可靠。在地阻较小地区，接地体采用3根50mm×50mm×5mm×2m热镀锌角钢，间隔3m一字形垂直置入地下0.5m做垂直接地极；采用直径12mm热镀锌圆钢将垂直地极可靠电气连接。在地阻较大地区，接地体采用接地模块并回填降阻剂，每组接地体使用5组模块，并使