1 概 况
建设长江三峡工程诱发地震监测系统的目的是在三峡工程坝址区及其周围建设技术先进、运行稳定的水库诱发地震监测系统，提高该地区的防震减灾能力，为政府和中国长江三峡集团公司提供决策依据，确保三峡工程的安全，保证坝区及其周边地区生产、生活秩序的稳定，以充分发挥三峡工程的综合效益。
长江三峡工程诱发地震监测系统由数字遥测地震台网、地壳形变网络、地下水动态监测井网和地震监测总站组成。涉及地震观测、地壳形变监测、地下水监测、信息采集、无线通信、网络集成、数据库以及地震与前兆分析软件等多个技术领域。
2 现场条件
三峡数字遥测地震台网台站分布在三峡大坝下游约20km 至大坝上游约110km 的长江两岸约20km 的库段内，相邻台距10～15km。监测点位于海拔较高、遮挡物少的山顶位置，站房面积约15mm2，1 层，砖结构。
3 设计依据
《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2004)
《电子设备雷击保护导则》(GB/T 3482-2008)
《湖北省雷电灾害防御条例》
现行国家防雷施工验收规范等。
4 建筑物防雷等级确定及设计思路
根据《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)(2000年建设部新颁布修订版)的第2.0.4条之规定，三峡数字台网各个子台站和中继站应该被归类为第三类防雷建筑物。为此各台站设计思路如下：
(1)接闪：为了使三峡地震台网设备尽量不受雷电破坏，台站接闪由避雷针和屋面女儿墙避雷带组成。要求将避雷针、屋面女儿墙避雷带、地圈梁主筋、通信天线杆、太阳能安装支架、接地网连为一体。
(2)接地电阻：由于地震监测台网遥测台站特殊的选址要求，各台站周围土壤电阻率非常高，土质情况非常差，土壤覆盖较浅，接地网金属地极埋深较困难。在一般施工条件下，很难达到要求。结合现场勘查结果，在经济合理的前提下，本工程采用综合接地方案，即测震观测房防雷接地、工作接地和保护接地共用一个接地装置，同时利用房屋基础主筋焊接成闭合回路，接地电阻≤10Ω。
(3)等电位连接：为防止因观测室内各设备间的电位差而造成的损坏，观测房内做可靠有效的等电位连接。在观测室设置总电位连接端子，并与接地体引下线等金属部件相互连接，以降低观测室内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差。
(4)交流电避雷：交流电源线路需按照防雷标准设置。
5 雷电防护设计方案
5.1 避雷针设计
根据《建筑物防雷设计规范》GB40057-94第5.1.1规定，建筑物避雷针滚球半径应按下表进行选取，避雷针保护半径应按照滚球法进行计算。
避雷针安装于屋面上，以大楼屋面作为地平面考虑，避雷针保护半径计算公式为：
其中r为避雷针保护半径
h为避雷针高出地面的高度
hr为滚球半径
hx为建筑物高度
通过对现场勘测，台站机房采用砖结构方式，屋面架设有短波天线和太阳能电池板等设施。如果避雷针安装于屋面，则需考虑站房屋面承重，及避雷针基础固定问。因此本方案均设计避雷针安装于地面，离站房最远点距离r≤11m(保护半径)，保护高度h为4m，计算得出h≥9.6m。考虑地震台站建设在山顶，周围植被较为茂密，避雷针应高于周围植被，避雷针最终高度设计为12m。
5.2 电源防雷设计
根据国内的相关规范，在交流电入户处安装电源防雷器。数字地震遥测台站建设位置处于海拔较高、遮挡物较少的山顶位置，其雷暴强度和发生频率较高，这就要求交流电源第一级防雷器具有较高的放电能力。根据《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》YD5098-2005第9.3.6规定，第一级交流电源防雷器其最大通流容量应≥120kA。
交流电源防雷器根据其放电能力大小，对设备的保护程度也不一样。通流容量较大的防雷器主要作为第一级防护使用，对电源线路上的雷电流大容量的对地泄放，但该类防雷器保护水平、限制电压较高，不利于保护后端较为精密的设备。第二级及后续防雷器，通流容量较小，对电源线路上残余能量进行泄放，主要作用是对雷电流进行电压箝位保护，把过电压控制在设备耐受程度以下，从而达到对设备的保护。根据《通信局(站)低压配电系统用电涌保护器技术要求》YD/T1235.1-2002第6.3.2规定，标称40kA防雷器限制电压、保护水平≤2.6kV，标称15KA防雷器限制电压、保护水平≤1.8kV。
数字地震遥测台站面积较小，如果在电源线路上安装两级保护，达不到2级防雷器5m的退耦距离，2级防雷器间需要增加退耦器。再加上台站所处环境雷暴活动较为频繁，且处于山区，对设备运行有较大的不利因素，原来使用过程中就出现雷击损坏事故。因此本次方案电源防雷器设计采用B+C防雷器，最大持续运行电压385V(L-N)，最大放电电流100kA，电压保护水平1.6kV。该防雷器为台站提供2级防雷，其结构替代传统的B级、C级防雷器与退耦器组合结构，一个防雷器就可以起到2级防雷器的防护作用，放电电流达到B级要求，保护水平满足C级要求，产品体积小，安装不受空间限制。
5.3接地网设计
5.3.1接地电阻确定
确定接地电阻的作用是使接地设计工作简化。因为工作接地电阻值的决定，要考虑系统的稳定运行，系统免受外界干扰和防止对电气参数敏感设备的干扰，还要考虑到系统保护的可靠性。保护接地电阻值的决定，要确保接触电压和跨步电压在安全范围以内或者能在规定时间内自动切断电源。防雷用的接地电阻值要能使设备或建筑免受直击雷、感应雷和引入雷造成危险。其它如防静电的接地电阻值、防止电磁干扰的接地电阻值都要能满足静电或电磁防护要求。如按以上要求，一一进行计算，则非常繁琐。
因此，很多国家的规程对接地电阻值进行规定，这些接地电阻值是根据经常遇到的条件，考虑到有关的情况确定下来的，只要能满足规程中的接地电阻值，在正常情况下就能满足相应的保护要求，这样可以减少设计工作量。
根据《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》YD5098-2005第6.2.7规定，所在地区土壤电阻率低于700Ω.m时，地网的工频接地电阻宜控制在10Ω以内;当土壤电阻率大于700Ω.m时，可不对工频接地电阻予以限制，此时地网的等效半径应≥20m，并在地网四角敷设20-30m的辐射型水平接地体。
由于地震监测台网遥测台站特殊的选址要求，各台站周围土壤电阻率非常高，土质情况非常差，土壤覆盖较浅，接地网金属地极埋深较困难。在一般施工条件下，很难达到要求。结合现场勘查结果，在经济合理的前提下，本工程采用综合接地方案，即测震观测房防雷接地和设备接地使用同一接地网，接地电阻≤10Ω。
5.3.2接地极的选用
接地时的选用是接地设计的主要环节之一。首先必须了解接地极选用原则，有哪些导体可作为接地极，最小规格的接地极应该是什么，然后再根据接地电阻的要求和接地用的土壤电阻率等，通过计算来确定接地极的材质、形状、数量和采用什么布置方法。
(1)接地极选用的原则及其类型
① 接地极的选用原则
l 保护接地或功能接地所需的接地电阻必须稳定和持久。
l 流过接地故障和泄漏电流时应不致造成危险，特别是材料的热稳定应力。
l 接地系统所用材料应达到相应的质量要求，并定期加以维护，使其能承受周围环境以及腐蚀的影响。
l 接地装置不应由于电化学作用而破坏其他金属结构，如水管、建筑基础或地下结构等。
② 接地极的型式
下列导体可作为接地极：
l 钢棒、钢管、扁钢、线缆、金属板、埋人基础的导体、混凝土中的钢筋和其它适当的地下结构。
l 金属水管、电缆的铅包外皮和金属铠装等也可用作接地极。
为安全计，不应把可燃液体、煤气和热力金属管道系统作为接地极，仅在设备功能需要的一些特例中才有可能用作接地极。
l 非金属接地材料。采用低电阻率的非金属材料形成的接地体，具有低电阻、耐腐蚀、稳定性好的特点。
(2) 接地极的类型
按理深的情况分类：
①水平接地极：埋于地中的表层，有扁钢、线缆及其金属包皮和埋入基础内的导体等。
②.垂直接地极：埋于较深的土壤内，有钢棒、钢管、混凝土柱内的钢筋、自流井管等。
按自然或人工的接地导体分类：
①自然接地极：混凝土中钢筋、水管、电缆、自流井管等。
②人工接地极：扁钢、角钢、棒、管道、埋入基础的接地极。
接地装置设计采用垂直接地体和水平接地体组成的复合接地网。垂直接地体为50×50镀锌角钢，水平接地体为40×4镀锌扁钢。根据测震台所处的地层电阻率不同，需埋入不同数量的角钢，若实测接地电阻大于设计要求，则还需增埋专用接地模块，以满足设计要求。
6 结束语
根据该方案的防雷设计，已完成对长江三峡沿线22个地震监测台网遥测台站的防雷改造施工。通过1年的运行检验，特别是通过雷雨季节的检验，有效保证了地震监测台网遥测台站的正常运行，为三峡工程的安全，坝区及其周边地区生产、生活秩序的稳定，提供了有力的保障。
