CCSA47DB42湖北省市場監(jiān)督管理局發(fā)布ⅠDB42/T1682—2021前言 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14場地與環(huán)境條件 25技術要求 36運行與維護要求 3附錄A（規(guī)范性）地面大氣電場儀的安裝 5附錄B（資料性）建筑物對地面大氣電場測量值影響的數值模擬 6附錄C（資料性）地面大氣電場儀安裝驗收報告式樣 9附錄D（資料性）地面大氣電場儀的校準方法 附錄E（資料性）地面大氣電場儀維護表式樣 參考文獻 DB42/T1682—2021Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由湖北省防雷中心提出。本文件由湖北省氣象局歸口。本文件起草單位：湖北省防雷中心、武漢天宏防雷檢測中心發(fā)展有限公司。本文件主要起草人：李國樑、朱傳林、李政、柴健、李鑫、李俊、張科杰、李享、宋佳軍、謝超、汪金宏、張國平、王小飛、馮又華、王俞。hubeiqixiangfgc@163.com。郵箱:hbsflzxqx@163.com。DB42/T1682—20211地面大氣電場儀安裝技術規(guī)范本文件規(guī)定了地面大氣電場儀安裝的場地與環(huán)境條件、技術要求、運行與維護要求。本文件適用于湖北地區(qū)地面大氣電場儀的安裝。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件。不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T4365電工術語電磁兼容GB4793.1測量、控制和實驗室用電氣設備的安全要求第1部分：通用要求GB/T18802.1低壓電涌保護器(SPD)第1部分：低壓配電系統的電涌保護器性能要求和試驗方法GB/T18802.21低壓電涌保護器(SPD)第21部分：電信和信號網絡的電涌保護器性能要求和試驗方法GB50057-2010建筑物防雷設計規(guī)范GB50343建筑物電子信息系統防雷技術規(guī)范QX4氣象臺(站)防雷技術規(guī)范3術語和定義GB/T4365、GB50057、GB50343界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1大氣電場atmosphericelectricfield存在于大氣中與帶電物質產生電力相互作用的物理場，反映了一定范圍內空間電荷變化情況。注2：大氣電場的方向用正負表示，習慣上將方向垂直向下的大氣電場定義為正電場，而將方向垂直向上的大氣電3.2大氣電場儀atmosphericelectricfieldinstrument能夠實時監(jiān)測記錄大氣電場強度數值的一種儀器，一般由探頭、信息處理箱、支撐架、電源組成，常見的有場磨式、感應式、電子式大氣電場儀。3.3探頭probe能夠對地表附近的大氣靜電場場強進行測量的模塊。3.42DB42/T1682—2021信息處理箱dataprocessingequipment對大氣電場儀所采集的數據及其他相關信息進行分析、處理和存儲的模塊。3.5可視角度viewingangle從設備的各方向觀察到沒有遮擋物的最大角度。3.6電涌保護器surgeprotectivedevice(SPD)用于限制瞬態(tài)過電壓和分泄電涌電流的器件。它至少含有一個非線性元件。[來源：GB50057-2010，2.0.29]4場地與環(huán)境條件4.1場地與環(huán)境要求4.1.1地面大氣電場儀不宜安裝在下列場所：a）陡坡、洼地等；b）鄰近輸電線路、變電站、鐵塔、公路、鐵路等電磁干擾嚴重的場所；c）局地性霧、粉塵、煙等大氣污染嚴重的地方；d）建筑物邊角、女兒墻附近。4.1.2地面大氣電場儀應安裝在周邊無高大物體的室外空曠地帶，具體要求應符合附錄A的規(guī)定。4.1.3地面大氣電場儀安裝環(huán)境要求：a）環(huán)境溫度-35℃~+50℃;b）相對濕度宜在5%～100%；c）大氣壓力宜在500hPa～1100hPa。4.2電源要求4.2.1應具備交流或直流供電方式，并確保大氣電場儀不間斷工作。4.2.2交流供電電壓（220±22）V、頻率（50±5）Hz，安全性能應符合GB4793.1的要求。4.2.3直流電源供電電壓宜為（12±0.6）V。4.3通訊要求4.3.1應具備有線或無線數據傳輸方式。4.3.2大氣電場儀應具有數據傳輸狀態(tài)的監(jiān)控和斷點續(xù)傳功能，實際接收數據與應發(fā)送數據的比值不小于95%的要求。4.3.3信息處理箱應有足夠的數據存儲空間。4.3.4通訊數據傳輸頻率應根據需求設置，當無警報等級時，觀測數據可每分鐘傳輸一次，當有警報等級時，觀測數據應每秒鐘傳輸一次。5技術要求5.1基礎準備DB42/T1682—202135.1.1預制一塊規(guī)格不小于300mm×300mm×300mm的水泥承臺，用于固定地面大氣電場儀。5.1.2敷設電源、通訊電纜宜穿金屬管埋地暗敷，且應采取強弱電隔離措施。5.1.3當使用太陽能供電時，安裝場地應光照充足，在一個晴天條件下能滿足不低于6h的光照時長。5.2設備安裝5.2.1地面大氣電場儀的探頭感應面應水平安裝，與地面高度的間距宜設為1.5m，設備各金屬構件之間應保持可靠的電氣連通。5.2.2電源、通訊電纜應與地面大氣電場儀的探頭可靠連接，連接處不應裸露在外。5.2.3地面大氣電場儀的探頭連接到室內主機的線纜金屬管兩端應做接地處理，且線纜長度宜在40m5.2.4地面大氣電場儀可單站使用，宜采用組網觀測模式。當采用組網觀測時，一般由3個及以上性能參數指標一致的電場儀組成，設備之間直線距離宜為5km～15km。5.3防護措施5.3.1安裝于地面時，其周圍應設置警示牌，或采取圍欄的方式加以隔離。圍欄尺寸宜采用4m×4m，高度宜為0.8m，材質應采用絕緣抗靜電感應材料，且不應采用尖端立柱。5.3.2安裝于高腐蝕環(huán)境時，應采取相應的防腐蝕措施。5.3.3地面大氣電場儀金屬外殼應具有良好的等電位連接和接地，宜使用獨立的接地體，防雷措施和接地裝置應符合GB50057-2010中第4章4.4條的要求。5.3.4宜在電源接入處加裝適配的電源電涌保護器，電源電涌保護器的性能和安裝應符合GB50343和GB/T18802.1要求。5.3.5宜在信號端加裝適配的信號電涌保護器，信號電涌保護器的性能和安裝應符合GB50343、GB/T18802.21和QX4要求。5.4調試驗收5.4.1當安裝于屋面時，應考慮建筑物高度對大氣電場監(jiān)測數據的影響，其影響系數的修正可參見附錄B。5.4.2設備安裝時應記錄其經緯度、海拔高度、離地面高度及周圍環(huán)境等信息。5.4.3設備安裝完成后，應進行設備一致性校準，確定每個電場儀的校準系數，并形成安裝驗收報告,具體參見附錄C。6運行與維護要求6.1設備應每年進行檢查和維護一次，宜在閃電季節(jié)來臨之前完成。安裝在水域高鹽霧或其它腐蝕性嚴重的環(huán)境，宜每半年進行檢查和維護。6.2設備運行后，每年宜對地面大氣電場儀進行現場校準，具體校準方法參見附錄D。6.3維護內容如下：a)應對地面大氣電場儀機械結構和各部件進行檢查，清掃各部件灰塵；b)測量電源電壓或蓄電池性能；c)檢查SIM卡、通訊模塊是否正常；d)檢查設備水平與固定情況；e)檢查天線、網絡通暢和相關線路情況；f)檢查設備安裝環(huán)境是否發(fā)生變化。DB42/T1682—20214地面大氣電場儀維護表式樣見附錄E。6.4如果校準無法達到精度要求，應進行標定維修或更換。DB42/T1682—20215（規(guī)范性）地面大氣電場儀的安裝A.1地面大氣電場儀高度和空曠度要求圖A.1規(guī)定了地面大氣電場儀高度和空曠度安裝。注：圖中空曠范圍r與安裝高度h的關系可按下式計算：r≥3h……………(A.1)r——地面大氣電場監(jiān)測設備安裝點與周邊最近）；h——地面大氣電場監(jiān)測設備探頭感應面與地圖A.1地面大氣電場儀高度和空曠度安裝圖A.2對天可視角度圖A.2規(guī)定了對天可視角度，保證天空和云層都在測量范圍內。圖A.2對天可視角度圖DB42/T1682—20216（資料性）建筑物對地面大氣電場測量值影響的數值模擬B.1數值仿真方法大氣電場儀安裝環(huán)境中的建筑物等地面物體會造成大氣電場的畸變，影響電場儀測量結果的準確性。大氣中的靜電場問題可歸結為在給定電荷分布和邊界條件下求解泊松方程，利用有限差分方法可以計算地面建筑物對大氣電場畸變的影響，可得到安裝環(huán)境對大氣電場儀測量結果造成影響的修正系數。對于二維大氣電場滿足的泊松方程計算公式為：▽………(B.1)式中：P——自由電荷密度；ε——介電常數。在沒有自由電荷的區(qū)域里，P=0，此時泊松方程就簡化為拉普拉斯方程，在直角坐標系下拉普拉斯方程表示為：………(B.2)在求解二維拉普拉斯方程時，采用五點差分格式，假定在x和y方向上的步長均相等，且為h，則場域內得到其差分格式為：………(B.3)………(B.4)將方程(B.3)、(B.4)帶入在直角坐標系下的拉普拉斯方程得：i+1,j-4φi,j=0………(B.5)邊界條件的設定：建筑物及地面滿足Dirichlet（狄利克萊）邊界條件，即此邊界上的電位為常數，空氣邊界滿足Neumann（諾埃曼）邊界條件，此邊界的法向電位梯度為常數。差分方程組的求解采用超松弛迭代法，超松弛迭代在計算每一節(jié)點時，會將之前計算得到的臨近點的電勢新值帶入，即：式中：——松弛因子，其取值范圍一般為1與2之間。求得每個節(jié)點的電勢值之后，空間電場強度值由下式給出：DB42/T1682—20217E=-▽φ………(B.7)定義大氣電場測量值E與實際電場值E0的比值為修正系數K，即：………(B.8)通過計算可得出模型空間不同位置處的K，即可根據在該處地面大氣電場測量結果E和修正系數K來確定地面大氣電場的原始值E0=EK。B.2模型建立及計算結果設定建立的二維建筑物及其周圍電場畸變模型以地面上方300m×100m范圍為研究區(qū)域，空間分辨率為1m×1m。模擬區(qū)域背景電場取值為晴天大氣電場的均值，即130V/m，晴天大氣電場方向垂直指向地面，且該模擬區(qū)域內沒有其它自由電荷的影響。利用matlab軟件模擬大氣電場儀安放在不同高度的建筑物頂端，大氣電場儀高度為1.5m，建筑物的寬度為20m，建筑物高度取值范圍為10m～100m時的畸變效應。圖B.1給出了當建筑物高度為70m時大氣電場畸變的模擬結果。3221距離/m圖B.1建筑物高度為70m時對大氣電場畸變效應模擬結果表B.1給出了建筑高度取值范圍在10m～100m時的大氣電場修正系數，大氣電場修正系數與建筑物高度呈正相關，即建筑物越高，大氣電場修正系數值也就越大。DB42/T1682—20218表B.1建筑物不同高度下的大氣電場修正系數修正系數KDB42/T1682—20219（資料性）地面大氣電場儀安裝驗收報告式樣表C.1給出了地面大氣電場儀安裝驗收報告表式樣。表C.1安裝驗收報告本文件4.1.3要求///////////本文件5.3.3～5.3.5/////）：）：DB42/T1682—2021（資料性）地面大氣電場儀的校準方法地面大氣電場儀校準方法見圖D.1。由于戶外觀測環(huán)境的不確定性，地面大氣電場監(jiān)測設備運行了一段時間后會吸附灰塵，進行清洗維護后，需要對探頭進行現場的校準。圖D.1地面大氣電場儀的校準使用本方法進行現場校準時需注意：a）因各廠家設備的外形設計差異，校準參考值由廠家提供，廠家在完成出廠一致性計量檢定后，提供便攜式現場校準設備，并給出參考值；b）便攜式設備的直流供電源可單獨攜帶也可至現場設備端取用，但直流電源的負極端宜與探頭共地；c）不銹鋼圓板與