1、ICS13.260CCS A 47 DB42湖 北 省 地 方 标 准DB42/T 1682 2021地 面 大 气 电 场 仪 安 装 技 术 规 范 Technical specification for installation of ground atmospheric electricfield meter 2021 -05- 12发 布 2021- 07-12实 施湖 北 省 市 场 监 督 管 理 局 发 布 DB42/T 16822021 目 次前 言 .1 范 围 .12 规 范 性 引 用 文 件 .13 术 语 和 定 义 .14 场 地 与 环 境 条 件 .25 技
2、术 要 求 .36 运 行 与 维 护 要 求 .3附 录 A （ 规 范 性 ） 地 面 大 气 电 场 仪 的 安 装 .5 附 录 B （ 资 料 性 ） 建 筑 物 对 地 面 大 气 电 场 测 量 值 影 响 的 数 值 模 拟 .6附 录 C （ 资 料 性 ） 地 面 大 气 电 场 仪 安 装 验 收 报 告 式 样 .9附 录 D （ 资 料 性 ） 地 面 大 气 电 场 仪 的 校 准 方 法 .10附 录 E （ 资 料 性 ） 地 面 大 气 电 场 仪 维 护 表 式 样 .11参 考 文 献 .12 DB42/T 16822021 前 言本 文 件 按 照 GB
3、/T 1.1 2020 标 准 化 工 作 导 则 第 1部 分 ： 标 准 化 文 件 的 结 构 和 起 草 规 则 的 规 定起 草 。请 注 意 本 文 件 的 某 些 内 容 可 能 涉 及 专 利 。 本 文 件 的 发 布 机 构 不 承 担 识 别 专 利 的 责 任 。本 文 件 由 湖 北 省 防 雷 中 心 提 出 。本 文 件 由 湖 北 省 气 象 局 归 口 。本 文 件 起 草 单 位 ： 湖 北 省 防 雷 中 心 、 武 汉 天 宏 防 雷 检 测 中 心 发 展 有 限 公 司 。本 文 件 主 要 起 草 人 ： 李 国 樑 、 朱 传 林 、 李 政 、
4、 柴 健 、 李 鑫 、 李 俊 、 张 科 杰 、 李 享 、 宋 佳 军 、 谢 超 、汪 金 宏 、 张 国 平 、 王 小 飞 、 冯 又 华 、 王 俞 。本 文 件 实 施 应 用 中 的 疑 问 ， 可 咨 询 湖 北 省 气 象 局 ， 电 话 027-67847819, 邮 箱 ： 。 对 本 文 件 的 有 关 修 改 意 见 建 议 请 反 馈 至 湖 北 省 防 雷 中 心 ， 电 话027-67848146， 邮 箱 : 。 DB42/T 16822021 1 地 面 大 气 电 场 仪 安 装 技 术 规 范1 范 围本 文 件 规 定 了 地 面 大 气 电 场
5、仪 安 装 的 场 地 与 环 境 条 件 、 技 术 要 求 、 运 行 与 维 护 要 求 。本 文 件 适 用 于 湖 北 地 区 地 面 大 气 电 场 仪 的 安 装 。2 规 范 性 引 用 文 件下 列 文 件 中 的 内 容 通 过 文 中 的 规 范 性 引 用 而 构 成 本 文 件 必 不 可 少 的 条 款 。 其 中 ， 注 日 期 的 引 用 文 件 ，仅 该 日 期 对 应 的 版 本 适 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 单 ） 适 用 于 本文 件 。 GB/T 4365 电 工
6、 术 语 电 磁 兼 容GB 4793.1 测 量 、 控 制 和 实 验 室 用 电 气 设 备 的 安 全 要 求 第 1部 分 ： 通 用 要 求GB/T 18802.1 低 压 电 涌 保 护 器 (SPD) 第 1部 分 ： 低 压 配 电 系 统 的 电 涌 保 护 器 性 能 要 求 和 试 验 方 法GB/T 18802.21 低 压 电 涌 保 护 器 (SPD) 第 21部 分 ： 电 信 和 信 号 网 络 的 电 涌 保 护 器 性 能 要 求 和 试 验方 法 GB 50057-2010 建 筑 物 防 雷 设 计 规 范GB 50343 建 筑 物 电 子 信 息
7、系 统 防 雷 技 术 规 范QX 4 气 象 台 (站 )防 雷 技 术 规 范3 术 语 和 定 义GB/T 4365、 GB 50057、 GB 50343界 定 的 以 及 下 列 术 语 和 定 义 适 用 于 本 文 件 。 3.1 大 气 电 场 atmospheric electric field存 在 于 大 气 中 与 带 电 物 质 产 生 电 力 相 互 作 用 的 物 理 场 ， 反 映 了 一 定 范 围 内 空 间 电 荷 变 化 情 况 。注 1： 大 气 电 场 采 用 其 强 度 和 方 向 来 描 述 。注 2： 大 气 电 场 的 方 向 用 正 负 表
8、 示 ， 习 惯 上 将 方 向 垂 直 向 下 的 大 气 电 场 定 义 为 正 电 场 ， 而 将 方 向 垂 直 向 上 的 大 气 电场 定 义 为 负 电 场 。3.2 大 气 电 场 仪 atmospheric electric field instrument能 够 实 时 监 测 记 录 大 气 电 场 强 度 数 值 的 一 种 仪 器 ， 一 般 由 探 头 、 信 息 处 理 箱 、 支 撑 架 、 电 源 组 成 ，常 见 的 有 场 磨 式 、 感 应 式 、 电 子 式 大 气 电 场 仪 。3.3 探 头 probe能 够 对 地 表 附 近 的 大 气 静 电
9、 场 场 强 进 行 测 量 的 模 块 。3.4 DB42/T 16822021 2 信 息 处 理 箱 data processing equipment对 大 气 电 场 仪 所 采 集 的 数 据 及 其 他 相 关 信 息 进 行 分 析 、 处 理 和 存 储 的 模 块 。3.5 可 视 角 度 viewing angle从 设 备 的 各 方 向 观 察 到 没 有 遮 挡 物 的 最 大 角 度 。3.6 电 涌 保 护 器 surge protective device(SPD)用 于 限 制 瞬 态 过 电 压 和 分 泄 电 涌 电 流 的 器 件 。 它 至 少 含
10、有 一 个 非 线 性 元 件 。来 源 ： GB 50057-2010， 2.0.294 场 地 与 环 境 条 件 4.1 场 地 与 环 境 要 求4.1.1 地 面 大 气 电 场 仪 不 宜 安 装 在 下 列 场 所 ：a） 陡 坡 、 洼 地 等 ；b） 邻 近 输 电 线 路 、 变 电 站 、 铁 塔 、 公 路 、 铁 路 等 电 磁 干 扰 严 重 的 场 所 ；c） 局 地 性 雾 、 粉 尘 、 烟 等 大 气 污 染 严 重 的 地 方 ；d） 建 筑 物 边 角 、 女 儿 墙 附 近 。4.1.2 地 面 大 气 电 场 仪 应 安 装 在 周 边 无 高 大
11、物 体 的 室 外 空 旷 地 带 ， 具 体 要 求 应 符 合 附 录 A 的 规 定 。4.1.3 地 面 大 气 电 场 仪 安 装 环 境 要 求 ：a） 环 境 温 度 -35 +50 ；b） 相 对 湿 度 宜 在 5% 100%；c） 大 气 压 力 宜 在 500hPa 1100hPa。4.2 电 源 要 求 4.2.1 应 具 备 交 流 或 直 流 供 电 方 式 ， 并 确 保 大 气 电 场 仪 不 间 断 工 作 。4.2.2 交 流 供 电 电 压 （ 220 22） V、 频 率 （ 50 5） Hz， 安 全 性 能 应 符 合 GB 4793.1的 要 求
12、。4.2.3 直 流 电 源 供 电 电 压 宜 为 （ 12 0.6） V。4.3 通 讯 要 求4.3.1 应 具 备 有 线 或 无 线 数 据 传 输 方 式 。4.3.2 大 气 电 场 仪 应 具 有 数 据 传 输 状 态 的 监 控 和 断 点 续 传 功 能 ， 实 际 接 收 数 据 与 应 发 送 数 据 的 比 值 不小 于 95%的 要 求 。4.3.3 信 息 处 理 箱 应 有 足 够 的 数 据 存 储 空 间 。4.3.4 通 讯 数 据 传 输 频 率 应 根 据 需 求 设 置 ， 当 无 警 报 等 级 时 ， 观 测 数 据 可 每 分 钟 传 输 一
13、 次 ， 当 有 警 报等 级 时 ， 观 测 数 据 应 每 秒 钟 传 输 一 次 。5 技 术 要 求 5.1 基 础 准 备 DB42/T 16822021 3 5.1.1 预 制 一 块 规 格 不 小 于 300mm 300mm 300mm 的 水 泥 承 台 ， 用 于 固 定 地 面 大 气 电 场 仪 。5.1.2 敷 设 电 源 、 通 讯 电 缆 宜 穿 金 属 管 埋 地 暗 敷 ， 且 应 采 取 强 弱 电 隔 离 措 施 。5.1.3 当 使 用 太 阳 能 供 电 时 ， 安 装 场 地 应 光 照 充 足 ， 在 一 个 晴 天 条 件 下 能 满 足 不 低
14、 于 6h 的 光 照 时 长 。5.2 设 备 安 装5.2.1 地 面 大 气 电 场 仪 的 探 头 感 应 面 应 水 平 安 装 ， 与 地 面 高 度 的 间 距 宜 设 为 1.5m， 设 备 各 金 属 构 件之 间 应 保 持 可 靠 的 电 气 连 通 。5.2.2 电 源 、 通 讯 电 缆 应 与 地 面 大 气 电 场 仪 的 探 头 可 靠 连 接 ， 连 接 处 不 应 裸 露 在 外 。5.2.3 地 面 大 气 电 场 仪 的 探 头 连 接 到 室 内 主 机 的 线 缆 金 属 管 两 端 应 做 接 地 处 理 ， 且 线 缆 长 度 宜 在 40 m以
15、 内 。5.2.4 地 面 大 气 电 场 仪 可 单 站 使 用 ， 宜 采 用 组 网 观 测 模 式 。 当 采 用 组 网 观 测 时 ， 一 般 由 3 个 及 以 上 性能 参 数 指 标 一 致 的 电 场 仪 组 成 ， 设 备 之 间 直 线 距 离 宜 为 5km 15km。 5.3 防 护 措 施5.3.1 安 装 于 地 面 时 ， 其 周 围 应 设 置 警 示 牌 ， 或 采 取 围 栏 的 方 式 加 以 隔 离 。 围 栏 尺 寸 宜 采 用 4m 4m，高 度 宜 为 0.8m， 材 质 应 采 用 绝 缘 抗 静 电 感 应 材 料 ， 且 不 应 采 用
16、尖 端 立 柱 。5.3.2 安 装 于 高 腐 蚀 环 境 时 ， 应 采 取 相 应 的 防 腐 蚀 措 施 。5.3.3 地 面 大 气 电 场 仪 金 属 外 壳 应 具 有 良 好 的 等 电 位 连 接 和 接 地 ， 宜 使 用 独 立 的 接 地 体 ， 防 雷 措 施 和接 地 装 置 应 符 合 GB 50057-2010 中 第 4 章 4.4 条 的 要 求 。5.3.4 宜 在 电 源 接 入 处 加 装 适 配 的 电 源 电 涌 保 护 器 ， 电 源 电 涌 保 护 器 的 性 能 和 安 装 应 符 合 GB 50343和 GB/T 18802.1要 求 。5
17、.3.5 宜 在 信 号 端 加 装 适 配 的 信 号 电 涌 保 护 器 ， 信 号 电 涌 保 护 器 的 性 能 和 安 装 应 符 合 GB 50343、 GB/T18802.21和 QX 4 要 求 。5.4 调 试 验 收 5.4.1 当 安 装 于 屋 面 时 ， 应 考 虑 建 筑 物 高 度 对 大 气 电 场 监 测 数 据 的 影 响 ， 其 影 响 系 数 的 修 正 可 参 见 附录 B。5.4.2 设 备 安 装 时 应 记 录 其 经 纬 度 、 海 拔 高 度 、 离 地 面 高 度 及 周 围 环 境 等 信 息 。5.4.3 设 备 安 装 完 成 后 ，
18、 应 进 行 设 备 一 致 性 校 准 ， 确 定 每 个 电 场 仪 的 校 准 系 数 ， 并 形 成 安 装 验 收 报 告 ,具 体 参 见 附 录 C。6 运 行 与 维 护 要 求6.1 设 备 应 每 年 进 行 检 查 和 维 护 一 次 ， 宜 在 闪 电 季 节 来 临 之 前 完 成 。 安 装 在 水 域 高 盐 雾 或 其 它 腐 蚀 性严 重 的 环 境 ， 宜 每 半 年 进 行 检 查 和 维 护 。6.2 设 备 运 行 后 ， 每 年 宜 对 地 面 大 气 电 场 仪 进 行 现 场 校 准 ， 具 体 校 准 方 法 参 见 附 录 D。6.3 维 护
19、 内 容 如 下 ：a) 应 对 地 面 大 气 电 场 仪 机 械 结 构 和 各 部 件 进 行 检 查 ， 清 扫 各 部 件 灰 尘 ； b) 测 量 电 源 电 压 或 蓄 电 池 性 能 ；c) 检 查 SIM 卡 、 通 讯 模 块 是 否 正 常 ；d) 检 查 设 备 水 平 与 固 定 情 况 ；e) 检 查 天 线 、 网 络 通 畅 和 相 关 线 路 情 况 ；f) 检 查 设 备 安 装 环 境 是 否 发 生 变 化 。 DB42/T 16822021 4 地 面 大 气 电 场 仪 维 护 表 式 样 见 附 录 E。6.4 如 果 校 准 无 法 达 到 精
20、度 要 求 ， 应 进 行 标 定 维 修 或 更 换 。 DB42/T 16822021 5 附 录 A（ 规 范 性 ）地 面 大 气 电 场 仪 的 安 装A.1 地 面 大 气 电 场 仪 高 度 和 空 旷 度 要 求图 A.1规 定 了 地 面 大 气 电 场 仪 高 度 和 空 旷 度 安 装 。 注 ： 图 中 空 旷 范 围 r与 安 装 高 度 h的 关 系 可 按 下 式 计 算 ：hr 3 (A.1)式 中 ：r地 面 大 气 电 场 监 测 设 备 安 装 点 与 周 边 最 近 遮 挡 物 的 距 离 （ m） ；h地 面 大 气 电 场 监 测 设 备 探 头 感
21、 应 面 与 地 面 的 距 离 （ m） 。图 A.1 地 面 大 气 电 场 仪 高 度 和 空 旷 度 安 装 图A.2 对 天 可 视 角 度图 A.2规 定 了 对 天 可 视 角 度 ， 保 证 天 空 和 云 层 都 在 测 量 范 围 内 。 注 ： 图 中 设 备 四 周 20m范 围 内 无 遮 挡 物 ， 对 天 可 视 角 度 宜 大 于 120 。图 A.2 对 天 可 视 角 度 图 DB42/T 16822021 6 附 录 B（ 资 料 性 ）建 筑 物 对 地 面 大 气 电 场 测 量 值 影 响 的 数 值 模 拟B.1 数 值 仿 真 方 法大 气 电
22、场 仪 安 装 环 境 中 的 建 筑 物 等 地 面 物 体 会 造 成 大 气 电 场 的 畸 变 ， 影 响 电 场 仪 测 量 结 果 的 准 确性 。 大 气 中 的 静 电 场 问 题 可 归 结 为 在 给 定 电 荷 分 布 和 边 界 条 件 下 求 解 泊 松 方 程 ， 利 用 有 限 差 分 方 法 可 以计 算 地 面 建 筑 物 对 大 气 电 场 畸 变 的 影 响 ， 可 得 到 安 装 环 境 对 大 气 电 场 仪 测 量 结 果 造 成 影 响 的 修 正 系 数 。对 于 二 维 大 气 电 场 满 足 的 泊 松 方 程 计 算 公 式 为 ： 2 (
23、B.1)式 中 ： 电 势 ； 自 由 电 荷 密 度 ； 介 电 常 数 。在 没 有 自 由 电 荷 的 区 域 里 ， 0 ， 此 时 泊 松 方 程 就 简 化 为 拉 普 拉 斯 方 程 ， 在 直 角 坐 标 系 下 拉 普 拉斯 方 程 表 示 为 ： 02222 yx (B.2)在 求 解 二 维 拉 普 拉 斯 方 程 时 ， 采 用 五 点 差 分 格 式 ， 假 定 在 x 和 y 方 向 上 的 步 长 均 相 等 ， 且 为 h， 则场 域 内 得 到 其 差 分 格 式 为 ： 2 1,1,22 2hx jijijiji (B.3) 2 ,1,1,22 2hy ji
24、jijiji (B.4)将 方 程 (B.3) 、 (B.4) 带 入 在 直 角 坐 标 系 下 的 拉 普 拉 斯 方 程 得 ： 04 ,11,1,1 jijijijiji (B.5)边 界 条 件 的 设 定 ： 建 筑 物 及 地 面 满 足 Dirichlet（ 狄 利 克 莱 ） 边 界 条 件 ， 即 此 边 界 上 的 电 位 为 常 数 ，空 气 边 界 满 足 Neumann（ 诺 埃 曼 ） 边 界 条 件 ， 此 边 界 的 法 向 电 位 梯 度 为 常 数 。差 分 方 程 组 的 求 解 采 用 超 松 弛 迭 代 法 ， 超 松 弛 迭 代 在 计 算 每 一
25、 节 点 时 ， 会 将 之 前 计 算 得 到 的 临 近 点的 电 势 新 值 带 入 ， 即 ： njin jinjinjin jinjinji ,11,11,1,1,1, 44 (B.6)式 中 ：松 弛 因 子 ， 其 取 值 范 围 一 般 为 1与 2之 间 。 求 得 每 个 节 点 的 电 势 值 之 后 ， 空 间 电 场 强 度 值 由 下 式 给 出 ： DB42/T 16822021 7 E (B.7)定 义 大 气 电 场 测 量 值 E 与 实 际 电 场 值 0E 的 比 值 为 修 正 系 数 K ， 即 ：0EEK (B.8)通 过 计 算 可 得 出 模
26、型 空 间 不 同 位 置 处 的 K ， 即 可 根 据 在 该 处 地 面 大 气 电 场 测 量 结 果 E 和 修 正 系 数K 来 确 定 地 面 大 气 电 场 的 原 始 值 0E E K 。B.2 模 型 建 立 及 计 算 结 果 设 定 建 立 的 二 维 建 筑 物 及 其 周 围 电 场 畸 变 模 型 以 地 面 上 方 300 m100m范 围 为 研 究 区 域 ， 空 间 分 辨率 为 1m1m。 模 拟 区 域 背 景 电 场 取 值 为 晴 天 大 气 电 场 的 均 值 ， 即 130V/m， 晴 天 大 气 电 场 方 向 垂 直 指 向地 面 ， 且
27、该 模 拟 区 域 内 没 有 其 它 自 由 电 荷 的 影 响 。 利 用 matlab软 件 模 拟 大 气 电 场 仪 安 放 在 不 同 高 度 的 建筑 物 顶 端 ， 大 气 电 场 仪 高 度 为 1.5m， 建 筑 物 的 宽 度 为 20m， 建 筑 物 高 度 取 值 范 围 为 10m 100m时 的 畸变 效 应 。 图 B.1给 出 了 当 建 筑 物 高 度 为 70m时 大 气 电 场 畸 变 的 模 拟 结 果 。 距离/m 高度 .m 0 20 40 60 80 1000 50 100 150 200 250 300 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.
28、5 x 104V 图 B.1 建 筑 物 高 度 为 70m时 对 大 气 电 场 畸 变 效 应 模 拟 结 果表 B.1给 出 了 建 筑 高 度 取 值 范 围 在 10m 100m时 的 大 气 电 场 修 正 系 数 ， 大 气 电 场 修 正 系 数 与 建 筑物 高 度 呈 正 相 关 ， 即 建 筑 物 越 高 ， 大 气 电 场 修 正 系 数 值 也 就 越 大 。 DB42/T 16822021 8 表 B.1 建 筑 物 不 同 高 度 下 的 大 气 电 场 修 正 系 数建 筑 物 高 度 H/m 修 正 系 数 K10 1.696020 2.189430 2.66
29、9940 3.147850 3.624960 4.101970 4.578780 5.0555 90 5.5322100 6.0090 DB42/T 16822021 9 附 录 C（ 资 料 性 ）地 面 大 气 电 场 仪 安 装 验 收 报 告 式 样表 C.1给 出 了 地 面 大 气 电 场 仪 安 装 验 收 报 告 表 式 样 。表 C.1 安 装 验 收 报 告建 设 单 位 ： 验 收 单 位 ： 年 月 日安 装 地 点 ： 经 纬 度 ： 内 容 具 体 参 数 （ 或 安 装 情 况 ） 参 考 值 备 注气 象 环 境 （ 温 度 、 湿 度 、 气 压 ） 本 文
30、件 4.1.3 要 求 /离 地 面 高 度 / 仅 对 个 别 情 况 无 法 安装 于 地 面 而 言周 围 环 境 / /可 视 角 度 按 照 附 录 A中 A.2要 求 /海 拔 高 度 / 记 录 实 际 海 拔 值修 正 系 数 参 见 附 录 B / 供 电 方 式 交 流 或 直 流 /通 讯 方 式 有 线 或 无 线 /实 际 接 收 数 据 与 应 发 送 数 据 的 比 值 95% /线 路 敷 设 本 文 件 5.2.2 要 求 /防 雷 措 施 本 文 件 5.3.3 5.3.5要 求 /防 腐 措 施 本 文 件 5.3.2 要 求 /组 网 间 距 5 km-
31、15 km / 现 场 安 装 环 境 图 附 360 周 围 环 境 及对 天 可 视 仰 角 照 片其 他 需 要 记 录 的 情 况 / /安 装 人 员 （ 签 字 ） ： 验 收 人 员 （ 签 字 ） ： DB42/T 16822021 10 附 录 D（ 资 料 性 ）地 面 大 气 电 场 仪 的 校 准 方 法地 面 大 气 电 场 仪 校 准 方 法 见 图 D.1。 由 于 户 外 观 测 环 境 的 不 确 定 性 ， 地 面 大 气 电 场 监 测 设 备 运 行 了一 段 时 间 后 会 吸 附 灰 尘 ， 进 行 清 洗 维 护 后 ， 需 要 对 探 头 进 行
32、 现 场 的 校 准 。 图 D.1 地 面 大 气 电 场 仪 的 校 准使 用 本 方 法 进 行 现 场 校 准 时 需 注 意 ：a） 因 各 厂 家 设 备 的 外 形 设 计 差 异 ， 校 准 参 考 值 由 厂 家 提 供 ， 厂 家 在 完 成 出 厂 一 致 性 计 量 检 定 后 ，提 供 便 携 式 现 场 校 准 设 备 ， 并 给 出 参 考 值 ；b） 便 携 式 设 备 的 直 流 供 电 源 可 单 独 携 带 也 可 至 现 场 设 备 端 取 用 ， 但 直 流 电 源 的 负 极 端 宜 与 探 头 共地 ；c） 不 锈 钢 圆 板 与 采 样 区 域
33、同 圆 心 、 同 半 径 ， 且 两 者 的 距 离 宜 为 固 定 值 。 DB42/T 16822021 11 附 录 E（ 资 料 性 ）地 面 大 气 电 场 仪 维 护 表 式 样表 E.1给 出 了 地 面 大 气 电 场 仪 维 护 表 式 样 。表 E.1 维 护 表地 点 ： 年 月 日 维 护 内 容 维 护 情 况 备 注各 部 件 灰 尘 是 否 清 扫 是 否电 源 电 压 或 蓄 电 池 性 能 良 好 故 障SIM卡 、 通 讯 模 块 是 否 正 常 是 否 设 备 水 平 与 固 定 情 况 良 好 故 障天 线 、 网 络 通 畅 和 相 关 线 路 情 况 良 好 故 障周 边 环 境 变 化 情 况 无 有 有 变 化 时 应 附 照 片其 他 需 要 说 明 的 情 况 维 护 人 员 （ 签 字 ） ： DB42/T 16822021 12 参 考 文 献1 GB/T 17626.5 电 磁 兼 容 试 验 和 测 量 技 术 浪 涌 (冲 击 )抗 扰 度 试 验2 GB/T 33678 VLF-LF三 维 闪 电 定 位 网 技 术 规 范3 GB/T 35221 地 面 气 象 观 测 规 范 总 则4 GB/T 38121 雷 电 防 护 雷 暴 预 警 系 统_
