九仙山自動氣象站雷擊的途徑和防護

賴建梁

摘要分析了九仙山氣象自動站雷擊的途徑。在此基礎上提出了直擊雷、感應雷、雷電波入侵等途徑雷擊事件的防護對策和整改措施，實現了對自動站的保護，以期為自動站防雷設施設計規劃提供參考。

關鍵詞自動氣象站；雷擊；逢徑；防護；福建九仙山

中圖分類號P415.12

文獻標識碼B

文章編號1007－5739(2009)16－0237－01

自動氣象站是一種能自動觀測和存儲氣象觀測數據的設備。主要由傳感器、采集器、通訊接口、系統電源等組成。具有怕高壓，對電磁脈沖特別敏感，抗雷電過電壓的能力脆弱的特點。雷電可經過各種途經進入自動氣象站，輕者影響其正常工作，導致系統紊亂或失常；重者可使設備局部損壞或整體報廢。故此，防雷工作在自動氣象站的建設和日常維護中顯的尤為重要。

九仙山氣象站位于福建省德化縣境內，屬于國家850hPa基本站、指標站，對閩南臺風暴雨等災害性天氣具有重要的監測作用。由于九仙山的特殊地貌環境，又屬偏高多雷區，因此各種雷擊經常發生，造成人員傷亡、氣象設備嚴重破壞、嚴重影響了氣象臺站的正常運行和人們生命財產的安全。經過整改，自動站等氣象設備沒有再遭受雷擊。現對福建省九仙山氣象站雷擊的途徑和保護措施加以介紹，以供氣象站工作人員參考。

1霄擊的途徑

1.1直擊霄

直擊雷是帶電云層(雷云)與建筑物、其它物體、大地或防雷裝置之間發生的迅猛放電現象。并由此伴隨而產生的電效應、熱效應或機械力等一系列的破壞作用。主要危害建筑物、建筑物內的電子設備和人。直擊雷的電壓峰值通?？蛇_幾萬伏甚至幾百萬伏，電流峰值可達幾萬至幾十萬安培，其破壞性很強，是由于瞬間功率巨大造成的。

1.2感應雷

感應雷是直擊雷放電過程中。強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產生電磁感應發生高電壓以及發生閃擊的現象。主要危害建筑物內電子設備。是閃電放電瞬間在附近導體產生的靜電感應和電磁感應現象。

1.3雷電侵入波

是由于雷擊而在架空線路上或空中金屬管道上產生的沖擊電壓沿線或管道迅速傳播的雷電波，其傳播速度為324m／s。雷電侵入波可毀壞電氣設備的絕緣。使高壓竄入低壓，造成嚴重的觸電事故。

2原因分析

九仙山氣象發生的多起雷電事故均是由以上幾種雷擊途徑而造成的，主要是由于臺站位置特殊，防雷設施不規范而引起。具體原因為：設計未按照一級防雷的標準設計，接閃器不規范，無避雷網，電涌保護器(SPD)安裝不正確，特殊的地質環境，沒有具體按照各種雷擊途徑設計避雷設施等。

3防護對策和整改措施

九仙山年平均雷暴日為77.4d，雷暴日最早為1月26日，雷暴終日為12月30日，依據中華人民共和國氣象行業標準QX4-2000《氣象臺(站)防雷技術規范》的第6款第6.2條規定，九仙山氣象站應屬于一級防雷氣象站，要嚴格按照一級防雷的標準設計。

3.1直擊雷的防護

嚴格按照GB／T21431-2008建筑物防雷裝置檢測技術規范要求，避雷針滾球半徑(m)取30，謎雷網網格尺寸(m×m)取≤5×5或6×4，重新設計接閃器和避雷網。再通過良好的接地裝置迅速而安全將其送回大地。尤其是自動站的風向、風速數據傳輸線應采用帶屏蔽層的線纜經金屬風桿內敷設，傳輸線的外屏蔽層首尾兩端與風桿應電氣連接。

3.2感應雷、雷電侵入波的防護

在雷電波入侵的各個通道入口處裝設參數符合規定要求的電涌保護器(SPD)，并采用屏蔽和等電位連接防護措施。在配電房總配電柜安裝limp為40kA、波形為10／350us的SPD。在樓層配電開關處安裝通流量為40kA(8／20us)的SPD，在值班室及終端設備和家用電器前端安裝20kA(8／20us)的SPD。供電系統采用TN-S型，地網引入低壓配電房，布設均壓環，并與各金屬構件，配電柜可靠等電位連接。寬帶網路由器I／O兩端安裝RJ45接口SPD。在計算機前端的網絡信號線上安裝接口型式為RJ45的信號SPD。自動氣象站接人計算機的接口(COM)前安裝9針串口的SPD；自動站的地溫集線盒，其金屬屏蔽層應就近接人觀測場接地網的預留接地點。為防止干擾，供電線路、信號線路、地線等應分開敷設于不同的線槽中。并將這些線纜穿于金屬管內。以實現可靠的屏蔽。在值班室內設銅板匯流排(500mm×50mm×5mm銅板)，進行等電位連接。

3.3接地裝置

接地是避雷技術最重要的環節。不管是直擊雷、感應雷、或其他形式的雷，最終都是把雷電流送入大地。因此，若沒有合理而良好的接地裝置就不可能進行可靠地避雷。對于自動站的接地電阻要求≤4Ω。并且采取等電位接地的方法將避雷接地。九仙山氣象站實測表面土壤電阻率3015Ω·m，屬于高土壤電阻率地區。接地電阻要達到10Ω(依據《氣象臺(站)防雷技術規范》第7條第6款：在高山、海島等巖石地面土壤電阻率大于1000Ω·m的氣象臺(站)，接地體阻值可適當放寬之規定，地網工頻接地電阻值爭取小于10Ω)以下，技術難度大，在充分考慮到人身安全的前提下，應使接觸電壓和跨步電壓達到能滿足要求的允許接地電阻值。在盡量降低電阻的同時。通過建造人工接地坑(觀測場懸崖周圍深挖深1.5m左右、孔徑2m的深網8個，用圓柱形降阻接地棒)的技術措施。將雷電流及時暢通泄放到大地。