自動氣象站雷擊事例分析及防雷措施

劉 謙

摘要近年來,隨著基層自動氣象站的增多,自動站遭雷擊的概率呈上升趨勢。雷擊不僅造成設備的損壞,還導致氣象信息數據的缺失,甚至造成無法挽回的損失。針對2004年發生的1起自動氣象站雷擊事件進行分析,并提出相關的防雷措施。

關鍵詞自動氣象站;雷擊事例;防雷措施

中圖分類號 P415.1+2;TU895 文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)08-0287-01

自動氣象站是氣象觀測的重要組成部分,它對地球表面一定范圍內的氣象狀況及其變化過程進行系統地連續地觀察和測定,為氣象預報、氣象信息、氣象科學研究和氣象服務提供重要的依據。自動氣象站的設備大都采用半導體器件和集成電路,這些設備普遍存在著絕緣強度低、過電壓和過電流耐受能力差、對電磁干擾敏感等弱點,并且分布在不同的地理環境和氣候環境中,在運行過程中較容易遭受雷電的侵襲,雷電過電壓、過電流和脈沖電磁場的侵入將會嚴重影響自動站設備的正常運行。筆者針對2004年發生的1起自動氣象站雷擊事件進行分析,提出相應的防雷措施。

2004年7月18日13時27分,在某測站辦公樓西北方向發生1次強雷電,造成自動氣象站采集器主板和電源均被擊壞。事后根據對自動氣象站設施遭受雷擊現場調查分析,自動氣象站原來的防雷設施安裝存在一定的問題。自動氣象站的防雷應根據《氣象臺(站)防雷技術規范》(QX4-2000),《氣象信息系統雷擊電磁脈沖防護規范》(QX3-2000)等規范要求做好直擊雷和感應雷防護,從接閃、分流、屏蔽、均壓、合理布線、接地幾個方面進行綜合防護治理,以達到預防和減少雷擊災害的目的。

經分析,原自動氣象站防雷設施存在的問題主要有:一是避雷針下線的布設存在問題,避雷針引下線與風向風速信號線同時布設在金屬管內腔,避雷針引下線與信號線路沒有保持相應的安全距離;二是避雷針接地、信息采集箱接地,不應單獨設立;三是風向風速儀金屬支撐桿未作接地;四是室內的采集器、電腦等設備進行重新布線、規范等電位連接時,將觀測場接地和樓房接地及電纜鋼管接地互連。

針對這些問題采取以下整改措施:一是避雷針引下線與風向風速信號線分別布設在不同的金屬管內腔,使避雷針引下線與信號線路保持相應的安全距離;二是合理使用及制作接地地網,其接地電阻小于4Ω;依據接地共網不共線的原則,拆掉原來信息采集箱上的靜電接地線及接地銅板,使信息采集箱上的金屬固定件與采集箱金屬管電氣貫通,形成等電位連接,金屬管底座與地網用金屬導體貫通;三是風向風速儀金屬支撐桿接地;四是按要求重新進行線路布設。采取整改措施后,雖然測站四周經常發生雷電,甚至比以前雷擊時更強,但自動站設備均安然無恙,經受住了強雷電的考驗,這說明整改到位,綜合防雷措施合理科學。

由于自動站的設置布局要求,自動站一般都設置在較空曠地帶,四周要求無高大建筑物,比較獨立,而根據雷擊放電規律,雷擊場所一般是較高建筑物、空曠地帶孤立建筑、池塘、金屬物體等,因此自動氣象站較易遭受雷擊。上述雷擊事例事后盡管對被擊設備進行了及時維修,但是仍造成自動觀測站觀測間斷,若自動氣象站設備連續性受到破壞,天氣預報準確度降低,不但為氣象科學研究留下缺憾,也會給農業生產帶來很大影響。自動氣象站防雷既關系到天氣預報的準確性,又關系到氣象設備的安全性。根據筆者工作經驗,自動氣象站雷電防護措施主要有:

(1)條件允許的情況下,盡可能將避雷針系統與風傳感器部分分開設置,按照防雷規范保持2個系統間有效的距離;受觀測場地限制,確實難以分開的,應考慮將避雷針與風傳感器保持更大的距離,做好雷電流引下線與風數據傳輸線之間的電磁屏蔽。

(2)接地極盡量安置在觀測場圍欄外,使得數據線纜等可以保持與接地連接線之間的安全距離;距離不夠時,設法使線纜與接地線的交角增大,最好成直角。

(3)應該將不同性質的線纜、接地線通過金屬走線槽分開布置;按照電磁兼容的原則,弄清各個線纜電流的方向,設計好地線的走向和地線與線纜的距離,合理考慮電感性和電容性的影響,主要解決雷電過程可能存在的電感性影響。

(4)室內等電位接地板,最好用銅質材料,要有足夠的面積和厚度,厚度大于3mm,以減少接地板的直流電阻和高頻電阻;同時,接地線盡量平直粗短,為了減少接地線的電感,可采取用接地板截斷的辦法來減少接地線長度。

(5)根據當地的雷暴日及其工作環境,并按照自動觀測站防雷電波要求,對進入機房的電路安裝相應極別的SPD,防止雷電波入侵。

自動氣象站的良好運轉需要得到必要的技術支持,才能發揮其巨大作用,為農業發展提供精確天氣信息。

參考文獻

[1] 陳渭民.雷電學原理[M].北京:氣象出版社,2001.

[2] 白同云,呂曉德.電磁兼容設計[M].北京:北京郵電大學出版社,1999.

[3] 蘇邦禮.雷電與避雷工程[M].廣州:中山大學出版社,2000.

[4] 楊俊才.自動氣象站遭受雷擊危害及預防[J].農業氣象,2007(2):69-70.

[5] 王志軍,徐秀英.自動氣象站防雷應注意的幾個問題[J].黑龍江氣象,2007(2):35-36.

[6] 施廣全,王振會.屏蔽措施在自動氣象站雷電防護設計中的使用[J].氣象與環境科學,2008(4):88-91.

[7] 李全景,楊茂春.自動氣象站雷電防護的設計要點研究[J].科技信息,2008(28):15,257.