新型自動站雷電災害的原因分析及安全防護

【摘 要】新型自動氣象站的投入使用，可對天氣進行準確預測。因安裝位置和自身構造的作用，遭受雷擊的概率較大，嚴重影響著地面氣象觀測工作。基于此，本文在探討自動氣象站雷電侵入途徑的同時，分析了新型自動氣象站雷電災害的原因，并給出了幾點雷電安全防護對策，以降低雷電災害的出現。

【關鍵詞】新型自動站;雷電災害;原因;安全防護

引言

新林區地處大興安嶺東部，伊勒呼里山的北坡，地理坐標為東經123°41′至125°25′，北緯51°20′至52°10′，南北長108千米，東西寬103千米，全區總面積8702.94平方公里。新林區東與呼瑪縣接壤，南與松嶺區毗鄰，西靠呼中區，北與塔河縣毗鄰。新林區為寒冷濕潤氣候區，氣溫年較差和日較差都很大，年平均積溫不足1600℃，屬于寒溫帶大陸性氣候，境內山陵連綿起伏、河流縱橫、森林密布、海拔相對較高，有明顯的山地氣候特點。冬季寒冷而漫長，春、秋兩季日較差大，且風力較大。新林區年平均氣溫為-2.3℃，年降水量為530.1mm，且分布不均，主要降水多集中在7-8月份。每年的5～10月是強對流天氣多發季節，導致該地區雷電災害多發。新型自動氣象站作為一種能夠自動觀測與存儲氣象觀測數據的氣象設備，自新林區氣象局引進投入使用以來，大氣探測自動化水平得到了快速增強。新型自動氣象站由供電系統、計算機、采集器、傳感器、傳輸線纜等多個部分組成，而且大部分氣象觀測站都安置在山頂或空曠開闊地帶，因此導致雷電發生頻率較高。因此，本文以新型自動氣象站為例，通過分析新型自動氣象站雷電災害原因，并提出了新型自動氣象站雷電防護措施，以促進地面氣象測報工作可以順利開展。

1、新型自動氣象站雷電災害原因分析

1.1 室內采集器、計算機安裝問題

實際上，新型自動氣象站室內的電子設備遭受雷擊的概率較大。其主要原因是這些設備在運行過程中需要連接電源線，雷電中的雷電流可以借助于電源線進入到室內，即使臺站內設置了接地系統，不同電子設備在遭受雷擊后會產生較大的高壓差，影響室內電子設備安全。若雷電擊中室內的采集器，會使其遭受損害，影響新型自動氣象站的正常運行。

1.2電纜屏蔽層單層接地

新型自動氣象站觀測場中的電子設備外殼大都是金屬材質，極易出現雷電電磁干擾，因此臺站內的線路大都是選擇屏蔽電纜線，之后穿過金屬管道直接埋地敷設，在防雷區交界處應做好電纜屏蔽層兩端的等電位連接。在對電纜屏蔽層進行接地的過程中，若是工作人員操作不按照規范要求進行，會造成電纜屏蔽層出現單點接地或不接地的情況。只有屏蔽層其中一端進行了等電位連接，而另一端的磁場強度則發生了顯著變化，之后則有感應電壓出現，是造成新型自動氣象站雷電災害的主要原因之一。

1.3 混合安裝風傳感器鐵塔與避雷針

為了保證氣象觀測工作的順利開展，新型自動氣象站的儀器大都在觀測場內安裝，且觀測場周圍不能有高大建筑物存在，需保證四周十分開闊。無疑風塔則成為了觀測場內的最高點，其作用是在承載風向風速傳感器的同時，還要確保避雷接閃器的作用發揮到最大。通過對防雷規范的相關要求進行分析，不難看出接地裝置、電纜線對獨立避雷針造成不同程度的影響，應確保這些物體之間的距離在3m以上。與此同時，還要保證避雷針與風塔之間的距離適宜，避免其遭受雷擊，進而引發雷電災害。若是避雷針與橫臂間出現瞬間電位差和雷電流時間差，將會損壞風傳感器的正常使用。

1.4電源、部分通訊系統缺少避雷器

避雷器可以有效放大雷擊中產生的雷電流，并在斷路器開始動作之前將雷電流快速泄放出去，以達到保護電路和用電設備安全。一旦新型自動氣象站遭受雷擊，其出現雷電災害的概率隨之增加。若新型自動氣象站中的電源和部分通訊系統沒有安裝避雷器，在遭受雷擊后，會被臺站內的電路直接承受，極易引發雷電災害。

2 新型自動站防雷措施

2.1設置避雷針

結合新型自動氣象防雷案例和實踐經驗，雖然將風塔作為避雷針使用會有支撐作用，但卻有引雷的作用，將會使新型自動氣象站遭受雷擊的概率大幅度增加，該方法不適合使用。為了避免新型自動氣象站遭受雷擊，可以設置獨立的避雷針，同時還要與周邊建筑物保持適當的距離。這種設置不僅可以降低避雷接閃，還能有效防御雷電流，降低其對周圍設備的危害。在避雷針安裝中，應保證觀測場內的設備均在其保護范圍內，若場地邊緣不在其有效保護范圍內，應單獨增加避雷針，確保觀測場所有設備免受雷擊。還可以結合新型自動氣象站保護等級，對避雷針安裝位置和保護范圍進行分析，進而判斷出安裝避雷針的合適高度。

2.2屏蔽、等電位與綜合布線

對于觀測場內的所有的金屬設備，應根據就近原則與最近的地網電氣進行連接;選擇帶屏蔽層的電纜作為觀測設備數據傳輸線路，將其進行穿金屬管后直接埋地敷設，在進入電纜溝、外傳接盒處應將金屬管與數據傳輸線外屏蔽層就近進行接地。應保證金屬管收尾之間的電氣貫通，若該金屬管長度比規范要求還要高，可新增接地點數量。若是數據傳輸線不能埋地，應將其穿過金屬管或金屬橋架進行屏蔽敷設，將其與地網進行連接。對于不同性質的線纜和接地線，應借助于金屬走線槽對其進行分開敷設。通過分析電磁兼容原理，全面掌握各個線纜的電流方向，并對線纜距離和地線走向進行合理布置。

2.3做接地處理

做好接地處理是做好雷電災害防護工作的一項基礎工程，接地網好壞將會對防雷效果產生直接影響。在對接地網進行設計時，為保證接地電阻值與設備要求相符合，必須綜合考慮地網面積、材料規格及所在地土壤電阻率等多種因素。新型自動氣象站的值班室接地系統與觀測場均屬于接地系統。為有效防止兩地網之間出現電位差，由此引發地電位反擊進而對氣象觀測設備構成一定程度的損壞，應當對其進行聯合接地，即將值班室防雷地網與觀測場相互連接，而且還應當確保其接地電阻值在4Ω以下。

2.4建設獨立的風傳感器的接閃裝置

根據防雷設計規范，盡可能地降低直擊雷對風傳感器的雷擊破壞，在距離風傳感器鐵塔3m的位置，應安裝高于風傳感器的獨立接閃桿，同時連接可靠的雷電流引下線、做好符合接地電阻的要求接地，使風傳感器位于獨立接閃桿的直擊雷防護區域內，可使直擊雷度對風傳感器造成的雷擊事故有效降低。

2.5做好等電位連接

應將金屬管與避雷針的等電位連接做好，拆除固定避雷針的U型螺桿與金屬管之間的絕緣材料，確保兩者之間的電氣相同，此時就形成了等電位連接，可防止避雷針接閃的雷電流進入到風傳感器內，進而引發雷電災害事故。

參考文獻：

[1]仇健，梁偉宜，陳惜茂，梁偉漢.自動氣象站連續遭雷擊的原因分析及解決辦法[J].廣東氣象，2015，37（02）：69-71.

[2]韋文彬，潘佐廣.自動氣象站多次雷擊原因分析及防雷對策[J].氣象研究與應用，2015（A01）：219-220.

[3]杜俊雁，王文娟，張宗智，等.自動氣象站防雷工作中的問題及應對措施[J].農業與技術，2012，（9）.

[4]鄧豐年，瞿優超，闕堂響.自動氣象站防雷工作中的常見問題及防護對策[J].大科技，2015（15）.

作者簡介：

孫向濱（1970-），男，漢族，黑龍江省呼蘭人，大專學歷，工程師，從事研究方向或職業：氣象測報、預報。

（作者單位：黑龍江省大興安嶺地區新林區氣象局）