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(shè)備的損壞,還導(dǎo)致氣象信息數(shù)據(jù)的缺失,甚至造成無法挽回的損失。針對2004年發(fā)生的1起自動氣象站雷擊事件進(jìn)行分析,并提出相關(guān)的防雷措施。

關(guān)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(xiàn)標(biāo)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(nèi)的氣象狀況及其變化過程進(jìn)行系統(tǒng)地連續(xù)地觀察和測定,為氣象預(yù)報、氣象信息、氣象科學(xué)研究和氣象服務(wù)提供重要的依據(jù)。自動氣象站的設(shè)備大都采用半導(dǎo)體器件和集成電路,這些設(shè)備普遍存在著絕緣強(qiáng)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(huán)境和氣候環(huán)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(yán)重影響自動站設(shè)備的正常運行。筆者針對2004年發(fā)生的1起自動氣象站雷擊事件進(jìn)行分析,提出相應(yīng)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(fā)生1次強(qiáng)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(jù)對自動氣象站設(shè)施遭受雷擊現(xiàn)場調(diào)查分析,自動氣象站原來的防雷設(shè)施安裝存在一定的問題。自動氣象站的防雷應(yīng)根據(jù)《氣象臺(站)防雷技術(shù)規(guī)范》(QX4-2000),《氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范》(QX3-2000)等規(guī)范要求做好直擊雷和感應(yīng)雷防護(hù),從接閃、分流、屏蔽、均壓、合理布線、接地幾個方面進(jìn)行綜合防護(hù)治理,以達(dá)到預(yù)防和減少雷擊災(zāi)害的目的。

經(jīng)分析,原自動氣象站防雷設(shè)施存在的問題主要有:一是避雷針下線的布設(shè)存在問題,避雷針引下線與風(fēng)向風(fēng)速信號線同時布設(shè)在金屬管內(nèi)腔,避雷針引下線與信號線路沒有保持相應(yīng)的安全距離;二是避雷針接地、信息采集箱接地,不應(yīng)單獨設(shè)立;三是風(fēng)向風(fēng)速儀金屬支撐桿未作接地;四是室內(nèi)的采集器、電腦等設(shè)備進(jìn)行重新布線、規(guī)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(fēng)向風(fēng)速信號線分別布設(shè)在不同的金屬管內(nèi)腔,使避雷針引下線與信號線路保持相應(yīng)的安全距離;二是合理使用及制作接地地網(wǎng),其接地電阻小于4Ω;依據(jù)接地共網(wǎng)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(wǎng)用金屬導(dǎo)體貫通;三是風(fēng)向風(fēng)速儀金屬支撐桿接地;四是按要求重新進(jìn)行線路布設(shè)。采取整改措施后,雖然測站四周經(jīng)常發(fā)生雷電,甚至比以前雷擊時更強(qiáng),但自動站設(shè)備均安然無恙,經(jīng)受住了強(qiáng)雷電的考驗,這說明整改到位,綜合防雷措施合理科學(xué)。

由于自動站的設(shè)置布局要求,自動站一般都設(shè)置在較空曠地帶,四周要求無高大建筑物,比較獨立,而根據(jù)雷擊放電規(guī)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(shè)備進(jìn)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(shè)備連續(xù)性受到破壞,天氣預(yù)報準(zhǔn)確度降低,不但為氣象科學(xué)研究留下缺憾,也會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來很大影響。自動氣象站防雷既關(guān)系到天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性,又關(guān)系到氣象設(shè)備的安全性。根據(jù)筆者工作經(jīng)驗,自動氣象站雷電防護(hù)措施主要有:

(1)條件允許的情況下,盡可能將避雷針系統(tǒng)與風(fēng)傳感器部分分開設(shè)置,按照防雷規(guī)范保持2個系統(tǒng)間有效的距離;受觀測場地限制,確實難以分開的,應(yīng)考慮將避雷針與風(fēng)傳感器保持更大的距離,做好雷電流引下線與風(fēng)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shè)法使線纜與接地線的交角增大,最好成直角。

(3)應(yīng)該將不同性質(zhì)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(shè)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(nèi)等電位接地板,最好用銅質(zhì)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(jù)當(dāng)?shù)氐睦妆┤占捌涔ぷ鳝h(huán)境,并按照自動觀測站防雷電波要求,對進(jìn)入機(jī)房的電路安裝相應(yīng)極別的SPD,防止雷電波入侵。

自動氣象站的良好運轉(zhuǎn)需要得到必要的技術(shù)支持,才能發(fā)揮其巨大作用,為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供精確天氣信息。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳渭民.雷電學(xué)原理[M].北京:氣象出版社,2001.

[2] 白同云,呂曉德.電磁兼容設(shè)計[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,1999.

[3] 蘇邦禮.雷電與避雷工程[M].廣州:中山大學(xué)出版社,2000.

[4] 楊俊才.自動氣象站遭受雷擊危害及預(yù)防[J].農(nóng)業(yè)氣象,2007(2):69-70.

[5] 王志軍,徐秀英.自動氣象站防雷應(yīng)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(hù)設(shè)計中的使用[J].氣象與環(huán)境科學(xué),2008(4):88-91.

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